Impurity control to enhance mechanical properties of severely deformed tungsten

Tungsten is a prime candidate material for plasma-facing components in fusion reactors due to its exceptional high-temperature properties, but its performance is limited by brittleness and sensitivity to impurities. This study investigates the influence of impurities on the mechanical properties of ultrafine-grained tungsten processed by High-Pressure Torsion (HPT). Five tungsten samples with varying impurity contents were produced through different processing routes: vacuum sintering, hydrogen atmosphere sintering, spark plasma sintering (SPS), as well as as-received ultra-high purity (UHP) tungsten. All samples were subsequently deformed by HPT to achieve comparable microstructures with median grain sizes between ∼100 and 160 nm. Secondary-ion mass spectrometry revealed significant variations of oxygen, fluorine, sulfur, phosphorus and chlorine ion intensities. Micromechanical characterization using in situ microcantilever bending showed significant property variations despite similar microstructures. UHP tungsten and hydrogen-sintered tungsten exhibited the highest strength, while vacuum-sintered material showed the lowest. Conversely, SPS-processed tungsten demonstrated superior ductility, paired with intermediate strength. All specimens fractured in intergranular mode, confirming that grain boundary properties govern mechanical behavior in this grain size regime. Furthermore, intentional oxygen exposure of powder prior to SPS-processing did not significantly reduce strength or ductility compared to the non-exposed variant, demonstrating the higher impact of processing parameters on final material properties. The distribution of impurities across a larger grain boundary area is identified to be key in mitigating some embrittling effects commonly observed in coarse-grained tungsten. These findings provide crucial insights for tailoring tungsten processing routes to achieve improved combinations of strength and ductility for extreme operating conditions.
Verfasser/-in und Organisationszugehörigkeit
Fügen Sie alle Verfasser (Personen, Organisationen, Autorengruppen) hinzu.

Folgendes kann bei Personen geändert werden:

Rolle
Voreingestellt ist 'Autor', aber andere Rollen (Herausgeber, Illustrator usw.) können ausgewählt werden.

Organisationszugehörigkeit
Falls unrichtig bitte auf andere interne oder externe Organisation ändern.
Verfasser/-in

Bearbeiten

Julius F. Keckes, Autor

Interne Person
Lehrstuhl für Materialphysik (430)

Organisation: Lehrstuhl
Bearbeiten

A. Jabr (Abdullah Jabr), Autor

Interne Person
Department Werkstoffwissenschaft

Organisation: Departments and Institute
Montanuniversität Leoben (000)

Organisation: Universität
Lehrstuhl für Struktur- und Funktionskeramik (410)

Organisation: Lehrstuhl
Bearbeiten

M. Wurmshuber, Autor

Externe Person
Department of Materials Science & Engineering

Externe Organisation: unbekannt
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

Externe Organisation: Universität
Bearbeiten

R. Bermejo (Raul Bermejo Moratinos), Autor

Interne Person
Department Werkstoffwissenschaft

Organisation: Departments and Institute
Montanuniversität Leoben (000)

Organisation: Universität
Lehrstuhl für Struktur- und Funktionskeramik (410)

Organisation: Lehrstuhl
Bearbeiten

D. Kiener (Daniel Kiener), Autor

Interne Person
Department Werkstoffwissenschaft

Organisation: Departments and Institute
Montanuniversität Leoben (000)

Organisation: Universität
Lehrstuhl für Materialphysik (430)

Organisation: Lehrstuhl

Person hinzufügen...Organisation hinzufügen...Autorenkooperation hinzufügen...
Gesamtzahl der Beitragenden
5
Betreuende Organisation
Die Redakteure/Redakteurinnen der betreuenden Organisationseinheit sind zuständig für die Bearbeitung dieses Beitrags.
Betreuende Organisationseinheit
Montanuniversität Leoben (000)

Organisation: Universität
Organisation ändern...
Fachzeitschrift
Fachzeitschrift
Bearbeiten
International Journal of Refractory Metals and Hard Materials

0263-4368

Web of Science (2022): Journal Impact Faktor 4,804 2629 , Scopus-Bewertung (2025): CiteScore 8,1 SJR 1,023 SNIP 1,466
Fachzeitschrift ändern
Jahrgang
Ausgabenummer
Open-Access-Anleitung
Open Policy Finder Empfehlungen

Submitted version
Accepted version
Published version
Publisher policies
Datum der letzten Aktualisierung: 9/05/26

Zugang zur elektronischen Version (Volltext)
Hochladen / Verlinken der elektronischen Versionen dieses Forschungsoutputs
Open access-Status: Diese Arbeit ist frei verfügbar!

