Yeni nesil Griggs tipi cihazlar kullanarak yüksek basınç, yüksek sıcaklık deformasyon deney

Griggs tipi bir deneyin genel amacı, tipik olarak bir gigapaskal ve 300 santigrat dereceden daha yüksek olan yüksek basınç ve sıcaklıktaki kayaların deformasyon süreçlerini araştırmaktır. Bu tekniğin avantajı, deformasyonun beş gigapaskal basınca kadar uygulanabilmesidir. Bu da Dünya'da yaklaşık 150 kilometrelik bir derinliğe tekabül ediyor.

Bu yöntem, yapısal jeoloji, jeodinamik, manyetik çalışmalar ve hatta planetoloji alanlarında jeolojideki temel soruları yanıtlamaya yardımcı olabilir. Burada, yüksek basınçlı deneylerin güvenliği için Avrupa standartlarına uygun yeni nesil Griggs tipi bir cihaz kullanıyoruz. Yeni teknolojimizdeki pistonlara bağlı olarak, metalik bir çerçeve ve aktüatörlere ve pistonlara bağlı iki hidrolik şahmerdandan oluşur ve bu elemanlar önce basınçlı kap içindeki numune düzeneğini basınçlandırır ve ardından numuneyi deforme etmek için merkezi pistonu ilerletir.

Mevcut videoda, geleneksel katı kaynak numune düzeneğini kullanarak Griggs tipi bir deneyin nasıl gerçekleştirileceğini gösteriyoruz. Numune düzeneğini hazırlamak için önce %99,9 saflıkta en az 60 gram sodyum klorür tozunu bir seramik havanda öğütün. Daha sonra tuz parçalarını soğuk presleyin.

Alt dış tuz parçasını üretmek için, 17.5 gram öğütülmüş sodyum klorür tozunu bir behere yerleştirin. Yaklaşık 0,1 mililitre damıtılmış su ekleyin ve tuz ile suyun iyice karıştığından emin olun. Islak tuz tozunu tuz presleme aletinin delik deliğine doldurun ve piston bileşenlerini tuz tozunun üzerine yerleştirin.

Tozu 14 tonda 30 saniye boyunca bastırın ve ardından tuz parçasını boşaltın. Alt kap bileşenini çıkarın ve sondaj deliğinin altında boş bir alan bırakmak için iki bazal metal parçayı birbirinden ayırın. Bir kez daha, tuz parçasını aşağıdan çıkarmak için hidrolik presteki piston bileşenlerini kullanın.

Metin protokolünde açıklandığı gibi bir S tipi termokupl yaptıktan sonra, alt tuz parçasının uzunluğu boyunca iki milimetre çapında bir delik açmak için bir freze makinesi ve delme aleti kullanın. Alt tuz parçasının üst kısmında, termokupl deliğinden deliğe kadar yaklaşık bir milimetre derinliğinde ve iki milimetre genişliğinde küçük bir kanal oymak için üçgen bıçaklı ve keskin uçlu bir neşter kullanın. Numuneyi kılıflamak için, 0,15 milimetre kalınlığındaki bir platin folyodan 10 milimetre çapında iki diski çıkarmak için yuvarlak şekilli içi boş bir zımba kullanın.

Kap şekillendirme aletini kullanarak her diskin bir milimetre kenarını bükerek iki platin kap yapın. Ardından, numunenin uzunluğunda ve yaklaşık üç milimetre uzunluğunda bir platin tüp kesmek için bir boru kesici kullanın. Platin tüpü ve kapları 900 santigrat derecede en az iki saat tavlamak için tezgah üstü bir kül fırını kullanın.

Tavlandıktan sonra, platin tüpe bir fincan yerleştirin ve tüpün ucunu ve fincanı düz bir şekilde öğütmek için bir eğe aleti kullanın. Ardından, kaynak aleti ve bir PUK 5 kaynak mikroskobu kullanarak platin kabı ve boruyu birbirine kaynaklayın. Numuneyi 25 mikrometre kalınlığında bir nikel folyoya sarın ve platin tüpe yerleştirin.

Tüpü ikinci platin kap ile kapatın ve fincan ile boruyu birbirine kaynaklamadan önce dosya aletiyle zımparalayın. Üst ve alt alümina pistonların platin tüpe mümkün olduğunca sığabilmesi için bir çift düz iğne burunlu mikropense kullanarak platin tüpün uçlarını hafifçe bükün. Aynı düz pense çiftini kullanarak, küçük bir toplam çapı korumak için boruyu alümina pistonlarının üzerine bastırın.

