טונגסטן מתאים במיוחד כחומר לחלקים לחוצים מאוד של הכלי הסוגר פלזמה היתוך חמה, היא המתכת בעלת נקודת ההיתוך הגבוהה ביותר. חיסרון, לעומת זאת, הוא שבירותו, שתחת לחץ הופכת אותו לשביר ונוטה לנזק. חומר תרכוב חדש ועמיד יותר פותח כעת על ידי מכון מקס פלנק לפיזיקת פלזמה (IPP) ב-Garching. הוא מורכב מטונגסטן הומוגנית עם חוטי טונגסטן מצופים. מחקר היתכנות הראה זה עתה את ההתאמה הבסיסית של המתחם החדש.

מטרת המחקר שנערך ב-IPP היא לפתח תחנת כוח שכמו השמש מפיקה אנרגיה מהיתוך של גרעיני אטום. הדלק המשמש הוא פלזמת מימן בצפיפות נמוכה. כדי להצית את אש ההיתוך יש להגביל את הפלזמה בשדות מגנטיים ולחמם לטמפרטורה גבוהה. בליבה משיגים 100 מיליון מעלות. טונגסטן היא מתכת מבטיחה ביותר כחומר לרכיבים הבאים במגע ישיר עם הפלזמה החמה. זה הוכח על ידי חקירות מקיפות ב-IPP. אולם בעיה שלא נפתרה עד כה הייתה שבירות החומר: טונגסטן מאבד את הקשיחות שלו בתנאי תחנת כוח. מתח מקומי - מתח, מתיחה או לחץ - לא ניתן למנוע על ידי החומר מתפנה מעט. במקום נוצרים סדקים: לכן רכיבים מגיבים ברגישות רבה לעומס יתר מקומי.

זו הסיבה ש-IPP חיפשה מבנים המסוגלים להפיץ מתח מקומי. קרמיקה מחוזקת סיבים שימשה כמודלים: לדוגמה, סיליקון קרביד שביר עשוי להיות קשיח פי חמישה כאשר הוא מחוזק בסיבי סיליקון קרביד. לאחר כמה מחקרים ראשוניים, מדען ה-IPP, יוהן ריש, היה אמור לחקור אם טיפול דומה יכול לעבוד עם מתכת טונגסטן.

השלב הראשון היה לייצר את החומר החדש. מטריצת טונגסטן הייתה צריכה להיות מחוזקת בסיבים ארוכים מצופים המורכבים מחוט טונגסטן שחול דק כמו שיער. החוטים, שנועדו במקור כחוטים זוהרים עבור נורות, מסופקים על ידי Osram GmbH. חומרים שונים לציפוי שלהם נחקרו ב-IPP, כולל תחמוצת ארביום. סיבי הטונגסטן המצופים לחלוטין נקשרו יחדיו, במקביל או קלועים. כדי למלא את הפערים בין החוטים עם טונגסטן יוהן ריש ועמיתיו לעבודה פיתח תהליך חדש בשיתוף עם השותף התעשייתי האנגלי Archer Technicoat Ltd. בעוד שחלקי עבודה טונגסטן נלחצים זה לזה מאבקת מתכת בטמפרטורה ולחץ גבוהים, נמצאה שיטה עדינה לייצור התרכובת: הטונגסטן מופקד על החוטים מתערובת גזים על ידי יישום תהליך כימי בטמפרטורות מתונות. זו הייתה הפעם הראשונה שבה טונגסטן מחוזק בסיבי טונגסטן הופק בהצלחה, עם התוצאה הרצויה: קשיחות השבר של התרכובת החדשה כבר שולשה ביחס לטונגסטן נטול סיבים לאחר הבדיקות הראשונות.

השלב השני היה לחקור איך זה עובד: הגורם המכריע הוכח שהסיבים מגשרים על סדקים במטריקס ויכולים להפיץ את האנרגיה הפועלת מקומית בחומר. כאן הממשקים בין סיבים למטריצת הטונגסטן, מצד אחד, צריכים להיות חלשים מספיק כדי להתפנות כאשר נוצרים סדקים, ומצד שני, להיות חזקים מספיק כדי להעביר את הכוח בין הסיבים למטריצה. בבדיקות כיפוף ניתן היה לראות זאת ישירות באמצעות מיקרוטומוגרפיה בקרני רנטגן. זה הדגים את התפקוד הבסיסי של החומר.

עם זאת, המכריע לשימושיות החומר הוא שהקשיחות המשופרת נשמרת כאשר הוא מיושם. יוהן ריש בדק זאת על ידי חקירת דגימות שנשברו על ידי טיפול תרמי קודם. כאשר הדגימות הועברו לקרינת סינכרוטרון או הוכנסו מתחת למיקרוסקופ אלקטרונים, מתיחה וכיפוף שלהן אישרו במקרה זה גם את תכונות החומר המשופרות: אם המטריצה ​​נכשלת בעת לחץ, הסיבים מסוגלים לגשר על הסדקים המתרחשים ולבלום אותם.

כך נקבעו העקרונות להבנה והפקת החומר החדש. דגימות אמורות להיות מיוצרות בתנאי תהליך משופרים ועם ממשקים אופטימליים, זהו תנאי מוקדם לייצור בקנה מידה גדול. החומר החדש עשוי לעניין גם מעבר לתחום חקר ההיתוך.