Name: Hoge druk, hoge temperatuur vervorming Experiment met behulp van de nieuwe generatie Griggs-type apparaat (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-04-03T12:30:00.000+00:00
Duration: 12 min 30 s
Description: Leer hoe je gesteentevervormingsexperimenten uitvoert met een nieuwe generatie Griggs-type apparaat onder hoge druk en temperatuur. Deze methode simuleert omstandigheden op 150 kilometer diepte.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Deze studie is gewijd aan de nagedachtenis van Prof. Harry W. Green, zonder wie geen van dit mogelijk zijn zou. Wij danken ook Jörg Renner en Sébastien Sanchez voor hun gevolgen in het ontwerpen en implementeren van het apparaat, evenals Andreas K. Kronenberg, Caleb W. Holyoke III en drie Anoniem reviewers voor hun vruchtbare discussies en opmerkingen. Wij zijn dankbaar aan Jan Tullis voor onderwijzen ons en talrijke studenten de basics en vele nuttige trucs van solid-medium vervorming experimenten. Deze studie is gefinancierd door de ERC RHEOLITH (grant 290864), de Labex Voltaire (ANR-10-LABX-100-01), de Equipex PlaneX (ANR-11-EQPX-0036) en de ANR DELF (ANR-12-JS06-0003).

<ol><li>Le Pichon, X. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/JB073i012p03661/full">Sea-Floor Spreading and Continental Drift.</a> J. Geophys. Res. 73 (12), 3661-3697 (1968).</li>
<li>Buck, W. R. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/91JB01485/full">Modes of continental Lithospheric Extension.</a> J. Geophys. Res. 96 (B12), 20161-20178 (1991).</li>
<li>Bercovici, D. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X02010099">The generation of plate tectonics from mantle convection.</a> EPSL. 205 (3-4), 107-121 (2003).</li>
<li>Frederiksen, S., Braun, J. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X01003235">Numerical modelling of strain localisation during extension of the continental lithosphere.</a> EPSL. 188 (1-2), 241-251 (2001).</li>
<li>Gueydan, F., Morency, C., Brun, J. -P. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0040195108003879">Continental rifting as a function of lithosphere mantle strength.</a> Tectonophysics. 460 (1-4), 83-93 (2008).</li>
<li>Burov, E. B., Watts, A. B. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/250949186_The_long-term_strength_of_continental_lithosphere_Jelly_Sandwich_or_Creme_Brulee">The long-term strength of the continental lithosphere: "Jelly sandwich" or "crème brûlée".</a> GSA today. 16 (1), 4-10 (2006).</li>
<li>Tackey, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mantle+Convection+and+Plate+Tectonics%3A+Toward+an+Integrated+Physical+and+Chemical+Theory%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Mantle Convection and Plate Tectonics: Toward an Integrated Physical and Chemical Theory.</a> Science. 288 (5473), 2002-2007 (2000).</li>
<li>Paterson, M. S. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0148906270900045">A high-pressure, high-temperature apparatus for rock deformation.</a> Int. J. Rock Mec. Min. Sci. Geomec. Abs. 7 (5), 517-524 (1970).</li>
<li>Griggs, D. J. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1365-246X.1967.tb06218.x/abstract">Hydrolytic weakening of quartz and other silicates.</a> Geophys. J. Int. 14 (1-4), 19-31 (1967).</li>
<li>Tullis, T. E., Tullis, J. Experimental Rock Deformation Techniques. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/GM036p0297/summary">Mineral and Rock Deformation: Laboratory Studies: The Paterson Volume. Geophys. Mono. Series</a>. Hobbs, B. E., Heard, H. C. 36, 297-324 (1986).</li>
<li>Green, H. W., Borch, R. S. <a target="_blank" href="http://www.schweizerbart.de/papers/ejm/detail/1/82486/">A New Molten Salt Cell for Precision Stress Measurements at High Pressure.</a> Eur. J. Mineral. 1 (2), 213-219 (1989).</li>
<li>Wang, Y., Durham, W. B., Getting, I. C., Weidner, D. J. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.1570948">The deformation-DIA: A new apparatus for high temperature triaxial deformation to pressures up to 15 GPa.</a> Rev. Sci. Instrum. 74, 3002-3011 (2003).</li>
<li>Kawazoe, T., Ohuchi, T., Nishiyama, N., Nishihara, Y., Irifune, T. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/241006278_Preliminary_Deformation_Experiment_of_Ringwoodite_at_20_GPa_and_1_700_K_Using_a_D-DIA_Apparatus">Preliminary deformation experiment of ringwoodite at 20 GPa and 1700 K using a D-DIA apparatus.</a> J. Earth. Sci. 21 (5), 517-522 (2010).</li>
<li>Nomura, R., Azuma, S., Uesugi, K., Nakashima, Y., Irifune, T., Shinmei, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-pressure+rotational+deformation+apparatus+to+135+GPa%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Sci.+Instrum%22%5BJournal%5D)">High-pressure rotational deformation apparatus to 135 GPa.</a> Rev. Sci. Instrum. 88 (4), 044501(2017).</li>
<li>Holyoke, C. W., Kronenberg, A. K. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0040195110003264">Accurate differential stress measurement using the molten salt cell and solid salt assemblies in the Griggs apparatus with applications to strength, piezometers and rheology.</a> Tectonophysics. 494 (1-2), 17-31 (2010).</li>
<li>Kido, M., Muto, J., Nagahama, H. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0040195116001086">Method for correction of differential stress calculations from experiments using the solid salt assembly in a Griggs-type deformation apparatus.</a> Tectonophysics. 672-673, 170-176 (2016).</li>
<li>Mei, S., Suzuki, A. M., Kohlstedt, D. L., Dixon, N. A., Durham, W. B. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2009JB006873/abstract">Experimental constraints on the strength of the lithospheric mantle.</a> J. Geophys. Res. 115, B08204(2010).</li>
<li>Gleason, G. C., Tullis, J. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/004019519500011B">A flow law for dislocation creep of quartz aggregates determined with the molten salt cell.</a> Tectonophysics. 247 (1-4), 1-23 (1995).</li>
<li>Rybacky, E., Renner, J., Konrad, K., Harbott, W., Rummel, F., Stöckhert, B. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s000240050168">A Servohydraulically-controlled Deformation Apparatus for Rock Deformation under Conditions of Ultra-high Pressure Metamorphism.</a> PAGEOPH. 152, 579-606 (1998).</li>
<li>Zhang, J., Green, H. W. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1525-1314.2006.00684.x/abstract">Experimental Investigation of Eclogite Rheology and Its Fabrics at High Temperature and Pressure.</a> J. Metam. Geol. 25 (2), 97-115 (2007).</li>
<li>Groenback, J. Application of stripwound tools in high and low volume cold-forging production, (7th Int. Cold Forging Congress, Birmingham 1985). Drahtwelt. 72, 10-11 (1985).</li>
<li>Li, Z., Li, J. <a target="_blank" href="http://ammin.geoscienceworld.org/content/100/8-9/1892">Melting curve of NaCl to 20 GPa from electrical measurements of capacitive current.</a> Am. Min. 100 (8-9), 1892-1898 (2015).</li>
<li>Précigout, J., Stünitz, H. <a target="_blank" href="https://hal.archives-ouvertes.fr/insu-01378558/document">Evidence of phase nucleation during olivine diffusion creep: A new perspective for mantle strain localization.</a> EPSL. 455, 94-105 (2016).</li>
<li>Heilbronner, R., Tullis, J. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2005JB004194/abstract">Evolution of c axis pole Figures and grain size during dynamic recrystallization: Results from experimentally sheared quartzite.</a> J. Geophys. Res. 111, B10202(2006).</li>
<li>Blacic, J. D., Hagman, R. L. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.1135152">Wide-band optical-mechanical system for measuring acoustic emissions at high temperature and pressure.</a> Rev. Sci. Instrum. 48, 729-732 (1977).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

