Highlights 2013

Forschungsnachrichten aus dem Bereich Plasmarand und Wand

Spröder Werkstoff wird pseudoduktil: Wolframfaserverstärktes Wolfram

Wegen  einer einzigartigen Eigenschaftskombination ist Wolfram ein vielversprechender Kandidat für den Einsatz an plasmabelasteten Bauteilen in einem zukünftigen Fusionskraftwerk. Seine inhärente Sprödigkeit und damit fehlende Schadenstoleranz schränkt die Nutzungsmöglichkeiten aber erheblich ein. Vor allem der geringe Widerstand gegen eine Versprödung während des Einsatzes, als Folge von Rekristallisation oder Strahlungsschäden, ist ein bis dato ungeklärtes Problem.

Ein möglicher Lösungsansatz ist, Strukturen zu schaffen, welche lokale Energiedissipation ermöglichen und dadurch eine Art Zähigkeit, also einen erhöhten Widerstand gegenüber Versagen, gewähren. Man spricht von extrinsischer, d.h. von außen eingebrachter  Zähigkeitssteigerung oder Pseudoduktilität. Beispiele für solche Mechanismen sind die Überbrückung von Rissen durch Fasern, Rissablenkung oder die plastische Verformung von Fasern.

Im Rahmen eines Projektes im Forschungsbereich „Plasmarand und Wand“ wird diese Idee erforscht und umgesetzt. Dabei wird Wolfram mit beschichteten Langfasern aus gezogenem Wolframdraht verstärkt. In tomographischen Untersuchungen mit hochenergetischer Synchrotronstrahlung wurden die Mechanismen der Zähigkeitssteigerung nachgewiesen und ihre Stabilität gegenüber Versprödung gezeigt. In Biegeversuchen an größeren Proben wurden ein stabiles Risswachstum und eine Verdoppelung der Lastaufnahmefähigkeit und damit Zähigkeit beobachtet. Analytische Rechnungen zeigen das erhebliche Potential von wolframfaserverstärktem Wolfram. Der neue Verbundwerkstoff besitzt im Vergleich zu bisherigen Wolframwerkstoffen eine wirkliche Schadenstoleranz bei Raumtemperatur, sowie eine Möglichkeit lokaler Energiedissipation und damit eine erhöhte Zähigkeit sowohl im Ausgangs- als auch im versprödeten Zustand.

Am 19.11.2012 hat Johann Riesch mit dieser Arbeit an der TUM mit Auszeichnung promoviert.



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