El tungstè és especialment adequat com a material per a les parts molt tenses del recipient que inclouen un plasma de fusió en calent, essent el metall amb el punt de fusió més alt.Un desavantatge, però, és la seva fragilitat, que sota estrès el fa fràgil i propens a danys.L'Institut Max Planck de Física del Plasma (IPP) de Garching ha desenvolupat un material compost nou i més resistent.Consisteix en tungstè homogeni amb cables de tungstè recoberts incrustats.Un estudi de viabilitat acaba de demostrar la idoneïtat bàsica del nou compost.

L'objectiu de la investigació realitzada a l'IPP és desenvolupar una central elèctrica que, com el sol, derivi energia de la fusió de nuclis atòmics.El combustible utilitzat és un plasma d'hidrogen de baixa densitat.Per encendre el foc de fusió, el plasma s'ha de confinar en camps magnètics i escalfar-se a una temperatura elevada.En el nucli s'assoleixen 100 milions de graus.El tungstè és un metall molt prometedor com a material per als components que entren en contacte directe amb el plasma calent.Això ha quedat demostrat per investigacions exhaustives a l'IPP.Un problema fins ara no resolt, però, ha estat la fragilitat del material: el tungstè perd la seva duresa en condicions de la central elèctrica.L'estrès local (tensió, estirament o pressió) no es pot obviar amb la cediment lleugera del material.En canvi, es formen esquerdes: per tant, els components reaccionen molt sensiblement a la sobrecàrrega local.

Per això IPP va buscar estructures capaces de distribuir la tensió local.Les ceràmiques reforçades amb fibra van servir de models: per exemple, el carbur de silici trencadís es fa cinc vegades més resistent quan es reforça amb fibres de carbur de silici.Després d'uns quants estudis preliminars, el científic de l'IPP Johann Riesch havia d'investigar si un tractament similar pot funcionar amb el metall de tungstè.

El primer pas va ser produir el nou material.Una matriu de tungstè s'havia de reforçar amb fibres llargues recobertes que consistien en filferro de tungstè extruït i prim com el cabell.Els cables, originalment destinats com a filaments lluminosos per a bombetes, van ser subministrats per Osram GmbH.A l'IPP es van investigar diversos materials per revestir-los, inclòs l'òxid d'erbi.Les fibres de tungstè completament recobertes es van agrupar, paral·leles o trenades.Per omplir els buits entre els cables amb tungstè, Johann Riesch i els seus companys van desenvolupar un nou procés conjuntament amb el soci industrial anglès Archer Technicoat Ltd. Mentre que les peces de tungstè solen pressionar-se juntes a partir de pols metàl·lica a alta temperatura i pressió, Es va trobar un mètode suau per produir el compost: el tungstè es diposita sobre els cables a partir d'una mescla gasosa mitjançant l'aplicació d'un procés químic a temperatures moderades.Aquesta va ser la primera vegada que es va produir amb èxit el tungstè reforçat amb fibra de tungstè, amb el resultat desitjat: la tenacitat a la fractura del nou compost ja s'havia triplicat en relació amb el tungstè sense fibres després de les primeres proves.

El segon pas va ser investigar com funciona això: el factor decisiu va ser que les fibres fan un pont a les esquerdes de la matriu i poden distribuir l'energia que actua localment en el material.Aquí les interfícies entre les fibres i la matriu de tungstè, d'una banda, han de ser prou febles per cedir quan es formen esquerdes i, de l'altra, ser prou fortes per transmetre la força entre les fibres i la matriu.En les proves de flexió això es va poder observar directament mitjançant microtomografia de raigs X.Això va demostrar el funcionament bàsic del material.

No obstant això, el decisiu per a la utilitat del material és que la duresa millorada es mantingui quan s'aplica.Johann Riesch ho va comprovar investigant mostres que havien estat fragilitzades per un tractament tèrmic previ.Quan les mostres van ser sotmeses a radiació de sincrotró o sotmeses al microscopi electrònic, estirar-les i doblegar-les també van confirmar en aquest cas les propietats del material millorades: si la matriu falla quan està tensada, les fibres són capaces de salvar les esquerdes que es produeixen i de tallar-les.

Així s'estableixen els principis per entendre i produir el nou material.Ara s'han de produir mostres en condicions de procés millorades i amb interfícies optimitzades, aquest és el requisit previ per a la producció a gran escala.El nou material també podria ser d'interès més enllà del camp de la investigació de la fusió.