تجربة تشوه ذات الضغط العالي، وارتفاع درجة الحرارة باستخدام جهاز الجيل الجديد من نوع غريغز

الهدف العام من تجربة من نوع غريجز هو استكشاف عمليات تشوه الصخور عند ضغط ودرجة حرارة عالية ، وعادة ما تكون أعلى من جيجا باسكال واحد و 300 درجة مئوية. ميزة هذه التقنية هي أنه يمكن تطبيق التشوه حتى ضغوط خمسة جيجا باسكال. هذا يتوافق مع عمق حوالي 150 كيلومترا في الأرض.

يمكن أن تساعد هذه الطريقة في الإجابة على الأسئلة الرئيسية في الجيولوجيا في مجالات الجيولوجيا الهيكلية والديناميكا الجيولوجية والدراسات المغناطيسية وحتى علم الكواكب. هنا نستخدم جيلا جديدا من جهاز Griggs الذي يتوافق مع المعايير الأوروبية لسلامة تجارب الضغط العالي. استنادا إلى المكابس في تقنيتنا الجديدة ، فهي تتكون من إطار معدني واثنين من الكباش الهيدروليكية المتصلين بالمشغلات والمكابس التي تضغط أولا على مجموعة العينة داخل وعاء الضغط ، ثم تقدم المكبس المركزي لتشويه العينة.

في الفيديو الحالي ، نوضح كيفية إجراء تجربة من نوع Griggs باستخدام مجموعة عينة المصدر الصلب التقليدية. لتحضير مجموعة العينة ، قم أولا بطحن ما لا يقل عن 60 جراما من مسحوق كلوريد الصوديوم بدرجة نقاء 99.9٪ في ملاط خزفي. ثم اضغط على قطع الملح على البارد.

لإنتاج قطعة الملح الخارجية السفلية ، ضع 17.5 جراما من مسحوق كلوريد الصوديوم المطحون في دورق أضف ما يقرب من 0.1 مل من الماء المقطر وتأكد من خلط الملح والماء جيدا. املأ مسحوق الملح الرطب في فتحة التجويف الخاصة بأداة ضغط الملح ، وضع مكونات المكبس فوق مسحوق الملح.

اضغط على المسحوق على حرارة 14 طنا لمدة 30 ثانية ، ثم قم بتفريغ قطعة الملح. أخرج مكون الوعاء السفلي ، وحرك القطعتين المعدنيتين القاعديتين بعيدا عن بعضهما البعض لترك مساحة فارغة أسفل فتحة التجويف. مرة أخرى ، استخدم مكونات المكبس في المكبس الهيدروليكي لاستخراج قطعة الملح من الأسفل.

بعد عمل مزدوجة حرارية من النوع S كما هو موضح في بروتوكول النص ، استخدم آلة الطحن وأداة الحفر لحفر حفرة قطرها ملليمترين على طول قطعة الملح السفلية. في الجزء العلوي من قطعة الملح السفلية ، استخدم مشرطا بشفرة مثلثة ونقطة حادة لنحت قناة صغيرة يبلغ عمقها حوالي ملليمتر واحد وحجمها ملليمترين من فتحة المزدوجة الحرارية إلى التجويف. لتغليف العينة ، استخدم لكمة مجوفة مستديرة الشكل لاستخراج قرصين بقطر 10 ملليمترات من رقائق بلاتينية بسمك 0.15 ملم.

اصنع كوبين من البلاتين عن طريق ثني حافة ملليمتر واحد من كل قرص باستخدام أداة تشكيل الكوب. ثم استخدم قاطع الأنابيب لقطع أنبوب بلاتيني بطول العينة ، بالإضافة إلى ما يقرب من ثلاثة ملليمترات. استخدم فرن دثر على الطاولة لتلدين الأنبوب البلاتيني والأكواب لمدة ساعتين على الأقل عند 900 درجة مئوية.

بمجرد التلدين ، ضع كوبا واحدا في الأنبوب البلاتيني واستخدم أداة ملف لطحن نهاية الأنبوب والكوب بشكل مسطح. بعد ذلك ، قم بلحام الكوب والأنبوب البلاتيني معا باستخدام أداة اللحام ومجهر اللحام PUK 5. لف العينة في رقائق نيكل بسمك 25 ميكرومتر وقم بوضعها في أنبوب البلاتين.

أغلق الأنبوب بالكوب البلاتيني الثاني ، وطحنه بأداة الملف قبل لحام الكوب والأنبوب معا. قم بثني أطراف الأنبوب البلاتيني قليلا باستخدام زوج من مكابس الأنف ذات الإبرة المسطحة بحيث يمكن أن تتناسب مكابس الألومينا العلوية والسفلية قدر الإمكان مع الأنبوب البلاتيني. باستخدام نفس زوج الكماشة المسطحة ، اضغط على الأنبوب على مكابس الألومينا في كل مكان للحفاظ على قطر إجمالي صغير.