In eerste instantie was het Griggs-type apparaat ontworpen om te voeren vervorming experimenten zo langzaam mogelijk bij benadering geologische stam tarieven dichter dan andere technieken, dat wil zeggen, meer dan weken, maanden of zelfs jaren9. Dus, Griggs-achtige experimenten kunnen uitvoeren zo lang als de elektrische voeding en water koeling zijn goed functionerende, met name 's nachts wanneer geen enkele exploitant vereist is. Zoals eerder vermeld, is de pers Griggs vindt ook allermeest naar de waaier van druk en temperatuur ondervonden in de lithosfeer. Echter is deze techniek momenteel onderworpen aan enkele beperkingen die de juistheid van de bepaling van de stress kunnen verminderen.
Het succes van een Griggs-type experiment is afhankelijk van verschillende kritieke punten waarin hoofdzakelijk de kwaliteit van de thermokoppel schede, de vorm van verpakking ringen en de uitlijning van shear zuigers (alleen voor algemene schuintrekken experimenten). Inderdaad, de thermokoppel-draden moeten worden goed geïsoleerd van elkaar en van de beperken medium (NaCl). Anders is de opname van de temperatuur kan worden gewijzigd ofwel via het aanraken van de twee draden buiten de monsterkamer, wat leidt tot een dramatische verhoging van temperatuur (dit zou kunnen breken het drukvat), of het thermokoppel kan breken en het experiment mislukt . De bovenkant van elke verpakking ring (σ1 en σ3) moet plat en groot genoeg zijn (ongeveer de helft een millimeter). Dit is nodig om te voorkomen dat eventuele voorsprong lek tijdens drukverhoging. Voor algemene schuintrekken experimenten, de boven- en onderkant schuintrekken zuigers moeten worden perfect zijn uitgelijnd, zodat geen asymmetrische vervorming tijdens het experiment optreedt. Als dat niet het geval is, wordt het monster in contact het beperken medium via een lek van de jas, die aanleiding geven tot mogelijke verontreiniging en het monster niet kan komen. Daarnaast zal deze een jas-lek waarschijnlijk treedt op in een algemene schuintrekken experiment als de vervorming zuiger niet vroeg genoeg wordt gestopt. Het vermogen van de platina jas in zonder enige breken wordt vervormd kan aanzienlijk verschillen van een experiment. Niettemin, hoewel shear deformation al op een ruim gamma geboekt = 7 op monsters van 2 mm dikte (een voorbeeld is gegeven in Heilbronner en Tullis24), een gamma = 5 wordt routinematig toegepast met een goed slagingspercentage en aanzienlijk hogere schuintrekken stammen kunnen worden bereikt door het verminderen van de dikte van het monster.
Tegenwoordig is de pers Griggs onderworpen aan wrijving effecten die vermindering van de nauwkeurigheid van de metingen van de stress, vooral wanneer de "hit punt" wordt gedefinieerd door de curve-fitting. Allermeest naar de wrijving plaatsvindt terwijl de vervorming zuiger vordert via de σ1 verpakking ring, leiden stuk en beperken medium (NaCl). Dit kan worden afgeleid uit de stress-tijd curve tijdens de stap "ingelopen" van de etappe van de vervorming (Figuur 9), maar ook tijdens het laden na de hit punt. Terwijl elastisch gedrag niet afhankelijk van de stijfheid van het monster is, verhoogt de helling van de curve laden met de kracht van de steekproef in het Griggs-type apparaat. Dit is voornamelijk te wijten aan niet-elastische monster spanning terwijl de σ1 zuiger door de leiding duwt. Inderdaad, de helling van de lading curve voordat opbrengst stress voorwaarden vormt geen zuivere elastische laden van het monster, maar een combinatie van verschillende onderdelen, waaronder wrijving en sommige monster vervorming/verdichting. Helaas, dit soort gedrag nauwelijks reproduceerbaar is, aangezien het afhangt van de sterkte van de steekproef, die bij hoge temperatuur laag is, en de fout veroorzaakt door de wrijving die sterk van 3 tot 9%18 varieert. Sommige andere zwakkere materialen zoals Indium, bismut of Tin zijn gebruikt in plaats van lood19, maar ze altijd aanleiding geven tot sommige lek bij druk hoger dan 1 GPa. Bovendien overwegende dat objecten km-schalen en erg traag stam tarieven (10-15-10-12 s-1) voor geologische beschouwd moeten, is het Griggs-type apparaat - net als elke andere vervorming apparaat - beperkt in termen van monster grootte) Max. 8 mm doorsnede voor de pers Griggs) en de stam percentage (min. 10-8 s-1). Deze geologische omstandigheden vereisen inderdaad onrealistisch krachten en onpraktisch duur van het experiment moeten worden toegepast. Echter kan deze onvermijdelijke kloof tussen vervorming experimenten en geologische omstandigheden worden deels vervangen door numerieke modellen, mits lab gebaseerde mechanische wetten volledig via extrapolaties gelden. Dit vergt zeker ontwikkelen hogedruk toestellen met betere nauwkeurigheid, op zijn minst zo goed als die van het gas-druk-medium-type apparaat (dat wil zeggen, ± 1 MPa).
Op dit moment alleen de gas-medium-toestellen zijn nauwkeurig genoeg om uit te voeren van de reologische experimenten, en de meeste van de beschikbare mechanische wetgevingen komen uit de Paterson apparatuur op het beperken van de druk van 0,3 GPa. De hoge nauwkeurigheid op stress-metingen is voornamelijk afhankelijk van de aanwezigheid van een cel interne belasting ondergaat de beperken druk, in tegenstelling tot een externe degene die alleen te lijden onder druk van de kamer, en de combinatie met een drukvat van gas, die mogen toepassing van een specifiek ontwerp dat kan niet worden overgedragen als-is in een solid-medium-pers. Vandaag, de solid-medium-apparaat maakt alleen gebruik van een externe belasting cel-sommigen van hen hebben niet eens een willekeurige cel van de belasting – voor het meten van de differentiaalspanning, die aanleiding geven tot een slechte resolutie en aanzienlijke overschatting door wrijving.
In het Griggs-type apparaat, kan de met behulp van een gesmolten zout vergadering aanzienlijk verminderen de wrijving rond het monster (met een factor 3). Maar zoals eerder vermeld, het geeft ook aanleiding tot nog meer aspecten en de nauwkeurigheid van de meting van de spanning blijft 10 keer lager is dan die in het apparaat Paterson. Een andere benadering zou bestaan bij de uitvoering van een interne belasting cel, of iets dergelijks, om zich te ontdoen van de effecten van de wrijving in de pers Griggs. Gezien de grootte en de capaciteiten van de "normale" meetcellen, zoals gevonden in de industrie, lijkt het onrealistisch te nemen sommige van hen binnen de monsterkamer van het drukvat. Ze kon niet houden de beperken druk en een hoge capaciteit belasting cel (max. 200 kN), zoals vereist voor hogedruk experimenten in het Griggs-type apparaat, en ze zouden te groot om te worden opgenomen in de monsterkamer. Echter zou een mogelijkheid impliceren met behulp van de basale zuiger van de voorbeeldkolom als een interne belasting cel25, mits de vervorming kan precies worden gemeten (Andreas K. Kronenberg, persoonlijke communicatie). Dit vereist een kamer onder de grondplaat aan te passen van een specifieke belasting-cel, die is voorzien in de nieuwe Griggs-type apparatuur (Figuur 1). Maar vandaag, dergelijke een interne belasting cel in solid-medium vervorming apparaat blijft ten uitvoer moeten worden gelegd.

