הניסוי דפורמציה בלחץ גבוה, טמפרטורה גבוהה באמצעות המנגנון גריגס מסוג דור חדש

המטרה הכוללת של ניסוי מסוג גריגס היא לחקור את תהליכי העיוות של סלעים בלחץ וטמפרטורה גבוהים, בדרך כלל גבוהים מג'יגה-פסקל אחד ו-300 מעלות צלזיוס. היתרון בטכניקה זו הוא שניתן ליישם דפורמציה עד ללחצים של חמישה ג'יגה-פסקל. זה מתאים לעומק של כ-150 קילומטרים בכדור הארץ.

שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח בגיאולוגיה בתחומי הגיאולוגיה המבנית, גיאודינמיקה, מחקרים מגנטיים ואפילו פלנטולוגיה. כאן אנו משתמשים במכשיר מסוג גריגס מהדור החדש העומד בתקנים האירופיים לבטיחות ניסויים בלחץ גבוה. בהתבסס על הבוכנות בטכנולוגיה החדשה שלנו, הוא מורכב ממסגרת מתכתית ושני אילים הידראוליים המחוברים למפעילים ובוכנות הלוחצים תחילה על מכלול הדגימה בתוך מיכל הלחץ, ולאחר מכן מקדמים את הבוכנה המרכזית כדי לעוות את הדגימה.

בסרטון הנוכחי אנו מראים כיצד לבצע ניסוי מסוג גריגס באמצעות מכלול דגימת המקור המוצק הקונבנציונלי. להכנת מכלול הדגימה, טוחנים תחילה לפחות 60 גרם אבקת נתרן כלורי בטוהר של 99.9% בטיט קרמי. לאחר מכן, לחץ קר על חתיכות המלח.

כדי לייצר את חתיכת המלח החיצונית התחתונה, הניחו 17.5 גרם אבקת נתרן כלורי טחון בכוס. מוסיפים כ-0.1 מיליליטר מים מזוקקים ומוודאים שמלח ומים מעורבבים היטב. מלאו את אבקת המלח הרטובה לתוך חור הקידוח של כלי כבישת המלח, והניחו את רכיבי הבוכנה שלה על גבי אבקת המלח.

לחץ על האבקה ב -14 טון למשך 30 שניות, ולאחר מכן פרק את חתיכת המלח. הוצא את רכיב הכלי התחתון, והזיז את שני חלקי המתכת הבסיסיים זה מזה כדי להשאיר חלל ריק מתחת לחור הקידוח. שוב, השתמש ברכיבי הבוכנה במכבש ההידראולי כדי לחלץ את חתיכת המלח מלמטה.

לאחר ביצוע צמד תרמי מסוג S כמתואר בפרוטוקול הטקסט, השתמש במכונת כרסום ובכלי הקידוח כדי לקדוח חור בקוטר שני מילימטרים לכל אורך חתיכת המלח התחתונה. בחלק העליון של חתיכת המלח התחתונה השתמש באזמל עם להב משולש וחודה חדה כדי לחצוב תעלה קטנה בעומק של כמילימטר אחד ובגודל שני מילימטרים מחור הצמד התרמי לקידוח. כדי לעטוף את הדגימה, השתמש באגרוף חלול בצורת עגול כדי לחלץ שני דיסקים בקוטר 10 מילימטרים מנייר פלטינה בעובי 0.15 מילימטרים.

הכינו שתי כוסות פלטינה על ידי כיפוף שפה מילימטרית אחת של כל דיסק באמצעות הכלי לעיצוב כוסות. לאחר מכן השתמש בחותך צינורות כדי לחתוך צינור פלטינה באורך הדגימה, בתוספת כשלושה מילימטרים. השתמש בתנור עמום ספסל כדי לחשל את צינור הפלטינה והכוסות למשך שעתיים לפחות ב-900 מעלות צלזיוס.

לאחר החישול, הכניסי אחת לתוך צינור הפלטינה והשתמשי בכלי פצירה כדי לטחון את קצה הצינור ואת הגביעונית שטוחה. לאחר מכן, רתכו את הפלטינה וצינור הפלטינה יחד באמצעות כלי הריתוך ומיקרוסקופ ריתוך PUK 5. עטפו את הדגימה בנייר כסף בעובי 25 מיקרומטר והכניסו אותם לצינור הפלטינה.

סגור את הצינור עם הפלטינה השנייה, וטחן אותם עם file כלי לפני ריתוך הכוס והצינור יחד. כופפו מעט את קצות צינור הפלטינה באמצעות זוג מיקרופליירים לאף מחט שטוחה כך שבוכנות האלומינה העליונות והתחתונות יוכלו להשתלב ככל האפשר בצינור הפלטינה. בעזרת אותו זוג צבת שטוחה, לחץ את הצינור על בוכנות האלומינה מסביב כדי לשמור על קוטר כולל קטן.

