Diffusion-diffusive Phasetransformationen in Alkalifeldspat
Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Alkalifeldspat ist eines der an den häufigsten vorkommenden Mineralen in der Erdkruste. Beim Abkühlen durchläuft Alkalifeldspat eine Reihe von Phasenumwandlungen, die zu einer ausgeprägten Variation der Mikrostruktur führen, die Informationen über die Abkühlungsgeschichte der Mineralien enthalten. Das Projekt war der kühlungsinduzierten Auflösung von Alkalifeldspat gewidmet und zielte insbesondere darauf ab, die thermodynamische Beschreibung der Gleichgewichts-Phasenreaktionen zu verbessern und die zugrunde liegende intrakristalline Diffusion und Phasentrennung für potenzielle Anwendungen in der Zeitmessung auf geologischer Skala zu liefern. Diese Ziele wurden in dem gemeinsamen Vorhaben von zwei österreichischen Gruppen: (i) Exsolutions-Experimente und thermodynamische Beschreibung (Prof. R. Abart, Universität Wien), (ii) MD-Simulation von Diffusionsphänomenen (Prof. C. Dellago, Universität Wien) und einem deutschen Team: (iii) Radiotracer-Diffusionsmessungen (apl.-Prof. S. Divinski, Universität Münster) verfolgt. Der vorliegende Bericht konzentriert sich auf die experimentellen Messungen der Na- Diffusion in kristallinen Feldspaten, Teilprojekt (iii). Diese Aufgaben wurden an der Universität Münster in einer engen Kooperation mit den Projektpartnern durchgeführt. Die Tracerdiffusion von Na wurde in einem breiten Spektrum natürlicher Alkalifeldspate (Sanidin, Adularia und Orthoklas) mit unterschiedlichen Na:K-Verhältnissen mit Hilfe der Radiotracer-Technik und unter Verwendung des Radioisotops 22Na gemessen. In Alularia-Feldspat wurden die Tracer-Diffusionsmessungen entlang verschiedener kristallographischer Richtungen durchgeführt, wobei eine gewisse Anisotropie der Na-Diffusion mit den schnelleren Diffusionsraten senkrecht zu (001) festgestellt wurde. In Orthoklas wurde besonders die Anisotropie der Na-Diffusion untersucht und der vollständige Diffusionstensor bestimmt. Der Einfluss von Temperatur und Zusammensetzung auf die Diffusion in natürlichen Alkalifeldspäten wurde im Hinblick auf die Zusammensetzung, d.h. das Na:K-Verhältnis, alkalische Verunreinigungen und intrinsische Defekte gründlich diskutiert. Zum ersten Mal wurde gezeigt, dass der Zustand der Al/Si-Ordnung einen signifikanten Einfluss auf die Na-Diffusionsraten in Alkalifeldspaten hat. Es wurde ein phänomenologisches Modell vorgeschlagen, um diesen Einfluss der Al/Si-Ordnung zu erklären. Die Ergebnisse des Projekts tragen zu einem besseren Verständnis der Diffusionsdynamik in einem breiten Spektrum von Alkalifeldspaten bei, die zusammen mit einer verbesserten thermodynamischen Beschreibung und Exsolutions-Experimenten verlässliche Daten zur Diffusionschronometrie in geologischem Maßstab liefern.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Atomistic modeling of bulk and grain boundary diffusion in solid electrolyte Li₆PS₅Cl using machine-learning interatomic potentials. Physical Review Materials, 8(11).
Ou, Yongliang; Ikeda, Yuji; Scholz, Lena; Divinski, Sergiy; Fritzen, Felix & Grabowski, Blazej
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Combined measurements of composition-dependent tracer-, impurity- and intrinsic diffusion coefficients and atomic correlation factors from a binary diffusion couple. Acta Materialia, 293, 121088.
Esakkiraja, Neelamegan; Berndt, Jasper; Klemme, Stephan; Wilde, Gerhard; Paul, Aloke & Divinski, Sergiy V.
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Sodium diffusion in alkali feldspars: towards the impact of Al/Si ordering. Philosophical Magazine, 105(23), 1606-1621.
Tas, Bengü; Gorfer, Alexander; Petrishcheva, Elena; Wilde, Gerhard; Abart, Rainer & Divinski, Sergiy
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The impact of non-equilibrium vacancies on mobilities and Kirkendall porosity formation in diffusion couples: Experiments and theory for the Cu–Fe–Ni system as a case study. Acta Materialia, 292, 121035.
Mohan Muralikrishna, G.; Esakkiraja, Neelamegan; Kundin, Julia; Hisker, Frank; Berndt, Jasper; Klemme, Stephan; Belova, Irina V.; Murch, Graeme E.; Paul, Aloke & Divinski, Sergiy V.
