Die Entschlüsselung der Rolle des Titans in Glasschmelzen: Ein moderner, systematischer auf In-Situ-Charakterisierung und tiegelfreiem Schmelzen basierender Ansatz
Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Forschungsprojekt beabsichtigte die Entschlüsselung der Rolle von TiO2 in glasbildenden Schmelzen durch eine tiegelfreie Synthese und Hochtemperatur-Analysemethoden, die an der aufnehmenden Institution CNRS CEMHTI in Orléans (Frankreich) zur Verfügung stehen. Obwohl die Glasbildung durch aerodynamische Levitation und CO2-Laserheizung sich herausfordernder als erwartet erwies (Schmelzen müssen genug dünnflüssig sein, um eine stabile Levitation des Tropfens zu erreichen; Hochtemperatur-Verdampfung ist ein unvermeidbares Risiko), konnte der experimentelle Ansatz erfolgreich angepasst werden, um jedoch neues Licht auf das Verhalten von Übergangsmetalloxiden in glasbildenden Schmelzen zu werfen. Die Ergebnisse bestätigten erstens die homogene Verteilung von Ti4+ in SiO2-TiO2-Gläsern und seine vorherrschend tetraedrische Koordination, die Schlüsseleigenschaften wie die Nullausdehnung dieser Materialien hervorruft. Der Vergleich zwischen konventionell abgeschreckten Gläsern und durch die Sol-Gel-Methode synthetisierten Materialien zeigte außerdem, dass das TiO2-Sättigungsniveau von der Synthesemethode nicht beeinflusst wird und bei ca. 10 mol% liegt. Zweitens wurde TiO2 komplexeren Glaszusammensetzungen zugegeben (Li2O-Al2O3-SiO2 und Na2O-Al2O3-SiO2), um seine Rolle als „Keimbildner" in handelsüblichen Glaskeramiken genauer zu untersuchen: Obwohl ein TiO2-Zusatz ausnahmslos die Glasstabilität und den Mechanismus der Kristallisation beeinflusst, fungiert dieses Oxid nur gelegentlich als klassisch definierter Keimbildner, während es häufig mit anderen Glaskomponenten reagiert, um durch die Entglasung komplexere Kristallphasen zu bilden. Drittens wurde das vertiefte Verständnis der Rolle von TiO2 in unterkühlten glasbildenden Schmelzen dafür genutzt, das Verhalten basaltischer Magmen neu zu interpretieren, die von Vulkanen wie Ätna oder Stromboli eruptiert werden: Die Kristallisation von Ti-haltigen Magnetit-Nanokristallen kann die Viskosität des Magmas erhöhen, die Blasenbildung fördern und zu Explosionen führen. Diese Studie deutet besonders auf die Bedeutung interdisziplinärer Forschung für die Lösung komplexeren wissenschaftlichen Fragestellungen hin. Letztens wurde die Perspektive des Forschungsvorhabens erweitert, um den Einbau von Übergangsmetalloxiden in alumosilikatischen Schmelzen allgemeiner zu analysieren. Zum Beispiel wurde die Sättigungsgrenze von ZrO2 in Gläsern des Systems MgO-Al2O3-SiO2 untersucht, um mögliche Strategien für die Herstellung von neuen härteren und beständigeren Glaskeramiken zu formulieren. Gläser mit einem ZrO2-Gehalt von 20 mol% und einer vielversprechend entmischten Nanostruktur wurden synthetisiert, die als Basis für die Entwicklung von neuen funktionellen Materialien fungieren dürften.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
Glass-forming ability and ZrO2 saturation limits in the magnesium aluminosilicate system. Ceramics International, 48(6), 8433–8439.
Zandonà, Alessio; Moustrous, Marine; Genevois, Cécile; Véron, Emmanuel; Canizarès, Aurélien & Allix, Mathieu
-
A chemical threshold controls nanocrystallization and degassing behaviour in basalt magmas. Communications Earth & Environment, 3(1).
Scarani, Alex; Zandonà, Alessio; Di, Fiore Fabrizio; Valdivia, Pedro; Putra, Rizaldi; Miyajima, Nobuyoshi; Bornhöft, Hansjörg; Vona, Alessandro; Deubener, Joachim; Romano, Claudia & Di, Genova Danilo
-
Glass formation and devitrification behavior of alkali (Li, Na) aluminosilicate melts containing TiO2. Journal of Non-Crystalline Solids, 582, 121448.
Zandonà, Alessio; Ory, Sandra; Genevois, Cécile; Véron, Emmanuel; Canizarès, Aurélien; Pitcher, Michael J. & Allix, Mathieu
-
Glass-forming ability and structural features of melt-quenched and gel-derived SiO2-TiO2 glasses. Journal of Non-Crystalline Solids, 598 (2022, 12), 121967.
Zandonà, Alessio; Chesneau, Erwan; Helsch, Gundula; Canizarès, Aurélien; Deubener, Joachim; Montouillout, Valérie; Fayon, Franck & Allix, Mathieu
