새로운 세대 Griggs 형 기구를 사용 하 여 고압, 고온 변형 실험

그릭스(Griggs) 실험의 전반적인 목표는 일반적으로 1기가파스칼 및 섭씨 300도보다 높은 압력과 온도에서 암석의 변형 과정을 탐구하는 것입니다. 이 기술의 장점은 최대 5기가파스칼의 압력까지 변형을 적용할 수 있다는 것입니다. 이는 지구에서 약 150km의 깊이에 해당합니다.

이 방법은 구조 지질학, 지구역학, 자기 연구 및 행성학 분야의 지질학의 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 여기서 우리는 고압 실험의 안전에 대한 유럽 표준을 준수하는 차세대 Griggs 유형 장치를 사용합니다. 우리의 새로운 기술의 피스톤을 기반으로 금속 프레임과 액추에이터 및 피스톤에 연결된 두 개의 유압 램으로 구성되어 먼저 압력 용기 내의 샘플 어셈블리를 가압한 다음 중앙 피스톤을 전진시켜 샘플을 변형시킵니다.

본 비디오에서는 기존의 고체 소스 샘플 어셈블리를 사용하여 Griggs 유형 실험을 수행하는 방법을 보여줍니다. 샘플 어셈블리를 준비하려면 먼저 세라믹 모르타르에서 순도 99.9%의 염화나트륨 분말을 60g 이상 분쇄합니다. 그런 다음 소금 조각을 차갑게 누르십시오.

아래쪽 바깥쪽 소금 조각을 만들려면 분쇄된 염화나트륨 분말 17.5g을 비커에 넣습니다. 약 0.1ml의 증류수를 넣고 소금과 물이 잘 섞이는지 확인하십시오. 젖은 소금 가루를 소금 압착 도구의 구멍 구멍에 채우고 소금 가루 위에 피스톤 구성 요소를 놓습니다.

분말을 14톤에서 30초 동안 누른 다음 소금 조각을 내립니다. 하부 용기 구성 요소를 제거하고 두 개의 기저 금속 조각을 분리하여 시추공 아래에 빈 공간을 남겨 둡니다. 다시 한 번, 유압 프레스의 피스톤 구성 요소를 사용하여 아래에서 소금 조각을 추출합니다.

텍스트 프로토콜에 설명된 대로 S형 열전대를 만든 후 밀링 머신과 드릴링 도구를 사용하여 낮은 소금 조각의 길이 전체에 걸쳐 직경 2mm의 구멍을 뚫습니다. 낮은 소금 조각의 상단에는 삼각형 날과 날카로운 끝이 있는 메스를 사용하여 열전대 구멍에서 구멍까지 약 1mm 깊이와 2mm 크기의 작은 채널을 조각합니다. 샘플을 덮으려면 둥근 모양의 중공 펀치를 사용하여 0.15mm 두께의 백금 호일에서 직경 10mm의 디스크 두 개를 추출합니다.

컵 모양 도구를 사용하여 각 디스크의 테두리를 1mm 구부려 두 개의 플래티넘 컵을 만듭니다. 그런 다음 튜빙 커터를 사용하여 샘플 길이에 약 3mm를 더한 백금 튜브를 절단합니다. 탁상형 머플 퍼니스를 사용하여 섭씨 900도에서 최소 2시간 동안 백금 튜브와 컵을 어닐링합니다.

어닐링이 완료되면 한 컵을 백금 튜브에 끼우고 파일 도구를 사용하여 튜브 끝과 컵을 평평하게 연마합니다. 그런 다음 용접 도구와 PUK 5 용접 현미경을 사용하여 백금 컵과 튜브를 함께 용접합니다. 샘플을 25마이크로미터 두께의 니켈 호일로 감싸 백금 튜브에 끼웁니다.

두 번째 플래티넘 컵으로 튜브를 닫고 컵과 튜브를 함께 용접하기 전에 파일 도구로 연마합니다. 한 쌍의 편평한 바늘 노즈 마이크로플라이어를 사용하여 백금 튜브의 끝을 약간 구부려 상단 및 하단 알루미나 피스톤이 백금 튜브에 최대한 들어갈 수 있도록 합니다. 동일한 쌍의 플랫 플라이어를 사용하여 튜브를 알루미나 피스톤 전체에 눌러 작은 총 직경을 유지합니다.

