volframje posebej primeren kot material za zelo obremenjene dele posode, ki obdaja vročo fuzijsko plazmo, saj je kovina z najvišjim tališčem.Pomanjkljivost pa je njegova krhkost, zaradi katere je pod obremenitvijo krhek in nagnjen k poškodbam.Inštitut Maxa Plancka za fiziko plazme (IPP) v Garchingu je zdaj razvil nov, bolj prožen sestavljen material.Sestavljen je iz homogenihvolframs premazanimvolframove žicevdelan.Študija izvedljivosti je pravkar pokazala osnovno ustreznost nove spojine.

Cilj raziskav, ki jih izvajajo na IPP, je razviti elektrarno, ki tako kot sonce pridobiva energijo iz fuzije atomskih jeder.Uporabljeno gorivo je vodikova plazma nizke gostote.Za vžig fuzijskega ognja mora biti plazma zaprta v magnetnem polju in segreta na visoko temperaturo.V jedru je doseženih 100 milijonov stopinj.volframje zelo obetavna kovina kot material za komponente, ki pridejo v neposreden stik z vročo plazmo.To so dokazale obsežne preiskave pri IPP.Doslej nerešen problem pa je bila krhkost materiala:volframizgubi svojo žilavost v pogojih elektrarne.Lokalnih obremenitev – napetosti, raztezanja ali pritiska – ni mogoče odpraviti tako, da material nekoliko popusti.Namesto tega nastanejo razpoke: Komponente zato zelo občutljivo reagirajo na lokalno preobremenitev.

Zato je IPP iskal strukture, ki bi lahko porazdelile lokalno napetost.Keramika, ojačana z vlakni, je služila kot model: krhki silicijev karbid je na primer petkrat bolj trd, če je ojačan z vlakni iz silicijevega karbida.Po nekaj predhodnih študijah naj bi znanstvenik IPP Johann Riesch raziskal, ali lahko podobna obdelava deluje pri kovini volframa.

Prvi korak je bil izdelava novega materiala.Avolframn matrico je bilo treba ojačati s prevlečenimi dolgimi vlakni, sestavljenimi iz ekstrudiranihvolframova žicatanek kot las.Žice, prvotno mišljene kot svetlečefilamentiza žarnice, kjer jih dobavlja Osram GmbH.Na IPP so raziskovali različne materiale za njihovo prevleko, vključno z erbijevim oksidom.Popolnoma prevlečenvolframova vlaknaso bili nato združeni skupaj, bodisi vzporedno bodisi spleteni.Za zapolnitev vrzeli med žicami z volframom so Johann Riesch in njegovi sodelavci nato razvili nov postopek v sodelovanju z angleškim industrijskim partnerjem Archer Technicoat Ltd. Medtem ko so volframovi obdelovanci običajno stisnjeni skupaj iz kovinskega prahu pri visoki temperaturi in tlaku, bolj Ugotovljena je bila nežna metoda za proizvodnjo spojine: Thevolframse nanese na žice iz mešanice plinov z uporabo kemičnega postopka pri zmernih temperaturah.To je bilo prvičvolfram, ojačan z volframovimi vlaknije bila uspešno izdelana z želenim rezultatom: lomna žilavost nove spojine se je po prvih preskusih že potrojila v primerjavi z volframom brez vlaken.

Drugi korak je bil raziskati, kako to deluje: odločilni dejavnik se je izkazal za to, da vlakna premostijo razpoke v matrici in lahko porazdelijo lokalno delujočo energijo v materialu.Pri tem morajo biti vmesniki med vlakni in volframovo matriko na eni strani dovolj šibki, da popustijo, ko nastanejo razpoke, na drugi strani pa morajo biti dovolj močni, da prenašajo silo med vlakni in matriko.Pri upogibnih preskusih je to mogoče opazovati neposredno z rentgensko mikrotomografijo.To je pokazalo osnovno delovanje materiala.

Odločilno za uporabnost materiala pa je, da se povečana žilavost ohrani tudi med nanosom.Johann Riesch je to preveril s preiskovanjem vzorcev, ki so bili zaradi predhodne toplotne obdelave krhki.Ko so bili vzorci izpostavljeni sinhrotronskemu sevanju ali dani pod elektronski mikroskop, je njihovo raztezanje in upogibanje tudi v tem primeru potrdilo izboljšane lastnosti materiala: če matrika pod obremenitvijo odpove, so vlakna sposobna premostiti nastale razpoke in jih zajeziti.

Načela za razumevanje in produkcijo novega materiala so tako določena.Vzorci bodo zdaj izdelani v izboljšanih procesnih pogojih in z optimiziranimi vmesniki, kar je predpogoj za obsežno proizvodnjo.Nov material bi lahko bil zanimiv tudi zunaj področja raziskav fuzije.