הרכיבו את חתיכת המלח החיצונית התחתונה, דיסק הנחושת התחתון ותנור הגרפיט. השתמש בעט קבוע כדי לסמן נקודה במיקום הצפוי של התרמזוג על שרוול הפירופיליט החיצוני של הכבשן. הוצא את חתיכת המלח החיצונית והכנס את חתיכות המלח הפנימיות סביב הבוכנות והז'קט בתוך תנור הגרפיט.

תוך שמירה על תנור הגרפיט, חתיכות המלח הפנימיות ודיסק הנחושת התחתון יחד, השתמש במכונת הכרסום כדי לקדוח חור בקוטר של כשני מילימטרים שבו הוערך מיקום הצמד התרמי. לאחר מכן, הכינו את חתיכת העופרת על ידי הנחת ורסיפיאן קרמי המכיל 50 גרם עופרת לתנור מופל ספסל בטמפרטורה של 400 מעלות צלזיוס למשך כ-30 דקות. כאשר העופרת נמסה לחלוטין, שפכו אותה במהירות על כלי חתיכת העופרת, והשתמשו מיד במכבש ההידראולי של 40 טון כדי ללחוץ על העופרת בארבעה טון למשך 30 שניות.

לאחר הסרת חתיכת העופרת כמו קודם והכנת תוספת הנתרן הכלורי כמתואר בפרוטוקול הטקסט, הרכיבו את שני החלקים יחד. הרכיבו את כל החלקים המרכיבים את מכלול הדגימה, למעט דיסק הנחושת העליון, חתיכת העופרת וטבעות האריזה. עוטפים את חתיכות המלח החיצוניות, חתיכת העופרת וחתיכת הפירופיליט הבסיסית בטפלון.

כאשר כלי הלחץ מותקן כמפורט בפרוטוקול הטקסט, השאר את הכלי תלוי גבוה ככל האפשר מעל לוחית הבסיס. תוך כדי נשיאת מכלול הדגימה, הכנס בזהירות את הצמד התרמי לחור הצמד התרמי של לוחית הבסיס. לאחר מכן הנח את מכלול הדגימה במרכז לוחית הבסיס לאחר שנמצא במקום, הוסף נייר כסף של סרט מיילר בין לוחית הבסיס לכלי הלחץ סביב המכלול.

השתמש במכבש הסוכה כדי להוריד בזהירות את מיכל הלחץ על לוחית הבסיס ולהכניס את מכלול הדגימה לחור הקידוח של מיכל הלחץ. בעת הכנסת מכלול הדגימה לכלי הלחץ, וודא כי מעטפת ה- Woolite של הצמד התרמי לא נשברת. אם הוא נשבר, ייתכן שתצטרך להחליף חלק גדול ממכלול המדגם.

לאחר מכן, השתמש ב-clamps מותאמים כדי לקבע את כלי הלחץ ואת לוחית הבסיס יחד בחוזקה, והוסף את דיסק הנחושת העליון, חתיכת העופרת וטבעת האריזה של סיגמא שלוש על גבי מכלול הדגימה. נשא את כלי הלחץ הפוך, והניח אותו על ספסל עבודה. החלק צינורות פלסטיק על כל חוט של הצמד התרמי כדי לבודד אותם מכל חתיכת מתכת.

תקן כל חוט למחבר צמד תרמי אוניברסלי מסוג S. כופפו והכניסו את החוטים לחריץ הבסיסי של לוחית הבסיס. הדביקו אותם עם סרט על כלי הלחץ, והניחו פיסת נייר רגילה בין שני החוטים.

לאחר מכן סובב את מיכל הלחץ למצב זקוף והנח את בוכנת עומס הקצה, בוכנה תוחמת ובוכנת דפורמציה עם טבעת אריזה אחת של סיגמא על גבי מכלול הדגימה. הנח את לוחית הבסיס, מיכל הלחץ והבוכנות על המשטח התחתון של המכשיר מהדור החדש מסוג גריגס, וחבר את מחבר הצמד התרמי למערכת ויסות הטמפרטורה. הכן את התוכנה לניסוי העיוות והפעל את משאבת העיוות כמתואר בפרוטוקול הטקסט כדי לקדם את מפעיל העיוות.

כאשר מפעיל העיוות נמצא בסביבות שלושה עד ארבעה מילימטרים מעל בוכנת העיוות, עצור את המשאבה והזז את כלי הלחץ כדי ליישר אותם. חשוב ליישר כמעט בצורה מושלמת את בוכנת העיוות עם מפעיל העיוות של המנגנון. אחרת, בוכנה עלולה להישבר במהלך הניסוי.