Vervorming van de rots is een van de meest belangrijke geologische processen. Het draagt sterk bij aan mens-tijd-schaal verschijnselen, zoals aardbevingen of aardverschuivingen, maar ook aan de grootschalige massabewegingen van de vaste buitenste schil in tellurische planeten, met inbegrip van platentektoniek op aarde1. Bijvoorbeeld, afhankelijk van de reologie van de shell-achtige lithosfeer, waarin de sterkte van de korst en de sub solidus mantel (<img alt="Equation" src="/files/ftp_upload/56841/56841eq1.jpg"> </img> 1200 ° C), de regeling van de platentektoniek en verwante functies aanzienlijk kan variëren van2,3 ,4,5. Aan de ene kant, de aanwezigheid van een sterke bovenste mantel en/of de onderkorst moet ondersteunen berg riemen of stabiliseren subductie zones6. Maar aan de andere kant, numerieke modellen hebben ook aangetoond dat grenzen niet van mantel convectie ontwikkelen als de lithosfeer te sterk is, die aanleiding geven tot een rigide deksel gedrag zoals waargenomen op Venus7plaat. De sterkte van de lithosfeer zoals gedicteerd door rock reologie heeft dus een directe controle over het gedrag van de plaatvormige van actieve planeten.
Voor meer dan een halve eeuw, is de rock reologie onderzocht bij hoge temperaturen (> 300 ° C), die aanleiding geven tot state-of-the-art-technieken die vooral verschillen in het drukbereik dat ze kunnen bereiken. Dit omvat de gas-medium Paterson-type apparaat8 bij relatief lage druk (< 0,5 GPa), de solid-medium Griggs-type apparaat9,10,11 op intermediair tot hoge druk (0.5-5 GPa), en de vervorming-Dia apparatuur12,13 (DDia: maximaal 20 ~ GPa) of diamond aambeeld cel op zeer hoge druk14 (tot meer dan 100 GPa). Dus, de druk en temperaturen die zijn aangetroffen in de diepe aarde tegenwoordig bereikt worden experimenteel. Rock vervorming is echter ook afhankelijk van differentiaalspanning die worden gemeten met hoge nauwkeurigheid en precisie, moet zodat de constitutieve relaties kunnen worden geformuleerd. Dankzij de drager ervan gas-beperken, het apparaat Paterson is vandaag de enige techniek kunnen stress-metingen uitvoeren met een toereikende nauwkeurigheid (± 1 MPa) aan het extrapoleren van de gegevens meer dan 6 ordes van grootte in stam tarief, maar het kan alleen verkennen vervorming processen bij lage druk. Omgekeerd, solid-medium toestellen kunnen vervormen rotsen op hoge druk, maar met een lagere nauwkeurigheid van de metingen van stress. Terwijl stress nauwkeurigheid is geraamd op ± 30 MPa voor de Griggs-type apparaat15,16, de synchrotron gebaseerde DDia produceert mechanische wetten met een afwijking van meer dan ± 100 MPa17. In het Griggs-type apparaat, kan de stress ook tot 36% met betrekking tot stress metingen in de Paterson één15worden overschat. Nauwkeurige en precieze stress meten bij hoge druk- en hoge temperaturen - daarom blijft een belangrijke uitdaging in Aardwetenschappen.
Met uitzondering van diepe subductie platen waar de druk mag hoger zijn dan 5 GPa, de Griggs-type apparaat is momenteel de passender techniek te studeren vervorming processen over de druk (< 4 GPa) en temperatuur (<img alt="Equation" src="/files/ftp_upload/56841/56841eq1.jpg"> </img> 1200 ° C) bereiken in een groot deel van de lithosfeer. Op deze basis, hebben aanzienlijke inspanningen ondernomen in de jaren 1990 om stress-metingen, met name ter vermindering van wrijving effecten met behulp van eutectische zout mengsels als een beperken medium rond de monster11,18. Dergelijke een gesmolten zout vergadering gaf aanleiding tot een betere nauwkeurigheid van de meting van de stress, vermindering van de fout van ± 30 tot ± 10 MPa15,19, maar extra nadelen hebben voorgedaan bij de toepassing van dit soort vergadering. Deze hebben een veel lagere slagingspercentage, grote moeilijkheden voor het uitvoeren van niet-coaxiaal (schuintrekken) experimenten, en een ingewikkelder voorbeeld vergadering. Bovendien is de nauwkeurigheid van de metingen van stress blijft tien keer lager is dan die van het lagedruk Paterson-type apparaat. Deze kwesties beperken de kwantificering van de reologische processen met behulp van het Griggs-type apparaat, dat vandaag meer in het algemeen toegepast wordt om de processen van de vervorming en hun verwante microstructuren te verkennen. Een nieuwe aanpak zal dus moeten uitvoeren Rheologische kwantificering op hoge lithosferische druk.
Dit document geeft gedetailleerde documentatie van de "conventionele" procedure voor het uitvoeren van hogedruk vervorming experimenten met behulp van een nieuw ontworpen solid-medium Griggs-type apparaat. In het kader van de nieuwe "Griggs" laboratoria uitgevoerd op de ISTO (Orléans, Frankrijk) en ENS (Parijs, Frankrijk), is het belangrijkste doel om te goed illustreren elke stap van het protocol in de details, zodat wetenschappers uit alle velden kunnen beslissen of is het apparaat geschikt of niet aan hun doelstellingen van studie. De kritische stappen en de beperkingen van deze state-of-the-art techniek worden ook besproken, samen met nieuwe benaderingen en mogelijke toekomstige ontwikkelingen.
Het nieuwe Griggs-type apparaat
Gebaseerd op de technologie van de zuiger-cilinder, het Griggs-type apparaat voorheen ontworpen door David T. Griggs in de jaren 19609werd, en vervolgens gewijzigd door Harry W. Green in de jaren 198011 (voornamelijk om hogere druk tijdens vervorming experimenten). In beide gevallen het Griggs apparaat wordt gekenmerkt door een metalen frame dat omvat: 1) drie horizontale platanen gemonteerd op verticale kolommen, 2) een hoofd hydraulische cilinder (beperken druk ram) aan de middelste platen en 3) een vervorming versnellingsbak en de zuiger wordt opgeschort /Actuator vast op de top van de bovenste glasplaat (Figuur 1). De "beperken" ram en vervorming actuator zijn elk verbonden met onafhankelijke zuigers die overbrengen van krachten in de vergadering van het monster in een drukvat. Met een dergelijk vaartuig, kan vervorming worden bereikt op het beperken van de druk van tot 2 of 5 GPa, afhankelijk van de apparatuur en de diameter van de vergadering van de steekproef.
Dankzij een weerstand oven, de temperatuur van het monster wordt verhoogd door Joule effect (maximaal ≈1300 ° C20), terwijl het drukvat is water gekoeld op boven- en onderkant. In Green's ontwerp omvat het apparaat Griggs ook een einde-load systeem dat homogenizes de pre stress in het drukvat (Figuur 1). Hierdoor kan tot vervorming experimenten op hogere druk (max. 5 GPa), met name met behulp van een kleine droeg in het drukvat. Voor nadere bijzonderheden over de pers Griggs, worden de lezers verwezen naar de uitstekende beschrijving van de gewijzigde Griggs apparatuur ontwerp door Rybacky et al. 19.
Als gevolg van een nauwe samenwerking tussen het Institut des Sciences de la Terre d'Orléans (ISTO, Frankrijk) en de École Normale Supérieure de Paris (ENS. Parijs, Frankrijk), is de nieuwe generatie Griggs-type apparaat rechtstreeks gebaseerd op het ontwerp van H . W. Green11, maar enkele verbeteringen zijn aangebracht om te voldoen aan Europese normen voor veiligheid van hogedruk experimenten. In deze nieuwe pers, het beperken en vervorming actuatoren worden gedreven door servo gestuurde hydraulische injectiespuit pompen, dat de mogelijkheid biedt om uit te voeren of constante belasting of constante verplaatsing experimenten bij hoge druk (tot 5 GPa). De beperken (isostatisch) druk, de kracht en de verplaatsing worden respectievelijk gecontroleerd met behulp van olie druksensoren, een lading cel (max. 200 kN) en tandemasstellen (Figuur 1). Het drukvat bestaat uit een kern van de innerlijke Wolfram-carbide (WC) in een conische stalen ring 1° ingevoegd en vooraf benadrukt met de strip kronkelende techniek21. Voor het overbrengen van krachten, de druk vaartuig en monster vergadering liggen tussen WC-verwisselbare zuigers die een vervorming zuiger (σ1) bevatten, beperken zuiger (σ3) en eind-load zuiger grondplaat (Figuur 1). Samen met regelmatige koeling op boven- en onderkant van het drukvat, water stroomt door het stalen schip rond de-wolfraamcarbide kern binnen 6 mm diameter gaten voor betere koeling (Figuur 1). De hydraulische cilinder voor de beperken druk wordt ook gekoeld door silicium motorolie stroom. In addition, het apparaat van de vervorming in Orléans werken ruimere steekproef grootte van 8 mm diameter, zodat 1) microstructuren beter kunnen worden ontwikkeld, en 2) de Griggs pers en Paterson pers delen een gemeenschappelijke dimensie van het monster voor toekomstige vergelijkingen. Dit vereist een grotere diameter van de WC droeg in het drukvat (27 mm, in plaats van 1 inch, dat wil zeggen, 25,4 mm), vermindering van de maximaal haalbare druk tot 3 GPa.
De huidige papier wordt de procedure beschreven voor het uitvoeren van een experiment met het nieuwe Griggs-type apparaat, die omvat de beschrijving van alle stukken waaruit de vergadering van de conventionele solid-zout monster met behulp van aluminiumoxide zuigers (figuur 2A en 2B ), evenals de opeenvolgende stappen voor het produceren van hen en ze integreren in het drukvat. Deze beschrijving volgt in grote delen de routine ontwikkeld gedurende vele jaren door Prof. Jan Tullis en collega's aan de Brown University (R.I., USA). De resulterende monster vergadering dient volledig te worden co-axiale (zuivere afschuiving) of niet-coaxiaal (algemene schuintrekken) vervorming experimenten uitvoeren over het hele bereik van druk en temperaturen van het Griggs-type apparaat. Terwijl een zuivere afschuiving-experiment meestal een gevulde boor monster van een bepaalde lengte vereist (vaak ≈2 keer de diameter van het monster), een algemene shear deformation is vaak toegepast op een zone cut op 45° op de zuiger as (figuur 2B). Het monstermateriaal kunnen een segment van een kern-sample of fijnmazig poeder van een gekozen korrelgrootte. Alle stukken zijn verpakt in een hoogwaardige folie en jacketed binnen een platina buis gelast (of plat gevouwen) aan beide zijden. De temperatuur wordt meestal gecontroleerd met S-type (Pt90%Rd10% legering) of K-type (Ni legering) thermokoppel, maar alleen de voorbereiding van een S-type thermokoppel gebruikt die een mulliet 2 holes omhulsel buis hier is beschreven (figuur 2C).

