Name: Eksperyment z deformacją pod wysokim ciśnieniem i w wysokiej temperaturze przy użyciu aparatury typu Griggsa nowej generacji (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-04-03T12:30:00.000+00:00
Duration: 12 min 30 s
Description: Poznaj metodę badań odkształceń skał pod wysokim ciśnieniem do 5 GPa przy użyciu nowej generacji aparatury Griggsa. Technika ta umożliwia symulację warunków panujących na głębokości około 150 km w Ziemi.

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

To badanie jest poświęcone pamięci prof. Harry'ego W. Greena, bez którego nic z tego nie byłoby możliwe. Dziękujemy również Jörgowi Rennerowi i Sébastienowi Sanchezowi za ich wkład w zaprojektowanie i wdrożenie aparatury, a także Andreasowi K. Kronenbergowi, Calebowi W. Holyoke III i trzem anonimowym recenzentom za owocne dyskusje i komentarze. Jesteśmy wdzięczni Janowi Tullisowi za nauczenie nas i licznych studentów podstaw i wielu przydatnych sztuczek eksperymentów z deformacją ciała stałego. Badanie zostało sfinansowane przez ERC RHEOLITH (grant 290864), Labex Voltaire (ANR-10-LABX-100-01), Equipex PlaneX (ANR-11-EQPX-0036) i 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>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Początkowo aparatura typu Griggsa została zaprojektowana do wykonywania eksperymentów z deformacjami tak wolno, jak to możliwe, aby zbliżyć się do szybkości odkształceń geologicznych bliżej niż inne techniki, tj. przez tygodnie, miesiące, anawet lata. W związku z tym eksperymenty typu Griggs mogą być prowadzone tak długo, jak długo działa zasilanie elektryczne i chłodzenie wodne, szczególnie w nocy, gdy nie jest wymagany operator. Jak wspomniano wcześniej, prasa Griggsa może również badać większość zakresu ciśnienia i temperatury spotykanych w litosferze. Jednak technika ta jest obecnie poddana pewnym ograniczeniom, które mogą zmniejszyć dokładność wyznaczania naprężeń.
Sukces eksperymentu typu Griggsa zależy od kilku krytycznych punktów, do których należą głównie jakość osłony termopary, kształt pierścieni uszczelniających i ustawienie tłoków ścinających (tylko w przypadku ogólnych eksperymentów ścinających). Rzeczywiście, przewody termopary powinny być dobrze odizolowane od siebie i od medium ograniczającego (NaCl). W przeciwnym razie zapis temperatury może zostać zmodyfikowany poprzez dotknięcie dwóch przewodów na zewnątrz komory próbki, co doprowadzi do dramatycznego wzrostu temperatury (może to spowodować pęknięcie zbiornika ciśnieniowego) lub termopara może się zepsuć i eksperyment się nie powiedzie. Górna powierzchnia każdego pierścienia uszczelniającego (σ1 i σ3) powinna być płaska i wystarczająco duża (około pół milimetra). Jest to wymagane, aby uniknąć wycieku ołowiu podczas wzrostu ciśnienia. W przypadku ogólnych eksperymentów ścinania górne i dolne tłoki ścinające powinny być idealnie wyrównane, tak aby podczas eksperymentu nie wystąpiło asymetryczne odkształcenie. W przeciwnym razie próbka może wejść w kontakt z medium ograniczającym przez nieszczelność płaszcza, co może prowadzić do zanieczyszczenia i uszkodzenia próbki. Ponadto taki wyciek płaszcza prawdopodobnie wystąpi w ogólnym eksperymencie ścinania, jeśli tłok odkształcający się nie zostanie zatrzymany wystarczająco wcześnie. Zdolność platynowej kurtki do odkształcania się bez pękania może się znacznie różnić w zależności od eksperymentu. Niemniej jednak, chociaż odkształcenie przy ścinaniu zostało już osiągnięte przy więcej niż gamma = 7 na próbkach o grubości 2 mm (przykład podano w Heilbronner i Tullis24), gamma = 5 jest rutynowo stosowane z dobrym wskaźnikiem powodzenia i znacznie wyższe odkształcenia ścinające można osiągnąć poprzez zmniejszenie grubości próbki.
Obecnie prasa Griggsa jest narażona na efekty tarcia, które zmniejszają dokładność pomiarów naprężeń, szczególnie gdy "punkt trafienia" jest zdefiniowany przez dopasowanie krzywej. Większość tarcia występuje, gdy tłok odkształcający przechodzi przez pierścień uszczelniający σ1, element ołowiany i medium ograniczające (NaCl). Można to zaobserwować na krzywej naprężenie-czas podczas etapu "docierania" etapu odkształcenia (ilustracja 9), ale także podczas obciążenia po punkcie trafienia. Podczas gdy zachowanie sprężyste nie jest zależne od sztywności próbki, nachylenie krzywej obciążenia wzrasta wraz z wytrzymałością próbki w aparacie typu Griggsa. Wynika to głównie z nieelastycznego odkształcenia próbki, podczas gdy tłok σ1 przepycha się przez przewód. Rzeczywiście, nachylenie krzywej obciążenia przed warunkami granicy plastyczności nie reprezentuje czystego obciążenia sprężystego próbki, ale kombinację różnych składników, które obejmują tarcie i pewne odkształcenie/zagęszczenie próbki. Niestety, tego typu zachowanie jest trudne do odtworzenia, ponieważ zależy od wytrzymałości próbki, która jest niska w wysokiej temperaturze, oraz błędu wywołanego tarciem, który silnie waha się od 3 do 9%18. Niektóre inne słabsze materiały, takie jak ind, bizmut lub cyna, zostały użyte zamiast ołowiu19, ale zawsze powodują one pewne wycieki przy ciśnieniu wyższym niż 1 GPa. Ponadto, podczas gdy obiekty w skali km i bardzo niskie prędkości odkształcania (10-15-10-12 s-1) muszą być brane pod uwagę dla celów geologicznych, aparat typu Griggsa - jak każdy inny aparat do deformacji - jest ograniczony pod względem wielkości próbki (maks. średnica 8 mm dla prasy Griggsa) i szybkości odkształcania (min. 10-8 s-1). Te warunki geologiczne wymagają zastosowania rzeczywiście nierealistycznych sił i niepraktycznego czasu trwania eksperymentu. Niemniej jednak, ta nieunikniona luka między eksperymentami z deformacjami a okolicznościami geologicznymi może być częściowo zastąpiona przez modele numeryczne, pod warunkiem, że laboratoryjne prawa mechaniczne są w pełni ważne dzięki ekstrapolacji. Zdecydowanie wymaga to opracowania aparatury wysokociśnieniowej o lepszej dokładności, co najmniej tak dobrej, jak w przypadku aparatury typu gaz-ciśnienie medium (tj. ± 1 MPa).
Obecnie tylko aparaty gazowo-średnie są wystarczająco dokładne, aby przeprowadzać eksperymenty reologiczne, a większość dostępnych praw mechanicznych pochodzi z aparatu Patersona przy ciśnieniu ograniczającym 0,3 GPa. Wysoka dokładność pomiarów naprężeń opiera się głównie na obecności wewnętrznego ogniwa obciążnikowego, które podlega ciśnieniu ograniczającemu, w przeciwieństwie do zewnętrznego, które podlega tylko ciśnieniu pokojowemu, oraz na jego połączeniu ze zbiornikiem ciśnieniowym gazu, co pozwoliło na zastosowanie specjalnej konstrukcji, której nie można przenieść w niezmienionej postaci do prasy w postaci stałej. Obecnie aparat do pomiaru naprężeń różnicowych wykorzystuje tylko zewnętrzne ogniwo obciążnikowe – niektóre z nich nie mają nawet żadnego ogniwa obciążnikowego – co prowadzi do słabej rozdzielczości i znacznego przeszacowania z powodu tarcia.
W aparacie typu Griggsa zastosowanie zespołu ze stopioną solą może znacznie zmniejszyć tarcie wokół próbki (o współczynnik 3). Ale jak wspomniano wcześniej, rodzi to również dalsze problemy, a dokładność pomiaru naprężeń pozostaje 10 razy niższa niż w aparacie Patersona. Inne podejście polegałoby na zastosowaniu wewnętrznego ogniwa obciążnikowego lub czegoś podobnego, aby pozbyć się efektów tarcia w prasie Griggsa. Biorąc pod uwagę wielkość i pojemność "zwykłych" czujników wagowych, takich jak spotykane w przemyśle, wydaje się nierealistyczne umieszczanie niektórych z nich w komorze na próbki zbiornika ciśnieniowego. Nie były one w stanie wytrzymać ograniczającego ciśnienia i ogniwa obciążeniowego o dużej pojemności (maks. 200 kN), jakie było wymagane do eksperymentów wysokociśnieniowych w aparacie typu Griggsa, i byłyby zbyt duże, aby można je było umieścić w komorze na próbki. Jednak jedna z możliwości oznaczałaby użycie podstawowego tłoka kolumny próbki jako wewnętrznego ogniwa obciążnikowego25, pod warunkiem, że jego odkształcenie można precyzyjnie zmierzyć (Andreas K. Kronenberg, komunikacja osobista). Wymaga to pomieszczenia pod płytą podstawy, aby dostosować specyficzny czujnik wagowy, co zostało przewidziane w nowym aparacie typu Griggs (ilustracja 1). Ale obecnie takie wewnętrzne ogniwo obciążnikowe w aparacie do odkształcania ciał stałych-medium pozostaje do wdrożenia.

