Tungsten, sıcak füzyon plazmasını çevreleyen kabın yüksek gerilimli kısımları için malzeme olarak özellikle uygundur; en yüksek erime noktasına sahip metaldir.Ancak bir dezavantajı, stres altında onu kırılgan ve hasara yatkın hale getiren kırılganlığıdır.Garching'deki Max Planck Plazma Fiziği Enstitüsü (IPP) tarafından yeni ve daha esnek bir bileşik malzeme geliştirildi.Gömülü kaplanmış tungsten teller içeren homojen tungstenden oluşur.Bir fizibilite çalışması yeni bileşiğin temel uygunluğunu gösterdi.

IPP'de yürütülen araştırmanın amacı, güneş gibi enerjisini atom çekirdeklerinin füzyonundan elde eden bir enerji santrali geliştirmektir.Kullanılan yakıt düşük yoğunluklu hidrojen plazmasıdır.Füzyon ateşini ateşlemek için plazmanın manyetik alanlara hapsedilmesi ve yüksek sıcaklığa ısıtılması gerekir.Çekirdekte 100 milyon dereceye ulaşıldı.Tungsten, sıcak plazmayla doğrudan temas eden bileşenler için malzeme olarak oldukça umut verici bir metaldir.Bu, IPP'deki kapsamlı araştırmalarla kanıtlanmıştır.Ancak şimdiye kadar çözülmemiş bir sorun, malzemenin kırılganlığıydı: Tungsten, enerji santrali koşulları altında dayanıklılığını kaybediyor.Yerel gerilim (gerilme, esneme veya basınç) malzemenin hafifçe eğilmesiyle önlenemez.Bunun yerine çatlaklar oluşur: Bileşenler bu nedenle yerel aşırı yüklemeye karşı çok hassas tepki verir.

Bu nedenle IPP yerel gerilimi dağıtabilecek yapılar aradı.Model olarak kullanılan elyafla güçlendirilmiş seramikler: Örneğin, kırılgan silisyum karbür, silisyum karbür liflerle güçlendirildiğinde beş kat daha sert hale gelir.Birkaç ön çalışmanın ardından IPP bilim insanı Johann Riesch, benzer tedavinin tungsten metali ile işe yarayıp yaramayacağını araştıracaktı.

İlk adım yeni malzemeyi üretmekti.Bir tungsten matrisinin, saç kadar ince çekilmiş tungsten telden oluşan kaplanmış uzun liflerle güçlendirilmesi gerekiyordu.Başlangıçta ampuller için ışıklı filamentler olarak tasarlanan teller, Osram GmbH tarafından tedarik ediliyor.IPP'de bunları kaplamak için erbiyum oksit de dahil olmak üzere çeşitli malzemeler araştırıldı.Tamamen kaplanmış tungsten fiberler daha sonra paralel veya örgülü olarak bir araya getirildi.Teller arasındaki boşlukları tungsten ile doldurmak için Johann Riesch ve iş arkadaşları daha sonra İngiliz sanayi ortağı Archer Technicoat Ltd ile birlikte yeni bir süreç geliştirdi. Tungsten iş parçaları genellikle metal tozundan yüksek sıcaklık ve basınçta preslenirken, daha fazlası Bileşiği üretmenin nazik bir yöntemi bulundu: Tungsten, orta sıcaklıklarda kimyasal bir işlem uygulanarak gazlı bir karışımdan tellerin üzerine biriktirilir.Bu, tungsten elyaf takviyeli tungstenin başarılı bir şekilde üretildiği ilk seferdi ve istenilen sonuç elde edildi: Yeni bileşiğin kırılma dayanıklılığı, ilk testlerden sonra elyafsız tungsten ile karşılaştırıldığında zaten üç katına çıkmıştı.

İkinci adım, bunun nasıl çalıştığını araştırmaktı: Belirleyici faktörün, fiberlerin matristeki çatlakları köprülemesi ve malzemede lokal olarak etkili olan enerjiyi dağıtabilmesi olduğu kanıtlandı.Burada, fiberler ile tungsten matrisi arasındaki arayüzler, bir yandan çatlak oluştuğunda yol verecek kadar zayıf, diğer yandan da fiberler ile matris arasındaki kuvveti iletecek kadar güçlü olmalıdır.Bükme testlerinde bu, X-ışını mikrotomografisi aracılığıyla doğrudan gözlemlenebilir.Bu, malzemenin temel işleyişini gösterdi.

Bununla birlikte, malzemenin kullanışlılığı açısından belirleyici olan, uygulandığında artan dayanıklılığın korunmasıdır.Johann Riesch, daha önceki ısıl işlem nedeniyle kırılgan hale gelen numuneleri inceleyerek bunu kontrol etti.Numuneler senkrotron radyasyonuna maruz bırakıldığında veya elektron mikroskobu altına konulduğunda, bunların esnetilmesi ve bükülmesi de bu durumda gelişmiş malzeme özelliklerini doğruladı: Matris gerilim altında başarısız olursa, fiberler meydana gelen çatlakları kapatabilir ve bunları durdurabilir.

Böylece yeni malzemeyi anlama ve üretme ilkeleri belirlenmiş olur.Numuneler artık iyileştirilmiş proses koşulları altında ve optimize edilmiş arayüzlerle üretilecek; bu, büyük ölçekli üretimin ön şartıdır.Yeni materyal, füzyon araştırması alanının ötesinde de ilgi çekici olabilir.