Волфрамът е особено подходящ като материал за силно напрегнати части на съда, обхващащи плазма от горещ синтез, тъй като той е металът с най-висока точка на топене.Недостатък обаче е неговата чупливост, която при натиск го прави крехък и податлив на повреди.Нов, по-устойчив съставен материал вече е разработен от Института за физика на плазмата Макс Планк (IPP) в Гархинг.Състои се от хомогенен волфрам с вградени волфрамови жици с покритие.Проучване за осъществимост току-що показа основната пригодност на новото съединение.

Целта на изследването, проведено в IPP, е да се разработи електроцентрала, която, подобно на слънцето, извлича енергия от синтез на атомни ядра.Използваното гориво е водородна плазма с ниска плътност.За да запали термоядрения огън, плазмата трябва да бъде задържана в магнитни полета и нагрята до висока температура.В ядрото се постигат 100 милиона градуса.Волфрамът е многообещаващ метал като материал за компоненти, влизащи в пряк контакт с горещата плазма.Това е доказано от обширни разследвания на IPP.Досега нерешен проблем обаче е крехкостта на материала: волфрамът губи своята здравина в условията на електроцентрала.Локалният стрес – опън, разтягане или натиск – не може да бъде избегнат от лекото отстъпване на материала.Вместо това се образуват пукнатини: следователно компонентите реагират много чувствително на локално претоварване.

Ето защо IPP търси структури, способни да разпределят локалното напрежение.Керамиката, подсилена с влакна, служи като модел: например крехкият силициев карбид става пет пъти по-здрав, когато се подсилва с влакна от силициев карбид.След няколко предварителни проучвания ученият от IPP Йохан Риш трябваше да проучи дали подобно лечение може да работи с метал волфрам.

Първата стъпка беше производството на новия материал.Волфрамова матрица трябваше да бъде подсилена с покрити дълги влакна, състоящи се от екструдирана волфрамова тел, тънка като косъм.Проводниците, първоначално предназначени като светещи нишки за електрически крушки, се доставят от Osram GmbH.В IPP бяха изследвани различни материали за тяхното покриване, включително ербиев оксид.След това изцяло покритите волфрамови влакна бяха събрани заедно, успоредни или плетени.За запълване на празнините между жиците с волфрам Йохан Риш и неговите колеги след това разработиха нов процес съвместно с английския промишлен партньор Archer Technicoat Ltd. Докато волфрамовите детайли обикновено се пресоват заедно от метален прах при висока температура и налягане, повече е открит щадящ метод за производство на съединението: волфрамът се отлага върху проводниците от газова смес чрез прилагане на химичен процес при умерени температури.Това беше първият път, когато волфрамът, подсилен с волфрамови влакна, беше успешно произведен с желания резултат: якостта на счупване на новото съединение вече се беше утроила в сравнение с волфрама без влакна след първите тестове.

Втората стъпка беше да се изследва как работи това: Решаващият фактор се оказа, че влакната преодоляват пукнатини в матрицата и могат да разпределят локално действащата енергия в материала.Тук интерфейсите между влакната и волфрамовата матрица, от една страна, трябва да са достатъчно слаби, за да отстъпят, когато се образуват пукнатини, а от друга, да бъдат достатъчно здрави, за да предадат силата между влакната и матрицата.При тестовете за огъване това може да се наблюдава директно с помощта на рентгенова микротомография.Това демонстрира основното функциониране на материала.

Решаващо за полезността на материала обаче е, че повишената якост се запазва, когато се прилага.Йохан Риш провери това, като изследва проби, които са били крехки от предишна термична обработка.Когато пробите бяха подложени на синхротронно лъчение или поставени под електронен микроскоп, тяхното разтягане и огъване също потвърди в този случай подобрените свойства на материала: ако матрицата се повреди при напрежение, влакната са в състояние да преодолеят възникващите пукнатини и да ги спрат.

По този начин принципите за разбиране и производство на новия материал са установени.Пробите сега трябва да бъдат произведени при подобрени условия на процеса и с оптимизирани интерфейси, което е предпоставка за широкомащабно производство.Новият материал може също да представлява интерес извън областта на изследванията на термоядрения синтез.