Volfram on eriti sobiv materjaliks anuma tugevalt pingestatud osade jaoks, mis ümbritsevad kuuma sulamisplasma, kuna see on kõrgeima sulamistemperatuuriga metall.Puuduseks on aga selle rabedus, mis stressi all muudab selle hapraks ja kergesti kahjustatavaks.Garchingi Max Plancki Plasmafüüsika Instituut (IPP) on nüüd välja töötanud uudse, vastupidavama ühendmaterjali.See koosneb homogeensest volframist, millesse on manustatud kaetud volframtraate.Teostatavusuuring näitas just uue ühendi põhilist sobivust.

IPP-s läbiviidava uurimistöö eesmärk on välja töötada elektrijaam, mis sarnaselt päikesele saaks energiat aatomituumade ühinemisel.Kütusena kasutatakse madala tihedusega vesinikplasmat.Termotuumasünteesi süttimiseks tuleb plasma piirata magnetväljadega ja kuumutada kõrge temperatuurini.Südamikus saavutatakse 100 miljonit kraadi.Volfram on väga paljutõotav metall kuuma plasmaga otseses kokkupuutes olevate komponentide materjalina.Seda on näidanud IPP ulatuslikud uuringud.Seni lahendamata probleem on olnud aga materjali rabedus: volfram kaotab elektrijaama tingimustes oma sitkuse.Kohalikku pinget – pinget, venitamist või survet – ei saa vältida materjali kergelt järeleandmisega.Selle asemel tekivad praod: komponendid reageerivad seetõttu väga tundlikult kohalikule ülekoormusele.

Seetõttu otsis IPP struktuure, mis suudaksid kohalikku pinget jaotada.Mudelina kasutati kiududega tugevdatud keraamikat: näiteks habras ränikarbiid on viis korda sitkemaks, kui seda tugevdatakse ränikarbiidkiududega.Pärast mõningaid eeluuringuid pidi IPP teadlane Johann Riesch uurima, kas sarnane töötlemine võib töötada ka volframmetalliga.

Esimene samm oli uue materjali tootmine.Volframmaatriksit tuli tugevdada kaetud pikkade kiududega, mis koosnesid ekstrudeeritud volframtraadist, mis oli õhuke nagu karv.Juhtmed, mis olid algselt mõeldud hõõgniitidena lambipirnidele, tarnib Osram GmbH.IPP-s uuriti nende katmiseks erinevaid materjale, sealhulgas erbiumoksiidi.Täielikult kaetud volframkiud ühendati seejärel kas paralleelselt või põimitud.Juhtmete vahede täitmiseks volframiga töötas Johann Riesch ja tema kaastöötajad koostöös Inglise tööstuspartneriga Archer Technicoat Ltd. välja uue protsessi. Kui tavaliselt pressitakse volframi toorikud metallipulbrist kokku kõrgel temperatuuril ja rõhul, leiti õrn meetod ühendi valmistamiseks: Volfram sadestatakse juhtmetele gaasisegust, rakendades keemilist protsessi mõõdukal temperatuuril.See oli esimene kord, kui volframkiududega tugevdatud volframi toodeti edukalt soovitud tulemusega: uue ühendi purunemistugevus oli pärast esimesi katseid kiuvaba volframiga võrreldes juba kolmekordistunud.

Teine samm oli uurida, kuidas see toimib. Otsustavaks teguriks osutus see, et kiud sildavad maatriksi pragusid ja suudavad materjalis lokaalselt toimivat energiat jaotada.Siin peavad kiudude ja volframmaatriksi vahelised liidesed ühelt poolt olema piisavalt nõrgad, et pragude tekkimisel järele anda, ja teiselt poolt piisavalt tugevad, et kanda üle jõud kiudude ja maatriksi vahel.Painutustestides võis seda jälgida otse röntgen-mikrotomograafia abil.See näitas materjali põhilist toimimist.

Materjali kasulikkuse seisukohalt on otsustav aga see, et suurendatud sitkus säilib selle pealekandmisel.Johann Riesch kontrollis seda, uurides proove, mis olid eelneva termilise töötlemise tõttu rabedaks muutunud.Kui proovid allutati sünkrotronkiirgusele või pandi elektronmikroskoobi alla, kinnitasid ka nende venitamine ja painutamine antud juhul materjali paranenud omadusi: kui maatriks pinges puruneb, suudavad kiud tekkivaid pragusid siluda ja need eemaldada.

Seega on uue materjali mõistmise ja tootmise põhimõtted paika pandud.Nüüd tuleb proove toota täiustatud protsessitingimustes ja optimeeritud liidestega, mis on suuremahulise tootmise eeltingimus.Uus materjal võib pakkuda huvi ka väljaspool termotuumasünteesi uurimisvaldkonda.