Neuer Verbund-Stoff: Vielversprechendes Material für Energie-Produktion

Ein neuartiger Werkstoff könnte die Entwicklung von Fusionskraftwerken vorantreiben. Die optimierten Eigenschaften machen das hochschmelzende und zähe Material aber auch für andere Bereiche interessant.

Wolfram ist das Metall mit dem höchsten Schmelzpunkt. Damit eignet es sich hervorragend für viele Anwendungen, etwa in der Leuchtmittelindustrie oder als Legierungsmetall. Nachteilig ist jedoch die hohe Sprödigkeit des Materials, das bei Belastung brüchig und schadensanfällig wird. Am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) in Garching wurde nun ein neuartiger, widerstandsfähiger Verbundwerkstoff entwickelt: wolframfaserverstärktes Wolfram.

Ziel der Forschungsarbeit ist die Entwicklung eines Kraftwerks, das – ähnlich wie die Sonne – Energie aus der Verschmelzung von Atomkernen gewinnt. Brennstoff ist ein dünnes Wasserstoff-Plasma. Zum Zünden des Fusionsfeuers muss das Plasma in Magnetfeldern eingeschlossen und auf hohe Temperatur aufgeheizt werden. Im Zentrum werden über 100 Millionen Grad erreicht. Für Bauteile, die direkt mit dem heißen Plasma in Kontakt kommen, ist das Metall Wolfram ein vielversprechendes Material.

Ein bisher ungelöstes Problem allerdings ist dessen Versprödung: Unter Kraftwerksbedingungen verliert Wolfram seine Zähigkeit – im Werkstoff bilden sich Risse. Am IPP suchte man deshalb nach Strukturen, die eine lokal auftretende Spannung verteilen können. Eine Grundmasse aus Wolfram wurde dazu mit beschichteten Langfasern aus haardünn gezogenem Wolframdraht verstärkt. Die Drahtzwischenräume wurden mittels eines selbst 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 für die Zähigkeit 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.

Die Grundlagen für Verständnis und Herstellung des neuartigen Werkstoffs sind damit gelegt. Nun will man die Prozessbedingungen verbessern und damit die Voraussetzung für die Fertigung in größerem Maßstab schaffen. Auch außerhalb der Fusionsforschung könnte das neue Material dann in den unterschiedlichsten Bereichen Anwendung finden.

Kommentare

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  1. Etienne Charbonier sagt:

    Träumt weiter von heißer Fusion, wenn die kalte Fusion LENR schon seit Jahren läuft ?

    2014 soll jeder die ersten konkurrenzlosen in der CH kaufen können !

    Ex Physikerin Merkel subventioniert weiter auf Kosten des D Volkes Sonnen-Grills & Windrädle die Strom produzieren den man verschenken muss, weil er zu Unzeiten anfällt und man ihn nicht kosteneffizient speichern kann !

    Good luck !