A volfrám különösen alkalmas az edény nagy igénybevételnek kitett részeihez, amelyek forró fúziós plazmát vesznek körül, mivel ez a legmagasabb olvadáspontú fém.Hátránya azonban a törékenysége, amely terhelés hatására törékennyé és károsodásra hajlamossá teszi.A garchingi Max Planck Plazmafizikai Intézet (IPP) egy új, rugalmasabb összetett anyagot fejlesztett ki.Homogén volfrámból áll, bevont volfrámhuzalokkal.Egy megvalósíthatósági tanulmány kimutatta az új vegyület alapvető alkalmasságát.

Az IPP-nél végzett kutatás célja egy olyan erőmű kifejlesztése, amely a Naphoz hasonlóan atommagok fúziójából nyeri az energiát.A felhasznált tüzelőanyag kis sűrűségű hidrogénplazma.A fúziós tűz meggyújtásához a plazmát mágneses mezőkbe kell zárni, és magas hőmérsékletre kell melegíteni.A magban 100 millió fokot ér el.A wolfram nagyon ígéretes fém a forró plazmával közvetlenül érintkező alkatrészek anyagaként.Ezt az IPP kiterjedt vizsgálatai igazolták.Eddig megoldatlan probléma volt azonban az anyag ridegsége: a volfrám veszít szívósságából erőművi körülmények között.A helyi igénybevételt – feszültséget, nyújtást vagy nyomást – nem lehet elkerülni, ha az anyag kissé enged.Helyette repedések keletkeznek: ezért az alkatrészek nagyon érzékenyen reagálnak a helyi túlterhelésre.

Ezért az IPP olyan struktúrákat keresett, amelyek képesek elosztani a helyi feszültséget.Szálerősítésű kerámia szolgált modellként: például a rideg szilícium-karbid ötször szívósabb, ha szilícium-karbid szálakkal erősítik meg.Néhány előzetes tanulmány után Johann Riesch, az IPP tudósa azt akarta megvizsgálni, hogy a hasonló kezelés működhet-e volfrámfémmel.

Az első lépés az új anyag elkészítése volt.A volfrámmátrixot bevont hosszú szálakkal kellett megerősíteni, amelyek hajszálvékonyságú, extrudált volfrámhuzalból álltak.Az eredetileg izzószálaknak szánt vezetékeket az Osram GmbH szállította.Az IPP-nél különféle bevonatanyagokat vizsgáltak, köztük az erbium-oxidot.Ezután a teljesen bevont volfrámszálakat párhuzamosan vagy fonottan egymáshoz kötözték.A huzalok közötti rések volfrámmal való kitöltésére Johann Riesch és munkatársai az angol ipari partnerrel, az Archer Technicoat Ltd.-vel közösen új eljárást dolgoztak ki. Míg a volfrám munkadarabokat általában fémporból préselik össze magas hőmérsékleten és nyomáson, kíméletes módszert találtak a vegyület előállítására: A volfrámot mérsékelt hőmérsékleten kémiai eljárással gázkeverékből rakják le a vezetékekre.Ez volt az első alkalom, hogy sikeresen állítottak elő volfrámszál-erősítésű volfrámot, a kívánt eredménnyel: az új vegyület törési szívóssága az első tesztek után már megháromszorozódott a szál nélküli volfrámhoz képest.

A második lépés ennek a működésének vizsgálata volt: A döntő tényezőnek az bizonyult, hogy a szálak áthidalják a mátrix repedéseit, és el tudják osztani a lokálisan ható energiát az anyagban.Itt a szálak és a volfrámmátrix közötti határfelületeknek egyrészt elég gyengének kell lenniük ahhoz, hogy repedések keletkezésekor engedjenek, másrészt elég erősnek kell lenniük ahhoz, hogy a szálak és a mátrix közötti erőt továbbítsák.A hajlítási vizsgálatok során ez közvetlenül megfigyelhető volt röntgen mikrotomográfia segítségével.Ez bemutatta az anyag alapvető működését.

Az anyag hasznossága szempontjából azonban az a döntő, hogy a fokozott szívósság felhordáskor megmarad.Johann Riesch ezt úgy ellenőrizte, hogy megvizsgálta azokat a mintákat, amelyek az előzetes hőkezelés hatására rideggé váltak.A minták szinkrotronsugárzásának kitéve vagy elektronmikroszkóp alá helyezése, nyújtása és hajlítása ebben az esetben is megerősítette a javuló anyagtulajdonságokat: Ha a mátrix feszültség hatására meghibásodik, a szálak képesek áthidalni a keletkező repedéseket és megszüntetni azokat.

Az új anyag megértésének és előállításának alapelvei így rendeződnek.A mintákat most javított folyamatkörülmények között és optimalizált interfészekkel kell előállítani, ami a nagyüzemi gyártás előfeltétele.Az új anyag a fúziós kutatáson túl is érdekes lehet.