하부 외부 소금 조각, 하단 구리 디스크 및 흑연로를 함께 넣습니다. 영구 펜을 사용하여 용광로의 외부 파이로필라이트 슬리브에 있는 써마커플의 예상 위치에 점을 표시합니다. 바깥쪽 소금 조각을 꺼내고 내부 소금 조각을 흑연로 내부의 피스톤과 재킷 주위에 삽입합니다.

흑연로, 내부 소금 조각 및 하단 구리 디스크를 함께 유지하면서 밀링 머신을 사용하여 열전대의 위치가 추정된 약 2mm 직경의 구멍을 뚫습니다. 다음으로, 50g의 납이 들어있는 세라믹 베르시피안을 섭씨 400도의 탁상용 머플로에 약 30분 동안 넣어 납 조각을 준비합니다. 납이 완전히 녹으면 납 피스 도구에 빠르게 붓고 즉시 40 톤 유압 프레스를 사용하여 4 톤의 납을 30 초 동안 누릅니다.

이전과 같이 납 조각을 제거하고 텍스트 프로토콜에 설명된 대로 염화나트륨 삽입물을 준비한 후 두 조각을 함께 조립합니다. 샘플 어셈블리를 구성하는 모든 조각을 함께 넣으십시오., 상단 구리 디스크, 리드 조각 및 패킹 링을 제외하고. 바깥쪽 소금 조각, 납 조각, 기본 피로필라이트 조각을 테프론으로 감쌉니다.

텍스트 프로토콜에 설명된 대로 압력 용기를 장착한 상태에서 용기를 베이스 플레이트보다 최대한 높게 매달아 두십시오. 샘플 어셈블리를 운반하는 동안 열전대를 베이스 플레이트의 열전대 구멍에 조심스럽게 끼웁니다. 그런 다음 샘플 어셈블리를 베이스 플레이트의 중앙에 놓습니다.제자리에 놓이면 어셈블리 주위의 베이스 플레이트와 압력 용기 사이에 Mylar 필름 호일을 추가합니다.

아버 프레스를 사용하여 압력 용기를 베이스 플레이트로 조심스럽게 내리고 샘플 어셈블리를 압력 용기의 시추공에 맞춥니다. 샘플 어셈블리를 압력 용기에 삽입할 때 열전대의 Woolite 피복이 파손되지 않는지 확인하십시오. 파손되면 샘플 어셈블리의 많은 부분을 교체해야 할 수 있습니다.

그런 다음 개조된 클램프를 사용하여 압력 용기와 베이스 플레이트를 단단히 고정하고 샘플 어셈블리 상단에 상단 구리 디스크, 리드 피스 및 시그마 3 패킹 링을 추가합니다. 압력 용기를 거꾸로 들고 작업대에 올려 놓습니다. 열전대의 각 와이어 위로 플라스틱 튜브를 밀어 금속 조각으로부터 절연합니다.

각 와이어를 S 유형 범용 플랫 핀 열전대 커넥터에 고정합니다. 와이어를 구부려 베이스 플레이트의 기저 홈에 끼웁니다. 압력 용기에 테이프로 붙이고 두 전선 사이에 일반 종이 시트를 끼 웁니다.

그런 다음 압력 용기를 수직 위치로 돌리고 샘플 어셈블리 위에 Sigma One 패킹 링이 있는 엔드 로드 피스톤, 제한 피스톤 및 변형 피스톤을 놓습니다. 베이스 플레이트, 압력 용기 및 피스톤을 차세대 Griggs 유형 장치의 하단 플래튼에 놓고 열전대 커넥터를 온도 조절 시스템에 연결합니다. 변형 실험을 위한 소프트웨어를 준비하고 텍스트 프로토콜에 설명된 대로 변형 펌프를 시작하여 변형 액추에이터를 진행시킵니다.

변형 액추에이터가 변형 피스톤보다 약 3-4mm 위에 있으면 펌프를 중지하고 압력 용기를 움직여 정렬합니다. 변형 피스톤을 장치의 변형 액추에이터와 거의 완벽하게 정렬하는 것이 중요합니다. 그렇지 않으면 실험 중에 피스톤이 파손될 수 있습니다.

변형 펌프를 사용하여 변형, 제한 및 종료 하중 액추에이터를 완전히 낮추어 피스톤에 닿고 텍스트 프로토콜에 설명된 대로 압력을 증가시키기 시작합니다. 제한 압력이 약 50메가파스칼일 때 용기와 피스톤을 냉각 시스템에 연결하고 베이스 플레이트를 압력 용기에 고정한 각 클램프의 상부를 분리합니다. cl 사이에 Mylar 필름 호일을 추가하십시오.amps와 용기, 텍스트 프로토콜에 설명된 대로 가열을 시작합니다.

