タングステン最も高い融点を持つ金属であり、高温核融合プラズマを封入する容器の高応力部分の材料として特に適しています。ただし、脆いという欠点があり、ストレスがかかると壊れやすく、損傷しやすくなります。新しく、より弾力性のある複合材料が、ガーヒングのマックス プランク プラズマ物理研究所 (IPP) によって開発されました。それは均質なもので構成されていますタングステンコーティングされたタングステン線埋め込み。実現可能性調査により、新しい化合物の基本的な適合性が示されたところです。

IPP で行われる研究の目的は、太陽のように原子核の融合からエネルギーを得る発電所を開発することです。使用される燃料は低密度水素プラズマです。核融合火を点火するには、プラズマを磁場の中に閉じ込めて高温に加熱する必要があります。中心部では1億度に達します。タングステン高温プラズマに直接接触する部品の材料として非常に有望な金属です。これは、IPP での広範な調査によって実証されています。しかし、これまでに解決されていない問題は、材料の脆さです。タングステン発電所の条件下では靭性が失われます。局所的な応力（張力、伸び、または圧力）は、材料がわずかに変形しただけでは回避できません。代わりに亀裂が発生します。したがって、コンポーネントは局所的な過負荷に対して非常に敏感に反応します。

そのため、IPP は局所的な緊張を分散できる構造を探しました。繊維強化セラミックスがモデルとして使用されます。たとえば、脆い炭化ケイ素は炭化ケイ素繊維で強化すると 5 倍の強度になります。いくつかの予備研究の後、IPP の科学者ヨハン・リーシュは、同様の処理がタングステン金属でも効果があるかどうかを調査することになりました。

最初のステップは、新しい素材を作成することでした。あタングステマトリックスは、押出成形された長繊維からなるコーティングされた長繊維で強化する必要がありました。タングステン線髪の毛のように薄い。ワイヤーはもともと発光することを目的としていたフィラメント電球の場合、Osram GmbH から供給されます。酸化エルビウムを含む、それらをコーティングするためのさまざまな材料がIPPで研究されました。完全にコーティングされたものタングステン繊維次に、平行または編組して束ねます。ワイヤー間の隙間をタングステンで埋めるために、ヨハン・リーシュと彼の同僚は英国の産業パートナーであるアーチャー・テクニコート社と協力して新しいプロセスを開発しました。タングステンのワークピースは通常、金属粉末から高温高圧でプレス加工されますが、化合物を生成する穏やかな方法が見つかりました。タングステン適度な温度で化学プロセスを適用することにより、ガス混合物からワイヤー上に堆積されます。こんなことは初めてだったタングステン繊維強化タングステン最初のテストの後、新しいコンパウンドの破壊靱性は、繊維のないタングステンに比べてすでに 3 倍になっていました。

第 2 のステップは、これがどのように機能するかを調査することでした。決定的な要因は、繊維がマトリックスの亀裂を橋渡しし、材料内で局所的に作用するエネルギーを分散できることであることが判明しました。ここで、繊維とタングステンマトリックスの間の界面は、一方では亀裂が生じたときに崩れるほど十分に弱くなければならず、他方では、繊維とマトリックスの間に力を伝達できるほど十分に強くなければなりません。曲げ試験では、X 線マイクロトモグラフィーを使用してこれを直接観察できます。これにより、材料の基本的な機能が実証されました。

ただし、この材料の有用性を決定づけるのは、適用時に強化された靭性が維持されることです。ヨハン・リーシュは、事前の熱処理によって脆化したサンプルを調査することでこれを確認しました。サンプルをシンクロトロン放射線にさらしたり、電子顕微鏡下に置いたりすると、サンプルを引き伸ばしたり曲げたりすることで、この場合も材料特性の改善が確認されました。応力が加わってマトリックスが破損しても、繊維は発生した亀裂を橋渡しして亀裂を食い止めることができます。

このようにして、新しい素材を理解し、作成するための原則が決まります。現在、サンプルは改善されたプロセス条件と最適化されたインターフェースの下で生産されることになっており、これが大規模生産の前提条件となっています。この新しい材料は、核融合研究の分野を超えて興味深いものになるかもしれない。