Crystal-chemical characterisation of mullite and mullite-type minerals and a discussion on the existence of iota-Al2O3

Abstract

Mullit und mullitartige Verbindungen gehören zu einer der wichtigsten Gruppen von oxidkeramischen Materialien. Aufgrund ihrer außergewöhnlichen Eigenschaften umfassen sie ein breites Anwendungsspektrum. Reiner Mullit wird im Aluminiumsilikat System Al2O3-SiO2 gebildet und seine chemische Zusammensetzung lässt sich allgemein durch die Zusammensetzungsreihe Al2[Al2+2xSi2-2x]O10-x beschreiben. Das übergeordnete Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die äußeren Bereiche, somit die Si- und die Al-reiche Seite, der Mullit-Reihe zu untersuchen, welche bisher nur wenig erforscht sind. Daher beinhaltet diese Dissertation zum einen eine strukturelle Beschreibung und kristallchemische Charakterisierung von Mullit und mullitähnlichen Mineralen, die vor allem im Si-reichen Bereich des binären System vorkommen. Zum anderen wird die Existenz des hypothetischen Al-Endglieds, iota-Al2O3 diskutiert. Dafür wurden drei natürliche Mullit Kristalle vom Ettringer Bellerberg, Eifel, Deutschland sowie ein Kristall aus Kladno, Tschechische Republik mittels Einkristall-Röntgenbeugungsmethoden und Elektronenstrahlmikrosondenanalysen untersucht. Die Spindeltischmethode wurde angewendet, um die Brechungsindizes einzelner Kristalle zu bestimmen. In dieser Arbeit werden zum ersten Mal Kristall-Struktur Verfeinerungen von Mullit Mineralen präsentiert. Des Weiteren wurde ein anderer Si-reicher Kristall vom Ettringer Bellerberg mit den selben Untersuchungsmethoden charakterisiert. Die Besonderheit dieses Minerals ist, dass seine Kristallstruktur sowohl Eigenschaften des Sillimanits (geordnete Al/Si Verteilung auf den Tetraederplätzen) als auch die des Mullits (Bildung von Sauerstoff Leerstellen und tetraedrischen Triclustern) vereint. Die überwiegend geordnete Verteilung der Al und Si Atome auf den Tetraederplätzen führt zu einer Verdopplung des c-Gitterparameters. Wie in der Arbeit herausgestellt und vorgeschlagen, sollte dieses neue Mineral demnach als Polytyp von Mullit klassifiziert werden, welcher den Namen Mullit-2c trägt. Die Al-reiche Seite des Systems betreffend, war die Herstellung des mullitähnlichen iota-Aluminas, dessen Existenz noch immer nicht gesichert ist, das Hauptziel.