그런 다음 유압 펌프, 난방 시스템 및 냉각 시스템을 사용하여 변형 실험을 수행합니다. 실험 후 가열 및 냉각 시스템이 중지되고 압력이 약 0.5메가파스칼이 되면 조정된 클램프를 사용하여 베이스 플레이트를 압력 용기에 다시 부착합니다. 텍스트 프로토콜에 설명된 대로 장치의 밸브를 열거나 닫은 후 압력 용기용 냉각 시스템의 열결합 튜브의 플러그를 뽑습니다.

핸드 펌프를 사용하여 제한 및 엔드 로드 액추에이터를 최대한 들어 올리십시오. 변형 펌프를 시작하고 변형 액추에이터를 제한 액추에이터보다 몇 밀리미터 더 들어 올립니다. 그런 다음 차세대 Griggs 유형 장치에서 용기와 피스톤을 꺼냅니다.

변형, 제한 및 끝 하중 피스톤을 제거하고 용기를 작업대에 거꾸로 놓습니다. S 유형 열전대 커넥터의 나사를 풀고 절연 플라스틱 튜브를 제거하고 클램프를 풀고 베이스 플레이트와 Mylar 호일을 제거합니다. 용기를 똑바로 세우고 유압 프레스의 플랫폼에 올려 놓고 아래에서 샘플 어셈블리를 추출합니다.

시그마 쓰리 패킹 링 위에 납 조각을 놓고 40톤 유압 프레스를 사용하여 샘플 어셈블리를 누릅니다. 마지막으로, 플라이어와 곡선 절단 가장자리 메스를 사용하여 샘플 어셈블리를 조심스럽게 분해합니다. 섭씨 700도에서 변형된 카라라 대리석과 1.5기가파스칼의 대표적인 결과가 여기에 나와 있습니다.

여기에는 변형 샘플 어셈블리의 계획과 변형 실험 중에 생성된 응력 대 시간 곡선이 포함됩니다. 처음에는 펌핑 단계에서 압력과 온도가 교대로 증가합니다. 시료 조립체가 Joule 효과를 사용하여 가열되는 동안 두 램 모두 시료 조립체를 가압하는 액추에이터와 피스톤에 힘을 전달합니다.

목표 압력과 온도에 도달하면 해당되는 경우 샘플을 중앙에 배치하기 위해 일정 기간의 열간 압착이 적용됩니다. 그런 다음 시그마 원 변형 피스톤이 진행되어 리드를 통해 이동한 다음 알루미나 피스톤을 밀어 샘플을 변형시킵니다. 이것은 변형 단계 동안 탄성 곡선과 소성 곡선이 뒤따르는 히트 포인트를 설명합니다.

변형이 멈추면 온도가 빠르게 떨어지고 피스톤이 뒤로 이동하여 압력이 천천히 감소하여 미세 구조를 보존합니다. 실험 후, 마찰 및 리그 강성에 대한 응력 대 시간 곡선을 수정하여 분석 기술로 특성화하기 전에 총 변형률 및 차동 응력을 계산합니다. 이러한 유형의 실험은 섭씨 900도 및 1.2기가파스칼에서 변형된 올리빈 응집체에 대해 여기에 표시된 것처럼 비동축 기하학으로도 수행할 수 있습니다.

이 비디오를 시청한 후에는 차세대 Griggs 유형 장치를 사용하여 변형 실험을 수행하는 방법, 특히 샘플 어셈블리를 준비하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다. 일반적으로 이 기술을 처음 접하는 사람들은 실험의 우수한 성공률을 확보하기 위해 샘플 어셈블리를 준비하고 압력 용기에 배치하는 데 약간의 경험이 필요합니다. 일단 마스터하면 이 루틴은 일반적으로 수십 시간이 걸리는데, 부분적으로는 히트 포인트를 정의하는 데 필요한 곡선 피팅 때문입니다.

실험의 성공 여부는 시료 어셈블리의 생산 품질에 크게 좌우된다는 점을 기억하는 것이 중요합니다. 펌핑 및 담금질 중에는 금속 조각이 파손되지 않도록 피스톤을 가능한 한 천천히 움직이는 것이 좋습니다.