Wandmaterialien für die Fusion: Chemische Gasphasenabscheidung zur Entwicklung von faserverstärkten Wolfram-Verbundmaterialien

Das Institut für Energie- und Klimaforschung – Plasmaphysik (IEK-4) forscht im Bereich Kernfusion, um eine saubere, sichere und verlässliche Energiequelle für die zukünftigen Generationen zu entwickeln. Schwerpunkte des Institutes sind die Untersuchung der Plasma-Wand-Wechselwirkung, die Materialforschung für Wandmaterialen von Fusionskraftwerken, sowie Beteiligungen an den Großprojekten JET, ITER und W7-X.
Für unser Institut suchen wir zum nächstmöglichen Termin eine/n Doktoranden/in (Physik, physikalische Chemie, Chemieingenieurwesen, Materialwissenschaften).

Das Projekt / Ihre Aufgaben:
Die Realisierung eines Fusionskraftwerkes ist die Entwicklung geeigneter Werkstoffe für die höchstbelasteten Regionen des Reaktors essentiell. Diese Bereiche unterliegen intensiven Teilchenflüssen (u.a. Wasserstoff, Helium, Neutronen) sowie hohen Wärmelasten. Wolfram ist aufgrund seiner einzigartigen Kombination von Eigenschaften, u.a. besitzt es den höchsten Schmelzpunkt aller Metalle und einen hohen Widerstand gegen Materialerosion, ein viel versprechender Kandidat. Wolfram ist jedoch ein intrinsisch sprödes Material, das durch die Einsatzbedingungen zusätzlicher Versprödung unterworfen ist. Ein wolframfaserverstärkter Wolfram-Verbundwerkstoff (Wf/W) mit extrinsischen zähigkeitssteigernden Mechanismen könnte hier Abhilfe schaffen. Die besonderen Eigenschaften von Wolfram machen die Umsetzung jedoch zu einer herausfordernden Aufgabe. In enger Zusammenarbeit zwischen dem FZJ und dem Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) in Garching wird dieser neue Verbundwerkstoff erforscht. Dabei soll nach dem Nachweis, dass die Idee prinzipiell funktioniert, die technologische Umsetzung erreicht werden.

Der hohe Schmelzpunkt und die hohe Warmfestigkeit erfordern aufwändige Methoden für die Synthese des Verbundwerkstoffes. Eine der vielversprechendsten Herstellungsmethoden ist hierbei die chemische Gasphasenabscheidung (CVD) einer Wolframmatrix auf einem Faserkörper aus beschichtetem Wolframdraht. Im Rahmen dieser Arbeit sind Fragestellungen zur Entwicklung bzw. Weiterentwicklung dieses Herstellungsverfahrens vor allem im Hinblick auf die chemischen Abscheideprozesse und die Qualifikation als Werkstoff maßgeblicher Bestandteil. Hierzu zählen Modellierung der Abscheidung, die Entwicklung eigener experimenteller Methoden zur CVD-basierten Wf/W-Herstellung, sowie die Optimierung des Prozesses. Diese Entwicklung soll dabei in enger Zusammenarbeit mit einem Wissenschaftler am IPP durchgeführt werden, welcher sich maßgeblich mit der technologischen Herausforderung der Wf/W-Herstellung beschäftigt. Gemeinsam sollen erste Bauteile aus Wf/W hergestellt werden. Für die Arbeiten stehen am Institut eine neuentwickelte Anlage zur chemischen Abscheidung von Wolfram privilegiert zur Verfügung sowie zahlreiche Materialcharakterisierungsmethoden (u.a. Elektronenmikroskopie, FIB (kombiniertes Ionenstrahl- und Elektronenmikroskop), mechanische Testverfahren, Metallografie, umfangreiche Oberflächenanalytik).

Weitere Informationen

Unternehmen

Helmholtz Gemeinschaft

Bereich/Abteilung

IEK-4 - Plasmaphysik

Abschlussart

Dissertation

Ansprechpartner/in

Name: Herr Dr. Jan W. Coenen

Branche

Forschung und Entwicklung

Anforderungen

Sie haben einen Master im Fachbereich Physik, physikalischer Chemie, Chemieingenieurwesen oder Materialwissenschaften. Erfahrungen im Bereich chemischer Abscheidungsprozesse sowohl experimentell als auch in Aspekten der Modellierung sind von Vorteil. Ein solider Hintergrund in den Werkstoffwissenschaften, beginnend bei Herstellungsmethodik bis hin zu Charakterisierungstechniken rundet ihr Profil ab.

Zusatzinformationen

Kennziffer: D172/2015, Physik, physikalische Chemie, Chemieingenieurwesen oder Materialwissenschaften

Unser Angebot:

• Die Stelle ist ab sofort und auf 3 Jahre befristet zu besetzen
• Vergütung und Sozialleistungen nach dem Tarifvertrag des öffentlichen Dienstes (TVöD-Bund)

Das Forschungszentrum Jülich möchte mehr Mitarbeiterinnen beschäftigen. Wir sind daher an der Bewerbung von Frauen besonders interessiert. Bewerbungen schwerbehinderter Menschen sind uns willkommen.

Forschungszentrum Jülich GmbH
Institut für Energie- und Klimaforschung – Plasmaphysik (IEK-4)
52425 Jülich