Кіріспе
баспа компаниясы Көптеген ұялы пресс немесе ұялы пресс – шағын көлемде өте жоғары қысым тудыруға арналған машиналық пресске ұқсас құрылғы. Ұялы пресстер материалтану және геологияда материалдардың экстремалды қысымдағы әртүрлі фазаларын синтездеу және зерттеу үшін, сондай-ақ, әсіресе синтетикалық алмастарды, құнды минералдарды өнеркәсіптік өндіру үшін қолданылады, себебі олар Жердің терең қабаттарындағы қысым мен температураны имитациялайды. Бұл құралдар миллиметрлік өлшемдегі қатты фазалы үлгілерді – тастарды, минералдарды, керамиканы, шыныны, композиттік материалдарды немесе металдарды бір уақытта қысуға және қыздыруға мүмкіндік береді және 25 ГПа-дан (шамамен 250 000 атмосфера) жоғары қысымға және 2500 °C-тан жоғары температураға жетуге қабілетті. Бұл жердің ішкі құрылымын зерттейтін минерал физиктері мен петрологтарға литосфера мен жоғарғы мантияда, яғни жер бетіне жақын қабаттан 700 км тереңдікке дейінгі аймақта кездесетін жағдайларды тәжірибелік түрде қайта жасай алуға мүмкіндік береді. Үлгіні қысумен қатар, тәжірибе барысында электр тогы құрылым ішіндегі пеш арқылы өткізіліп, 2200 °C-қа дейін температура тудырылады. Алмаздық ұялы жасушалар мен жеңіл газ тапаншалары одан да жоғары қысымға қол жеткізе алғанымен, көп ұялы аппарат әлдеқайда үлкен үлгілерді қабылдай алады, бұл үлгіні дайындауды жеңілдетеді және өлшемдердің дәлдігін, сондай-ақ тәжірибелік параметрлердің тұрақтылығын арттырады. Көп ұялы пресс – салыстырмалы түрде сирек кездесетін зерттеу құралы. Лоуренс Ливермор ұлттық зертханасының екі пресі материалдық қасиеттерді зерттеуге, соның ішінде керамика мен металдардың диффузиясы мен деформациясы, терең ошақты жер сілкінісі және минералды фазалардың жоғары қысымдағы тұрақтылығын зерттеу үшін пайдаланылды.
A multi anvil press, or anvil press is a type of device related to a machine press that is used to create extraordinarily high pressures within a small volume. Anvil presses are used in materials science and geology for the synthesis and study the different phases of materials under extreme pressure, as well as for the industrial production of valuable minerals, especially synthetic diamonds, as they mimic the pressures and temperatures that exist deep in the Earth. These instruments allow the simultaneous compression and heating of millimeter size solid phase samples such as rocks, minerals, ceramics, glasses, composite materials, or metals and are capable of reaching pressures above 25 GPa (around 250,000 atmospheres) and temperatures exceeding 2,500 °C. This allows mineral physicists and petrologists studying the Earth's interior to experimentally reproduce the conditions found throughout the lithosphere and upper mantle, a region that spans the near surface to a depth of 700 km. In addition to pressing on the sample, the experiment passes an electric current through a furnace within the assembly to generate temperatures up to 2,200 °C. Although Diamond anvil cells and light gas guns can access even higher pressures, the multi anvil apparatus can accommodate much larger samples, which simplifies sample preparation and improves the precision of measurements and the stability of the experimental parameters. The multi anvil press is a relatively rare research tool. Lawrence Livermore National Laboratory's two presses have been used for a variety of material property studies, including diffusion and deformation of ceramics and metals, deep focus earthquake, and the high pressure stability of mineral phases.
Тарих
6-8 көп ануілдік аппаратураны Кавай мен Эндо қысыммен толтырылған майға ілінген, бөлінген болат шарды пайдалану арқылы ұсынды, кейіннен гидравликалық поршеньді қолдану үшін модификацияланды. 1990 жылы Уокер және авторлар бірінші қысу сатысын жеңілдетіп, алынып-қойылатын «шляпа қорабы» дизайнын енгізді, бұл қалыпты машиналық престерді көп ануілдік жүйелерге түрлендіруге мүмкіндік берді. Walker құймасы және COMPRES жиналымдары сияқты әртүрлі жиналымдық конструкциялар енгізіліп, стандартталды. Жақындағы жетістіктер in situ өлшемдерге, материалдарды және калибрлеуді стандарттауға бағытталған.
