Die außergewöhnliche Kombination der Eigenschaften der W/Cu - Verbundwerkstoffe eröffnet ein breites Anwendungsspektrum. Die klassischen Anwendungen als Kontaktwerkstoffe und heat- sink Materialien, werden z.B. erweitert durch den Einsatz als thermisch beständiger Interlayer in den Divertormodulen des geplanten Kernfusionsreaktors ITER. Zusätzlich zur hohen Temperaturwechselbeständigkeit wird im Fall des Divertors auch eine spezielle Struktur des Bauteils gefordert. Denn erst durch den gradierten Übergang von Wolfram, welches die plasma - facing Komponente darstellt, zum Kupfer das als heat - sink die auftretenden Wärmemengen abführt, können die induzierten Spannungen, die durch die starke thermische Belastung auftreten würden kompensiert werden. Damit den gestellten Anforderungen entsprochen werden kann, darf das Material geringe Porosität und Verunreinigungen wie Anteile an Fe, Co, Ni oder Pd enthalten. Weiters wird ein feines und homogenes Gefüge gefordert, um optimale thermo-physikalische Eigenschaften zu erhalten. In dieser Arbeit wurde versucht über die Route des Sprühtrocknens, die ein alternatives Verfahren zu den klassischen Methoden der Infiltration und des einfachen Sinterns darstellt, W/Cu - Komposite herzustellen. Die Herstellungsschritte um zum fertigen W/Cu - Komposit zu gelangen, umfassten die Herstellung von Precursorlösungen (AMW + Cu(NO3)2) definierter Zusammensetzung, Sprühtrocknen dieser Lösungen unter Erhalt eines Pulvers, das durch einen nachfolgenden Reduktionsschritt in das reine metallische Pulver überführt wurde, sowie anschließendem Verpressen zu kompakten Grünkörpern und Sintern der Proben. Die im Rahmen dieser Versuche durchgeführten Analysen umfassten Untersuchungen am REM und am Lichtmikroskop. Weiters wurde der Restsauerstoffgehalt an einem Sauerstoffmessgerät und die Zusammensetzung der Pulver mittels RFA bestimmt. Da für das gradierte Material ein fließender Übergang zwischen den beiden Elementen W und Cu gefordert ist, wurden 8 Zusammensetzungen (15wt%Cu, 20wt%Cu, 29wt%Cu, 42wt%Cu, 50wt%, 59wt%Cu, 71wt%Cu und 82wt%Cu) nach dem erarbeiteten Prozess hergestellt, und charakterisiert.<br />Die Charakterisierung umfasst neben Analysen am Lichtmikroskop und am REM, auch die Bestimmung der thermischen Leitfähigkeit, die Ermittlung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten und die Aufnahme von Diffraktogrammen. Anschließend wurden diese 8 Zusammensetzungen in einem schichtweisen Aufbau zum gradierten Bauteil verarbeitet. Durch Löten dieses Interlayers auf W/CFC bzw. CuCrZr sollte nachfolgend die Herstellung eines "mock-up" des Divertormoduls verwirklicht werden.<br />
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In this work the fabrication of W/Cu composites with 8 different copper contents from 82wt%Cu to 15wt%Cu by the spray drying process was investigated. Spray dried precursor powders have been reduced under hydrogen and were analysed by XRD, REM, light optical microscope (LOM) and oxygen-analysis. To achieve samples with full density the green-bodies have been sintered at 1120°C. The CTE and the thermal conductivity (TC) of the composites were analyzed. These characterized composite powders were used to fabricate a functionally graded material which can be employed as an interlayer in the ITER divertor module. In the last part of the work the functionally graded interlayer was brazed on CuCrZr, Carbon fibre-reinforced carbon (CFC) and tungsten to realize a mock-up.
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Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