Deformacja skał jest jednym z najważniejszych procesów geologicznych. Ma ona istotny wpływ na zjawiska zachodzące w ludzkiej skali czasowej, takie jak trzęsienia ziemi czy osuwiska, ale także na wielkoskalowe ruchy mas stałej zewnętrznej powłoki planet tellurycznych, w tym na tektonikę płyt na Ziemi.1Na przykład, w zależności od reologii przypominającej skorupę litosfery, która określa wytrzymałość zarówno skorupy, jak i płaszcza poniżej solidusu (<img alt="Diagram równowagi wektorów sił ΣF=0 na strukturze statycznej, ilustrujący równowagę mechaniczną." src="/files/ftp_upload/56841/56841eq1.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie"> 1200 °C), schemat tektoniki płyt oraz powiązane z nią cechy mogą znacząco się różnić2,3,4,5Z jednej strony obecność silnego górnego płaszcza i/lub dolnej skorupy jest niezbędna do podtrzymywania pasm górskich lub stabilizacji stref subdukcji6Z drugiej strony modele numeryczne wykazały również, że granice płyt nie mogą powstać w wyniku konwekcji płaszcza, jeśli litosfera jest zbyt wytrzymała, co prowadzi do zachowania typu sztywnej pokrywy (rigid lid), jakie obserwuje się na Wenus.7Zatem wytrzymałość litosfery, wynikająca z reologii skał, ma bezpośredni wpływ na zachowanie planet aktywnych w kontekście tektoniki płyt.
Od ponad pół wieku reologia skał jest badana w wysokich temperaturach (&gt; 30 °C), co doprowadziło do opracowania nowoczesnych technik, które różnią się głównie zakresem ciśnienia, jaki mogą osiągnąć. Obejmują one aparat typu Patersona z ośrodkiem gazowym8 przy stosunkowo niskich ciśnieniach (&lt;0,5 GPa), aparat typu Griggs z ośrodkiem stałym9,10,1 przy średnich i wysokich ciśnieniach (0,5-5 GPa), oraz aparat deformation-Dia12,13 (DDia: do ~20 GPa) lub komórkę z kowadłami diamentowymi przy bardzo wysokich ciśnieniach14 (powyżej 10 GPa). W związku z tym ciśnienia i temperatury występujące we wnętrzu Ziemi mogą być obecnie osiągane eksperymentalnie. Jednakże deformacja skał zależy również od naprężenia różnicowego, które musi być mierzone z wysoką dokładnością i precyzją, aby możliwe było sformułowanie zależności konstytutywnych. Dzięki gazowemu ośrodkowi ograniczającemu, aparat Patersona jest obecnie jedyną techniką zdolną do pomiarów naprężeń z dokładnością (± 1 MPa) pozwalającą na ekstrapolację danych w zakresie sześciu rzędów wielkości prędkości odkształcania, jednak może on badać procesy deformacji jedynie przy niskich ciśnieniach. Z kolei aparaty z ośrodkiem stałym umożliwiają deformację skał przy wysokich ciśnieniach, ale z mniejszą dokładnością pomiarów naprężeń. Podczas gdy dokładność naprężeń dla aparatu typu Griggs szacuje się na ± 30 MPa15,16, DDia oparty na synchrotronie generuje prawa mechaniczne z błędem przekraczającym ± 10 MPa17. W aparacie typu Griggs naprężenie mogło być również przeszacowane o maksymalnie 36% w stosunku do pomiarów wykonanych w aparacie Patersona15. Wykonywanie dokładnych i precyzyjnych pomiarów naprężeń przy wysokich ciśnieniach i wysokich temperaturach pozostaje zatem głównym wyzwaniem w naukach o Ziemi.
z wyłączeniem głębokich stref subdukcji, w których ciśnienie może przekraczać 5 GPa, aparat typu Griggs jest obecnie odpowiedniejszą techniką do badania procesów deformacji w zakresie ciśnień (&lt; 4 GPa) oraz temperatura (<img alt="Schemat równowagi sił wektorowych ΣF=0 w strukturze statycznej, ilustrujący równowagę mechaniczną." src="/files/ftp_upload/56841/56841eq1.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie"> 1200 °C) występuje w znacznej części litosfery. W związku z tym w latach 90. podjęto istotne wysiłki w celu udoskonalenia pomiarów naprężeń, w szczególności w celu ograniczenia efektów tarcia poprzez zastosowanie eutektycznych mieszanin soli jako medium ograniczającego wokół próbki11,18Zastosowanie takiego układu z solą stopioną pozwoliło na uzyskanie lepszej dokładności pomiaru naprężeń, redukując błąd z ± 30 do ± 10 MPa.15,19istnieją jednak dodatkowe wady związane z zastosowaniem tego typu zestawu. Charakteryzuje się on znacznie niższą skutecznością, dużymi trudnościami w przeprowadzaniu eksperymentów niespójnych (ścinania) oraz bardziej skomplikowanym montażem próbek. Ponadto dokładność pomiarów naprężeń pozostaje dziesięciokrotnie niższa niż w przypadku aparatury typu Patersona niskiego ciśnienia. Problemy te ograniczają możliwości ilościowego opisu procesów reologicznych przy użyciu aparatury typu Griggs, która obecnie jest częściej stosowana do badania procesów deformacji oraz powiązanych z nimi mikrostruktur. W związku z tym wymagane będzie nowe podejście do ilościowego określania parametrów reologicznych przy wysokich ciśnieniach litosferycznych.
Niniejsza praca zawiera szczegółową dokumentację „konwencjonalnej” procedury przeprowadzania eksperymentów deformacji pod wysokim ciśnieniem z wykorzystaniem nowo zaprojektowanego urządzenia typu Griggs z medium stałym. W ramach nowych laboratoriów „Griggs” utworzonych w ISTO (Orlean, Francja) oraz ENS (Paryż, Francja), głównym celem jest szczegółowe i właściwe zilustrowanie każdego etapu protokołu, tak aby naukowcy z różnych dziedzin mogli ocenić, czy urządzenie to jest odpowiednie dla ich celów badawczych. Omówiono również krytyczne kroki i ograniczenia tej nowoczesnej techniki, wraz z nowymi podejściami i możliwym kierunkiem przyszłego rozwoju.
Nowa aparatura typu Griggsa
Aparat typu Griggsa, oparty na technologii tłokowo-cylindrycznej, został pierwotnie zaprojektowany przez Davida T. Griggs w latach 60. XX wieku9, a następnie zmodyfikowany przez Harry'ego W. Greena w latach 80.1 (głównie w celu uzyskania wyższych ciśnień podczas eksperymentów z deformacją). W obu przypadkach aparat Griggsa charakteryzuje się metalową ramą, która obejmuje: 1) trzy poziome płyty oporowe zamontowane na kolumnach pionowych, 2) główny cylinder hydrauliczny (tłok ciśnienia ograniczającego) zawieszony na środkowej płycie oraz 3) przekładnię deformacyjną i tłok/siłownik zamocowane na górnej płycie (Rysunek 1). Tłok „ograniczający” i siłownik deformacyjny są połączone z niezależnymi tłokami, które przenoszą siły na zespół próbki wewnątrz naczynia ciśnieniowego. Dzięki takiemu naczyniu deformację można osiągnąć przy ciśnieniach ograniczających do 2 lub 5 GPa, w zależności od aparatu i średnicy zespołu próbki.
Dzięki piecowi oporowemu temperatura próbki jest podwyższana poprzez efekt Joule'a (do ≈130 °C20), podczas gdy naczynie ciśnieniowe jest chłodzone wodą od góry i od dołu. W konstrukcji Greena aparat Griggsa zawiera również system obciążenia końcowego, który homogenizuje wstępne naprężenie w naczyniu ciśnieniowym (Rycina 1). Pozwala to na przeprowadzanie eksperymentów deformacyjnych przy wyższych ciśnieniach (maks. 5 GPa), szczególnie przy zastosowaniu otworu o małej średnicy w naczyniu ciśnieniowym. W celu uzyskania dalszych szczegółów na temat prasy Griggsa, czytelników odsyłamy do doskonałego opisu zmodyfikowanej konstrukcji aparatu Griggsa autorstwa Rybacky et al.19.
Nowa generacja aparatury typu Griggs, powstała w ramach ścisłej współpracy pomiędzy Institut des Sciences de la Terre d'Orléans (ISTO, Francja) a École Normale Supérieure de Paris (ENS Paris, Francja), opiera się bezpośrednio na konstrukcji H. W. Greena1, jednak wprowadzono pewne ulepszenia, aby spełniać europejskie normy bezpieczeństwa eksperymentów wysokociśnieniowych. W tej nowej prasie siłowniki ciśnienia nadającego i deformacyjnego są napędzane przez serwosterywne hydrauliczne pompy strzykawkowe, co umożliwia przeprowadzanie eksperymentów przy stałym obciążeniu lub stałym przemieszczeniu w wysokich ciśnieniach (do 5 GPa). Ciśnienie nadające (izostatyczne), siła oraz przemieszczenie są monitorowane odpowiednio za pomocą czujników ciśnienia oleju, ogniwa tensometrycznego (max. 20 kN) i przetworników przemieszczenia (Rysunek 1). Komora ciśnieniowa składa się z wewnętrznego rdzenia z węglika wolframu (WC) wstawionego w stalowy pierścień stożkowy o kącie 1° i wstępnie naprężonego techniką nawijania taśm21. W celu przekazywania sił, komora ciśnieniowa i zespół próbki znajdują się pomiędzy wymiennymi tłokami z WC, które obejmują tłok deformacyjny (σ1), tłok nadający ciśnienie (σ3), tłok obciążenia końcowego oraz płytę podstawową (Rysunek 1). Oprócz standardowego chłodzenia górnej i dolnej części komory ciśnieniowej, woda przepływa przez stalowy korpus wokół rdzenia z węglika wolframu w otworach o średnicy 6 mm w celu lepszego chłodzenia (Rysunek 1). Cylinder hydrauliczny odpowiedzialny za ciśnienie nadające jest również chłodzony przepływem oleju silikonowego. Ponadto aparatura deformacyjna w Orleanie wykorzystuje większy rozmiar próbki, o średnicy do 8 mm, aby 1) mikrostruktury mogły lepiej się rozwijać oraz 2) prasa Griggs i prasa Paterson posiadały wspólny wymiar próbki dla przyszłych porównań. Wymaga to zwiększenia średnicy otworu z WC w komorze ciśnieniowej (27 mm zamiast 1 cala, tj. 25,4 mm), co redukuje maksymalne osiągalne ciśnienie do 3 GPa.
Niniejsza praca opisuje procedurę przeprowadzenia eksperymentu z wykorzystaniem nowego aparatu typu Griggs, obejmującą opis wszystkich elementów składających się na konwencjonalny zespół próbki z soli stałej z wykorzystaniem tłoków aluminiowych (Rysunek 2A oraz 2B), a także kolejne etapy ich wytwarzania i wprowadzania do naczynia ciśnieniowego. Opis ten w dużej mierze opiera się na rutynie opracowanej przez wiele lat przez prof. Jana Tullisa i współpracowników na Uniwersytecie Brown (R.I., USA). Powstały zespół próbki jest w pełni odpowiedni do przeprowadzania eksperymentów deformacji współosiowej (czystego ścinania) lub niespółosiowej (ścinania ogólnego) w pełnym zakresie ciśnień i temperatur aparatu typu Griggs. Podczas gdy eksperyment czystego ścinania zazwyczaj wymaga rdzenia pobranego wiertłem o określonej długości (zazwyczaj ≈2 razy średnica próbki), ścinanie ogólne jest zazwyczaj stosowane do strefy wyciętej pod kątem 45° do osi tłoka (Rysunek 2B). Materiał próbki może stanowić plaster rdzenia lub drobnoziarnisty proszek o wybranym rozmiarze ziarna. Wszystkie elementy są owinięte metalową folią i umieszczone w rurce platynowej, zaspawanej (lub spłaszczonej i zagiętej) z obu stron. Temperaturę zazwyczaj monitoruje się za pomocą termopary typu S (stop Pt90%Rd10%) lub typu K (stop Ni), jednak w niniejszej pracy opisano jedynie przygotowanie termopary typu S z wykorzystaniem dwuotworowej rurki osłonowej z mullitu (Rysunek 2C).

