Vonfram đặc biệt thích hợp làm vật liệu cho các bộ phận chịu ứng suất cao của bình chứa plasma nhiệt hạch nóng, nó là kim loại có điểm nóng chảy cao nhất.Tuy nhiên, nhược điểm của nó là tính giòn, khi chịu áp lực sẽ khiến nó dễ vỡ và dễ bị hư hỏng.Một loại vật liệu hợp chất mới, đàn hồi hơn hiện đã được Viện Vật lý Plasma (IPP) Max Planck tại Garching phát triển.Nó bao gồm vonfram đồng nhất với dây vonfram tráng được nhúng.Một nghiên cứu khả thi vừa cho thấy sự phù hợp cơ bản của hợp chất mới.

Mục tiêu của nghiên cứu được thực hiện tại IPP là phát triển một nhà máy điện, giống như mặt trời, lấy năng lượng từ phản ứng tổng hợp hạt nhân nguyên tử.Nhiên liệu được sử dụng là plasma hydro mật độ thấp.Để đốt cháy ngọn lửa nhiệt hạch, plasma phải được đặt trong từ trường và nung nóng đến nhiệt độ cao.Trong cốt lõi đạt được 100 triệu độ.Vonfram là kim loại có triển vọng cao làm vật liệu cho các bộ phận tiếp xúc trực tiếp với plasma nóng.Điều này đã được chứng minh qua các cuộc điều tra sâu rộng tại IPP.Tuy nhiên, một vấn đề chưa được giải quyết cho đến nay là tính giòn của vật liệu: Vonfram mất đi độ dẻo dai trong điều kiện nhà máy điện.Ứng suất cục bộ – lực căng, kéo giãn hoặc áp suất – không thể bị loại bỏ bằng cách vật liệu hơi nhường chỗ.Thay vào đó, các vết nứt hình thành: Các thành phần do đó phản ứng rất nhạy cảm với tình trạng quá tải cục bộ.

Đó là lý do tại sao IPP tìm kiếm các cấu trúc có khả năng phân bổ lực căng cục bộ.Gốm gia cố bằng sợi được dùng làm mô hình: Ví dụ, cacbua silic giòn được chế tạo cứng gấp năm lần khi được gia cố bằng sợi cacbua silic.Sau một vài nghiên cứu sơ bộ, nhà khoa học Johann Riesch của IPP đã điều tra xem liệu phương pháp xử lý tương tự có thể áp dụng được với kim loại vonfram hay không.

Bước đầu tiên là sản xuất vật liệu mới.Nền vonfram phải được gia cố bằng các sợi dài tráng bao gồm dây vonfram ép đùn mỏng như tóc.Các dây này ban đầu được dùng làm dây tóc phát sáng cho bóng đèn, được cung cấp bởi Osram GmbH.Các vật liệu khác nhau để phủ chúng đã được nghiên cứu tại IPP, bao gồm cả oxit erbium.Sau đó, các sợi vonfram được phủ hoàn toàn sẽ được bó lại với nhau, song song hoặc bện lại.Để lấp đầy các khoảng trống giữa các dây bằng vonfram, Johann Riesch và các đồng nghiệp của ông sau đó đã phát triển một quy trình mới cùng với đối tác công nghiệp Anh Archer Technicoat Ltd. Trong khi các phôi vonfram thường được ép lại với nhau từ bột kim loại ở nhiệt độ và áp suất cao, thì Người ta đã tìm ra phương pháp nhẹ nhàng để sản xuất hợp chất: Vonfram được lắng đọng trên dây từ hỗn hợp khí bằng cách áp dụng quy trình hóa học ở nhiệt độ vừa phải.Đây là lần đầu tiên vonfram gia cố bằng sợi vonfram được sản xuất thành công, với kết quả mong muốn: Độ bền đứt gãy của hợp chất mới đã tăng gấp ba lần so với vonfram không sợi sau những thử nghiệm đầu tiên.

Bước thứ hai là nghiên cứu cách thức hoạt động của nó: Yếu tố quyết định được chứng minh là cầu sợi bị nứt trong ma trận và có thể phân phối năng lượng tác động cục bộ trong vật liệu.Ở đây, các bề mặt tiếp xúc giữa sợi và ma trận vonfram, một mặt, phải đủ yếu để nhường chỗ khi vết nứt hình thành, mặt khác, phải đủ mạnh để truyền lực giữa các sợi và ma trận.Trong các thử nghiệm uốn, điều này có thể được quan sát trực tiếp bằng phương pháp chụp cắt lớp vi mô tia X.Điều này chứng tỏ chức năng cơ bản của vật liệu.

Tuy nhiên, yếu tố quyết định đối với tính hữu dụng của vật liệu là độ bền tăng cường được duy trì khi sử dụng.Johann Riesch đã kiểm tra điều này bằng cách nghiên cứu các mẫu đã bị giòn do xử lý nhiệt trước đó.Khi các mẫu được chiếu bức xạ synchrotron hoặc đặt dưới kính hiển vi điện tử, việc kéo giãn và uốn cong chúng cũng xác nhận trong trường hợp này các đặc tính của vật liệu được cải thiện: Nếu ma trận bị hỏng khi chịu ứng suất, các sợi có thể lấp đầy các vết nứt xảy ra và ngăn chặn chúng.

Do đó, các nguyên tắc để hiểu và sản xuất vật liệu mới đã được giải quyết.Các mẫu hiện được sản xuất trong điều kiện quy trình được cải thiện và với các giao diện được tối ưu hóa, đây là điều kiện tiên quyết để sản xuất quy mô lớn.Vật liệu mới này cũng có thể được quan tâm ngoài lĩnh vực nghiên cứu nhiệt hạch.