Phasenbildung und kristallchemische Charakterisierung Mullit-ähnlicher Verbindungen mit niedrigem und hohem Al2O3 Gehalt

• Antragsteller: Professor Dr. Reinhard X. Fischer
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 283003582

Es ist das Ziel dieses Vorhabens, zum Verständnis der Phasenbildung und zur Kenntnis der Kristallstrukturen in der kompletten Mischreihe der Mullit-ähnlichen Verbindungen mit der allgemeinen Zusammensetzung Al4+2xSi2-2xO10-x zwischen den Endgliedern Sillimanit (Al2O3 . SiO2, x=0) und jota-alumina (Al2O3, x=1) beizutragen. Während der Sillimanit und die synthetischen Mullite mit den am häufigsten auftretenden Phasen 2:1-Mullit (2Al2O3 . SiO2, x=0.4) und 3:2-Mullit (3Al2O3 . 2SiO2, x=0.25) in den letzten Jahrzehnten umfassend untersucht wurden, existieren so gut wie keine Informationen zu den Kristallstrukturen der Phasen mit niedrigem (x < 0.2) und hohem (x > 0.8) Al2O3 Gehalt in dieser Serie. Es werden zwar natürliche Mullit Minerale (zumeist mit geringem Fe Gehalt) mit niedrigem Al2O3 Gehalt beschrieben, zu denen aber keine Kristallstrukturuntersuchungen vorliegen. Auch die Existenz des reinen Al2O3 Endgliedes (jota-alumina) wird kontrovers diskutiert. Aryal. et al. (Phys. Rev. B84, 2011, 174123) postulieren auf Grund ihrer DFT Rechnungen eine fehlgeordnete Struktur mit AlO6 and AlO5 Gruppen in der Polyederkette, verknüpft durch Di-, Tri- und Tetracluster aus AlO4 Tetraedern. Ein anderer, von uns vertretener Ansatz, geht davon aus, dass jota-alumina aus AlO6-Oktaedern und aus tetraedrischen Tetraclustern besteht. Einen experimentellen Nachweis für das eine oder andere Modell gibt es jedoch nicht. Deswegen wollen wir eine Reihe natürlicher Mullite, die uns bereits vorliegen bzw. die in der Eifel gesammelt werden, als Vertreter der Mullit-ähnlichen Phasen mit niedrigem Al2O3 Gehalt erstmalig kristallchemisch charakterisieren. Da wir erst kürzlich (Fischer et al., Amer. Mineral. 2015, im Druck) aufgezeigt haben, dass es ein Mineral gibt, das sowohl dem Sillimanit (Si/Al Ordnung) als auch dem Mullit (O Leerstellen) ähnelt, ist die Untersuchung der Eifel Minerale besonders interessant. Weiterhin ist geplant, die Al2O3-armen Phasen auch durch Behandlung von Sillimanit bei hohen Drücken und Temperaturen in einer Piston Cylinder Apparatur zu synthetisieren. Die Verbindungen mit hohem Al2O3 Gehalt sollen in einem Mikrowellensystem nach bekannten Methoden hergestellt werden. Somit werden in diesem Vorhaben erstmalig die Kristallstrukturen natürlicher Mullite (x<0.2) und synthetischer Mullit-ähnlicher Verbindungen (x>0.8) systematisch bestimmt und charakterisiert. Da Mullit einer der wichtigsten Bestandteile in Keramiken ist, sind die Mullite und die Mullit-artigen Phasen mit niedrigem (x<0.2) und hohem (x>0.8) Al2O3 Gehalt von besonderer Bedeutung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Großbritannien, Österreich, Tschechische Republik
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Hartmut Schneider
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Dr. John Hanna; Professor Dr. Volker Kahlenberg; Professorin Dr. Ute Kolb; Dr. Olaf Medenbach; Professor Dr. Reinhard Neder; Dr. Vaclav Petricek