<table><tbody><tr><td>Aparat typu Griggs</td>, <td>Sanchez Technologies (Corelab)</td><td>TRI-X 6/1500 SD</td>, <td>Aparat do deformacji typu Griggs, ciało stałe, średnie, Aparat</td></tr><tr><td></td> do deformacji typu Griggs, <td>Sanchez Technologies (Corelab)</td><td>Pompy Stigma 1000/300 i 100/1500</td><td>hydrauliczne pompy strzykawkowe do stosowania ciśnienia</td></tr><tr><td>Prasa trzpieniowa</td><td>Schiltz</td><td>PA. WZ.5000.530</td><td>Prasa trzpieniowa wymagana do włożenia zespołu próbki do zbiornika ciśnieniowego</td></tr><tr><td>Piła wolnoobrotowa</td><td>Presi</td><td>Mecatome T180</td><td>Piła o prawobieżnej prędkości do cięcia tłoka z tlenku glinu i osłony</td></tr><tr><td></td> mulitowej <td>Presi</td><td>LR02033</td><td>Brzeszczot diamentowy</td></tr><tr><td>Prasa hydrauliczna 40 ton</td><td>CompaC</td><td>APA 9040EH1-D</td><td>40-tonowa prasa hydrauliczna do prasowania kawałków soli/ołowiu i ekstrakcji próbki</td></tr><tr><td>Zbiornik ciśnieniowy (i tłoki)</td><td>Zbiornik STRECON</td><td>A4071&nbsp;</td><td>Wewnętrzny rdzeń z węglika wolframu umieszczony w stożkowym stalowym pierścieniu o grubości 1& i wstępnie naprężony przy użyciu techniki nawijania taśmy</td></tr><tr><td></td><td>Tłok deformacyjny</td> <td>STRECON</td><td>Tłok z węglika wolframu do deformacji</td></tr><tr><td></td><td>Tłok ograniczający</td><td>STRECON</td><td>Tłok z węglika wolframu do wywierania ciśnienia</td></tr><tr><td></td> ograniczającego <td>STRECON</td><td>Tłok</td> z <td>węglika wolframu do wstępnego naprężania zbiornika ciśnieniowego</td></tr><tr><td>Mikroskop spawalniczy</td><td>PUK U3</td><td>Lampert</td> PUK 5 <td>Precyzyjny system spawalniczy do spawania termopary i płaszcz platynowy</td></tr><tr><td>Układ chłodzenia Ultracool</td><td>Lauda</td><td>UC 4 E1 PI5 SR BSP &deg; C</td><td>Chłodnica do zbiornika</td></tr><tr><td></td> ciśnieniowego <td>Lauda</td><td>Proline RP850</td><td>Chłodnica do siłownika ograniczającego/końcowego</td></tr><tr><td>Leath</td><td>Schneider electric</td><td>Eurotherm 2704</td><td>Regulator temperatury</td></tr><tr><td>Frezarka</td><td>Enerpac</td><td>P-142</td><td>Pompa ręczna do podnoszenia siłownika</td></tr><tr><td></td> ograniczającego/obciążenia końcowego <td>Przetwornik</td><td></td><td></td></tr><tr><td></td> ciśnienia HBM 1-P3TCP/2000 bar<td>HBM</td><td>1-P3TCP/500 bar</td><td>Przetwornik</td></tr><tr><td></td> ciśnienia <td>HBM</td><td>WA/10 mm</td><td>Przetwornik</td></tr><tr><td></td> przemieszczenia <td>HBM</td><td>WA/50 mm</td><td>Przetwornik</td></tr><tr><td></td> przemieszczenia <td>HBM&nbsp;</td><td>1-C2/200 kN</td><td>Ogniwo</td></tr><tr><td></td> obciążnikowe Przyrząd <td></td> do <td>nauki o Ziemi</td><td>Piec grafitowy: rura grafitowa włożona między dwie tuleje pirofilitowe (wykonane na zamówienie)</td></tr><tr><td></td><td>McDanel</td><td>MRD028330018858</td><td>Mullite Okrągłe rurki</td></tr><tr><td></td> z podwójnym otworem <td>Morgan Advanced Materials</td><td>WH-Feuerfestkitt</td><td>Klej</td></tr><tr><td></td> ceramiczny <td>Tokarka</td><td></td><td></td></tr><tr><td></td> PRECIS T90 L<td>NSK</td><td>EM-255</td><td>Narzędzie diamentowe do równoległego tłoczenia tłoka z tlenku glinu za pomocą tokarki</td></tr><tr><td></td><td>Mecanelec</td><td>CDM &ndash; IP 1 &ndash; 5L / mn</td><td>Przepływomierz do chłodzenia wodą (zbiornik ciśnieniowy)</td></tr><tr><td></td><td>Hedland</td><td>H602A-0005-F1</td><td>Przepływomierz do chłodzenia oleju (siłownik ograniczający / obciążony na końcu)</td></tr><tr><td></td><td>Legris</td><td>S&eacute; RIE 21</td><td>Podwójne samouszczelniające się złącze do rury systemu</td></tr><tr><td></td> chłodzenia wodą <td>Oprogramowanie Corelab</td><td>Falcon</td><td>do monitorowania hydraulicznych pomp</td></tr><tr><td></td> strzykawkowych <td>HBM</td><td>CatmanEasy-HP</td><td>Oprogramowanie do rejestracji danych</td></tr><tr><td></td><td>Schneider electric</td><td>Eurotherm itools</td><td>Oprogramowanie do ustawiania programów dla regulatora</td></tr><tr><td></td> temperatury <td>VWR</td><td>410-0114</td><td>Zaprawa ceramiczna</td></tr><tr><td></td><td>VWR</td><td>231-2322</td><td>Mikroszpatułka</td></tr><tr><td></td><td>VWR</td><td>459-0206</td><td>Pojemnik</td></tr><tr><td></td> ceramiczny <td>VWR</td><td>AnalaR NORMAPUR 27810.364</td><td>Chlorek sodu o czystości 99,9% Piec</td></tr><tr><td></td><td>VWR</td><td>Barnstead/Thermoline 48000</td><td>Stołowy piec muflowy do topienia ołowiu</td></tr><tr><td></td><td>DP/Pr&eacute; cision</td><td>Wykonane na zamówienie</td><td>Narzędzia potrzebne do produkcji kawałków</td></tr><tr><td></td> soli i ołowiu <td>Cincinnati</td><td>TYP PE-5</td><td>Frezarka</td></tr><tr><td></td><td>Memmert</td><td>UNB 400</td><td>Piekarnik do przechowywania soli w proszku i kawałków</td></tr><tr><td></td> soli <td>Otelo</td><td>Otelo 65220023</td><td>Obcinak do rurek do Platinum</td></tr><tr><td></td><td>Otelo</td><td>BAITER 51600202</td><td>Narzędzie</td></tr><tr><td></td> do pilników <td>Otelo</td><td>VADIUM 65172600</td><td>Mikroobcinak</td></tr><tr><td></td> diagnostyczny <td>Otelo</td><td>VADIUM 65172620</td><td>Mikroszczypce płaskie igłowe</td></tr><tr><td>SAM</td><td>EMP-13J</td><td>Okrągły śruba dziurkacz</td>Profesjonalna rurka Platic Chemfluor MFA Minirurka do izolacji przewodów termopary Radiospar RS 370-6717 Złącze termopary płaskiej typu S LEMER<td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td>Ołów (luzem)</td></tr><tr><td></td><td>Goodfellow</td><td>FP301305</td><td>Polyt&eacute; trafluoro&eaostry; thyl&egrave; ne - Film ; Grubość 0,15 mm</td></tr><tr><td>Heraeus</td><td>81128696</td><td>Drut</td>z czystej platyny Heraeus 81128743 Platyna90%/Drut z rodu10% Folia niklowa Alfa Aesar M11C056 Grubość 0,025 wyżarzona 99,5%DP/precyzja Narzędzia do produkcji kawałków soli i ołowiu (na zamówienie)Polyco Bodyguards GL890<td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td>Niebieskie nitrylowe rękawice do badań lekarskich</td></tr></tbody></table>

