Neuartiger Werkstoff für Fusionskraftwerk

Für stark belastete Partien des Gefässes, das ein heisses Fusionsplasma umgibt, ist Wolfram – das Metall mit dem höchsten Schmelzpunkt – besonders geeignet. Nachteilig ist jedoch die hohe Sprödigkeit des Materials, das bei Zugbelastung brüchig und schadensanfällig wird. Die Forscher des IPP suchten deshalb nach Strukturen, die eine lokal auftretende Spannung verteilen können. Sie stellten dazu ein neuartiges Material her: Eine Grundmasse aus Wolfram wurde mit beschichteten Langfasern aus haardünn gezogenem Wolframdraht verstärkt. Die Drahtzwischenräume wurden mittels eines eigens entwickelten Verfahrens mit Wolfram aufgefüllt. Das Ergebnis entsprach den Erwartungen: Die Bruchzähigkeit des neuen Verbundmaterials im Vergleich zu faserlosem Wolfram hatte sich bereits in den ersten Versuchen verdreifacht.

Als entscheidend erwies sich, dass die Fasern einen Riss in der Grundmasse überbrücken und die lokal einwirkende Energie im Material verteilen können. Dazu müssen die Grenzflächen zwischen Faser und Wolfram-Grundmasse einerseits schwach genug sein, um bei Rissbildung nachzugeben, und anderseits stark genug, um die Kraft zwischen Faser und Grundmasse übertragen zu können. In Biegeversuchen liess sich dies per Röntgenmikrotomografie direkt beobachten. Die prinzipielle Funktionsweise des Werkstoffs war damit nachgewiesen. Nun geht es darum, die Prozessbedingungen zu verbessern und so die Voraussetzung für die Fertigung in grösserem Massstab zu schaffen. Auch ausserhalb der Fusionsforschung könnte das neue Material in den unterschiedlichsten Bereichen Anwendung finden.