2/1-3/2-Umwandlung von Mullit: Mechanismen und Kinetik

• Antragsteller: Professor Dr. Hartmut Schneider
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2000 bis 2007
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5236206

Die topotaktische Umwandlung von Al2O3-reichen 2/1-Schmelzmulliten in die Al2O3-ärmere 3/2-Phase läuft selbst bei hohen Temperaturen nur in Anwesenheit von fremdstoffhaltigen (z. B. Fe2O3) Silikatschmelzen ab. Die elementaren Transportschritte und die Rolle der Schmelzphase bei der Umwandlung sind dabei ungeklärt. Im Rahmen des Forschungsvorhabens werden Reaktionspaare aus orientiert geschnittenen 2/1-Einkristallen (parallel und senkrecht zur kristallographischen c-Achse) und Silikatschmelzen mit unterschiedlichen Fremdionen (Fe3+ und La3+) inzwischen 1200 °C und 1400 °C schrittweise getempert. Fremdioneneinbau im Mullit und die 2/1-3/2-Umwandlung sollen durch hochaufgelöste analytische Raster- und Transmissionselektronenmikroskopie erfaßt werden. Von besonderer Bedeutung ist dabei, ob die 2/1-3/2-Umwandlung strukturkontrolliert ist und ob im nanoskaligen Übergangsbereich zwischen 2/1- und 3/2-Mullit Mischkristalle mit intermediärer Zusammensetzung gebildet werden. Durch die Untersuchungen soll auch geklärt werden, ob die 2/1-3/2-Mullitumwandlung über einen strukturaktivierten Prozeß verläuft, der durch den simultan verlaufenden Fremdioneneinbau (Fe3+: einbaufähig in Mullit, La3+: nicht einbaufähig) ermöglicht wird. Das genaue Verständnis der Kinetik der 2/1-3/2-Mullitumwandlung setzt Kenntnis der richtungsabhängigen Diffusionsdaten der bei der Umwandlung beteiligten Diffusionsspezies im Mullitgitter voraus. Die Si- und O-Diffusionskoeffizienten in Mullit werden dabei über Tracermethoden bestimmt, während die Diffusionskoeffizienten von Fe durch Mikrosonden- und SIMS-Analysen erfaßt werden. Aus den mikrostrukturellen Beobachtungen und den Diffusionsdaten sollen die Mechanismen der 2/1-3/2-Mullitumwandlung abgeleitet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Professor Dr. Martin Schmücker