eksperyment z deformacją pod wysokim ciśnieniem i w wysokiej temperaturze przy użyciu aparatury typu griggsa nowej generacji

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

Aby zająć się procesami geologicznymi na dużych głębokościach, deformacja skał powinna być najlepiej testowana pod wysokim ciśnieniem (> 0,5 GPa) i wysoką temperaturą (> 300 °C). Jednak ze względu na niską rozdzielczość naprężeń obecnych aparatów do pomiaru ciśnienia stałego, pomiary o wysokiej rozdzielczości są obecnie ograniczone do eksperymentów z deformacjami pod niskim ciśnieniem w aparacie ośrodka pod ciśnieniem gazu. Opisano tu nową generację aparatury tłokowo-cylindrowej ("typu Griggsa") w stanie stałym. Zdolny do przeprowadzania eksperymentów z deformacjami wysokociśnieniowymi do 5 GPa i zaprojektowany do adaptacji wewnętrznego ogniwa obciążnikowego, taki nowy aparat oferuje potencjał do ustanowienia technologicznej podstawy dla reologii wysokociśnieniowej. Niniejszy artykuł zawiera szczegółową dokumentację wideo procedury (przy użyciu "konwencjonalnego" zestawu stało-solnego) do przeprowadzania eksperymentów pod wysokim ciśnieniem i w wysokiej temperaturze za pomocą nowo zaprojektowanego aparatu typu Griggsa. Podano również reprezentatywny wynik próbki marmuru karraryjskiego zdeformowanej w temperaturze 700 °C, 1,5 GPa i >10-5 s-1 za pomocą nowej prasy. Powiązana krzywa naprężenie-czas ilustruje wszystkie etapy eksperymentu typu Griggsa, od wzrostu ciśnienia i temperatury do schładzania próbki po zatrzymaniu deformacji. Wraz z przyszłymi osiągnięciami omówiono krytyczne kroki i ograniczenia aparatu Griggsa.

