Änderungen der Korngrenzcharakterverteilung in Olivin-dominierten Gesteinen als Funktion des Chemismus

• Antragsteller: Dr. Marcel Thielmann, Ph.D., seit 12/2018
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 321722160

Die Korngrenzcharakterverteilung (GBCD) ist ein Maß für die Häufigkeit verschiedener Korngrenzen; sie ist anisotrop und maßstabsunabhängig für Polykristalle ohne Kristallvorzugsorientierungen. Aus diesen Beobachtungen wurde gefolgert, dass die GBCD eine intrinsische Eigenschaft polykristalliner Materialien ist, die eng mit der Kristallstruktur verknüpft ist. Sie gibt die 5 makroskopischen Parameter an, die benötigt werden um Korngrenzgeometrie und die damit verbundene Korngrenzenergie zu beschreiben.Eigenschaften polykristalliner Materialien werden stark vom Netzwerk interner Grenzflächen beeinflusst, da die Eigenschaften der Korngrenzen signifikant von denen eines idealen Kristallgitters abweichen. Zum Beispiel können inkompatible Elemente entlang von Korngrenzen angereichert (gespeichert) werden und Elementdiffusion entlang von Korngrenzen ist um Größenordnungen effizienter im Vergleich zur Diffusion durch das Kristallvolumen.Verschiedene Studien haben gezeigt, dass die GBCD stark mit der Korngrenzzusammensetzung variiert, d.h. Elementkonzentrationen unterhalb von einem Gew.% verändern die Korngrenzenergie, Korngrenzmobilität und die Festigkeit der Korngrenzen. Erste Messungen der GBCD an Olivin-Polykristallen zeigen ebenfalls eine Veränderung der GBCD bei leichten Variationen des Gesamtchemismus und daher der Korngrenzzusammensetzung. Basierend auf dieser Beobachtung soll der Effekt der Zusammensetzung (inklusive dem Vorhandensein einer Schmelze) auf die Korngrenzcharakterverteilung untersucht werden. Die gewonnen Informationen über die Variabilität von Korngrenzeigenschaften werden benötigt um korngrenzkontrollierte Prozesse in Olivin-dominierten Gesteinen zu verstehen, zum Beispiel die enormen Unterschiede die in Verformungsexperimenten an Olivin-Aggregaten mit unterschiedlicher Reinheit beobachten wurden.Mit dem vorgeschlagenen Forschungsvorhaben sollen die folgenden Fragen beantwortet werden:(i) Variieren Korngrenzflächenverteilungen mit der chemischen Zusammensetzung?a. Ändert sich die Korngrenzflächenverteilungen mit der Präsenz und Menge von inkompatiblen Elementen?b. Ändert sich die Korngrenzflächenverteilung beim Vorhandensein einer Schmelze?(ii) Welches sind die häufigsten Korngrenzen, deren Eigenschaften eventuell weitergehend untersucht werden sollten?(iii) Beeinflussen Änderungen der GBCD die Aktivierung verschiedener Verformungsmechanismen, beispielsweise Verformung durch Korngrenzgleiten?

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Japan, USA
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professor Dr. Ulrich Faul; Professor Dr. Takehiko Hiraga; Dr. Sanae Koizumi; Dr. Luiz F.G Morales; Professor Dr. Gregory S. Rohrer, Ph.D.
• Mitverantwortlich: Dr. Robert Farla
• Ehemalige Antragstellerin: Dr. Katharina Marquardt, bis 12/2018