Endgültige, publizierte Fassung - frei zugänglich
Zugang zur elektronischen Version (Volltext)

Endgültige, publizierte Fassung
AnzeigenBearbeiten
10.1016/j.ijrmhm.2026.107819
Endgültige, publizierte Fassung

frei
Dokumentenversion nicht angegeben
AnzeigenBearbeiten
J.F. Keckes, A. Jabr, M. Wurmshuber, R. Bermejo, D. Kiener 2026 (IJRMHM 139,107819)
CC BY

frei

4,44 MB | p1094375 | 25 Juni 2026 12:40

Zugang zur elektronischen Version (Volltext)...
Andere Links

AnzeigenBearbeiten
https://www.scopus.com/pages/publications/105036024250 Scopus Publikation
Verknüpfung zur Publikation in Scopus

Anderen Link hinzufügen...
Zusätzliche Dateien
Datei hinzufügen
Article Processing Charge (APC)
Fügen Sie Informationen zu den Bearbeitungsgebühren für Artikel (APC) für die Veröffentlichung und das spezifische Journal hinzu
APC-finanziert
Nicht gesetzt
Nein
Ja
Schlagwörter
Geben Sie Schlagwörter an, um den Inhalt des Projekts zu charakterisieren.
ÖFOS 2012
verwenden Sie ÖFOS 2012 Sachgebiete für alle Datensätze ab 01.01.2014

2 TECHNICAL SCIENCES › 205 Materials Engineering › 2050 Materials Engineering › 205019 Material sciences

ÖFOS 2012 hinzufügen ...
Schlagwörter

ÖFOS 2002
verwendet bis 31.12.2013
Keine Verknüpfungen
ÖFOS 2002 hinzufügen ...
Ziele für nachhaltige Entwicklung
Die Ziele für nachhaltige Entwicklung gelten als Blaupause, um eine bessere und nachhaltigere Zukunft für alle zu schaffen. Dabei werden unsere globalen Herausforderungen angesprochen, darunter Armut, Ungleichheit, Klimawandel, Umweltzerstörung, Frieden und Gerechtigkeit.

SDG 7 - Affordable and Clean Energy
SDG 9 - Industry, Innovation, and Infrastructure
SDG 12 - Responsible Consumption and Production

Ziele für nachhaltige Entwicklung hinzufügen ...
Fördermittel
Dokumentierter Fördermittel-Text
Einzelheiten zu Fördermitteln
Details zu Fördermitteln hinzufügen
Bibliographische Notiz
Tragen Sie hier, wenn vorhanden, Anmerkungen über spezielle Bedingungen oder andere relevante Gegebenheiten hinsichtlich der Einreichung dieses Beitrags ein.
Bibliographische Notiz
Publisher Copyright:
© 2026 The Authors. Published by Elsevier Ltd. This is an open access article under the CC BY license. http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Veranstaltung
Veranstaltung
Veranstaltung hinzufügen...
Verknüpfungen
Fügen Sie Verknüpfungen zu relevanten Inhalten hinzu.
Publikationen
Aktivitäten
Auszeichnungen
Projekte
Datensätze
Ausrüstung
Sichtbarkeit
Wie ein Inhalt sichtbar ist (siehe Vorschau)
Öffentlich zugänglich
- z.B. auf Webseiten/-portalen
Campus (IP-Adressen)
- Nur von zugelassenen IP-Adressen aus sichtbar
Datenbank (Pure-Nutzer/-innen)
- Nur für angemeldete Pure-Nutzer/-innen sichtbar.
Vertraulich
- auf eingeloggte zugeordnete Nutzer und Redakteure begrenzt
​Ö​f​f​e​n​t​l​i​c​h - ​K​e​i​n​e ​E​i​n​s​c​h​r​ä​n​k​u​n​g​e​n
Externe Publikations-IDs
Publikationsimport-ID
Scopus: 105036024250
Zusätzliche Quellen-IDs
Zusätzliche Quelle hinzufügen...