Rycina 9 przedstawia przykład krzywej naprężenie-czas uzyskanej przy użyciu aparatury typu Griggs nowej generacji podczas deformacji w czystym ścinaniu (współosiowym) marmuru z Carrara (próbka rdzeniowa o długości 8 mm) przy szybkości odkształcania 10-5 s-1, temperaturze 70 °C i ciśnieniu nadawczym 1,5 GPa. W takim eksperymencie ciśnienie i temperatura są najpierw zwiększane naprzemiennie, głównie po to, aby zapobiec topnieniu NaCl. Stopiony NaCl jest bardzo korozyjny dla próbki i może nieodwracalnie uszkodzić termoparę. Przez wszystkie kolejne etapy zwiększania ciśnienia i temperatury – tutaj określone jako „etap pompowania” (Rycina 9) – element ołowiany pełni funkcję zapobiegającą odkształceniu się próbki poprzez przenoszenie naprężeń z σ1 na σ3 i odwrotnie, utrzymując w ten sposób w przybliżeniu izostatyczny stan naprężeń w zestawie próbek.
Po osiągnięciu docelowego ciśnienia i temperatury można zastosować okres „prasowania na gorąco”. Ten opcjonalny krok – trwający zazwyczaj 24 h – może być wymagany w celu spiekania proszku próbki przed deformacją, jeśli jest to właściwe. Następnie tłok/siłownik σ1 jest wysuwany w celu zdeformowania próbki, co rozpoczyna tzw. „etap deformacji”. Ten ostatni charakteryzuje się początkowo gwałtownym, a następnie łagodnym wzrostem naprężenia różnicowego (σ1 - σ3), co wynika z tarcia wywołanego przez 1) pierścienie uszczelniające oraz 2) zwiększającą się powierzchnię kontaktu między tłokiem σ1 a elementem ołowianym podczas przemieszczania się σ1 przez ołów. Ta sekcja „docierania” powinna trwać wystarczająco długo, aby precyzyjnie określić punkt styku (kontakt między tłokiem σ1 a górnym tłokiem aluminiowym) za pomocą dopasowania krzywej (Rysunek 9). W tym celu przed rozpoczęciem wysuwania σ1 wymagana jest znaczna grubość ołowiu (≥ 2 mm) pomiędzy tłokiem σ1 a tłokiem aluminiowym. Podczas zbliżania się do górnego tłoka aluminiowego ołów jest szybciej wyciskany jako cienka warstwa próbki, co powoduje umocnienie odkształceniowe ołowiu i sprzyja progresywnemu wzrostowi naprężeń, aż do momentu, gdy tłok σ1 zacznie napierać na kolumnę próbki. Krzywa naprężeń gwałtownie rośnie aż do osiągnięcia warunków granicy plastyczności, co teoretycznie definiuje przejście z zachowania sprężystego do plastycznego (Rysunek 9). Aby zdefiniować naprężenie różnicowe, punkt styku w eksperymencie jest następnie wyznaczany z przecięcia linii przedłużonych krzywej „sprężystej” i krzywej „docierania” (Rysunek 9).
Po całkowitym zatrzymaniu deformacji temperaturę obniża się bardzo szybko (≈ 30 °C/min), aby zachować mikrostruktury. Podczas „hartowania próbki” nieuchronnie dochodzi do znacznego spadku ciśnienia, jednak po tym spadku oba tłoki σ1 i σ3 są powoli cofane poprzez redukcję ciśnienia oleju w siłownikach hydraulicznych (≈ 5 MPa/min). Jest to konieczne w celu ograniczenia powstawania pęknięć odciążeniowych, choć pewne spękania są nieuniknione. Po zakończeniu eksperymentu krzywa naprężenie-czas jest następnie korygowana, aby uzyskać krzywą naprężenie-odkształcenie zdeformowanej próbki od punktu uderzenia (patrz wstawka na Rysunku 9). Korekcje te obejmują 1) sztywność/rozciągliwość aparatury oraz 2) tarcie wywołane przez pierścienie uszczelniające i element ołowiany15,19. Rysunek 10 przedstawia również dwa przykłady zestawu próbki po eksperymencie: jeden zawierający rdzeń z marmuru karraryjskiego (Rysunek 10A i 10B) oraz drugi zrobowany z spiekanego proszku oliwinu, który następnie poddano deformacji w ścinaniu ogólnym w temperaturze 90 °C i ciśnieniu 1,2 GPa przy użyciu wcześniejszej aparatury typu Griggs23 (Rysunek 10C i 10D).
<img alt="Schemat urządzenia do deformacji wysokociśnieniowej; przedstawia przetwornik siły, przetworniki, tłoki i system chłodzenia." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56841/56841fig1.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rycina 1"> 
Rysunek 1: Aparatura typu Griggs nowej generacji. Rysunki schematyczne aparatury typu Griggs, dostępnej obecnie w Institut des Sciences de la Terre d'Orléans (ISTO, Francja) i École Normale Supérieure de Paris (ENS Paryż, Francja). Gdy zestaw próbkowy znajduje się wewnątrz naczynia ciśnieniowego, wysokie ciśnienie ograniczające oraz naprężenie różnicowe są przykładane przez niezależne pompy strzykawkowe za pomocą siłowników hydraulicznych i tłoków/aktuatorów. Temperaturę podnosi się za pomocą prądu elektrycznego o niskim napięciu i wysokim natężeniu, podawanego od dołu zestawu (patrz widok z boku) poprzez grafitowy piec rezystancyjny. Aby chronić matrycę z węglika wolframu (WC), naczynie ciśnieniowe jest również chłodzone przepływem wody z dołu do góry przez płyty/komory chłodzące oraz samo naczynie. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56841/56841fig1large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Aparatura wysokociśnieniowa do badania deformacji skał; opisany schemat, tłok z węglika wolframu (WC), piec grafitowy." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56841/56841fig2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rysunek 2"> 
Rysunek 2: Montaż próbki. Szczegółowy widok elementów składających zespół próbki. σ1 tłok, σ3 przedstawiono również tłok i płytę podstawy – częściowo w przekroju przezroczystym – aby wskazać położenie każdego elementu względem aparatury typu Griggs. A) Przykładowy montaż układu eksperymentu współosiowego. B) Widok rozstrzelony zespołu próbki, dla próbki „współosiowej” (biała) lub „ogólnego ścinania” (zielona). Element ołowiany oraz dolny element solny przedstawiono w formie przeźroczystej. C) Widok 3D termopary typu S z dwuotworową osłoną mulitową, użytej do monitorowania temperatury podczas eksperymentu. WC = węglik wolframu. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56841/56841fig2large.jpg" target="_blank">Aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny, kliknij tutaj.</a>
<img alt="Schemat procesu prasowania i ekstrakcji proszku NaCl; zespół mechaniczny; ilustracja układu eksperymentalnego." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56841/56841fig3.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rysunek 3"> 
Rysunek 3: Narzędzia wymagane do prasowania na zimno zewnętrznych i wewnętrznych elementów solnych z proszku NaCl. A) Widoki 3D podczas prasowania (14 ton przez 30 s) i usuwania zewnętrznych fragmentów soli (po lewej) oraz rysunki w skali odpowiadających im komponentów narzędzia (po prawej). B) Widoki 3D podczas prasowania (6 ton przez 30 s) oraz wyjmowania wewnętrznego elementu solnego (po lewej) oraz rysunki w skali odpowiadających im komponentów narzędzia (po prawej). Niektóre części przedstawiono w trybie przezroczystości. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56841/56841fig3large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ilustracji.</a>
<img alt="Schemat montażu komory wysokociśnieniowej, części mechaniczne oznaczone jako śruby, fragment soli, otwory wiertnicze." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56841/56841fig4v2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rysunek 4"> 
Rycina 4: Narzędzie wymagane do wywiercenia dolnego zewnętrznego elementu solnego. A) Widoki 3D przed (góra) i w trakcie (dół) wiercenia. B) Rysunki w skali (widok 3D, z góry i z boku) narzędzia (przedstawiono tylko jedną część). <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56841/56841fig4large.jpg" target="_blank">Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić większą wersję tej figury.</a>
<img alt="Układ równowagi statycznej z platynowym tyglem, dyskiem i płaszczem; schemat inżynieryjny układu eksperymentalnego." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56841/56841fig5.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rysunek 5"> 
Rysunek 5: Narzędzia wymagane do wykonania platynowej osłony. A) Widok 3D (po lewej) i rysunki w skali (po prawej) narzędzia niezbędnego do wykonania platynowych kubeczków. Poprzez nacisk na platynową płytkę o średnicy 10 mm jej zewnętrzna część jest wyginana w górę na grubość ponad 1 mm w kształt kubeczka, tak aby mogła zostać osadzona i wspawana z platynową tuleją o średnicy 8 mm. B) Widok 3D (góra) i rysunki w skali (dół) narzędzia niezbędnego do zespawania kubka platynowego z płaszczem platynowym (przedstawiono tylko połowę górnego elementu). <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56841/56841fig5large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Schemat procesu prasowania i ekstrakcji ołowiu z opisanymi elementami, ilustrujący konfigurację sprzętową." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56841/56841fig6.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rysunek 6"> 
Rysunek 6: Narzędzie wymagane do wykonania elementu z ołowiu. A) Widok 3D podczas prasowania (4 tony przez 30 s) stopionego ołowiu (50 g). Komponent nr 2 przedstawiono w trybie przezroczystości. B) Widok 3D podczas wyciągania elementu prowadzącego (wymiary przedstawiono na wstawce w lewym górnym rogu). C) Rysunki techniczne komponentów narzędzia w odpowiedniej skali. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56841/56841fig6large.jpg" target="_blank">Proszę kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Schemat naczynia ciśnieniowego z płytą podstawową i zaciskami; układ inżynierii mechanicznej." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56841/56841fig7v2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rysunek 7"> 
Rysunek 7: Zaciski służące do zamocowania tłoka podstawowego do naczynia ciśnieniowego. Widok 3D naczynia ciśnieniowego, tłoka bazowego i zacisków (góra) oraz rysunki w skali górnej i dolnej części jednego zacisku, w tym widok 3D (dół). <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56841/56841fig7large.jpg" target="_blank">Aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku, kliknij tutaj.</a>
<img alt="Schemat aparatury do deformacji; obejmuje pompy i system chłodzenia; stosowany do badań ciśnienia ograniczającego." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56841/56841fig8.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rycina 8"> 
Rycina 8: Hydraulika pomp i systemów chłodzenia. Schemat układu hydraulicznego – obejmujący zawory (V), elektrozawory (EV) i zbiornik oleju (T) – pompy deformacyjnej (fioletowa), pompy nadawczej (pomarańczowa), systemu chłodzenia naczynia ciśnieniowego (jasnoniebieski) oraz systemu chłodzenia tłoka nadawczego/końcowego (żółty). <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56841/56841fig8large.jpg" target="_blank">Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić większą wersję tej figury.</a>
<img alt="Schemat równowagi statycznej przedstawiający krzywą naprężenie-czas, wskazujący etapy pompowania, prasowania i deformacji." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56841/56841fig9.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rycina 9"> 
Rycina 9: Reprezentatywny wynik. Przykład krzywej naprężenie-czas z eksperymentu deformacyjnego z wykorzystaniem aparatu typu Griggs nowej generacji. Eksperyment ten został przeprowadzony współosiowo na próbce rdzeniowej (o długości 8 mm) marmuru z Carrary w 700 °C, 1,5 GPa i prędkość odkształcania wynosząca 10-5 s-1Wynik ten ilustruje kolejne etapy eksperymentu typu Griggsa, który obejmuje: 1) „etap pompowania” w celu zwiększenia ciśnienia i temperatury, 2) „etap prasowania na gorąco” w celu spiekania próbki, jeśli jest to wymagane, 3) „etap deformacji” w celu zdeformowania próbki oraz 4) „etap hartowania” w celu obniżenia ciśnienia i temperatury. Podczas deformacji σ1 tłok najpierw przesuwa się przez ołów (etap „docierania”), a następnie naciska na tłok z tlenku glinu, aby odpowiednio odkształcić próbkę (od punktu uderzenia), co prowadzi do wystąpienia zachowania najpierw sprężystego, a następnie plastycznego (patrz tekst). Po skorygowaniu krzywej naprężenie-czas o tarcie oraz sztywność/rozciągliwość aparatury, od punktu uderzenia wykreślana jest krzywa naprężenie-odkształcenie (wstawka). σ1 = naprężenie wywierane przez σ1 tłok; σ3 = naprężenie przyłożone przez σ3 tłok; P = ciśnienie ograniczające (izostatyczne); T = temperatura. σ1-σ3 = naprężenie różnicowe. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56841/56841fig9large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Układy doświadczalne dla czystego i ogólnego ścinania; termopara, osłona platynowa; badanie odkształceń." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56841/56841fig10.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rycina 10"> 
Rysunek 10: Ekstrakcja próbki. A) Dolna część zestawu próbek wyjęta po eksperymencie opisanym w Rysunek 9. B) Próbka marmuru karraryjskiego (nadal zamknięta w platynowej otoczce) po odkształceniu przez czyste ścinanie przy 700 °C oraz 1,5 GPa w nowym aparacie typu Griggs. C) Dolna część zestawu próbki zawierającego spiekany, a następnie odkształcony w ścinaniu ogólnym proszek oliwinu w 900 °C oraz 1,2 GPa przy użyciu urządzenia typu Griggs z pierwszej wersji23. D) Próbka oliwinu i tarcze ścinające z tlenku glinu (nadal owinięte w platynową osłonkę) po wyjęciu z zestawu próbnego. TC = termopara. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56841/56841fig10large.jpg" target="_blank">Proszę kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>

