Tungstenul este deosebit de potrivit ca material pentru părțile foarte solicitate ale vasului care înconjoară o plasmă de fuziune fierbinte, acesta fiind metalul cu cel mai înalt punct de topire.Un dezavantaj este însă fragilitatea sa, care sub stres o face fragilă și predispusă la deteriorare.Un material compus nou, mai rezistent, a fost dezvoltat acum de Institutul Max Planck pentru Fizica Plasmei (IPP) de la Garching.Este alcătuit din wolfram omogen cu fire de tungsten acoperite încorporate.Un studiu de fezabilitate tocmai a arătat adecvarea de bază a noului compus.

Obiectivul cercetării efectuate la IPP este de a dezvolta o centrală electrică care, ca și soarele, să obțină energie din fuziunea nucleelor ​​atomice.Combustibilul folosit este o plasmă de hidrogen de joasă densitate.Pentru a aprinde focul de fuziune, plasma trebuie să fie închisă în câmpuri magnetice și încălzită la o temperatură ridicată.În nucleu se atinge 100 de milioane de grade.Tungstenul este un metal foarte promițător ca material pentru componentele care vin în contact direct cu plasma fierbinte.Acest lucru a fost demonstrat de investigații ample la IPP.O problemă nerezolvată până acum a fost însă fragilitatea materialului: wolfram își pierde duritatea în condițiile centralei electrice.Tensiunea locală – tensiune, întindere sau presiune – nu poate fi eliminată prin cedarea ușoară a materialului.În schimb, se formează fisuri: Componentele reacționează foarte sensibil la suprasolicitarea locală.

De aceea, IPP a căutat structuri capabile să distribuie tensiunea locală.Ceramica armată cu fibre a servit drept modele: De exemplu, carbura de siliciu fragilă este de cinci ori mai rezistentă atunci când este armată cu fibre de carbură de siliciu.După câteva studii preliminare, omul de știință IPP Johann Riesch urma să investigheze dacă un tratament similar poate funcționa cu metalul tungsten.

Primul pas a fost producerea noului material.O matrice de wolfram a trebuit să fie întărită cu fibre lungi acoperite constând din sârmă de tungsten extrudată subțire ca părul.Firele, destinate inițial ca filamente luminoase pentru becuri, au fost furnizate de Osram GmbH.Diverse materiale pentru acoperirea lor au fost investigate la IPP, inclusiv oxidul de erbiu.Fibrele de tungsten complet acoperite au fost apoi îmbinate, fie paralele, fie împletite.Pentru a umple golurile dintre firele cu wolfram, Johann Riesch și colegii săi au dezvoltat apoi un nou proces în colaborare cu partenerul industrial englez Archer Technicoat Ltd. În timp ce piesele de tungsten sunt de obicei presate împreună din pulbere metalică la temperatură și presiune ridicată, un s-a găsit metoda blândă de producere a compusului: wolframul se depune pe firele dintr-un amestec gazos prin aplicarea unui proces chimic la temperaturi moderate.Aceasta a fost prima dată când tungstenul armat cu fibre de tungsten a fost produs cu succes, cu rezultatul dorit: duritatea la rupere a noului compus se triplase deja în raport cu wolfram fără fibre după primele teste.

Al doilea pas a fost investigarea modului în care funcționează: factorul decisiv s-a dovedit a fi faptul că fibrele pun fisurile în matrice și pot distribui energia care acționează local în material.Aici interfețele dintre fibre și matricea de tungsten, pe de o parte, trebuie să fie suficient de slabe pentru a ceda când se formează fisuri și, pe de altă parte, să fie suficient de puternice pentru a transmite forța dintre fibre și matrice.În testele de îndoire, acest lucru a putut fi observat direct prin microtomografie cu raze X.Aceasta a demonstrat funcționarea de bază a materialului.

Decisiv pentru utilitatea materialului este totuși faptul că duritatea sporită este menținută atunci când este aplicat.Johann Riesch a verificat acest lucru prin investigarea probelor care au fost fragilizate de un tratament termic anterior.Atunci când probele au fost supuse la radiații sincrotron sau puse sub microscopul electronic, întinderea și îndoirea lor a confirmat, de asemenea, în acest caz proprietățile îmbunătățite ale materialului: dacă matricea eșuează atunci când este solicitată, fibrele sunt capabile să unească fisurile care apar și să le stopeze.

Sunt astfel stabilite principiile pentru înțelegerea și producerea noului material.Probele urmează să fie acum produse în condiții de proces îmbunătățite și cu interfețe optimizate, aceasta fiind condiția prealabilă pentru producția la scară largă.Noul material ar putea fi, de asemenea, de interes dincolo de domeniul cercetării fuziunii.