Der Einfluss von Defektstrukturen an Reaktionsfronten und Scherverformung auf die Kinetik von Spinell-Saumwachstum im System MgO-Al2O3

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Rainer Abart; Dr. Gerlinde Habler
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2007 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 22341081

Reaktionssäume entstehen als Reaktionsprodukt an der Kontaktfläche zweier Festphasen in Reaktionsbeziehung. Sie wurden in den Erd- und Materialwissenschaften herangezogen, um Informationen über Umgebungsbedingungen und die Dauer von Metamorphosevorgängen abzuleiten. Für die Interpretation von Mikrostrukturen, Texturen und Mineralzusammensetzungen ist jedoch die grundlegende Kenntnis der Vorgänge während der Saumbildung erforderlich. Die geplante Studie basiert auf Ergebnissen aus dem Vorgängerprojekt ‚Die Wechselwirkung zwischen Transport-kontrollierten Mineralreaktionen und Differentialspannung‘ der ersten Förderperiode der Forschergruppe. Die Studie hat zum Ziel, die effektiven Mechanismen zu identifizieren, welche die Kinetik von Saumwachstum kontrollieren. Untersuchungen werden anhand des synthetischen Systems MgO-Al2O3 durchgeführt, wobei MgO (Periklas) und Al2O3 (Korund) unter definierten experimentellen Bedingungen zu MgAl2O4 (Spinell) reagieren. Während des Vorgängerprojektes wurden Fragen aufgeworfen, deren Beantwortung essentiell für den Abschluss der Studie ist, jedoch eine methodische Erweiterung erfordert. Die ergänzende Studie soll auf zwei Aspekte der Saumbildung fokusiert werden: A) Die Untersuchung der atomaren Strukturen an beiden Reaktionsfronten unter Anwendung hochauflösender Analysemethoden (SEM, TEM), soll Information über die lokale Defektstruktur an Reaktionsflächen liefern. Zur Untersuchung von fortschreitenden Änderungen der lokalen Defektstruktur werden Proben von initialen Reaktionsstadien mit Proben aus Langzeitexperimenten verglichen. B) Weiters soll der Einfluss von extern induzierter Verformung auf die Saumwachstumsrate und auf die mikrostrukturelle und texturelle Saumentwicklung untersucht werden. Wir planen Torsionsexperimente an Einkristallpaaren in einer Paterson-Gasdruckapparatur. Das Probenmaterial wird vom Kern zum Rand einer zunehmenden finiten Scherverformung bzw Verformungsrate ausgesetzt. Mikrostruktur- und Texturanalysen mit hoher räumlicher Auflösung (SEM-EBSD, SEM-FSD, (S)TEM) sollen Aufschluss über den Einfluss der Veformungsintensität und –rate, sowie von dynamischer Rekristallisation auf den Reaktionsfortschritt, sowie die fortschreitende Entwicklung von Mikrostrukturen und Texturen geben. Analysen der Zusammensetzung der Phasen an den unmittelbaren Reaktionsfronten erlauben die Abweichung des Systems vom lokalen chemischen Gleichgewicht festzustellen. Frühere Arbeiten haben gezeigt, dass unter statischen Bedingungen Wachstumsmechanismen und topotaktische Beziehungen die Mikrostrukturen und Texturen von Reaktionssäumen dominieren. Zusätzliche Untersuchungen unter dynamischen Reaktionsbedingungen sollen das Verständnis des Systemverhaltens unter extern angelegter Spannung vervollständigen und Information über die Wechselwirkung von Deformation und chemischen Reaktionen, sowie effektive Mechanismen der Mikrostruktur- und Texturbildung während des Saumwachstums liefern.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 741: Nanoscale Processes and Geomaterials Properties
• Internationaler Bezug: Österreich
• Partnerorganisation: Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)
• Beteiligte Personen: Dr. Ralf Dohmen; Professor Dr. Georg Dresen; Dr. Erik Rybacki; Dr. Richard Wirth