Deformacja skały musi być określona ilościowo przy wysokim ciśnieniu. Opis procedury przeprowadzania eksperymentów z deformacją w nowo zaprojektowanym aparacie typu Griggsa w ośrodku stałym jest podany tutaj. Stanowi to podstawę technologiczną dla przyszłych badań reologicznych przy ciśnieniach do 5 GPa.

Eksperyment z deformacją pod wysokim ciśnieniem i w wysokiej temperaturze przy użyciu aparatury typu Griggsa nowej generacji

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 ...

Ogólnym celem eksperymentu typu Griggsa jest zbadanie procesów deformacji skał pod wysokim ciśnieniem i temperaturą, zwykle wyższą niż jeden gigapaskal i 300 stopni Celsjusza. Zaletą tej techniki jest to, że odkształcenie można zastosować do ciśnienia pięciu gigapaskalów. Odpowiada to głębokości około 150 kilometrów w Ziemi.Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania z zakresu geologii w dziedzinie geologii strukturalnej, geodynamiki, badań magnetycznych, a nawet planetologii. Korzystamy tu z aparatury nowej generacji typu Griggs, która jest zgodna z europejskimi normami bezpieczeństwa eksperymentów wysokociśnieniowych. Oparty na tłokach w naszej nowej technologii, składa się z metalowej ramy i dwóch siłowników hydraulicznych połączonych z siłownikami i tłokami, które najpierw zwiększają ciśnienie w zespole próbki w zbiorniku ciśnieniowym, a następnie przesuwają centralny tłok w celu odkształcenia próbki.W tym filmie pokazujemy, jak przeprowadzić eksperyment typu Griggs przy użyciu konwencjonalnego zestawu próbek ze źródła stałego. Aby przygotować zestaw próbki, najpierw zmielić co najmniej 60 gramów proszku chlorku sodu o czystości 99,9% w moździerzu ceramicznym. Następnie wyciśnij kawałki soli na zimno.Aby uzyskać dolny zewnętrzny kawałek soli, umieść 17.5 grama zmielonego proszku chlorku sodu w zlewce. Dodaj około 0,1 mililitra wody destylowanej i upewnij się, że sól i woda są dobrze wymieszane. Wlej mokrą sól w proszku do otworu w narzędziu do prasowania soli i umieść jej elementy tłokowe na soli w proszku.Wyciśnij proszek na 14 ton przez 30 sekund, a następnie rozładuj kawałek soli. Wyjmij dolny element naczynia i rozsuń dwa podstawowe kawałki metalu, aby pozostawić pustą przestrzeń poniżej otworu. Ponownie użyj elementów tłoka w prasie hydraulicznej, aby wydobyć kawałek soli od dołu.Po wykonaniu termopary typu S zgodnie z opisem w protokole tekstowym, za pomocą frezarki i narzędzia wiertarskiego wywiercić otwór o średnicy dwóch milimetrów na całej długości dolnego kawałka soli. Na górze dolnego kawałka soli użyj skalpela z trójkątnym ostrzem i ostrym końcem, aby wyciąć mały kanał o głębokości około jednego milimetra i wielkości dwóch milimetrów od otworu termopary do otworu. Aby pokryć próbkę w osłonie, użyj okrągłego pustego stempla, aby wydobyć dwa krążki o średnicy 10 milimetrów z folii platynowej o grubości 0,15 milimetra.Wykonaj dwie platynowe kubki, wyginając jednomilimetrową krawędź każdego krążka za pomocą narzędzia do kształtowania miseczek. Następnie za pomocą obcinaka do rurek przeciąć platynową rurkę o długości próbki plus około trzech milimetrów. Użyj stołowego pieca muflowego, aby wyżarzać platynową rurkę i kubki przez co najmniej dwie godziny w temperaturze 900 stopni Celsjusza.Po wyżarzaniu włóż jedną filiżankę do platynowej rurki i użyj pilnika, aby zeszlifować koniec rurki i kubek na płasko. Następnie zespawaj ze sobą platynowy kubek i rurkę za pomocą narzędzia spawalniczego i mikroskopu spawalniczego PUK 5. Zawiń próbkę w folię niklową o grubości 25 mikrometrów i umieść ją w platynowej probówce.Zamknij rurkę drugim platynowym kubkiem i zmiel je pilnikiem przed zespawaniem kubka i rurki ze sobą. Lekko zegnij końcówki platynowej rurki za pomocą pary płaskich mikroszczypiec igłowych, tak aby górne i dolne tłoki z tlenku glinu mogły zmieścić się jak najdalej w platynowej rurce. Używając tej samej pary płaskich szczypiec, dociśnij rurkę do tłoków z tlenku glinu dookoła, aby utrzymać małą średnicę całkowitą.Złóż dolny zewnętrzny kawałek soli, dolny miedziany dysk i piec grafitowy. Użyj trwałego pisaka, aby zaznaczyć kropkę w oczekiwanym położeniu termapary na zewnętrznej tulei pirofilitowej pieca. Wyjmij zewnętrzny kawałek soli i włóż wewnętrzne kawałki soli wokół tłoków i płaszcza w piecu grafitowym.Utrzymując razem piec grafitowy, wewnętrzne kawałki soli i dolną tarczę miedzianą, użyj frezarki do wywiercenia otworu o średnicy około dwóch milimetrów, w którym oszacowano położenie termopary. Następnie przygotuj kawałek ołowiu, umieszczając ceramiczny wersipian zawierający 50 gramów ołowiu w stołowym piecu muflowym w temperaturze 400 stopni Celsjusza na około 30 minut. Gdy ołów całkowicie się stopi, wlej go szybko na narzędzie ołowiane i natychmiast użyj 40-tonowej prasy hydraulicznej, aby docisnąć ołów na cztery tony przez 30 sekund.Po wyjęciu ołowianego kawałka jak poprzednio i przygotowaniu wkładki z chlorkiem sodu zgodnie z opisem w protokole tekstowym, złóż oba elementy razem. Złóż wszystkie elementy, które składają się na próbkę zespołu, z wyjątkiem górnego miedzianego dysku, elementu ołowianego i pierścieni uszczelniających. Owiń zewnętrzne kawałki soli, kawałek ołowiu i kawałek pirofilitu teflonem.Po zamontowaniu zbiornika ciśnieniowego zgodnie z opisem w protokole tekstowym, należy pozostawić zbiornik zawieszony jak najwyżej nad płytą podstawy. Podczas przenoszenia zespołu próbki ostrożnie włóż termoparę do otworu termopary w płycie podstawy. Następnie umieść zespół próbki na środku płyty podstawy Po umieszczeniu na miejscu dodaj folię z folii Mylar między płytą podstawy a naczyniem ciśnieniowym wokół zespołu.Za pomocą prasy trzpieniowej ostrożnie opuść zbiornik ciśnieniowy na płytę podstawy i włóż zespół próbki do otworu w zbiorniku ciśnieniowym. Podczas wkładania zespołu próbki do zbiornika ciśnieniowego należy upewnić się, że osłona Woolite termopary