Name: high-pressure, high-temperature deformation experiment using the new generation griggs-type apparatus
Uploaded: 2018-04-03T12:30:00
Duration: 12 min 30 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about High-pressure, High-temperature Deformation Experiment Using the New Generation Griggs-type Apparatus at JoVE.com

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://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sea-Floor+Spreading+and+Continental+Drift.">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://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modes+of+continental+Lithospheric+Extension.">Modes of continental Lithospheric Extension.</a> J. Geophys. Res. 96 (B12), 20161-20178 (1991).</li><li>Bercovici, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+generation+of+plate+tectonics+from+mantle+convection.">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.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Numerical+modelling+of+strain+localisation+during+extension+of+the+continental+lithosphere.">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.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Continental+rifting+as+a+function+of+lithosphere+mantle+strength.">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="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+long-term+strength+of+the+continental+lithosphere:+"Jelly+sandwich"+or+"cr&#232;me+br&#251;l&#233;e".">The long-term strength of the continental lithosphere: "Jelly sandwich" or "cr&#232;me br&#251;l&#233;e".</a> GSA today. 16 (1), 4-10 (2006).</li><li>Tackey, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mantle+Convection+and+Plate+Tectonics:+Toward+an+Integrated+Physical+and+Chemical+Theory.">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.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+high-pressure,+high-temperature+apparatus+for+rock+deformation.">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://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrolytic+weakening+of+quartz+and+other+silicates.">Hydrolytic weakening of quartz and other silicates.</a> Geophys. J. Int. 14 (1-4), 19-31 (1967).</li><li>Tullis, T. E., Tullis, J., Hobbs, B. E., Heard, H. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+Rock+Deformation+Techniques.">Experimental Rock Deformation Techniques.</a> Mineral and Rock Deformation: Laboratory Studies: The Paterson Volume. Geophys. Mono. Series. 36, 297-324 (1986).</li><li>Green, H. W., Borch, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+New+Molten+Salt+Cell+for+Precision+Stress+Measurements+at+High+Pressure.">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://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+deformation-DIA:+A+new+apparatus+for+high+temperature+triaxial+deformation+to+pressures+up+to+15+GPa.">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="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preliminary+deformation+experiment+of+ringwoodite+at+20+GPa+and+1700+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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-pressure+rotational+deformation+apparatus+to+135+GPa.">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.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Accurate+differential+stress+measurement+using+the+molten+salt+cell+and+solid+salt+assemblies+in+the+Griggs+apparatus+with+applications+to+strength,+piezometers+and+rheology.">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.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Method+for+correction+of+differential+stress+calculations+from+experiments+using+the+solid+salt+assembly+in+a+Griggs-type+deformation+apparatus.">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://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+constraints+on+the+strength+of+the+lithospheric+mantle.">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.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+flow+law+for+dislocation+creep+of+quartz+aggregates+determined+with+the+molten+salt+cell.">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., St&#246;ckhert, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Servohydraulically-controlled+Deformation+Apparatus+for+Rock+Deformation+under+Conditions+of+Ultra-high+Pressure+Metamorphism.">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://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+Investigation+of+Eclogite+Rheology+and+Its+Fabrics+at+High+Temperature+and+Pressure.">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. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+stripwound+tools+in+high+and+low+volume+cold-forging+production,+(7th+Int.+Cold+Forging+Congress,+Birmingham+1985).">Application of stripwound tools in high and low volume cold-forging production, (7th Int. Cold Forging Congress, Birmingham 1985).</a> Drahtwelt. 72, 10-11 (1985).</li><li>Li, Z., Li, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Melting+curve+of+NaCl+to+20+GPa+from+electrical+measurements+of+capacitive+current.">Melting curve of NaCl to 20 GPa from electrical measurements of capacitive current.</a> Am. Min. 100 (8-9), 1892-1898 (2015).</li><li>Pr&#233;cigout, J., St&#252;nitz, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evidence+of+phase+nucleation+during+olivine+diffusion+creep:+A+new+perspective+for+mantle+strain+localization.">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://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evolution+of+c+axis+pole+Figures+and+grain+size+during+dynamic+recrystallization:+Results+from+experimentally+sheared+quartzite.">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://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wide-band+optical-mechanical+system+for+measuring+acoustic+emissions+at+high+temperature+and+pressure.">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 border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1347">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Griggs-type apparatus</td>
