Wolfram er særligt velegnet som materiale til stærkt belastede dele af beholderen, der omslutter et varmt fusionsplasma, det er det metal med det højeste smeltepunkt.En ulempe er dog dens skørhed, som under stress gør den skrøbelig og udsat for skader.Et nyt, mere modstandsdygtigt sammensat materiale er nu blevet udviklet af Max Planck Institute for Plasma Physics (IPP) ved Garching.Den består af homogen wolfram med belagte wolframtråde indstøbt.En forundersøgelse har netop vist den grundlæggende egnethed af den nye forbindelse.

Formålet med forskningen på IPP er at udvikle et kraftværk, der ligesom solen får energi fra fusion af atomkerner.Det anvendte brændstof er et hydrogenplasma med lav densitet.For at antænde fusionsbranden skal plasmaet indesluttes i magnetiske felter og opvarmes til en høj temperatur.I kernen opnås 100 millioner grader.Wolfram er et meget lovende metal som materiale til komponenter, der kommer i direkte kontakt med det varme plasma.Dette er blevet påvist af omfattende undersøgelser hos IPP.Et hidtil uløst problem har dog været materialets skørhed: Wolfram mister sin sejhed under kraftværksforhold.Lokal belastning – spænding, strækning eller tryk – kan ikke undgås ved, at materialet giver lidt efter.Revner dannes i stedet: Komponenter reagerer derfor meget følsomt på lokal overbelastning.

Derfor ledte IPP efter strukturer, der var i stand til at fordele lokale spændinger.Fiberforstærket keramik tjente som modeller: For eksempel er skørt siliciumcarbid gjort fem gange så sejt, når det forstærkes med siliciumcarbidfibre.Efter et par indledende undersøgelser skulle IPP-forsker Johann Riesch undersøge, om lignende behandling kan fungere med wolframmetal.

Det første skridt var at producere det nye materiale.En wolframmatrix skulle forstærkes med belagte lange fibre bestående af ekstruderet wolframtråd tyndt som hår.Ledningerne, der oprindeligt var beregnet som lysende glødetråde til elpærer, blev leveret af Osram GmbH.Forskellige materialer til belægning af dem blev undersøgt på IPP, herunder erbiumoxid.De fuldstændigt belagte wolframfibre blev derefter bundtet sammen, enten parallelt eller flettet.For at udfylde hullerne mellem ledningerne med wolfram udviklede Johann Riesch og hans medarbejdere derefter en ny proces i samarbejde med den engelske industripartner Archer Technicoat Ltd. Mens wolfram-emner normalt presses sammen af ​​metalpulver ved høj temperatur og tryk, er en mere Der blev fundet en skånsom metode til fremstilling af forbindelsen: Wolframet aflejres på ledningerne fra en gasformig blanding ved at anvende en kemisk proces ved moderate temperaturer.Det var første gang, at wolframfiberarmeret wolfram blev produceret med succes, med det ønskede resultat: Brudsejheden af ​​den nye forbindelse var allerede tredoblet i forhold til fiberløs wolfram efter de første test.

Andet trin var at undersøge, hvordan dette fungerer: Det afgørende viste sig at være, at fibrene slår bro over revner i matrixen og kan fordele den lokalt virkende energi i materialet.Her skal grænsefladerne mellem fibre og wolframmatrixen på den ene side være svage nok til at give efter, når der dannes revner, og på den anden side være stærke nok til at overføre kraften mellem fibrene og matrixen.I bøjningstests kunne dette observeres direkte ved hjælp af røntgenmikrotomografi.Dette demonstrerede materialets grundlæggende funktion.

Afgørende for materialets anvendelighed er dog, at den øgede sejhed bibeholdes, når det påføres.Johann Riesch kontrollerede dette ved at undersøge prøver, der var blevet skøre ved forudgående termisk behandling.Når prøverne blev udsat for synkrotronstråling eller sat under elektronmikroskopet, bekræftede strækning og bøjning af dem også i dette tilfælde de forbedrede materialeegenskaber: Hvis matrixen svigter under stress, er fibrene i stand til at bygge bro over de opståede revner og dæmme op for dem.

Principperne for at forstå og producere det nye materiale er således fastlagt.Prøver skal nu produceres under forbedrede procesforhold og med optimerede grænseflader, hvilket er forudsætningen for storskalaproduktion.Det nye materiale kan også være af interesse uden for fusionsforskningsområdet.