nie pęknie. Jeśli się zepsuje, może być konieczna wymiana dużej części przykładowego zespołu.Następnie użyj dostosowanych zacisków, aby mocno przymocować zbiornik ciśnieniowy i płytę podstawy do siebie, a następnie dodaj górną miedzianą tarczę, element ołowiany i pierścień uszczelniający sigma three na górze zespołu próbki. Przenieś zbiornik ciśnieniowy do góry nogami i połóż go na stole roboczym. Nasuń plastikowe rurki na każdy drut termopary, aby odizolować je od wszelkich metalowych elementów.Przymocuj każdy przewód do uniwersalnego złącza termopary z płaskim pinem typu S. Zegnij i dopasuj druty do podstawowego rowka płyty podstawy. Przyklej je taśmą do zbiornika ciśnieniowego i umieść kawałek zwykłego arkusza papieru między dwoma drutami.Następnie obróć zbiornik ciśnieniowy do pozycji pionowej i umieść tłok obciążenia końcowego, tłok ograniczający i tłok odkształcający z pierścieniem uszczelniającym sigma one na górze zespołu próbki. Umieść płytę podstawy, zbiornik ciśnieniowy i tłoki na dolnej płycie urządzenia typu Griggs nowej generacji i podłącz złącze termopary do systemu regulacji temperatury. Przygotuj oprogramowanie do eksperymentu z odkształceniem i uruchom pompę odkształcającą zgodnie z opisem w protokole tekstowym, aby przesunąć siłownik odkształcenia.Gdy siłownik odkształcający znajdzie się około trzech do czterech milimetrów nad tłokiem odkształcającym, zatrzymaj pompę i przesuń zbiornik ciśnieniowy, aby je wyrównać. Ważne jest, aby prawie idealnie wyrównać tłok odkształcający z siłownikiem odkształcającym aparatu. W przeciwnym razie tłok może pęknąć podczas eksperymentu.Użyj pompy odkształcającej, aby całkowicie opuścić siłowniki odkształcające, ograniczające i obciążające końcowe, tak aby dotykały tłoków i zaczęły zwiększać ciśnienie zgodnie z opisem w protokole tekstowym. Gdy ciśnienie ograniczające wynosi około 50 megapaskalów, podłącz naczynie i tłoki do układu chłodzenia i odłącz górną część każdego zacisku, który mocował płytę podstawy do zbiornika ciśnieniowego. Dodaj folię z folii Mylar między zaciski a naczynie i rozpocznij podgrzewanie zgodnie z opisem w protokole tekstowym.Następnie użyj pomp hydraulicznych, układu grzewczego i układów chłodzenia, aby przeprowadzić eksperyment z deformacją. Po eksperymencie, gdy systemy ogrzewania i chłodzenia zostaną zatrzymane, a ciśnienie wyniesie około 0,5 megapaskala, ponownie przymocuj płytę podstawy do zbiornika ciśnieniowego za pomocą dostosowanych zacisków. Po otwarciu lub zamknięciu zaworów aparatury zgodnie z opisem w protokole tekstowym, należy odłączyć rurki termosprzęgające układu chłodzenia zbiornika ciśnieniowego.Użyj pompy ręcznej, aby podnieść siłowniki ograniczające i końcowe tak bardzo, jak to możliwe. Uruchom pompę odkształcającą i podnieś siłownik odkształcający o kilka milimetrów bardziej niż siłownik ograniczający. Następnie wyjmij naczynie i tłoki z aparatu typu Griggs nowej generacji.Usuń tłoki odkształcające, ograniczające i obciążające końcowe i połóż naczynie do góry nogami na stole roboczym. Odkręć złącze termopary typu S, wyjmij izolujące rurki z tworzywa sztucznego, odkręć zaciski i zdejmij płytę podstawy i folię Mylar. Obróć naczynie do góry i umieść je na platformie prasy hydraulicznej, aby wyciągnąć zespół próbki od dołu.Umieść kawałek ołowiu na pierścieniu uszczelniającym sigma three i użyj 40-tonowej prasy hydraulicznej, aby wycisnąć zespół próbki. Na koniec ostrożnie zdemontuj zestaw próbki za pomocą szczypiec i skalpela z zakrzywioną krawędzią tnącą. Reprezentatywne wyniki marmuru karraryjskiego zdeformowanego w temperaturze 700 stopni Celsjusza i 1,5 gigapaskali przedstawiono tutaj.Obejmuje to schemat odkształcającego się zespołu próbki oraz krzywą naprężenia w funkcji czasu wytworzoną podczas eksperymentu z odkształceniem. Na początku zarówno ciśnienie, jak i temperatura są zwiększane naprzemiennie na etapie pompowania. Podczas gdy zespół próbki jest podgrzewany za pomocą efektu Joule'a, oba siłowniki przenoszą siły na siłowniki i tłoki, które wywierają ciśnienie w zespole próbki.Po osiągnięciu docelowego ciśnienia i temperatury, w stosownych przypadkach stosuje się okres prasowania na gorąco w celu wyśrodkowania próbki. Następnie tłok odkształcający sigma one jest przesuwany, przesuwając się przez ołów, a następnie naciskając na tłok z tlenku glinu, aby zdeformować próbkę. Opisuje to punkt trafienia, po którym następuje krzywa sprężysta, a następnie plastyczna na etapie odkształcenia.Gdy deformacja zostaje zatrzymana, temperatura szybko spada, a tłoki są cofane, dzięki czemu ciśnienie jest powoli zmniejszane w celu zachowania mikrostruktur. Po eksperymencie krzywa naprężenia w funkcji czasu jest korygowana pod kątem tarcia i sztywności platformy w celu obliczenia całkowitego odkształcenia i naprężenia różnicowego przed scharakteryzowaniem za pomocą technik analitycznych. Tego typu eksperyment można również przeprowadzić z geometrią niewspółosiową, jak pokazano tutaj, dla kruszywa oliwinowego zdeformowanego w temperaturze 900 stopni Celsjusza i 1,2 gigapaskali .Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak przeprowadzać eksperymenty z deformacją przy użyciu aparatury typu Griggsa nowej generacji, w szczególności w celu przygotowania zestawu próbek. Ogólnie rzecz biorąc, osoby początkujące w tej technice potrzebują pewnego doświadczenia w przygotowywaniu zestawu próbek i umieszczaniu go w zbiorniku ciśnieniowym, aby zapewnić dobry wskaźnik sukcesu eksperymentów. Po opanowaniu tej rutyny zajmuje zwykle dziesiątki godzin, częściowo ze względu na dopasowanie krzywej potrzebne do zdefiniowania punktu trafienia.Ważne jest, aby pamiętać, że powodzenie eksperymentu w dużym stopniu zależy od jakości produkcji zestawu próbek. Podczas pompowania i hartowania zaleca się również przesuwanie tłoków tak wolno, jak to możliwe, aby uniknąć złamania jakiegokolwiek elementu metalu.