<table><tbody><tr><td>Griggs-type apparatus</td><td>Sanchez Technologies (Corelab)</td><td>TRI-X 6/1500 SD</td><td>Solid-medium Griggs-type deformation apparatus</td></tr><tr><td></td><td>Sanchez Technologies (Corelab)</td><td>Stigma pumps 1000/300 and 100/1500</td><td>hydraulic syringe pumps om druk toe te passen</td></tr><tr><td>Arbor press</td><td>Schiltz</td><td>PA.WZ.5000.530</td><td>Arbor press vereist om de monsterassemblage in het drukvat te plaatsen</td></tr><tr><td>Low-speed saw</td><td>Presi</td><td>Mecatome T180</td><td>Lage-snelheid zaag om alumina zuiger en mulliete omhulsel te snijden</td></tr><tr><td></td><td>Presi</td><td>LR02033</td><td>Diamantzaagbladen</td></tr><tr><td>40 tons hydraulic press</td><td>CompaC</td><td>APA 9040EH1-D</td><td>40-ton hydraulische pers om zout/lood stukken te persen en het monster te extraheren</td></tr><tr><td>Pressure vessel (and pistons)</td><td>STRECON</td><td>vessel A4071&nbsp;</td><td>Binnen kern van wolfraamcarbide geplaatst in een 1&deg; conische stalen ring en voorspannen met behulp van de strip winding techniek</td></tr><tr><td></td><td>STRECON</td><td>Deformation piston</td><td>Wolfraamcarbide zuiger om deformatie toe te passen</td></tr><tr><td></td><td>STRECON</td><td>Confining piston</td><td>Wolfraamcarbide zuiger om omringende druk toe te passen</td></tr><tr><td></td><td>STRECON</td><td>End-load piston</td><td>Wolfraamcarbide zuiger om de drukvat voor te spannen</td></tr><tr><td>PUK U3</td><td>Lampert</td><td>PUK 5 lasmicroscoop</td><td>Fijn lassysteem om de thermokoppel en platinamantel te lassen</td></tr><tr><td>Cooling system Ultracool</td><td>Lauda</td><td>UC 4 E1 PI5 SR BSP &deg;C</td><td>Koeler voor het drukvat</td></tr><tr><td></td><td>Lauda</td><td>Proline RP850</td><td>Koeler voor de omringende/end-load ram</td></tr><tr><td>Leath</td><td>Schneider electric</td><td>Eurotherm 2704</td><td>Temperatuurregelaar</td></tr><tr><td>Milling machine</td><td>Enerpac</td><td>P-142</td><td>Handpomp om de omringende/end-load ram op te tillen</td></tr><tr><td></td><td>HBM</td><td>1-P3TCP/2000 bar</td><td>Druktransducer</td></tr><tr><td></td><td>HBM</td><td>1-P3TCP/500 bar</td><td>Druktransducer</td></tr><tr><td></td><td>HBM</td><td>WA/10 mm</td><td>Verplaatsingstransducer</td></tr><tr><td></td><td>HBM</td><td>WA/50 mm</td><td>Verplaatsingstransducer</td></tr><tr><td></td><td>HBM&nbsp;</td><td>1-C2/200 kN</td><td>Krachtcel</td></tr><tr><td></td><td>Geoscience instrument</td><td></td><td>Grafitoven: grafietbuis geplaatst tussen twee pyrofylliet manchetten (op maat gemaakt)</td></tr><tr><td></td><td>McDanel</td><td>MRD028330018858</td><td>Mullite Round Double Bore Tubing</td></tr><tr><td></td><td>Morgan Advanced Materials</td><td>WH-Feuerfestkitt</td><td>Keramisch lijm</td></tr><tr><td></td><td>PRECIS</td><td>T90 L</td><td>Draaibank</td></tr><tr><td></td><td>NSK</td><td>EM-255</td><td>Diamantgereedschap om alumina zuiger te paralleliseren met behulp van de draaibank</td></tr><tr><td></td><td>Mecanelec</td><td>CDM &ndash; IP 1 &ndash; 5L/mn</td><td>Debijmeter voor waterkoeling (drukvat)</td></tr><tr><td></td><td>Hedland</td><td>H602A-0005-F1</td><td>Debijmeter voor olie koeling (omringende/end-load ram)</td></tr><tr><td></td><td>Legris</td><td>S&eacute;rie 21</td><td>Dubbel-zelfdichtende koppeling voor buis van het waterkoelsysteem</td></tr><tr><td></td><td>Corelab</td><td>Falcon</td><td>Software om de hydraulische spuitpompen te bewaken</td></tr><tr><td></td><td>HBM</td><td>CatmanEasy-HP</td><td>Software om gegevens op te nemen</td></tr><tr><td></td><td>Schneider electric</td><td>Eurotherm itools</td><td>Software om programma's in te stellen voor de temperatuurregelaar</td></tr><tr><td></td><td>VWR</td><td>410-0114</td><td>Keramische mortel</td></tr><tr><td></td><td>VWR</td><td>231-2322</td><td>Microspatula</td></tr><tr><td></td><td>VWR</td><td>459-0206</td><td>Keramische recipient</td></tr><tr><td></td><td>VWR</td><td>AnalaR NORMAPUR 27810.364</td><td>Natriumchloride 99,9% zuiverheid</td></tr><tr><td></td><td>VWR</td><td>Barnstead/Thermoline 48000 furnace</td><td>Benchtop gloeioven voor het smelten van lood</td></tr><tr><td></td><td>DP/Pr&eacute;cision</td><td>Op maat gemaakt</td><td>Gereedschap dat nodig is om de zout en lood stukken te produceren</td></tr><tr><td></td><td>Cincinnati</td><td>TYPE PE-5</td><td>Frezen machine</td></tr><tr><td></td><td>Memmert</td><td>UNB 400</td><td>Oven om zoutpoeder en zout stukken te bewaren</td></tr><tr><td></td><td>Otelo</td><td>Otelo 65220023</td><td>Buizensnijder voor Platinum</td></tr><tr><td></td><td>Otelo</td><td>BAITER 51600202</td><td>Vijlengereedschap</td></tr><tr><td></td><td>Otelo</td><td>VADIUM 65172600</td><td>Diagonaal micro-snijder</td></tr><tr><td></td><td>Otelo</td><td>VADIUM 65172620</td><td>Platte micro-tang</td></tr><tr><td></td><td>SAM</td><td>EMP-13J</td><td>Ronde gatsteeksleutel</td></tr><tr><td></td><td>Professional Platic</td><td>Chemfluor MFA Tube</td><td>Minitube voor het isoleren van thermokoppeldraden</td></tr><tr><td></td><td>Radiospar</td><td>RS 370-6717</td><td>S-type platte pin thermokoppel connector</td></tr><tr><td></td><td>LEMER</td><td></td><td>Lood (bulk)</td></tr><tr><td></td><td>Goodfellow</td><td>FP301305</td><td>Polyt&eacute;trafluoro&eacute;thyl&egrave;ne - Film ; 0,15 mm dikte</td></tr><tr><td></td><td>Heraeus</td><td>81128696</td><td>Pure Platina draad</td></tr><tr><td></td><td>Heraeus</td><td>81128743</td><td>Platinum90%/Rhodium10% draad</td></tr><tr><td></td><td>Alfa Aesar</td><td>M11C056</td><td>Nikkel folie 0,025 dikte gegloeid 99,5%</td></tr><tr><td></td><td>DP/precision</td><td></td><td>Gereedschap om de zout stukken en lood stuk te produceren (op maat gemaakt)</td></tr><tr><td></td><td>Polyco Bodyguards</td><td>GL890</td><td>Blauwe Nitril Medische Onderzoekshandschoenen</td></tr></tbody></table>