ضع قطعة الملح الخارجية السفلية والقرص النحاسي السفلي وفرن الجرافيت. استخدم قلما دائما لتمييز نقطة في الموضع المتوقع للمزدوج الحراري على غلاف البيروفيليت الخارجي للفرن. أخرج قطعة الملح الخارجية وأدخل قطع الملح الداخلية حول المكابس والسترة داخل فرن الجرافيت.

أثناء الحفاظ على فرن الجرافيت وقطع الملح الداخلية والقرص النحاسي السفلي معا ، استخدم آلة الطحن لحفر حفرة يبلغ قطرها ملليمترين تقريبا حيث تم تقدير موضع المزدوجة الحرارية. بعد ذلك ، قم بإعداد قطعة الرصاص عن طريق وضع فيرسيبيان خزفي يحتوي على 50 جراما من الرصاص في فرن دثر على سطح الطاولة عند 400 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة تقريبا. عندما يذوب الرصاص تماما ، اسكبه بسرعة على أداة قطعة الرصاص ، واستخدم على الفور المكبس الهيدروليكي 40 طنا للضغط على الرصاص عند أربعة أطنان لمدة 30 ثانية.

بعد إزالة القطعة الرئيسية كما كان من قبل وإعداد ملحق كلوريد الصوديوم كما هو موضح في بروتوكول النص ، قم بتجميع القطعتين معا. قم بتجميع جميع القطع التي تتكون منها مجموعة العينة ، باستثناء القرص النحاسي العلوي وقطعة الرصاص وحلقات التعبئة. لف قطع الملح الخارجية وقطعة الرصاص وقطعة البيروفيليت الأساسية بالتفلون.

مع تركيب وعاء الضغط كما هو مفصل في بروتوكول النص ، اترك الوعاء معلقا على أعلى مستوى ممكن فوق لوحة القاعدة. أثناء حمل مجموعة العينة ، قم بتركيب المزدوجة الحرارية بعناية في فتحة المزدوجة الحرارية للوحة القاعدة. ثم ضع مجموعة العينة في وسط لوحة القاعدة بمجرد وضعها في مكانها ، أضف رقائق معدنية من فيلم مايلر بين لوحة القاعدة ووعاء الضغط حول التجميع.

استخدم مكبس الشجرة لخفض وعاء الضغط بعناية على لوحة القاعدة وتركيب مجموعة العينة في فتحة تجويف وعاء الضغط. عند إدخال مجموعة العينة في وعاء الضغط ، تأكد من عدم كسر غمد Woolite للمزدوجة الحرارية. إذا انكسر ، فقد تضطر إلى استبدال جزء كبير من مجموعة العينة.

بعد ذلك ، استخدم المشابك المكيفة لإصلاح وعاء الضغط ولوحة القاعدة معا بإحكام ، وأضف القرص النحاسي العلوي ، وقطعة الرصاص ، وحلقة التعبئة الثلاثة سيجما أعلى مجموعة العينة. احمل وعاء الضغط رأسا على عقب وضعه على طاولة عمل. حرك الأنابيب البلاستيكية فوق كل سلك من المزدوجات الحرارية لعزلها عن أي قطعة معدنية.

قم بتثبيت كل سلك على موصل مزدوج حراري عالمي من النوع S. ثني الأسلاك ووضعها في الأخدود القاعدي للوحة القاعدة. ألصقها بشريط لاصق على وعاء الضغط ، وضع قطعة من الورق العادي بين السلكين.

ثم قم بتحويل وعاء الضغط إلى وضع رأسي وضع مكبس الحمل النهائي ، ومكبس الحصر ، ومكبس التشوه مع حلقة التعبئة السيجما الواحدة أعلى مجموعة العينة. ضع لوحة القاعدة ووعاء الضغط والمكابس على السطح السفلي للجيل الجديد من جهاز Griggs ، وقم بتوصيل الموصل الحراري بنظام تنظيم درجة الحرارة. قم بإعداد البرنامج لتجربة التشوه وابدأ مضخة التشوه كما هو موضح في بروتوكول النص لتطوير مشغل التشوه.

عندما يكون مشغل التشوه حوالي ثلاثة إلى أربعة ملليمترات فوق مكبس التشوه ، أوقف المضخة وحرك وعاء الضغط لمحاذاتها. من المهم محاذاة مكبس التشوه بشكل مثالي تقريبا مع مشغل التشوه للجهاز. خلاف ذلك ، يمكن أن ينكسر المكبس أثناء التجربة.

