Wolfram-Kupfer-Verbundwerkstoffe

Wolfram-Kupfer-Komposite werden als mögliche Hochleistungswerkstoffe für Wärmesenken in plasmabelasteten Bauteilen untersucht

Zuverlässige Leistungs- und Teilchenabfuhr ist eine zentrale Herausforderung bei der Konstruktion eines zukünftigen Demonstrationskraftwerks. Eine grundlegende Schwierigkeit ist dabei die Auslegung und Herstellung der Divertor-Platten. Diese plasmabelasteten Komponenten sind im Betrieb hohen Teilchen-, Wärme- und Neutronenflüssen ausgesetzt. Der derzeitige Stand der Technik sieht wassergekühlte Divertor-Platten vor mit Wolfram als plasmabelastetem Material und Kupfer-Legierungen für die Wärmesenken.

Ein solcher Entwurf wird für ein Demonstrationskraftwerks allerdings problematisch. Denn Kupfer-Legierungen verlieren unter Neutronenbestrahlung sowohl an Duktilität als auch an Festigkeit. Daher untersuchen Mitarbeiter der Arbeitsgruppe Plasma-Komponenten-Wechselwirkung Wolfram-Kupfer-Komposite als mögliche Hochleistungswerkstoffe für Wärmesenken plasmabelasteter Bauteile. Solche Metallmatrix-Verbundwerkstoffe können herausragende Materialeigenschaften aufweisen, die die Leistungsfähigkeit plasmabelasteter Komponenten verbessern kann. Die Abbildung zeigt ein metallographisches Schliffbild eines unidirektional wolframfaserverstärkten Verbundwerkstoffes: Hochfeste Wolfram-Drähte sind in eine Kupfer-Matrix mit hoher Wärmeleitfähigkeit eingebettet.