השתמש במשאבת העיוות כדי להוריד באופן מלא את מפעילי העיוות, ההגבלה ועומס הקצה כך שהם ייגעו בבוכנות ויתחילו להגביר את הלחץ כמתואר בפרוטוקול הטקסט. כאשר הלחץ המגביל הוא בסביבות 50 מגה-פסקל, חבר את הכלי והבוכנות למערכת הקירור, ונתק את החלק העליון של כל מהדק שקיבע את לוחית הבסיס למיכל הלחץ. הוסף נייר כסף של סרט מיילר בין המהדקים לכלי, והתחל לחמם כמתואר בפרוטוקול הטקסט.

לאחר מכן השתמש במשאבות ההידראוליות, מערכת החימום ומערכות הקירור כדי לבצע את ניסוי העיוות. לאחר הניסוי, כאשר מערכות החימום והקירור נעצרות והלחץ הוא סביב 0.5 מגה-פסקל, חבר מחדש את לוחית הבסיס למיכל הלחץ באמצעות המהדקים המותאמים. לאחר פתיחה או סגירה של שסתומי המנגנון כמתואר בפרוטוקול הטקסט, נתק את צינורות הצימוד התרמי של מערכת הקירור עבור מיכל הלחץ.

השתמש במשאבה הידנית כדי להרים את מפעילי ההגבלה והעומס הסופי ככל האפשר. הפעל את משאבת העיוות והרם את מפעיל העיוות כמה מילימטרים יותר מהמפעיל המגביל. לאחר מכן הוצא את הכלי והבוכנות מהדור החדש של המנגנון מסוג גריגס.

הסר את בוכנות העיוות, התוחם ועומס הקצה והניח את הכלי הפוך על ספסל עבודה. הברג את מחבר הצמד התרמי מסוג S, הסר את צינורות הפלסטיק המבודדים, פתח את המהדקים והסר את לוחית הבסיס ואת נייר הכסף של מיילר. סובב את הכלי זקוף והנח אותו על פלטפורמת המכבש ההידראולי כדי לחלץ את מכלול הדגימה מלמטה.

שים חתיכת עופרת על גבי טבעת האריזה של סיגמא שלוש והשתמש במכבש ההידראולי של 40 טון כדי ללחוץ החוצה את מכלול הדגימה. לבסוף, פרק בזהירות את מכלול הדגימה באמצעות צבת ואזמל חיתוך עקום. תוצאות מייצגות של שיש קררה מעוות ב-700 מעלות צלזיוס ו-1.5 ג'יגה-פסקל מוצגות כאן.

זה כולל סכימה של מכלול הדגימה המעוותת ועקומת המתח מול הזמן שנוצרה במהלך ניסוי העיוות. בהתחלה, גם הלחץ וגם הטמפרטורה מוגברים לסירוגין בשלב השאיבה. בעוד שמכלול הדגימה מחומם באמצעות אפקט ג'ול, שני האילים מעבירים כוחות למפעילים ולבוכנות הלוחצים על מכלול הדגימה.

כאשר מושגים לחץ וטמפרטורת היעד, מופעלת תקופה של לחיצה חמה על מרכז הדגימה, אם רלוונטי. לאחר מכן מתקדמת בוכנת העיוות של סיגמא אחת, נעה דרך העופרת, ולאחר מכן דוחפת את בוכנת האלומינה כדי לעוות את הדגימה. זה מתאר נקודת פגיעה ואחריה עקומה אלסטית ואז פלסטית בשלב העיוות.

כאשר עוצרים את העיוות, הטמפרטורה יורדת במהירות והבוכנות מועברות לאחור כך שהלחץ יורד לאט לאט כדי לשמר מיקרו-מבנים. לאחר הניסוי, עקומת המתח לעומת הזמן מתוקנת עבור חיכוך וקשיחות האסדה כדי לחשב את המתח הכולל והמתח הדיפרנציאלי לפני האפיון בטכניקות אנליטיות. סוג זה של ניסוי יכול להתבצע גם עם גיאומטריה לא קואקסיאלית, כפי שמוצג כאן, עבור אגרגט אוליבין מעוות ב-900 מעלות צלזיוס ו-1.2 ג'יגה-פסקל.

לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להיות בעל הבנה טובה כיצד לבצע ניסויי דפורמציה באמצעות המנגנון מסוג גריגס מהדור החדש, במיוחד להכנת מכלול הדגימה. בדרך כלל, אנשים חדשים בטכניקה זו זקוקים לניסיון מסוים בהכנת מכלול הדגימה והכנסתו לתוך מיכל הלחץ על מנת להבטיח אחוזי הצלחה טובים של ניסויים. לאחר שליטה, שגרה זו בדרך כלל לוקחת עשרות שעות, בין היתר בגלל התאמת העקומה הדרושה להגדרת נקודת הפגיעה.

חשוב לזכור כי הצלחת הניסוי תלויה מאוד באיכות הייצור של מכלול הדגימה. במהלך השאיבה והמרווה, מומלץ גם להזיז בוכנות לאט ככל האפשר כדי למנוע שבירת חתיכת מתכת כלשהי.