استخدم مضخة التشوه لخفض مشغلات التشوه والحصر والحمل النهائي بالكامل بحيث تلامس المكابس وتبدأ في زيادة الضغط كما هو موضح في بروتوكول النص. عندما يكون ضغط التحديد حوالي 50 ميجا باسكال ، قم بتوصيل الوعاء والمكابس بنظام التبريد ، وافصل الجزء العلوي من كل مشبك يثبت لوحة القاعدة في وعاء الضغط. أضف رقائق من فيلم مايلر بين المشابك والوعاء ، وابدأ التسخين كما هو موضح في بروتوكول النص.

ثم استخدم المضخات الهيدروليكية ونظام التدفئة وأنظمة التبريد لإجراء تجربة التشوه. بعد التجربة ، عندما تتوقف أنظمة التدفئة والتبريد ويكون الضغط حوالي 0.5 ميجا باسكال ، أعد توصيل لوحة القاعدة بوعاء الضغط باستخدام المشابك المكيفة. بعد فتح أو إغلاق صمامات الجهاز كما هو موضح في بروتوكول النص ، افصل أنابيب الاقتران الحراري لنظام التبريد لوعاء الضغط.

استخدم المضخة اليدوية لرفع مشغلات الحمل النهائي والمحصورة قدر الإمكان. ابدأ تشغيل مضخة التشوه وارفع مشغل التشوه لأعلى بضعة ملليمترات أكثر من مشغل الحبس. ثم أخرج الوعاء والمكابس من الجيل الجديد من جهاز Griggs.

قم بإزالة مكابس التشوه والحصر والتحميل النهائي وضع الوعاء رأسا على عقب على منضدة العمل. قم بفك الموصل المزدوج الحراري من النوع S ، وقم بإزالة الأنابيب البلاستيكية المعزولة ، وفك المشابك ، وخذ لوحة القاعدة ورقائق مايلر بعيدا. اقلب الوعاء في وضع مستقيم وضعه على منصة المكبس الهيدروليكي لاستخراج مجموعة العينة من الأسفل.

ضع قطعة من الرصاص فوق حلقة التعبئة الثلاثة سيجما واستخدم المكبس الهيدروليكي 40 طنا للضغط على مجموعة العينة. أخيرا ، قم بتفكيك مجموعة العينة بعناية باستخدام كماشة ومشرط منحنى مطر. تظهر هنا النتائج التمثيلية لرخام كارارا المشوه عند 700 درجة مئوية و 1.5 جيجا باسكال.

يتضمن ذلك مخططا لمجموعة العينة المشوهة ومنحنى الإجهاد مقابل الوقت الناتج أثناء تجربة التشوه. في البداية ، يزداد كل من الضغط ودرجة الحرارة بالتناوب أثناء مرحلة الضخ. بينما يتم تسخين مجموعة العينة باستخدام تأثير الجول ، ينقل كلا الكباشين القوى إلى المحركات والمكابس التي تضغط على مجموعة العينة.

عندما يتم تحقيق الضغط ودرجة الحرارة المستهدفين ، يتم تطبيق فترة من الضغط الساخن لتوسيط العينة ، إن أمكن. ثم يتم تقدم مكبس تشوه سيجما واحد ، ويتحرك عبر الرصاص ، ثم يضغط على مكبس الألومينا لتشويه العينة. يصف هذا نقطة إصابة متبوعة بمنحنى مرن ثم بلاستيكي أثناء مرحلة التشوه.

عندما يتوقف التشوه ، تنخفض درجة الحرارة بسرعة ويتم تحريك المكابس للخلف بحيث ينخفض الضغط ببطء للحفاظ على الهياكل المجهرية. بعد التجربة ، يتم تصحيح منحنى الإجهاد مقابل الوقت للاحتكاك وصلابة الحفارة لحساب الإجهاد الكلي والإجهاد التفاضلي قبل التوصيف بالتقنيات التحليلية. يمكن أيضا إجراء هذا النوع من التجارب باستخدام هندسة غير محورية ، كما هو موضح هنا ، لمجموع الزبرجد المشوه عند 900 درجة مئوية و 1.2 جيجا باسكال.

بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية إجراء تجارب التشوه باستخدام الجيل الجديد من جهاز Griggs ، خاصة لإعداد مجموعة العينة. بشكل عام ، يحتاج الأشخاص الجدد في هذه التقنية إلى بعض الخبرة في إعداد مجموعة العينة ووضعها في وعاء الضغط من أجل تأمين معدل نجاح جيد للتجارب. بمجرد إتقانه ، يستغرق هذا الروتين عادة عشرات الساعات ، ويرجع ذلك جزئيا إلى تركيب المنحنى اللازم لتحديد نقطة الضربة.

من المهم أن تتذكر أن نجاح التجربة يعتمد بشكل كبير على جودة إنتاج تجميع العينة. أثناء الضخ والتبريد ، يوصى أيضا بتحريك المكابس ببطء قدر الإمكان لتجنب كسر أي قطعة معدنية.