Volfrám je obzvlášť vhodný ako materiál pre vysoko namáhané časti nádoby uzatvárajúcej horúcu tavnú plazmu, pričom ide o kov s najvyšším bodom tavenia.Nevýhodou je však jeho lámavosť, ktorá ho pri zaťažení robí krehkým a náchylným na poškodenie.Inštitút Maxa Plancka pre fyziku plazmy (IPP) v Garchingu teraz vyvinul nový, odolnejší zložený materiál.Pozostáva z homogénneho volfrámu s potiahnutými volfrámovými drôtmi.Štúdia uskutočniteľnosti práve ukázala základnú vhodnosť novej zlúčeniny.

Cieľom výskumu realizovaného v IPP je vyvinúť elektráreň, ktorá podobne ako slnko získava energiu z fúzie atómových jadier.Použitým palivom je vodíková plazma s nízkou hustotou.Na zapálenie fúzneho ohňa musí byť plazma uzavretá v magnetických poliach a zahriata na vysokú teplotu.V jadre sa dosiahne 100 miliónov stupňov.Volfrám je veľmi perspektívny kov ako materiál pre komponenty prichádzajúce do priameho kontaktu s horúcou plazmou.Dokázali to rozsiahle vyšetrovania v IPP.Doteraz nevyriešeným problémom však bola krehkosť materiálu: volfrám v podmienkach elektrárne stráca svoju húževnatosť.Miestne napätie – ťah, natiahnutie alebo tlak – sa nedá vyhnúť miernym povoľovaním materiálu.Namiesto toho vznikajú trhliny: Komponenty preto reagujú veľmi citlivo na lokálne preťaženie.

Preto IPP hľadal štruktúry schopné rozložiť lokálne napätie.Ako modely slúžila keramika vystužená vláknami: Napríklad krehký karbid kremíka je päťkrát pevnejší, keď je vystužený vláknami karbidu kremíka.Po niekoľkých predbežných štúdiách vedec IPP Johann Riesch mal preskúmať, či podobná liečba môže fungovať s volfrámovým kovom.

Prvým krokom bola výroba nového materiálu.Volfrámová matrica musela byť vystužená potiahnutými dlhými vláknami pozostávajúcimi z extrudovaného volfrámového drôtu tenkého ako vlas.Drôty, pôvodne určené ako svetelné vlákna do žiaroviek, dodáva Osram GmbH.Na IPP boli skúmané rôzne materiály na ich poťahovanie, vrátane oxidu erbia.Kompletne potiahnuté volfrámové vlákna sa potom spojili do zväzkov, buď rovnobežne, alebo splietali.Na vyplnenie medzier medzi drôtmi pomocou volfrámu Johann Riesch a jeho spolupracovníci vyvinuli nový proces v spolupráci s anglickým priemyselným partnerom Archer Technicoat Ltd. Bol nájdený šetrný spôsob výroby zlúčeniny: Volfrám sa na drôty nanáša z plynnej zmesi chemickým procesom pri miernych teplotách.Bolo to prvýkrát, čo bol úspešne vyrobený volfrám vystužený volfrámovými vláknami s požadovaným výsledkom: lomová húževnatosť novej zmesi sa už po prvých testoch strojnásobila v porovnaní s bezvláknovým volfrámom.

Druhým krokom bolo zistiť, ako to funguje: Rozhodujúcim faktorom sa ukázalo, že vlákna premosťujú trhliny v matrici a dokážu distribuovať lokálne pôsobiacu energiu v materiáli.Tu musia byť rozhrania medzi vláknami a volfrámovou matricou na jednej strane dostatočne slabé, aby povolili, keď sa tvoria trhliny, a na druhej strane musia byť dostatočne pevné na prenos sily medzi vláknami a matricou.V testoch ohybu to bolo možné pozorovať priamo pomocou rôntgenovej mikrotomografie.To demonštrovalo základné fungovanie materiálu.

Rozhodujúce pre užitočnosť materiálu je však to, že zvýšená húževnatosť je zachovaná pri jeho aplikácii.Johann Riesch to overil skúmaním vzoriek, ktoré boli skrehnuté predchádzajúcim tepelným spracovaním.Keď boli vzorky vystavené synchrotrónovému žiareniu alebo pod elektrónovým mikroskopom, ich naťahovanie a ohýbanie potvrdilo aj v tomto prípade zlepšené vlastnosti materiálu: Ak matrica pri namáhaní zlyhá, vlákna sú schopné premostiť vznikajúce trhliny a zastaviť ich.

Princípy pre pochopenie a výrobu nového materiálu sú teda ustálené.Vzorky sa teraz majú vyrábať v zlepšených procesných podmienkach a s optimalizovanými rozhraniami, čo je predpokladom pre výrobu vo veľkom meradle.Nový materiál by mohol byť zaujímavý aj mimo oblasti výskumu fúzie.