hoge druk, hoge temperatuur vervorming experiment met behulp van de nieuwe generatie griggs-type apparaat

High-pressure, High-temperature Deformation Experiment Using the New Generation Griggs-type Apparatus

Om adres geologische processen op grote diepte, moet rock vervorming ideaal getest worden bij hoge druk (> 0.5 GPa) en hoge temperatuur (> 300 ° C). Echter, vanwege de lage stress resolutie van huidige solid-druk-medium toestellen, high-resolution metingen zijn vandaag beperkt tot lagedruk vervorming experimenten in de gas-druk-medium-apparaat. Een nieuwe generatie van solid-medium zuiger-cilinder ("Griggs-type") apparaat wordt hier beschreven. Kunnen uitvoeren hogedruk vervorming experimenten tot 5 GPa en ontworpen om aan te passen van een interne belasting cel, een dergelijke nieuwe apparatuur biedt de mogelijkheid om een technologische basis voor hogedruk reologie. Dit witboek biedt videogebaseerd gedetailleerde documentatie van de procedure (met behulp van de vergadering van de "conventionele" solid-zout) voor het uitvoeren van hoge druk, hoge temperatuur experimenten met het nieuw ontworpen Griggs-type apparaat. Een representatief resultaat van Carrara marmeren eenmonstervan vervormd bij 700 ° C, 1.5 GPa en 10-5 s-1 met de nieuwe pers wordt ook gegeven. De verwante stress-tijd curve ziet u alle stappen van een Griggs-type experiment, van de toenemende druk en temperatuur te proeven blussen wanneer vervorming is gestopt. Samen met de toekomstige ontwikkelingen, worden de kritische stappen en de beperkingen van het apparaat Griggs dan besproken.

