Volfram je posebno prikladan kao materijal za visokonapregnute dijelove posude koja okružuje vruću fuzijsku plazmu, jer je to metal s najvišom točkom taljenja.Nedostatak mu je, međutim, krtost, što ga pod stresom čini lomljivim i podložnim oštećenjima.Institut Max Planck za fiziku plazme (IPP) u Garchingu sada je razvio novi, otporniji složeni materijal.Sastoji se od homogenog volframa s ugrađenim obloženim žicama od volframa.Studija izvedivosti upravo je pokazala osnovnu prikladnost novog spoja.

Cilj istraživanja provedenog u IPP-u je razviti elektranu koja, poput Sunca, dobiva energiju iz fuzije atomskih jezgri.Gorivo koje se koristi je vodikova plazma niske gustoće.Da bi se zapalila fuzijska vatra, plazma mora biti zatvorena u magnetskim poljima i zagrijana na visoku temperaturu.U jezgri se postiže 100 milijuna stupnjeva.Volfram je vrlo obećavajući metal kao materijal za komponente koje dolaze u izravan kontakt s vrućom plazmom.To su pokazala opsežna istraživanja u IPP-u.Međutim, do sada neriješen problem bila je krtost materijala: volfram gubi svoju žilavost u uvjetima elektrane.Lokalni stres – napetost, istezanje ili pritisak – ne može se izbjeći tako da materijal lagano popusti.Umjesto toga nastaju pukotine: Komponente stoga vrlo osjetljivo reagiraju na lokalno preopterećenje.

Zato je IPP tražio strukture sposobne raspodijeliti lokalne napetosti.Keramika ojačana vlaknima poslužila je kao modeli: Na primjer, krti silicij-karbid postaje pet puta čvršći kada je ojačan vlaknima silicij-karbida.Nakon nekoliko preliminarnih studija IPP znanstvenik Johann Riesch trebao je istražiti može li sličan tretman funkcionirati s metalom volframa.

Prvi korak bio je proizvesti novi materijal.Volframova matrica morala je biti ojačana obloženim dugim vlaknima koja se sastoje od ekstrudirane volframove žice tanke poput vlasi.Žice, izvorno namijenjene kao svjetleće niti za žarulje, isporučuje Osram GmbH.U IPP-u su ispitivani različiti materijali za njihovo oblaganje, uključujući erbijev oksid.Potpuno obložena volframova vlakna zatim su skupljena zajedno, paralelno ili upletena.Za popunjavanje praznina između žica volframom, Johann Riesch i njegovi suradnici razvili su novi proces u suradnji s engleskim industrijskim partnerom Archer Technicoat Ltd. Dok se obradaci od volframa obično prešaju zajedno od metalnog praha na visokoj temperaturi i tlaku, više pronađena je nježna metoda proizvodnje spoja: volfram se taloži na žice iz plinovite smjese primjenom kemijskog procesa na umjerenim temperaturama.Ovo je bio prvi put da je volfram ojačan volframovim vlaknima uspješno proizveden, sa željenim rezultatom: otpornost na lom novog spoja već se utrostručila u odnosu na volfram bez vlakana nakon prvih ispitivanja.

Drugi korak bio je istražiti kako to funkcionira: pokazalo se da je odlučujući faktor to što vlakna premošćuju pukotine u matrici i mogu distribuirati lokalno djelujuću energiju u materijalu.Ovdje sučelja između vlakana i volframove matrice, s jedne strane, moraju biti dovoljno slaba da popuste kada nastanu pukotine, a s druge strane, moraju biti dovoljno jaka da prenesu silu između vlakana i matrice.U ispitivanjima savijanja to se može promatrati izravno pomoću rendgenske mikrotomografije.Ovo je pokazalo osnovno funkcioniranje materijala.

Međutim, odlučujuće za korisnost materijala je to što se povećana žilavost održava tijekom njegove primjene.Johann Riesch je to provjerio istražujući uzorke koji su bili krti prethodnom toplinskom obradom.Kada su uzorci bili podvrgnuti sinkrotronskom zračenju ili stavljeni pod elektronski mikroskop, njihovo rastezanje i savijanje također je u ovom slučaju potvrdilo poboljšana svojstva materijala: ako matrica pokvari pod pritiskom, vlakna mogu premostiti nastale pukotine i spriječiti ih.

Time su utvrđena načela za razumijevanje i proizvodnju novog materijala.Uzorci se sada trebaju proizvoditi pod poboljšanim uvjetima procesa i s optimiziranim sučeljima, što je preduvjet za proizvodnju velikih razmjera.Novi bi materijal mogao biti zanimljiv i izvan područja istraživanja fuzije.