Негізгі жобалау
Кәуәйдің 8–6 ұялы көп аспапты құрылғысы майды қысымға түсіру үшін ауа сорғыларын пайдаланады, бұл тік гидравликалық поршенді «шатыр қорап» деп аталатын цилиндрлі кеңістікті қысуға итермелейді. Бұл кеңістік үш беті жоғары, үш беті төмен қаратылған алты болаттан жасалған ұяшықтармен және сегіз вольфрам карбиді кубтарынан тұрады. Бұл кубтардың ішкі бұрыштары октаэдрлі жинаққа сәйкес келу үшін қиылып жасалған. Октаэдрлердің қабырғалары 8 мм-ден 25 мм-ге дейін жетеді және әдетте магний оксидінен немесе эксперименттік жағдайлардың диапазонында пластикалық деформацияға ұшырайтын басқа материалдан жасалады, бұл эксперимент гидростатикалық күштер астында жүргізіледі деп кепілдік береді. Бұл жинақ қысылғанда, кубтардың арасынан сығылып, тығыздағыш құрайды. Эксперимент орналастыру үшін екі қарама-қарсы бет арасында цилиндр тесігі бұрғыланады. Жылу қажетті эксперименттер цилиндрлі графит немесе лантановый хромит пешімен қоршалған, ол электрлік кедергі арқылы көп мөлшерде жылу тудыра алады. Дегенмен, графит пешінің жоғары қысымда алмазға айналуға бейімділігі қиындықтар тудыруы мүмкін. DIA көп ұялы құрылғысы Кәуәй ұяшығының негізгі баламасы болып табылады: ол куб тәрізді сынаманы қысу үшін алты ұяшықты пайдаланады.
Көп қабатты амунддағы өлшемдер
Үлгілерді талдаудың көп бөлігі эксперимент тоқтатылғаннан кейін және көп ұялы престен алынып тасталғаннан кейін жүргізіледі. Дегенмен, өлшеулерді in situ (жерінде) жүргізу де мүмкін. Температураны және қысымды дәл өлшеу үшін терможұптар немесе қысымға сезімтал резисторлар сияқты тізбектерді құрастыруға болады. Материал арқылы сейсмикалық жылдамдықтарды өлшеу немесе материалдардың тығыздығын анықтау үшін акустикалық интерферометрия қолданылуы мүмкін. Кедергіні күрделі импеданс спектроскопиясы арқылы өлшеуге болады. Магниттік қасиеттерді арнайы конфигурацияланған көп ұялы престерде күшейтілген ядролық магниттік резонанс арқылы өлшеуге болады. Бұл құрылғы синхротрон және нейтронды шашырату көздеріндегі зерттеушілерге экстремалды жағдайларда үлгілердің құрылымын өлшеу үшін дифракциялық эксперименттер жүргізуге мүмкіндік береді. Бұл, төмен температура мен қысымда кинетикалық және термодинамикалық тұрақсыздыққа байланысты, сөндіруге келмейтін материя фазаларын бақылау үшін маңызды. Жоғары қысымдағы балқымалардың тұтқырлығы мен тығыздығын тұнба-қалқыма әдісі және нейтронды томография арқылы жерінде өлшеуге болады. Бұл әдісте үлгіге платина шарлары сияқты, айналасындағы материалмен салыстырғанда тығыздығы және нейтронды шашырату қасиеттері әртүрлі заттар енгізіледі және объектінің балқыма арқылы батып немесе қалқып бара жатқан жолы қадағаланады. Тығыздықты есептеу үшін бір мезгілде әртүрлі қалықтау қабілетіне ие екі объектіні пайдалануға болады. Геологтар негізінен Жердің терең қабаттарындағы жағдайларды және материалдарды қайта жаңғыртуға, тікелей байқау мүмкін емес геологиялық процестерді зерттеуге қызығушылық танытады. Әр түрлі минералдық фазалар мен текстураларға қандай жағдайлар себепші екенін анықтау үшін минералдар немесе тау жыныстары синтезделеді. Геоғалымдар сондай-ақ көп ұялы престерді тау жыныстарының реакция кинетикасын, тығыздығын, тұтқырлығын, сығымдалуын, диффузиясын және экстремалды жағдайлардағы жылу өткізгіштігін өлшеу үшін пайдаланады.