Figuur 9 ziet u een voorbeeld van een stress-tijd-curve als gevolg van de nieuwe generatie Griggs-type toestellen tijdens de (co-axiaal) vervorming van de zuivere afschuiving van Carrara-marmer (8-mm lange kern monster) met een snelheid van de stam van 10-5 s-1, een temperatuur van 700 ° C en een beperken druk van 1.5 GPa. Tijdens een dergelijk experiment, zowel de druk en temperatuur zijn ten eerste verhoogd alternatingly, voornamelijk om te voorkomen dat de NaCl smelten. De gesmolten NaCl is zeer corrosief voor de steekproef en het kan de thermokoppel onherroepelijk beschadigen. Langs de opeenvolgende stappen van toenemende druk en temperatuur - hier verwezen als de "pompen fase" (Figuur 9)-de lood-stuk heeft de functie om te voorkomen dat het monster steeds vervormd door benadrukt van σ1 aan σ3 en omgekeerd, het onderhouden van een meer of minder isostatisch stress staat in de vergadering van de steekproef.
Wanneer de target druk en temperatuur zijn bereikt, kan een periode van "hot-dringende" worden toegepast. Hoewel optioneel, deze stap – gewoonlijk 24 uur duur – mogelijk moet het monster poeder voordat vervorming, sinter, indien van toepassing. De σ1 zuiger/actuator is dan geavanceerde te vervormen van het monster, die aanleiding geven tot de zogenaamde "vervorming fase". Dit laatste wordt allereerst gekenmerkt door een steile-naar-zacht-verhoging van de differentiaalspanning (σ1 - σ3), als gevolg van wrijving veroorzaakt door 1) de verpakking ringen en 2) het toenemende oppervlak van contact tussen de σ1 zuiger en lood stuk terwijl σ1 door de leiding gaat. Dit deel van de "ingelopen" moet een voldoende duur om te bepalen van de hit punt (contact tussen de σ1 zuiger en het bovenste aluminiumoxide zuiger) nauwkeurig door curve passend (Figuur 9). Voor dit doel, een aanzienlijke dikte van lood (≥ 2 mm) tussen de σ1 zuiger en aluminiumoxide zuiger is vereist voordat u begint met het bevorderen van de σ1. Bij het naderen van de zuiger bovenste aluminiumoxide, is lood sneller als een dunne monster dikte, waardoor spanning verharding in de leiding en het bevorderen van een verhoging van de progressieve stress totdat de σ1 zuiger op de voorbeeldkolom duwt geëxtrudeerd. De curve stress dan verhoogt steil tot opbrengst stress voorwaarden, waarin theoretisch de overgang van elastische naar kunststof gedrag (Figuur 9). Zoals zal moeten vaststellen van de differentiaalspanning, wordt de hit punt van het experiment vervolgens afgeleid uit de kruising tussen de uitbreidingen van de "elastische" curve en "ingelopen" curve (Figuur 9).
Wanneer vervorming eindelijk gestopt wordt, de temperatuur heel snel is gedaald (≈ 300 ° C/min) voor het behoud van microstructuren. Een aanzienlijke daling van de druk noodzakelijkerwijs optreedt tijdens het "monster blussen", maar na deze daling, zowel de σ1 en σ3 zuigers terug langzaam worden verplaatst door het verminderen van de oliedruk in het hydraulische vijzels (≈ 5 MPa/min). Dit is vereist voor het beperken van de vorming van lossen scheuren, hoewel sommige kraken onvermijdelijk is. Na het experiment, wordt de stress-tijd curve vervolgens gecorrigeerd om te produceren een stress-spanning-curve van de misvormde monster omhoog vanaf het hit punt (zie inzet in Figuur 9). Deze correcties omvatten 1) de stijfheid/uitbreiding van het apparaat en 2) de wrijving geïnduceerd door de verpakking ringen en lood stuk15,19. Figuur 10 toont ook twee voorbeelden van de vergadering na experiment monster, met het monster van de kern van Carrara-marmer (figuur 10A en 10B) en een tweede transactie van een olivijn poeder gesinterd, en vervolgens vervormd in het algemeen schuintrekken bij 900 ° C en 1.2 GPa met behulp van de voormalige Griggs-type apparaat23 (Figuur 10 c en 10 D).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56841/56841fig1.jpg"> Figuur 1: de nieuwe generatie Griggs-type toestellen. Schematische tekeningen van het Griggs-type apparaat nu beschikbaar aan het Institut des Sciences de la Terre d'Orléans (ISTO, Frankrijk) en de École Normale Supérieure de Paris (ENS-Parijs, Frankrijk). Terwijl de monster vergadering binnen het drukvat ligt, worden hogedruk beperken en differentiaalspanning toegepast door onafhankelijke injectiespuit pompen via hydraulische vijzels en zuigers/actuatoren. De temperatuur wordt verhoogd met behulp van een elektrische stroom van low-voltage/high-stroomsterkte geïnjecteerd onder de vergadering (Zie zijaanzicht) via een resistieve grafietoven. Om te behouden het tungsten carbide (WC) sterven, wordt het drukvat ook gekoeld door waterstroom van onder naar boven door de koeling platen/vakken en het schip zelf. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56841/56841fig1large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56841/56841fig2.jpg"> Figuur 2: Sample vergadering. Gedetailleerde weergave van de stukken waaruit de steekproef vergadering. De σ1 zuiger, σ3 zuiger en grondplaat staan ook-deel van hen in transparantie-om te vinden van de positie van elk stuk met betrekking tot het Griggs-type apparaat. A) monster van de vergadering van een coaxiale experiment. B) Exploded view van de vergadering van de steekproef, hetzij voor een "coaxiale" (wit) of "algemene schuintrekken" monster (groen). De lood stuk en lagere zout stuk staan in transparantie. C) 3D-weergave van een mulliet 2 holes omhulsel S-type thermokoppel gebruikt voor het bewaken van de temperatuur tijdens een experiment. WC = wolfraamcarbide. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56841/56841fig2large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56841/56841fig3.jpg"> Figuur 3: Tools nodig om koude druk de uiterlijke en innerlijke zout stukken van NaCl poeder. A) 3D-weergaven tijdens persen (14 ton voor 30 s) en de buitenste zoutwinning stukken (links) en geschaald tekeningen van de verwante hulpprogramma-onderdelen (rechts). B) 3D-weergaven tijdens persen (6 ton voor 30 s) en de innerlijke zoutwinning stuk (links) en geschaald tekeningen van de verwante hulpprogramma-onderdelen (rechts). Sommige delen staan in transparantie. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56841/56841fig3large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56841/56841fig4v2.jpg"> Figuur 4: hulpprogramma vereist om de lagere buitenste zout stuk boren. A) 3D-weergaven vóór (boven) en tijdens het boren van de (onder). B) geschaald tekeningen (3D-, boven- en zijkant meningen) van het hulpprogramma (slechts één deel wordt weergegeven). <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56841/56841fig4large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56841/56841fig5.jpg"> Figuur 5: Tools nodig voor de productie van de platina jas. A) 3D-weergave (links) en geschaald tekeningen (rechts) van het gereedschap nodig voor de productie van de platina cups. Door te drukken op de 10-mm-diameter platina cd, is de buitenste deel gebogen omhoog meer dan 1 mm dikte in een cup-vorm, zodat het kan passen in en samen met de 8-mm-diameter platina jas worden gelast. B) 3D-weergave (boven) en tekeningen op schaal (onder) van het hulpprogramma moest lassen een platina cup de platina jas (slechts de helft van het bovenste stuk wordt weergegeven). <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56841/56841fig5large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56841/56841fig6.jpg"> Figuur 6: gereedschap nodig voor de productie van het stuk lood. A) 3D-weergave tijdens persen (4 ton voor 30 s) van de gesmolten lood (50 g). De component #2 blijkt in transparantie. B) 3D-weergave tijdens de extractie van het stuk lood (de afmetingen worden weergegeven in het bovenste linker inzet). C) geschaald tekeningen van de hulpprogramma-onderdelen. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56841/56841fig6large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56841/56841fig7v2.jpg"> Figuur 7: klemmen om op te lossen van de basale zuiger naar het drukvat. 3D-weergave van het drukvat, basale zuiger en klemmen (boven) en tekeningen op schaal van de boven- en onderkant delen van een klem, met inbegrip van een 3D-weergave (onder). <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56841/56841fig7large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56841/56841fig8.jpg"> Figuur 8: hydrauliek van de pompen en koelsystemen. Schema van de hydrauliek-met inbegrip van de kleppen (V), electro-kleppen (EV) en olietank (T)-van de vervorming pomp (paars), beperken pomp (oranje), het koelsysteem van het drukvat (lichtblauw) en het koelsysteem van de ram te beperken/eind-load (geel). <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56841/56841fig8large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56841/56841fig9.jpg"> Figuur 9: representatief resultaat. Voorbeeld van een stress-tijd curve van een vervorming experiment met behulp van de nieuwe generatie Griggs-type apparaat. Dit experiment is coaxially verricht op een monster van de kern (8 mm lang) van Carrara-marmer bij 700 ° C, 1.5 GPa en een stam tarief van 10-5 -s-1. Dit resultaat illustreert de opeenvolgende stappen van een Griggs-type experiment, waarin 1) een "pompen stadium" aan de verhoging van de druk en temperatuur, 2) een "hot-dringende stadium" aan het monster, sinter als toepassing, 3) een "vervorming stadium" aan het vervormen van het monster, en 4) een "blussen fase" en de daling van de druk en temperatuur. Tijdens de vervorming, de σ1 zuiger eerst vooruitgang door middel van de leiding ("ingelopen" stap), en dan duwt op de zuiger aluminiumoxide om het monster goed te vervormen (omhoog vanaf het hit punt), die aanleiding geven tot elastisch-dan-plastisch gedrag (zie tekst). Na correctie van de stress-tijd curve van wrijving en stijfheid/uitbreiding van het apparaat, een stress-spanning-curve ontstaat omhoog vanaf het hit punt (inzet). Σ1 = spanning toegepast door de σ1 zuiger; Σ3 = spanning toegepast door de σ3 zuiger; P = beperken (isostatisch) druk; T = temperatuur. Σ1- σ3 = differentiaalspanning. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56841/56841fig9large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 10" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56841/56841fig10.jpg"> Figuur 10: proeven van extractie. A) lager deel van de vergadering van de monster geëxtraheerd na het experiment beschreven in Figuur 9. B) monster van Carrara-marmer (nog verpakt in haar platina jas) na zuivere afschuiving vervorming bij 700 ° C en 1.5 GPa in het nieuwe Griggs-type apparaat. C) onderste deel van de vergadering van een monster met een voorbeeld van olivijn poeder gesinterd, en vervolgens vervormd in het algemeen schuintrekken bij 900 ° C en 1.2 GPa met de voormalige Griggs-type apparaat23. D) olivijn monster en aluminiumoxide schuintrekken zuigers (nog verpakt in de platina jas) na extractie van de vergadering van de steekproef. TC = thermokoppel. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56841/56841fig10large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>