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

Research

JoVE Journal

Environment

Środowisko

Magnetyczny rezonans jądrowy jest jednym z najważniejszych narzędzi spektroskopowych. W tym artykule przedstawiono opracowanie nowego podejścia pod wysokim ciśnieniem, obecnie do 10,1 GPa. Otwiera to nowe okno na fizykę i chemię materii skondensowanej, w której badania nad wysokimi ciśnieniami mają ogromne znaczenie.

Magnetyczny rezonans jądrowy o wysokiej czułości przy ciśnieniu giga-paskalowym: nowe narzędzie do badania właściwości elektronicznych i chemicznych materii skondensowanej w ekstremalnych warunkach

Pękanie i fragmentacja są zjawiskami późnego stadium w scenariuszach dynamicznego ładowania i są zazwyczaj badane przy użyciu materiałów wybuchowych. Przedstawiamy technikę napędzania rozprężania za pomocą pistoletu gazowego, która w unikalny sposób umożliwia kontrolę zarówno szybkości ładowania, jak i temperatury próbki.

Metoda badania zależności dynamicznego pękania i fragmentacji od temperatury

Przedstawiamy procedurę określania podziału pierwiastków syderofilnych na metalowo-krzemianowe, kładąc nacisk na techniki hamujące powstawanie inkluzji metali w eksperymentach dla metali szlachetnych. Wyniki tych eksperymentów są wykorzystywane do wykazania wpływu tworzenia się jądra na wysoce syderofilny skład pierwiastkowy płaszcza.

Podział metalowo-krzemianowy pod wysokim ciśnieniem i temperaturą: metody eksperymentalne i protokół tłumienia wtrąceń pierwiastków wysoce syderofilnych

Przedstawiono eksperymentalne metody badania procesów chłodzenia ciała stałego oraz charakterystyki właściwości materiałów elastokalorycznych stopów z pamięcią kształtu (SMA). Specjalnie skonstruowane stanowisko testowe zostało zaprojektowane do sterowania i kompleksowego monitorowania procesów chłodzenia elastokalorycznego. Ponadto stanowi platformę walidacyjną dla podejść do modelowania sprzężonego z termomechaniką.

Eksperymentalne metody badania procesów chłodzenia elastokalorycznego opartych na pamięci kształtu i walidacji modeli

Ten protokół proponuje nowatorski dwuosiowy system testowy używany na jednoosiowej maszynie do prób rozciągania z ogrzewaniem oporowym w celu określenia schematu granicznego formowania (FLD) blach w warunkach tłoczenia na gorąco.

Nowatorska dwuosiowa aparatura badawcza do wyznaczania granicy formowania w warunkach tłoczenia na gorąco

Metodologia testów do ilościowego określania właściwości trybologicznych polimerów stosowanych w infrastrukturze wodorowej została zademonstrowana i omówiono charakterystyczne wyniki dla wspólnego elastomeru.

In Situ Wysokociśnieniowe badania trybologiczne wodoru powszechnie stosowanych w infrastrukturze dostarczania wodoru

Tutaj prezentujemy szczegółowy protokół nowego podejścia do przeprowadzania podwyższonej temperatury, odwrotnego normalnego uderzenia płyty, oraz połączonego uderzenia płyty ciśnieniowej i ścinającej. Podejście to polega na zastosowaniu grzałki cewki rezystancyjnej po stronie zamka w celu podgrzania próbki trzymanej na początku żaroodpornego sabotu do żądanej temperatury.

Przeprowadzanie eksperymentów z uderzeniami w płytę ciśnieniowo-ścinającą w podwyższonej temperaturze za pomocą systemu nagrzewnicy Sabot po stronie zamka

Tutaj prezentujemy metodologię dynamicznej charakterystyki próbek rozciągających przy średnich szybkościach odkształcania przy użyciu szybkiej serwohydraulicznej ramy obciążeniowej. Zdefiniowano również procedury oprzyrządowania i analizy tensometrycznej, a także pomiarów odkształceń w korelacji obrazów cyfrowych na próbkach.

Charakterystyka materiału o pośredniej szybkości odkształcania z cyfrową korelacją obrazu

Ten protokół pokazuje, jak przygotować próbkę brykietu i przeprowadzić eksperyment jednoosiowego ściskania brykietu przy różnych ciśnieniach CO2 przy użyciu wizualizowanego systemu testowania sprzężenia gaz-ciało stałe o stałej objętości. Jego celem jest również zbadanie zmian w zakresie właściwości fizycznych i mechanicznych węgla wywołanych adsorpcją CO2 .

Eksperyment jednoosiowego sprężania z węglem zawierającym CO2 przy użyciu wizualizowanego systemu testowego sprzężenia gaz-ciało stałe o stałej objętości

Ta praca skupia się na standardowym protokole przygotowania zewnętrznie ogrzewanej diamentowej komórki kowadełkowej (EHDAC) do generowania warunków wysokiego ciśnienia i wysokiej temperatury (HPHT). EHDAC jest wykorzystywany do badania materiałów we wnętrzach Ziemi i planet w ekstremalnych warunkach, które mogą być również wykorzystywane w fizyce ciała stałego i badaniach chemicznych.

Zewnętrznie ogrzewane kowadełko diamentowe do syntezy i oznaczania elastyczności monokryształów lodu-VII w warunkach wysokiego ciśnienia i temperatury

Przedstawiony tutaj protokół opisuje eksperymenty z wysokociśnieniowymi promieniowymi ogniwami diamentowo-kowadełkowymi i analizę powiązanych danych, które są niezbędne do uzyskania wytrzymałości mechanicznej nanomateriałów ze znaczącym przełomem w stosunku do tradycyjnego podejścia.

Określanie wytrzymałości mechanicznej metali ultradrobnoziarnistych

Poznaj metodę badań odkształceń skał pod wysokim ciśnieniem do 5 GPa przy użyciu nowej generacji aparatury Griggsa. Technika ta umożliwia symulację warunków panujących na głębokości około 150 km w Ziemi.

Eksperyment z deformacją pod wysokim ciśnieniem i w wysokiej temperaturze przy użyciu aparatury typu Griggsa nowej generacji

Przeglądaj więcej filmów