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Rohr aus wolframfaserverstärktem
Kupfer-Verbundwerkstoff,
hergestellt
mittels Kupfer-
Schmelzinfiltration eines
Wolframfaser-Geflechtes
Mock-up einer plasmabelasteten
Komponente mit einer Wärmesenke
aus wolframpartikelverstärktem
Kupfer-Verbundwerkstoff
Mock-up einer plasmabelasteten
Komponente mit einer Wärmesenke,
welche auf einer mit
Kupfer infiltrierten Wolfram-
Wabenstruktur basiert
Louis Renner GmbH,
Bergkirchen, Deutschland
An einigen besonders belasteten Partien des Plasmagefäßes müssen Wandkomponenten in
einem Fusionskraftwerk dem Beschuss durch schnelle Plasmateilchen und damit hohen
Wärmeflüssen standhalten. Derartige Komponenten werden auf stationäre Wärmeflussbelastungen
von bis zu 20 Millionen Watt pro Quadratmeter ausgelegt. Da Wolfram, das derzeit
bevorzugte plasmabelastete – d.h. dem Plasma direkt zugewandte – Material, aufgrund seiner
Sprödigkeit in solchen Komponenten nicht als Strukturmaterial eingesetzt werden kann, werden
dafür kupferbasierte Materialien verwendet. Dies liegt vor allem an der guten Duktilität sowie
der hohen Wärmeleitfähigkeit von kupferbasierten Werkstoffen. Strukturmaterialien in Wandkomponenten
von Fusionsanlagen müssen allerdings auch eine hohe Warmfestigkeit aufweisen.
Vor diesem Hintergrund werden derzeit metallische Wolfram-Kupfer-Verbundwerkstoffe als
vielversprechende Materialien für diese Anwendung angesehen. Derartige Materialien lassen
sich aufgrund der metallurgischen Verträglichkeit mittels Kupfer-Schmelzinfiltration von porösen
Wolframkörpern herstellen. Dabei füllt über den Schmelzpunkt hinaus erhitztes Kupfer die
Lücken in den porösen Wolfram-Strukturen aus.
Im Rahmen der Beauftragung der Louis Renner GmbH durch das IPP wurde die industrietaugliche
Herstellung von verschiedenen Wolfram-Kupfer-Verbundmaterialien erprobt. Darüber
hinaus
wurden auch Komponenten-Mockups hergestellt, die anwendungsnahen und relevanten
Wärmeflusstests unterzogen werden konnten. Die Ergebnisse dieser Hochwärmeflusstests bestätigen
die Leistungsfähigkeit der hergestellten Wolfram-Kupfer-Verbundwerkstoffe im Hinblick
auf Anwendungen in thermisch hochbelasteten Komponenten.
Und der Innovationspreis geht an…
Wolfram-Kupfer-Verbundwerkstoffe
für Hochwärmeflussanwendungen
Die Louis Renner GmbH hat als Hersteller von Produkten aus Refraktär- und Verbundmetallen
Knowhow aufbauen können, mit dem bestehende Herstellungsverfahren und
Produkte hinsichtlich Reinheit und Materialeigenschaften optimiert werden konnten. Die
von Louis Renner im Auftrag des IPP hergestellten Verbundwerkstoffe gehen in vielerlei
Hinsicht über den derzeitigen industriellen Stand der Technik hinaus, weshalb sich für
derartige Materialien in der Zukunft neue Anwendungsmöglichkeiten ergeben können.
Im Jahr 2019 wurde der Innovationspreis des Deutschen Kupferinstitutes an einen
IPP-Wissenschaftler für Entwicklungsarbeiten zu Wolfram-Kupfer-Verbundwerkstoffen
verliehen. Dabei würdigte das Preiskomitee, dass die am IPP durchgeführten Arbeiten
„einen wegweisenden Beitrag für die Entwicklung innovativer Produkte aus Kupfer und
Kupferlegierungen“ darstellen. Der jährlich verliehene Innovationspreis des Deutschen
Kupferinstituts ist ein Förderwettbewerb für Studenten, Doktoranden und wissenschaftliche
Mitarbeiter aus allen Bereichen der Ingenieur- und Naturwissenschaft in Forschung
und Industrie. Die eingereichten Arbeiten werden von unabhängigen Juroren
aus der kupferverarbeitenden Industrie und der Forschung bewertet. Das Deutsche
Kupferinstitut, ein technisch-wissenschaftlicher Berufsverband, wurde 1927 gegründet;
derzeit wird es von 26 Mitgliedsunternehmen getragen.
Fotos: IPP, Alexander v. Müller