Tungsten sangat cocok sebagai bahan untuk bagian bejana bertekanan tinggi yang membungkus plasma fusi panas, karena merupakan logam dengan titik leleh tertinggi. Namun kelemahannya adalah kerapuhannya, yang jika terkena tekanan membuatnya rapuh dan rentan terhadap kerusakan. Bahan senyawa baru yang lebih tangguh kini telah dikembangkan oleh Institut Max Planck untuk Fisika Plasma (IPP) di Garching. Ini terdiri dari tungsten homogen dengan kabel tungsten berlapis tertanam. Sebuah studi kelayakan baru saja menunjukkan kesesuaian dasar dari senyawa baru tersebut.

Tujuan penelitian yang dilakukan di IPP adalah untuk mengembangkan pembangkit listrik yang, seperti matahari, memperoleh energi dari fusi inti atom. Bahan bakar yang digunakan adalah plasma hidrogen densitas rendah. Untuk menyalakan api fusi, plasma harus dikurung dalam medan magnet dan dipanaskan hingga suhu tinggi. Pada intinya, 100 juta derajat tercapai. Tungsten adalah logam yang sangat menjanjikan sebagai bahan komponen yang bersentuhan langsung dengan plasma panas. Hal ini telah dibuktikan melalui investigasi ekstensif di IPP. Namun, masalah yang belum terpecahkan adalah kerapuhan material: Tungsten kehilangan ketangguhannya dalam kondisi pembangkit listrik. Tegangan lokal – tegangan, regangan atau tekanan – tidak dapat dihilangkan dengan material yang sedikit melemah. Retakan justru terbentuk: Oleh karena itu, komponen bereaksi sangat sensitif terhadap beban berlebih lokal.

Itu sebabnya IPP mencari struktur yang mampu mendistribusikan ketegangan lokal. Keramik yang diperkuat serat digunakan sebagai model: Misalnya, silikon karbida rapuh menjadi lima kali lebih kuat bila diperkuat dengan serat silikon karbida. Setelah beberapa studi pendahuluan, ilmuwan IPP Johann Riesch menyelidiki apakah perlakuan serupa dapat bekerja dengan logam tungsten.

Langkah pertama adalah memproduksi material baru. Matriks tungsten harus diperkuat dengan serat panjang berlapis yang terdiri dari kawat tungsten yang diekstrusi setipis rambut. Kabel tersebut, awalnya dimaksudkan sebagai filamen bercahaya untuk bola lampu, dan dipasok oleh Osram GmbH. Berbagai bahan untuk pelapisnya diselidiki di IPP, termasuk erbium oksida. Serat tungsten yang terlapisi seluruhnya kemudian diikat menjadi satu, baik paralel atau dikepang. Untuk mengisi celah antara kabel dengan tungsten Johann Riesch dan rekan kerjanya kemudian mengembangkan proses baru bersama dengan mitra industri Inggris Archer Technicoat Ltd. Sedangkan benda kerja tungsten biasanya dipres menjadi satu dari serbuk logam pada suhu dan tekanan tinggi, lebih banyak lagi. metode lembut untuk menghasilkan senyawa ditemukan: Tungsten diendapkan pada kabel dari campuran gas dengan menerapkan proses kimia pada suhu sedang. Ini adalah pertama kalinya tungsten yang diperkuat serat tungsten berhasil diproduksi, dengan hasil yang diinginkan: Ketangguhan patah pada kompon baru telah meningkat tiga kali lipat dibandingkan dengan tungsten tanpa serat setelah pengujian pertama.

Langkah kedua adalah menyelidiki cara kerjanya: Faktor penentunya adalah serat menjembatani retakan pada matriks dan dapat mendistribusikan energi yang bekerja secara lokal pada material. Di sini antarmuka antara serat dan matriks tungsten, di satu sisi, harus cukup lemah untuk memberi jalan ketika retakan terbentuk dan, di sisi lain, cukup kuat untuk meneruskan gaya antara serat dan matriks. Dalam uji lentur hal ini dapat diamati secara langsung melalui mikrotomografi sinar-X. Ini menunjukkan fungsi dasar material.

Namun, yang menentukan kegunaan bahan tersebut adalah peningkatan ketangguhannya tetap terjaga saat digunakan. Johann Riesch memeriksa hal ini dengan menyelidiki sampel yang telah rapuh akibat perlakuan termal sebelumnya. Ketika sampel terkena radiasi sinkrotron atau diletakkan di bawah mikroskop elektron, peregangan dan pembengkokan sampel juga mengkonfirmasi peningkatan sifat material: Jika matriks gagal saat diberi tekanan, serat mampu menjembatani retakan yang terjadi dan membendungnya.

Prinsip-prinsip untuk memahami dan memproduksi materi baru telah ditetapkan. Sampel sekarang harus diproduksi dalam kondisi proses yang lebih baik dan dengan antarmuka yang dioptimalkan, hal ini menjadi prasyarat untuk produksi skala besar. Materi baru ini mungkin juga menarik di luar bidang penelitian fusi.