Rock vervorming moet worden gekwantificeerd onder hoge druk. Een beschrijving van de procedure voor het uitvoeren van experimenten van vervorming in een nieuw ontworpen solid-medium Griggs-type apparaat, wordt hier gegeven. Dit biedt technologische basis voor toekomstige Rheologische studies bij druk maximaal 5 GPa.

Hoge druk, hoge temperatuur vervorming Experiment met behulp van de nieuwe generatie Griggs-type apparaat

In order to address geological processes at great depths, rock deformation should ideally be tested at high pressure (&#62; 0.5 GPa) and high temperature ...

Het algemene doel van een Griggs-type experiment is om de vervormingsprocessen van rotsen onder hoge druk en temperatuur te onderzoeken, meestal hoger dan één gigapascal en 300 graden Celsius. Het voordeel van deze techniek is dat vervorming kan worden toegepast tot drukken van vijf gigapascals. Dat komt overeen met een diepte van ongeveer 150 kilometer in de aarde.Deze methode kan helpen om belangrijke vragen in de geologie op het gebied van structurele geologie, geodynamica, magnetische studies en zelfs planetologie te beantwoorden. Hier gebruiken we een nieuwe generatie Griggs-type apparaat dat voldoet aan Europese normen voor de veiligheid van hogedrukexperimenten. Gebaseerd op de zuigers in onze nieuwe technologie, bestaat het uit een metalen frame en twee hydraulische rammen die zijn verbonden met actuatoren en zuigers die eerst de monsterassemblage binnen de drukvat versterken, en vervolgens de centrale zuiger vooruit laten gaan om het monster te vervormen.In de huidige video laten we zien hoe een Griggs-type experiment wordt uitgevoerd met behulp van de conventionele solide bron monsterassemblage. Om de monsterassemblage voor te bereiden, maal eerst minimaal 60 gram natriumchloridepoeder van 99,9% zuiverheid in een keramische vijzel. Druk vervolgens de zoutstukken koud aan.Om het onderste buitenste zoutstuk te produceren, plaats 17,5 gram gemalen natriumchloridepoeder in een beker. Voeg ongeveer 0,1 milliliter gedistilleerd water toe en zorg ervoor dat zout en water goed gemengd zijn. Vul het natte zoutpoeder in de boorgat van het zoutpersgereedschap en plaats de zuigercomponenten bovenop het zoutpoeder.Pers het poeder gedurende 30 seconden op 14 ton en laad vervolgens het zoutstuk uit. Neem het onderste vatcomponent eruit en beweeg de twee basale metalen stukken uit elkaar om een lege ruimte onder de booropening te laten. Gebruik nogmaals de zuigercomponenten in de hydraulische pers om het zoutstuk van onderen te extraheren.Na het maken van een S-type thermokoppel zoals beschreven in het tekstprotocol, gebruik een freesmachine en het boorgereedschap om een gat van twee millimeter diameter door de hele lengte van het onderste zoutstuk te boren. Gebruik aan de bovenkant van het onderste zoutstuk een scalpel met driehoekige mes en scherpe punt om een kleine kanaal van ongeveer één millimeter diep en twee millimeter groot uit te snijden van het thermokoppelgat tot aan de booropening. Om het monster te omhulen, gebruik een rondvormige holle pons om twee schijven van 10 millimeter diameter uit een platinafolie van 0,15 millimeter dik te extraheren.Maak twee platinabekers door een rand van één millimeter van elke schijf te buigen met behulp van het bekervormingsgereedschap. Gebruik vervolgens een slangensnijder om een platina buis van de lengte van het monster, plus ongeveer drie millimeter, te snijden. Gebruik een laboratoriummofelhaard om de platina buis en bekers gedurende ten minste twee uur bij 900 graden Celsius te ontlasten.Na het ontlasten, pas één beker aan in de platina buis en gebruik een vijl om het uiteinde van de buis en de beker plat te slijpen. Las vervolgens de platina beker en buis samen met behulp van het lasgereedschap en een PUK 5 lasmicroscoop. Wikkel het monster in een nikkelfolie van 25 micrometer dik en pas ze in de platina buis.Sluit de buis met de tweede platina beker en slijp ze met de vijl voordat je de beker en buis samen laat lassen. Buig de uiteinden van de platina buis lichtjes met behulp van een paar platte microkniptangen, zodat de bovenste en onderste alumina zuigers zo ver mogelijk in de platina buis kunnen passen. Gebruik hetzelfde paar platte kniptangen om de buis rondom op de alumina zuigers te drukken om een kleine totale diameter te behouden.Stel de onderste buitenste zoutstuk, bodemkoper schijf en grafietoven samen. Gebruik een permanente pen om een punt te markeren op de verwachte positie van de thermokoppel op de buitenste pyrofyllietschijf van de oven. Neem het buitenste zoutstuk eruit en plaats de binnenste zoutstukken rond de zuigers en omhulsel binnen de grafietoven.Terwijl je de grafietoven, binnenste zoutstukken en bodemkoper schijf samen houdt, gebruik de freesmachine om een gat van ongeveer twee millimeter diameter te boren waar de positie van de thermokoppel is geschat. Bereid vervolgens het loodstuk voor door een keramisch versipian met 50 gram lood in een laboratoriummofelhaard bij 400 graden Celsius gedurende ongeveer 30 minuten te plaatsen. Wanneer het lood volledig is gesmolten, giet het snel op het loodstukgereedschap en gebruik onmiddellijk de 40 ton hydraulische pers om het lood vier ton gedurende 30 seconden te persen.Na het loodstuk te hebben verwijderd zoals eerder beschreven en de natriumchloride-inleg zoals beschreven in het tekstprotocol voor te bereiden, monteer de twee stukken samen. Stel alle stukken samen die de monsterassemblage vormen, behalve de bovenste koperschijf, loodstuk en pakkingringen. Wikkel de buitenste zoutstukken, loodstuk en basis pyrofyllietstuk met Teflon.Met de drukvat gemonteerd zoals beschreven in het tekstprotocol, laat de vat zo hoog mogelijk boven de basisplaat hangen. Terwijl je de monsterassemblage draagt, pas de thermokoppel voorzichtig aan in het thermokoppelgat van de basisplaat. Plaats vervolgens de monsterassemblage in het midden van de basisplaat. Eenmaal op zijn plaats, voeg een folie van Mylar film toe tussen de basisplaat en het drukvat rond de assemblage.Gebruik de arborpers om het drukvat voorzichtig op de basisplaat te laten zakken en pas de monsterassemblage aan in het boorgat van het drukvat. Zorg ervoor dat de Woolite-mantel van de thermokoppel niet breekt tijdens het inbrengen van de monsterassemblage in het drukvat. Als het breekt, moet je mogelijk een groot deel van de monsterassemblage vervangen.Gebruik vervolgens aangepaste klemmen om het drukvat en de basisplaat stevig aan elkaar te bevestigen en voeg de boven