Alt dış tuz parçasını, alt bakır diski ve grafit fırını bir araya getirin. Fırının dış piroilit manşonunda termakuplin beklenen konumunda bir noktayı işaretlemek için kalıcı bir kalem kullanın. Dış tuz parçasını çıkarın ve iç tuz parçalarını grafit fırınının içindeki pistonların ve ceketin etrafına yerleştirin.

Grafit fırını, iç tuz parçalarını ve alt bakır diski bir arada tutarken, termokuplun konumunun tahmin edildiği yaklaşık iki milimetre çapında bir delik açmak için freze makinesini kullanın. Ardından, 50 gram kurşun içeren seramik bir versipian 400 santigrat derecede yaklaşık 30 dakika boyunca bir tezgah üstü kül fırınına yerleştirerek kurşun parçasını hazırlayın. Kurşun tamamen eridiğinde, hızlı bir şekilde kurşun parça aletine dökün ve hemen 40 tonluk hidrolik presi kullanarak kurşunu 30 saniye boyunca dört tonda bastırın.

Kurşun parçayı daha önce olduğu gibi çıkardıktan ve metin protokolünde açıklandığı gibi sodyum klorür ekini hazırladıktan sonra, iki parçayı birbirine birleştirin. Üst bakır disk, kurşun parça ve salmastra halkaları dışında numune düzeneğini oluşturan tüm parçaları bir araya getirin. Dış tuz parçalarını, kurşun parçayı ve baz pirofilit parçasını Teflon ile sarın.

Basınçlı kap metin protokolünde ayrıntılı olarak açıklandığı gibi monte edilmişken, kabı taban plakasının üzerinde mümkün olduğunca yüksekte asılı bırakın. Numune düzeneğini taşırken, termokupl'u taban plakasının termokupl deliğine dikkatlice yerleştirin. Ardından numune düzeneğini taban plakasının ortasına yerleştirin Yerine oturduktan sonra, taban plakası ile düzeneğin etrafındaki basınçlı kap arasına bir Mylar film folyosu ekleyin.

Basınçlı kabı dikkatlice taban plakasına indirmek için çardak presini kullanın ve numune düzeneğini basınçlı kabın delik deliğine yerleştirin. Numune tertibatını basınçlı kaba yerleştirirken, termokuplun Woolite kılıfının kırılmadığından emin olun. Kırılırsa, numune düzeneğinin büyük bir parçasını değiştirmeniz gerekebilir.

Ardından, basınçlı kabı ve taban plakasını sıkıca birbirine sabitlemek için uyarlanmış kelepçeler kullanın ve numune düzeneğinin üzerine üst bakır diski, kurşun parçayı ve sigma üç salmastra halkasını ekleyin. Basınçlı kabı baş aşağı taşıyın ve bir çalışma tezgahının üzerine koyun. Herhangi bir metal parçadan yalıtmak için plastik tüpleri termokuplun her bir telinin üzerine kaydırın.

Her kabloyu bir S tipi evrensel düz pimli termokupl konektörüne sabitleyin. Telleri bükün ve taban plakasının bazal oluğuna yerleştirin. Bunları basınçlı kap üzerine bantla yapıştırın ve iki tel arasına bir parça normal kağıt tabakası koyun.

Ardından basınçlı kabı dik konuma getirin ve uç yük pistonunu, sınırlama pistonunu ve deformasyon pistonunu sigma bir salmastra halkası ile numune tertibatının üzerine yerleştirin. Taban plakasını, basınçlı kabı ve pistonları yeni nesil Griggs tipi aparatın alt plakasına yerleştirin ve termokupl konektörünü sıcaklık düzenleme sistemine takın. Deformasyon deneyi için yazılımı hazırlayın ve deformasyon aktüatörünü ilerletmek için metin protokolünde açıklandığı gibi deformasyon pompasını çalıştırın.

Deformasyon aktüatörü, deformasyon pistonunun yaklaşık üç ila dört milimetre üzerinde olduğunda, pompayı durdurun ve hizalamak için basınçlı kabı hareket ettirin. Deformasyon pistonunu aparatın deformasyon aktüatörü ile neredeyse mükemmel bir şekilde hizalamak önemlidir. Aksi takdirde, deney sırasında bir piston kırılabilir.

Deformasyon, sınırlama ve uç yük aktüatörlerini pistonlara değecek ve metin protokolünde açıklandığı gibi basıncı artırmaya başlayacak şekilde tamamen indirmek için deformasyon pompasını kullanın. Sınırlama basıncı yaklaşık 50 megapaskal olduğunda, kabı ve pistonları soğutma sistemine takın ve taban plakasını basınçlı kaba sabitleyen her bir kelepçenin üst kısmını ayırın. Kelepçeler ve kap arasına bir Mylar film folyosu ekleyin ve metin protokolünde açıklandığı gibi ısıtmaya başlayın.

