Nature presenteert een keramische pomp die vloeibaar tin kan verpompen bij temperaturen tot 1.400 °C. Dat opent de mogelijkheid om dat metaal te gebruiken voor warmtetransport, denken Asegun Henry en collega’s van het Georgia Institute of Technology.

Je kunt dan bijvoorbeeld denken aan transport van warmte vanuit zonnecollectoren, of aan inwendige koeling van gasturbinebladen en kernreactoren.

Ze kozen voor een zogeheten tandwielpomp, die je ook in de chemische industrie vaak tegenkomt. De foto toont eerste auteur Caleb Amy met de tandwieltjes.

De materiaalkeuze is ingegeven door temperatuurbestendigheid én door de eis dat er zelfs bij hoge temperatuur geen componenten met elkaar mogen gaan reageren. Tandwielen en behuizing zijn gefreesd uit Shapal Hi-M Soft, een bewerkbaar keramisch materiaal dat bestaat uit 80 % aluminiumnitride en 20 % boornitiride. De afdichtingen tussen de bewegende delen zijn van grafiet, dat ongeveer dezelfde uitzettingscoëfficiënt heeft als Shapal en bovendien tamelijk zacht is. Ook leidingen en tinreservoir zijn van grafiet. De lagers zijn van wolfraam, volgens de auteurs naast renium het enige metaal uit het periodiek systeem dat niet met vloeibaar tin reageert en er ook niet in oplost.

Om oxidatie te voorkomen laat je pomp, reservoir en motor functyioneren in een afgesloten ruimte, die je vult met stikstof.

De pomp heeft al 72 uur continu tin rondgepompt bij 1.200 °C, en overleefde pieken van 1.400 °C. Na afloop vertoonden de tandwielen wel duidelijke sl;ijtageverschijnselen, dus voor praktijktoepassingen zal de materiaalkeuze nog moeten worden aangepast - de auteurs suggereren een laagje aluminiumoxide op de raakvlakken van de tanden, en misschien een aanpassing van de hydrodynamica zodat het vloeibare metaal tevens gaat werken als smeermiddel.

bron: Nature