A volfrám különösen alkalmas az edény nagy igénybevételnek kitett részeihez, amelyek forró fúziós plazmát vesznek körül, mivel ez a legmagasabb olvadáspontú fém. Hátránya azonban a törékenysége, amely terhelés hatására törékennyé és károsodásra hajlamossá teszi. A garchingi Max Planck Plazmafizikai Intézet (IPP) egy új, rugalmasabb összetett anyagot fejlesztett ki. Homogén volfrámból áll, bevont volfrámhuzalokkal. Egy megvalósíthatósági tanulmány kimutatta az új vegyület alapvető alkalmasságát.

Az IPP-nél végzett kutatás célja egy olyan erőmű kifejlesztése, amely a Naphoz hasonlóan atommagok fúziójából nyeri az energiát. A felhasznált tüzelőanyag kis sűrűségű hidrogénplazma. A fúziós tűz meggyújtásához a plazmát mágneses mezőkbe kell zárni, és magas hőmérsékletre kell melegíteni. A magban 100 millió fokot ér el. A volfrám nagyon ígéretes fém a forró plazmával közvetlenül érintkező alkatrészek anyagaként. Ezt az IPP kiterjedt vizsgálatai igazolták. Eddig megoldatlan probléma volt azonban az anyag ridegsége: a volfrám veszít szívósságából erőművi körülmények között. A helyi igénybevételt – feszültséget, nyújtást vagy nyomást – nem lehet elkerülni, ha az anyag kissé enged. Helyette repedések keletkeznek: ezért az alkatrészek nagyon érzékenyen reagálnak a helyi túlterhelésre.

Ezért az IPP olyan struktúrákat keresett, amelyek képesek elosztani a helyi feszültséget. Szálerősítésű kerámiák szolgáltak modellként: például a rideg szilícium-karbid ötször szívósabb, ha szilícium-karbid szálakkal erősítik meg. Néhány előzetes tanulmány után az IPP tudósa, Johann Riesch azt akarta megvizsgálni, hogy a hasonló kezelés működhet-e volfrámfémmel.

Az első lépés az új anyag elkészítése volt. A volfrámmátrixot bevont hosszú szálakkal kellett megerősíteni, amelyek hajszálvékonyságú, extrudált volfrámhuzalból álltak. Az eredetileg izzószálaknak szánt vezetékeket az Osram GmbH szállította. Az IPP-nél különféle bevonatanyagokat vizsgáltak, köztük az erbium-oxidot. Ezután a teljesen bevont volfrámszálakat párhuzamosan vagy fonottan egymáshoz kötözték. A huzalok közötti rések wolframmal történő kitöltésére Johann Riesch és munkatársai az angol ipari partnerrel, az Archer Technicoat Ltd.-vel közösen egy új eljárást dolgoztak ki. Míg a volfrám munkadarabokat általában fémporból préselik össze magas hőmérsékleten és nyomáson, kíméletes módszert találtak a vegyület előállítására: A volfrámot mérsékelt hőmérsékleten kémiai eljárással gázkeverékből rakják le a vezetékekre. Ez volt az első alkalom, hogy sikeresen állítottak elő volfrámszál-erősítésű volfrámot, a kívánt eredménnyel: az új vegyület törési szívóssága az első tesztek után már háromszorosára nőtt a szál nélküli volfrámhoz képest.

A második lépés ennek a működésének vizsgálata volt: A döntő tényezőnek az bizonyult, hogy a szálak áthidalják a mátrix repedéseit, és el tudják osztani a lokálisan ható energiát az anyagban. Itt a szálak és a volfrámmátrix közötti határfelületeknek egyrészt elég gyengének kell lenniük ahhoz, hogy repedések keletkezésekor engedjenek, másrészt elég erősnek kell lenniük ahhoz, hogy a szálak és a mátrix közötti erőt továbbítsák. A hajlítási vizsgálatok során ez közvetlenül megfigyelhető volt röntgen mikrotomográfia segítségével. Ez bemutatta az anyag alapvető működését.

Az anyag hasznossága szempontjából azonban döntő, hogy a fokozott szívósság felhordáskor megmarad. Johann Riesch ezt úgy ellenőrizte, hogy megvizsgálta azokat a mintákat, amelyek előzetes hőkezelés hatására rideggé váltak. A minták szinkrotronsugárzásnak kitéve vagy elektronmikroszkóp alá helyezése, nyújtása és hajlítása ebben az esetben is megerősítette a javuló anyagtulajdonságokat: Ha a mátrix feszültség hatására meghibásodik, a szálak képesek áthidalni a keletkező repedéseket és elhárítani azokat.

Az új anyag megértésének és előállításának alapelvei így rendeződnek. A mintákat most javított folyamatkörülmények között és optimalizált interfészekkel kell előállítani, ami a nagyüzemi gyártás előfeltétele. Az új anyag a fúziós kutatáson túl is érdekes lehet.