high-pressure-high-temperature-deformation-experiment-using-new

Research

JoVE Journal

Environment

Milieu

Kernspinresonantie is een van de belangrijkste spectroscopische hulpmiddelen. Hier wordt de ontwikkeling van een nieuwe benadering onder hoge druk gepresenteerd, momenteel tot 10,1 GPa. Dit opent een nieuw venster naar de natuurkunde en chemie van gecondenseerde materie, waar onderzoek onder hoge druk van groot belang is.

High-Sensitivity Nucleaire Magnetische Resonantie bij Giga-Pascal Drukken: een nieuw instrument voor Onderzoek naar elektronische en chemische eigenschappen van de gecondenseerde materie onder extreme omstandigheden

Fractuur en fragmentatie zijn laatstadiumverschijnselen in dynamische belastingscenario's en worden meestal bestudeerd met behulp van explosieven. We presenteren een techniek voor het aansturen van expansie met behulp van een gaskanon die uniek de controle van zowel de belastingsnelheid als de monstertemperatuur mogelijk maakt.

Een methode voor het bestuderen van de temperatuur afhankelijkheid van Dynamic Fracture en Fragmentatie

We presenteren een procedure om de metaal-silicaatverdeling van siderofiele elementen te bepalen, met nadruk op technieken die de vorming van metaalinclusies onderdrukken in experimenten voor de edelmetalen. De resultaten van deze experimenten worden gebruikt om het effect van kernvorming op de zeer siderofiele elementsamenstelling van de mantel te demonstreren.

Metal-silicaat Partitioning bij hoge druk en temperatuur: experimentele methoden en een protocol bij Highly onderdrukken Siderophile Element Inbegrepen

Experimentele methoden voor het onderzoeken van koelprocessen in de vaste staat en het karakteriseren van elastocalorische materiaaleigenschappen van Shape Memory Alloys (SMA) worden gepresenteerd. Er is een op maat gebouwde testopstelling ontworpen voor het controleren en uitgebreid bewaken van elastocalorische koelprocessen. Bovendien biedt het een validatieplatform voor thermomechanisch gekoppelde modelleringsbenaderingen.

Experimentele methoden voor Onderzoek van Shape geheugen gebaseerd Elastocaloric Cooling Processen en Model Validation

Dit protocol stelt een nieuw biaxiaal testsysteem gebruikt op een weerstandsverwarming uniaxiale trekproef machine om de vormingsgrens diagram (FLD) van plaatmateriaal onder hot stamping omstandigheden te bepalen.

A Novel Biaxial testapparatuur voor de bepaling van vormingsgrens onder stampen Voorwaarden

Een test-methodologie voor het kwantificeren van de tribological eigenschappen van polymeren in waterstof infrastructuurdienst gebruikt wordt aangetoond en karakteristiek resultaten voor een gemeenschappelijk elastomeer worden besproken.

In Situ Hoge druk waterstof Tribological testen van gemeenschappelijke polymeermaterialen gebruikt in de levering van de waterstofinfrastructuur

Hier presenteren we een gedetailleerd protocol voor een nieuwe aanpak voor het uitvoeren van de verhoogde temperatuur reverse normale plaat impact, en gecombineerde druk-en-shear plaat impact. De aanpak omvat het gebruik van een kachel resistieve spoel staartstuk-einde te een steekproef gehouden op de front-end van een hittebestendig sabot tot de gewenste temperatuur te verwarmen.

Uitvoeren van verhoogde temperatuur normaal en druk-Shear plaat gevolgen experimenten Via een stuitligging-Sabot kachel endsysteem gecombineerd

Hier presenteren we een methodologie voor de dynamische karakterisering van treksterkte specimens op tussenliggende stam tarieven met een kader voor een snelle servo-hydraulische belasting. Procedures voor spanningsmeter instrumentatie en analyse, alsmede voor digitaal beeld correlatie stam metingen op de specimens, worden ook gedefinieerd.

Materiële karakterisering van het tarief van de tussenliggende stam met digitaal beeld correlatie

Dit protocol demonstreert hoe een Briket monster voor te bereiden en een uniaxiaal compressie experiment uit te voeren met een Briket in verschillende co2 -drukken met behulp van een gevisualiseerd en constant volume-gasmassief koppelings testsysteem. Het is ook bedoeld om veranderingen te onderzoeken in termen van de fysische en mechanische eigenschappen van kolen, geïnduceerd door CO2 -adsorptie.

Een Uniaxiaal compressie-experiment met CO2-dragende kolen met behulp van een gevisualiseerd en constant volume-Gasmassief koppelings testsysteem

Dit werk richt zich op het standaard protocol voor het voorbereiden van de extern verwarmde diamant aambeeldcel (EHDAC) voor het genereren van hogedruk- en hogetemperatuur (HPHT) omstandigheden. De EHDAC wordt gebruikt om materialen in aarde en planetaire interieurs te onderzoeken onder extreme omstandigheden, die ook kunnen worden gebruikt in solid state fysica en chemie studies.

Een extern verwarmde diamantbeeldcel voor synthese en single-crystal elasticiteitsbepaling van Ice-VII bij hoge druktemperatuur

Het hier gepresenteerde protocol beschrijft de hogedruk radiale diamant-aambeeldcelexperimenten en het analyseren van de gerelateerde gegevens, die essentieel zijn voor het verkrijgen van de mechanische sterkte van de nanomaterialen met een belangrijke doorbraak naar de traditionele benadering.

Bepaling van de mechanische sterkte van ultrafijnkorrelige metalen

Leer hoe je gesteentevervormingsexperimenten uitvoert met een nieuwe generatie Griggs-type apparaat onder hoge druk en temperatuur. Deze methode simuleert omstandigheden op 150 kilometer diepte.

Hoge druk, hoge temperatuur vervorming Experiment met behulp van de nieuwe generatie Griggs-type apparaat

Meer video's verkennen