Zusammensetzungs-Struktur-Eigenschafts-Beziehung in aus Glas synthetisierten Tektosilicat-Mischkristallen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Joachim Deubener
• Fachliche Zuordnung: Glas und Keramik und darauf basierende Verbundwerkstoffe
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 514073311

Trotz intensiver Forschungsleistungen, die in die Bereiche Silikatmaterialien und Glaskristallisation erzielt wurden, bestehen weiterhin Wissenslücken, die ein vollständiges Verständnis und eine detaillierte Bewertung von möglicherweise vorteilhaften Materialsystemen in der Glaskeramik-Technologie verhindern. Mit diesem Projekt sollen diese Lücken durch eine grundlegende Untersuchung der Zusammensetzungs-Struktur-Eigenschafts-Beziehung geschlossen werden, wobei der Fokus auf drei spezifische Tektosilikate, nämlich Mischkristalle von Cristobalit, Quarz und Leuzit liegt, die aufgrund ihrer technologischen Relevanz, ihres Entwicklungspotenzials und ihre experimentelle Unterbestimmung ausgewählt wurden. Das Forschungsziel soll erreicht werden, indem der nicht im Gleichgewicht befindliche, kinetisch eingefrorene Glaszustand als Ausgangsmaterial genützt wird, der es bei kontrolliertem Wiedererhitzen erlaubt, thermodynamisch metastabile kristalline Phasen zu erforschen, die andernfalls unmöglich zu synthetisieren wären. Dabei folgt der Ansatz der Ostwaldschen Stufenregel, die zuerst den Zugriff auf das am wenigsten stabile Polymorph (Mischkristall) vorsieht. Im Hinblick auf die Glasbildung zielen die Experimente darauf ab, ein möglichst breites Spektrum relevanter chemischer Komponenten und Konzentrationen herzustellen, indem das Abschrecken aus der Schmelze mit der Sol-Gel-Sprühtrocknungsroute erweitert wird. Einerseits vereinigt die Arbeitsgruppe eine geeignete Geräteausstattung, die Glaspräparation und strukturelle Charakterisierung während der Kristallisation ermöglicht. Indem Messungen (hauptsächlich XRD) bei Umgebungstemperatur sowie in-situ bei hohen und kryogenen Temperaturen durchgeführt werden lassen sich Einblicke in die Entwicklung gewünschter Mischkristalle und ihre Struktur erzielen. Andererseits zielt das Projekt darauf ab, die kristallographischen Restriktionen der hergestellten Mischkristalle einschließlich einer eindeutigen Zuordnung oder Abweichung zu bekannten Kristallpolymorphen sowie deren Umwandlungsverhalten vollständig zu verstehen. Im Hinblick auf die Glaskeramik-Technologie ist das Ziel, durch eine detaillierte Bewertung relevanter Eigenschaften, wie beispielsweise der thermischen Ausdehnung, Erkenntnisse über möglicherweise vorteilhafte Systeme und das Entwicklungspotenzial dieser Phasen zu gewinnen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen