In a fusion reactor heat fluxes of 10-20 MW/m2 will occur, which will have to be removed by heat sinks. This poses a great challenge to the heat sink materials. A thermal conductivity of 200 W/mK in combination with an operating temperature of 550°C will be required. This high temperature level favours an efficient energy conversion. Copper has the necessary thermal conductivity, but does not possess a sufficient creep resistance, especially under neutron irradiation. To improve the high temperature values of creep and tensile strength, a reinforcement of copper by SiC long fibres (Textron SCS-6) was developed. The copper matrix was deposited onto the fibres galvanically and subsequently the compound was consolidated in a hot pressing process. Structuring of the internal interfaces was performed by magnetron sputter deposition of Ti layers with a thickness in the nanometer range in combination with a thermal treatment to obtain the formation of carbides. The materials properties and structure were characterised by microscopy, micro indentation, push-out tests, and tensile tests. This revealed significant differences between compound samples with and without Ti interlayers. Without treatment the adhesion between fibre and matrix was very weak. Push-out tests yielded adhesive shear strengths of 5 MPa. No chemical reaction between carbon on the fibre surfaces and the copper matrix occurs. Applying a thin Ti coating as an interlayer improved the adhesive shear strength to a value of 60 MPa. By an appropriate heat treatment it was possible to obtain a carbide bonding of the carbon on the fibre surface and in this way initiate a chemical bonding between fibre and matrix. At the same time this improved the mechanical coupling between fibre and matrix, because the chemical reaction resulted in an interlocking between the TiC and the copper matrix. For the first time it could be demonstrated in this work, that a reinforcement of copper by SiC long fibres is possible. The strength increases with increasing fibre volume fraction.     «

In a fusion reactor heat fluxes of 10-20 MW/m2 will occur, which will have to be removed by heat sinks. This poses a great challenge to the heat sink materials. A thermal conductivity of 200 W/mK in combination with an operating temperature of 550°C will be required. This high temperature level favours an efficient energy conversion. Copper has the necessary thermal conductivity, but does not possess a sufficient creep resistance, especially under neutron irradiation. To improve the high tempera...     »

In einem Fusionsreaktor treten Wärmeflüsse von 10-20 MW/m2 auf, die in Wärmesenken abgeführt werden müssen. Aufgrund dieser Belastung werden hohe Ansprüche an das Wärmesenkenmaterial gestellt. Gefordert ist eine Wärmeleitfähigkeit von 200 W/mK verbunden mit einer Einsatztemperatur von 550°C. Das hohe Temperaturniveau begünstigt eine effiziente Energieumwandlung. Kupfer besitzt die erforderliche Wärmeleitfähigkeit, hat aber bei den hohen Betriebstemperaturen besonders unter Neutronenbestrahlung eine zu geringe Kriechbeständigkeit. Zur Verbesserung der Hochtemperaturzähigkeit und -festigkeit wurde eine Verstärkung des Kupfers mit SiC-Langfasern (Textron, SCS-6) entwickelt. Die Cu-Matrix wurde durch galvanische Abscheidung auf die Fasern aufgebracht und der Verbundwerkstoff anschließend in einem Heißpressprozess konsolidiert. Die Strukturierung der inneren Grenzflächen erfolgte durch Magnetron-Sputtern von Ti-Schichten im Nanometerbereich verbunden mit einer thermischen Behandlung zur Karbidbildung. Materialstruktur und Eigenschaften wurden durch Mikroskopie, Mikroindentierung, Push-out-Versuche und Zugprüfungen charakterisiert. Dabei wurden Unterschiede zwischen den Verbundproben mit und ohne Titan-Zwischenschicht deutlich. Ohne Modifizierung der Grenzfläche war die Haftung zwischen Faser und Matrix sehr gering. Im Push-Out Versuch wurden Haftscherfestigkeiten von 5 MPa errechnet. Es findet keine chemische Reaktion zwischen Kohlenstoff auf der Faseroberfläche und Kupfer statt. Erst durch eine wenige nm dünne Titanschicht als Zwischenschicht stieg die Haftscherfestigkeit auf 60 MPa. Durch eine geeignete Wärmebehandlung ist es gelungen, den Kohlenstoff auf der Faseroberfläche karbidisch zu binden und damit eine chemische Bindung zwischen Faser und Matrix zu erreichen. Gleichzeitig wurde die mechanische Kopplung zwischen Faser und Matrix dadurch verbessert, dass sich das gebildete TiC mit der Kupfermatrix verzahnte. In dieser Arbeit konnte erstmals gezeigt werden, dass eine Faserverstärkung des Kupfers mit SiC-Langfasern möglich ist. Die Festigkeitswerte erhöhen sich entsprechend dem Faservolumenanteil.     «

In einem Fusionsreaktor treten Wärmeflüsse von 10-20 MW/m2 auf, die in Wärmesenken abgeführt werden müssen. Aufgrund dieser Belastung werden hohe Ansprüche an das Wärmesenkenmaterial gestellt. Gefordert ist eine Wärmeleitfähigkeit von 200 W/mK verbunden mit einer Einsatztemperatur von 550°C. Das hohe Temperaturniveau begünstigt eine effiziente Energieumwandlung. Kupfer besitzt die erforderliche Wärmeleitfähigkeit, hat aber bei den hohen Betriebstemperaturen besonders unter Neutronenbestrahlung e...     »