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4. Forschungsprojekte

4.1. Eigenschaften silikatischer Schmelzen und Gläser

a) Viskosität (D. Dingwell):
Es wurde ein Rotations-Viskosimeter in Betrieb genommen, mit dem bei 1 bar Viskositäten silikatischer Schmelzen in Abhängigkeit von Verformungsgeschwindigkeit, Temperatur, Sauerstoff-Fugazität und Zusammensetzung bestimmt werden können. Es wird für folgende Teilprojekte eingesetzt:

  • Bestimmung einer allgemeinen Beziehung zwischen Oxidationsgrad und Viskosität in Fe-haltigen Schmelzen
  • Effekt einfacher Kationen-Substitutionen auf die Viskosität von vollständig polymerisierten Schmelzen
  • Viskositätseffekt von Komponenten, die den pauschalen Polymerisationsgrad erniedrigen aber die Aktivität der Si-O-Si-Brückenbindungen erhöhen
  • Viskositat-Temperaturbeziehung von natürlichen Residualschmelzen, die an inkompatiblen Elementen angereichert sind (mit M. Pichavant, Nancy)

b) Dichte (D. Dingwell):
Die Dichte eisenhaltiger Silikatschmelzen wurde nach dem Archimedes-Prinzip bestimmt, insbesondere in den Systemen Na2O-FeO-Fe2O3-SiO2 und CaO-FeO-Fe2O3-SiO2, um das partielle molare Volumen des Fe3+ und dessen mögliche Zusammensetzungs-Abhängigkeit zu ermitteln. Diese Arbeiten sollen auf Aluminosilikat-Systeme ausgeweitet werden. Außerdem ist geplant, partielle molare Volumina anderer Komponenten magmatischer Systeme zu bestimmen.

c) 29Si HR MAS NMR (D. Dingwell, A. Sebald):
Es soll die strukturelle Umgebung des Si in Silikat-Gläsern mit Tektosilikatzusammensetzung untersucht werden, durch Substitution von Kationen wie bei den Viskositätsuntersuchungen, um die Beziehungen zwischen Viskosität und Struktur zu klären.

d) Wellengeschwindigkeit und Dämpfung (S. Webb):
Zur Zeit wird eine Apparatur zur Messung von Geschwindigkeit und Dämpfung von Kompressions- und Scherwellen in Silikatschmelzen bei hohen Temperaturen aufgebaut. Die Apparatur besteht aus einem Hochfrequenz-Ultraschall-Interferometer, einem Paar einkristalliner Mo-Stäbe als "buffer rods" und einem gasdichten Ofen zum Betrieb bis 1700°C. Nach Kalibrierung mit H2O, Hg und B2O3-Schmelzen soll die Frequenzabhängigkeit der elastischen und viskosen Eigenschaften von Silikatschmelzen untersucht werden. Bevorzugt sollen chemisch einfache Schmelzzusammensetzungen verwendet werden, deren Struktur bekannt ist (in Ko­operation mit D. Dingwell).

e) XANES-Spektroskopie an verdichteten SiO2 Gläsern (F. Seifert in Kooperation mit E. Paris, I. Davoli, A. Bianconi, Rom):
Glasiges SiO2 läßt sich durch Anwendung hoher Drücke und mäßiger Temperaturen permanent verdichten und erlaubt daher die Ermittlung des Druckeffekts auf die Struktur ohne die Anwendung von in-situ-Verfahren. Es konnte durch Messung der Kantenstruktur der Sauerstoff-K-Kante  am Synchrotron ADONE in Frascati bestätigt werden, daß mit zunehmender Verdichtung des SiO2 Glases der mittlere Si-O-Si-Winkel abnimmt.

f) Glasübergangstemperatur in GeO2 (C. Scarfe in Zusammenarbeit mit M. Rosenhauer, Göttingen):
Die Eigenschaften des amorphen GeO2 sind wegen der Ähnlichkeit seiner Struktur mit der des amorphen SiO2 und anderer voll polymerisierter Schmelzen und Gläser auch geowissenschaftlich von Interesse. Es wurde durch Kalorimetrie und DTA die Abhängigkeit der Wärmekapazitat und der Glasübergangstemperatur Tg von der Aufheiz- und Abkühlungsgeschwindigkeit untersucht, sowie - durch Hochdruck-DTA - die Druckabhängigkeit von Tg

g) Zustandsgleichung von Gläsern (H. Olijnyk, C. Scarfe, S. Webb, D. Dingwell):
Eine Reihe von strukturell charakterisierten Silikatgläsern wird in der Diamantstempelapparatur durch optisch bestimmte makroskopische Längenänderung von planparallel geschnittenen Glaskörpern auf ihre Kompressibilität hin untersucht.

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