O volframio é particularmente axeitado como material para partes moi estresadas do recipiente que encerra un plasma de fusión en quente, sendo este o metal co punto de fusión máis alto.Unha desvantaxe, con todo, é a súa fraxilidade, que baixo estrés faino fráxil e propenso a danos.O Instituto Max Planck de Física do Plasma (IPP) en Garching desenvolveu un novo material composto máis resistente.Consta de wolframio homoxéneo con fíos de wolframio revestidos incrustados.Un estudo de viabilidade acaba de demostrar a idoneidade básica do novo composto.

O obxectivo da investigación realizada no IPP é desenvolver unha central eléctrica que, como o sol, extraia enerxía da fusión de núcleos atómicos.O combustible utilizado é un plasma de hidróxeno de baixa densidade.Para acender o lume de fusión, o plasma ten que estar confinado en campos magnéticos e quentado a unha temperatura elevada.No núcleo alcánzanse os 100 millóns de graos.O volframio é un metal moi prometedor como material para compoñentes que entran en contacto directo co plasma quente.Isto foi demostrado por amplas investigacións no IPP.Un problema ata agora sen resolver, con todo, foi a fraxilidade do material: o volframio perde a súa dureza nas condicións da central eléctrica.O estrés local (tensión, estiramento ou presión) non se pode obviar co material cedendo lixeiramente.No seu lugar fórmanse gretas: os compoñentes reaccionan polo tanto de forma moi sensible á sobrecarga local.

Por iso IPP buscou estruturas capaces de repartir a tensión local.A cerámica reforzada con fibras serviu de modelo: por exemplo, o carburo de silicio fráxil faise cinco veces máis resistente cando se reforza con fibras de carburo de silicio.Despois duns poucos estudos preliminares, o científico do IPP Johann Riesch ía investigar se un tratamento similar pode funcionar co wolframio metálico.

O primeiro paso foi producir o novo material.Unha matriz de wolframio tivo que ser reforzada con fibras longas recubertas constituídas por fío de wolframio extruído fino como cabelo.Os fíos, orixinalmente concebidos como filamentos luminosos para lámpadas, foron subministrados por Osram GmbH.No IPP investigáronse varios materiais para recubrilos, incluído o óxido de erbio.As fibras de wolframio completamente recubertas foron agrupadas, paralelas ou trenzadas.Para cubrir os ocos entre os fíos con wolframio Johann Riesch e os seus compañeiros desenvolveron entón un novo proceso xunto co socio industrial inglés Archer Technicoat Ltd. Mentres que as pezas de wolframio adoitan prensarse xuntas a partir de po metálico a alta temperatura e presión, Atopouse un método suave para producir o composto: o volframio deposítase sobre os fíos a partir dunha mestura gasosa mediante a aplicación dun proceso químico a temperaturas moderadas.Esta foi a primeira vez que se produciu con éxito wolframio reforzado con fibras de volframio, co resultado desexado: a tenacidade á fractura do novo composto xa se triplicou en relación ao wolframio sen fibras despois das primeiras probas.

O segundo paso foi investigar como funciona isto: o factor decisivo resultou ser que as fibras puñan gretas na matriz e poden distribuír a enerxía que actúa localmente no material.Aquí as interfaces entre as fibras e a matriz de wolframio, por unha banda, teñen que ser o suficientemente débiles como para ceder cando se forman gretas e, por outra, ser o suficientemente fortes para transmitir a forza entre as fibras e a matriz.Nas probas de flexión isto puido observarse directamente mediante microtomografía de raios X.Isto demostrou o funcionamento básico do material.

Non obstante, o decisivo para a utilidade do material é que a dureza mellorada se manteña cando se aplica.Johann Riesch comprobou isto investigando mostras que foran fragilizadas por un tratamento térmico previo.Cando as mostras foron sometidas a radiación de sincrotrón ou sometidas ao microscopio electrónico, estiralas e dobralas tamén confirmou neste caso as propiedades melloradas do material: Se a matriz falla ao someterse a tensión, as fibras son capaces de salvar as gretas que se producen e deterlas.

Establécense así os principios para comprender e producir o novo material.Agora as mostras deben producirse en condicións de proceso melloradas e con interfaces optimizadas, sendo este o requisito previo para a produción a gran escala.O novo material tamén pode ser de interese máis aló do campo da investigación da fusión.