Volframas yra ypač tinkamas kaip medžiaga labai įtemptoms indo dalims, gaubiančioms karštą lydytą plazmą, nes tai yra aukščiausią lydymosi temperatūrą turintis metalas.Tačiau trūkumas yra jo trapumas, dėl kurio veikiant stresui jis tampa trapus ir gali būti pažeistas.Garchingo Maxo Plancko plazmos fizikos institutas (IPP) dabar sukūrė naują, atsparesnę sudėtinę medžiagą.Jį sudaro vienalytis volframas su dengtais volframo laidais.Galimybių studija ką tik parodė pagrindinį naujojo junginio tinkamumą.

IPP atliekamų tyrimų tikslas – sukurti elektrinę, kuri, kaip ir saulė, gautų energiją iš atomų branduolių sintezės.Naudojamas kuras yra mažo tankio vandenilio plazma.Norint uždegti sintezės ugnį, plazma turi būti uždaryta magnetiniuose laukuose ir kaitinama iki aukštos temperatūros.Šerdyje pasiekiama 100 milijonų laipsnių.Volframas yra labai perspektyvus metalas kaip medžiaga komponentams, tiesiogiai liečiantiems karštą plazmą.Tai įrodė išsamūs IPP tyrimai.Tačiau iki šiol neišspręsta problema buvo medžiagos trapumas: elektrinės sąlygomis volframas praranda savo tvirtumą.Medžiagai šiek tiek pasidavus, negalima išvengti vietinio įtempimo – įtempimo, tempimo ar spaudimo.Vietoje to susidaro įtrūkimai: todėl komponentai labai jautriai reaguoja į vietinę perkrovą.

Štai kodėl IPP ieškojo struktūrų, galinčių paskirstyti vietinę įtampą.Pluoštu armuota keramika buvo modeliai: Pavyzdžiui, trapus silicio karbidas yra penkis kartus kietesnis, kai sutvirtintas silicio karbido pluoštais.Po kelių preliminarių tyrimų IPP mokslininkas Johannas Rieschas turėjo ištirti, ar panašus apdorojimas gali būti naudojamas su volframo metalu.

Pirmas žingsnis buvo naujos medžiagos gamyba.Volframo matrica turėjo būti sutvirtinta padengtais ilgais pluoštais, sudarytais iš ekstruzijos volframo vielos, plonos kaip plaukai.Laidai, kurie iš pradžių buvo skirti kaip lempučių šviečiantys siūlai, kuriuos tiekė Osram GmbH.IPP buvo tiriamos įvairios jų dengimo medžiagos, įskaitant erbio oksidą.Tada visiškai padengti volframo pluoštai buvo sujungti lygiagrečiai arba pinti.Norėdami užpildyti tarpus tarp laidų volframu, Johann Riesch ir jo bendradarbiai kartu su Anglijos pramonės partneriu Archer Technicoat Ltd sukūrė naują procesą. Kadangi volframo ruošiniai paprastai suspaudžiami iš metalo miltelių esant aukštai temperatūrai ir slėgiui, rastas švelnus junginio gamybos būdas: volframas ant laidų nusodinamas iš dujų mišinio, taikant cheminį procesą esant vidutinei temperatūrai.Tai buvo pirmas kartas, kai buvo sėkmingai gaminamas volframo pluoštu sustiprintas volframas ir buvo pasiektas norimas rezultatas: po pirmųjų bandymų naujojo junginio atsparumas lūžiams jau buvo patrigubėjęs, palyginti su bepluoštu volframu.

Antrasis žingsnis buvo ištirti, kaip tai veikia: Pasirodė, kad lemiamas veiksnys buvo tai, kad pluoštai uždengia matricos įtrūkimus ir gali paskirstyti vietoje veikiančią energiją medžiagoje.Čia sąsajos tarp pluoštų ir volframo matricos, viena vertus, turi būti pakankamai silpnos, kad atsirastų, kai susidaro įtrūkimai, ir, kita vertus, pakankamai stiprios, kad perduotų jėgą tarp pluoštų ir matricos.Atliekant lenkimo testus, tai buvo galima tiesiogiai stebėti rentgeno mikrotomografijos pagalba.Tai parodė pagrindinį medžiagos veikimą.

Tačiau medžiagos naudingumą lemia tai, kad ją naudojant išlaikomas padidintas kietumas.Johannas Rieschas tai patikrino tirdamas mėginius, kurie buvo trapūs dėl ankstesnio terminio apdorojimo.Pavyzdžiai buvo veikiami sinchrotroninės spinduliuotės arba padedant po elektroniniu mikroskopu, jų tempimas ir lenkimas šiuo atveju taip pat patvirtino pagerėjusias medžiagos savybes: jei matrica sugenda veikiant įtempimui, pluoštai gali užtaisyti susidariusius įtrūkimus ir juos pašalinti.

Taigi naujos medžiagos supratimo ir kūrimo principai yra nustatyti.Mėginiai dabar turi būti gaminami patobulintomis proceso sąlygomis ir su optimizuotomis sąsajomis, nes tai yra būtina didelės apimties gamybos sąlyga.Nauja medžiaga taip pat gali būti įdomi ne tik sintezės tyrimų srityje.