Daha sonra deformasyon deneyini gerçekleştirmek için hidrolik pompaları, ısıtma sistemini ve soğutma sistemlerini kullanın. Deneyden sonra, ısıtma ve soğutma sistemleri durdurulduğunda ve basınç yaklaşık 0,5 megapaskal olduğunda, uyarlanmış kelepçeleri kullanarak taban plakasını basınçlı kaba yeniden takın. Aparatın vanalarını metin protokolünde açıklandığı gibi açtıktan veya kapattıktan sonra, basınçlı kap için soğutma sisteminin termokuplaj borularını çıkarın.

Sınırlama ve uç yük aktüatörlerini mümkün olduğunca yukarı kaldırmak için el pompasını kullanın. Deformasyon pompasını çalıştırın ve deformasyon aktüatörünü sınırlama aktüatöründen birkaç milimetre daha yukarı kaldırın. Daha sonra yeni nesil Griggs tipi aparattan kabı ve pistonları çıkarın.

Deformasyonu, sınırlamayı ve uç yük pistonlarını çıkarın ve kabı bir çalışma tezgahının üzerine baş aşağı koyun. S tipi termokupl konektörünü sökün, yalıtkan plastik tüpleri çıkarın, kelepçeleri sökün ve taban plakasını ve Mylar folyoyu çıkarın. Kabı dik çevirin ve numune düzeneğini aşağıdan çıkarmak için hidrolik presin platformuna yerleştirin.

Sigma üç salmastra halkasının üzerine bir parça kurşun koyun ve numune tertibatını bastırmak için 40 tonluk hidrolik presi kullanın. Son olarak, pense ve eğri kesici kenarlı bir neşter kullanarak numune tertibatını dikkatlice sökün. 700 santigrat derecede ve 1.5 gigapaskal'da deforme olan Carrara mermerinin temsili sonuçları burada gösterilmektedir.

Bu, deforme olan numune düzeneğinin bir şemasını ve deformasyon deneyi sırasında üretilen gerilime karşı zaman eğrisini içerir. İlk başta, pompalama aşamasında hem basınç hem de sıcaklık dönüşümlü olarak arttırılır. Numune düzeneği Joule etkisi kullanılarak ısıtılırken, her iki koç da numune düzeneğine basınç uygulayan aktüatörlere ve pistonlara kuvvet iletir.

Hedef basınç ve sıcaklığa ulaşıldığında, varsa numuneyi ortalamak için bir süre sıcak presleme uygulanır. Daha sonra sigma bir deformasyon pistonu ilerletilir, kurşun boyunca hareket eder ve daha sonra numuneyi deforme etmek için alümina pistonu iter. Bu, deformasyon aşamasında bir isabet noktasını ve ardından elastik ve ardından plastik bir eğriyi tanımlar.

Deformasyon durdurulduğunda, sıcaklık hızlı bir şekilde düşürülür ve pistonlar geri hareket ettirilir, böylece mikro yapıları korumak için basınç yavaşça azaltılır. Deneyden sonra, analitik tekniklerle karakterizasyondan önce toplam gerinim ve diferansiyel gerilimi hesaplamak için sürtünme ve teçhizat sertliği için gerilime karşı zaman eğrisi düzeltilir. Bu tür bir deney, 900 santigrat derece ve 1.2 gigapaskalda deforme olmuş bir Olivin agregası için burada gösterildiği gibi koaksiyel olmayan geometri ile de gerçekleştirilebilir.

Bu videoyu izledikten sonra, özellikle numune düzeneğini hazırlamak için yeni nesil Griggs tipi aparatı kullanarak deformasyon deneylerinin nasıl yapılacağını iyi anlamış olmalısınız. Genel olarak, bu tekniğe yeni olan kişiler, deneylerin iyi bir başarı oranını güvence altına almak için numune düzeneğini hazırlama ve basınçlı kaba yerleştirme konusunda biraz deneyime ihtiyaç duyarlar. Bir kez ustalaştıktan sonra, bu rutin, kısmen isabet noktasını tanımlamak için gereken eğri uydurma nedeniyle genellikle onlarca saat sürer.

Bir deneyin başarısının büyük ölçüde numune düzeneğinin üretim kalitesine bağlı olduğunu hatırlamak önemlidir. Pompalama ve su verme sırasında, herhangi bir metal parçanın kırılmasını önlemek için pistonların mümkün olduğunca yavaş hareket ettirilmesi de önerilir.