Wolfram er spesielt egnet som materiale for svært belastede deler av fartøyet som omslutter et varmt fusjonsplasma, det er metallet med det høyeste smeltepunktet. En ulempe er imidlertid dens sprøhet, som under stress gjør den skjør og utsatt for skade. Et nytt, mer elastisk sammensatt materiale er nå utviklet av Max Planck Institute for Plasma Physics (IPP) ved Garching. Den består av homogen wolfram med belagte wolframtråder innebygd. En mulighetsstudie har nettopp vist den grunnleggende egnetheten til den nye forbindelsen.

Målet med forskningen utført ved IPP er å utvikle et kraftverk som i likhet med solen henter energi fra fusjon av atomkjerner. Drivstoffet som brukes er et hydrogenplasma med lav tetthet. For å antenne fusjonsbrannen må plasmaet holdes inne i magnetiske felt og varmes opp til høy temperatur. I kjernen oppnås 100 millioner grader. Wolfram er et meget lovende metall som materiale for komponenter som kommer i direkte kontakt med det varme plasmaet. Dette har blitt påvist av omfattende undersøkelser ved IPP. Et hittil uløst problem har imidlertid vært materialets sprøhet: Wolfram mister sin seighet under kraftverksforhold. Lokal stress – spenning, strekk eller trykk – kan ikke unngås ved at materialet gir seg litt. I stedet dannes sprekker: Komponenter reagerer derfor svært følsomt på lokal overbelastning.

Derfor lette IPP etter strukturer som var i stand til å fordele lokal spenning. Fiberforsterket keramikk fungerte som modeller: For eksempel gjøres sprø silisiumkarbid fem ganger så seig når den forsterkes med silisiumkarbidfibre. Etter noen innledende studier skulle IPP-forsker Johann Riesch undersøke om lignende behandling kan fungere med wolframmetall.

Det første trinnet var å produsere det nye materialet. En wolframmatrise måtte forsterkes med belagte lange fibre bestående av ekstrudert wolframtråd tynn som hår. Ledningene, opprinnelig ment som lysende filamenter for lyspærer, ble levert av Osram GmbH. Ulike materialer for å belegge dem ble undersøkt ved IPP, inkludert erbiumoksid. De fullstendig belagte wolframfibrene ble deretter bundet sammen, enten parallelt eller flettet. For å fylle ut hullene mellom ledningene med wolfram utviklet Johann Riesch og hans medarbeidere en ny prosess i samarbeid med den engelske industripartneren Archer Technicoat Ltd. Mens wolfram-arbeidsstykker vanligvis presses sammen fra metallpulver ved høy temperatur og trykk, er en mer skånsom metode for å produsere forbindelsen ble funnet: Wolfram avsettes på ledningene fra en gassblanding ved å anvende en kjemisk prosess ved moderate temperaturer. Dette var første gang wolframfiberforsterket wolfram ble vellykket produsert, med ønsket resultat: Bruddfastheten til den nye forbindelsen var allerede tredoblet i forhold til fiberløs wolfram etter de første testene.

Det andre trinnet var å undersøke hvordan dette fungerer: Det avgjørende viste seg å være at fibrene bygger bro over sprekker i matrisen og kan fordele den lokalt virkende energien i materialet. Her må grenseflatene mellom fibre og wolframmatrisen på den ene siden være svake nok til å gi etter når det dannes sprekker, og på den andre være sterke nok til å overføre kraften mellom fibrene og matrisen. I bøyeprøver kunne dette observeres direkte ved hjelp av røntgenmikrotomografi. Dette demonstrerte den grunnleggende funksjonen til materialet.

Avgjørende for materialets anvendelighet er imidlertid at den økte seigheten opprettholdes når det påføres. Johann Riesch sjekket dette ved å undersøke prøver som var blitt sprø ved tidligere termisk behandling. Når prøvene ble utsatt for synkrotronstråling eller satt under elektronmikroskopet, bekreftet strekking og bøyning av dem også i dette tilfellet de forbedrede materialegenskapene: Hvis matrisen svikter under påkjenning, er fibrene i stand til å bygge bro over sprekkene som oppstår og demme opp for dem.

Prinsippene for å forstå og produsere det nye materialet er dermed avgjort. Prøver skal nå produseres under forbedrede prosessforhold og med optimaliserte grensesnitt, dette er en forutsetning for storskala produksjon. Det nye materialet kan også være av interesse utenfor feltet fusjonsforskning.