			<td style="width:237px;">Sanchez Technologies (Corelab)</td>
			<td style="width:236px;">TRI-X 6/1500 SD</td>
			<td style="width:659px;">Solid-medium Griggs-type deformation apparatus</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;"></td>
			<td style="width:237px;">Sanchez Technologies (Corelab)</td>
			<td style="width:236px;">Stigma pumps 1000/300 and 100/1500</td>
			<td>hydraulic syringe pumps to apply pressure</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Arbor press</td>
			<td style="width:237px;">Schiltz</td>
			<td style="width:236px;">PA.WZ.5000.530</td>
			<td>Arbor press required to insert the sample assembly into the pressure vessel</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Low-speed saw</td>
			<td style="width:237px;">Presi</td>
			<td style="width:236px;">Mecatome T180</td>
			<td>Law-speed saw to cut alumina piston and mullite sheath</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:237px;">Presi</td>
			<td style="width:236px;">LR02033</td>
			<td>Diamond saw blade</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">40 tons hydraulic press</td>
			<td style="width:237px;">CompaC</td>
			<td style="width:236px;">APA 9040EH1-D</td>
			<td>40-ton hydraulic press to press salt/lead pieces and extract the sample</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Pressure vessel (and pistons)</td>
			<td style="width:237px;">STRECON</td>
			<td>vessel A4071&#160;</td>
			<td>Inner tungsten-carbide core inserted into a 1&#176; conical steel ring and pre-stressed using the strip winding technique</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:237px;">STRECON</td>
			<td>Deformation piston</td>
			<td>Tungsten carbide piston to apply deformation</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:237px;">STRECON</td>
			<td>Confining piston</td>
			<td>Tungsten carbide piston to apply confining pressure</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:237px;">STRECON</td>
			<td>End-load piston</td>
			<td>Tungsten carbide piston to pre-stress the pressure vessel</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">PUK U3</td>
			<td style="width:237px;">Lampert</td>
			<td style="width:236px;">PUK 5 welding microscope</td>
			<td>Fine welding system to weld the thermocouple and platinum jacket</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Cooling system Ultracool</td>
			<td style="width:237px;">Lauda</td>
			<td style="width:236px;">UC 4 E1 PI5 SR BSP &#176;C</td>
			<td>Cooler for the pressure vessel</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:237px;">Lauda</td>
			<td style="width:236px;">Proline RP850</td>
			<td>Cooler for the confining/end-load ram</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Leath</td>
			<td style="width:237px;">Schneider electric</td>
			<td style="width:236px;">Eurotherm 2704</td>
			<td>Temperature controller</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Milling machine</td>
			<td style="width:237px;">Enerpac</td>
			<td style="width:236px;">P-142</td>
			<td>Hand pump to lift up the confining/end-load ram</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:237px;">HBM</td>
			<td style="width:236px;">1-P3TCP/2000 bar</td>
			<td style="width:659px;">Pressure transducer</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:237px;">HBM</td>
			<td style="width:236px;">1-P3TCP/500 bar</td>
			<td style="width:659px;">Pressure transducer</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:237px;">HBM</td>
			<td style="width:236px;">WA/10 mm</td>
			<td style="width:659px;">Displacement transducer</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:237px;">HBM</td>
			<td style="width:236px;">WA/50 mm</td>
			<td style="width:659px;">Displacement transducer</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:237px;">HBM&#160;</td>
			<td style="width:236px;">1-C2/200 kN</td>
			<td>Load cell</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:23px;width:216px;"></td>
			<td style="width:237px;">Geoscience instrument</td>
			<td style="width:236px;"></td>
			<td>Graphite furnace: graphite tube inserted between two pyrophyllite sleeves (custom-made)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:237px;">McDanel</td>
			<td>MRD028330018858</td>
			<td>Mullite Round Double Bore Tubing</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:237px;">Morgan Advanced Materials</td>
			<td style="width:236px;">WH-Feuerfestkitt</td>
			<td>Ceramic glue</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:237px;">PRECIS</td>
			<td style="width:236px;">T90 L</td>
			<td>Lathe</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:237px;">NSK</td>
			<td style="width:236px;">EM-255</td>
			<td>Diamond tool to parallelize alumina piston using the lathe</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:237px;">Mecanelec</td>
			<td style="width:236px;">CDM &#8211; IP 1 &#8211; 5L/mn</td>
			<td>Flow meter for water cooling (pressure vessel)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:237px;">Hedland</td>
			<td style="width:236px;">H602A-0005-F1</td>
			<td>Flow meter for oil cooling (confining/end-load ram)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:237px;">Legris</td>
			<td style="width:236px;">S&#233;rie 21</td>
			<td>double-self-sealing coupler for tube of the water cooling system</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:237px;">Corelab</td>
			<td style="width:236px;">Falcon</td>
			<td>Software to monitor the hydraulic syringe pumps</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:237px;">HBM</td>
			<td style="width:236px;">CatmanEasy-HP</td>
			<td>Software to record data</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:237px;">Schneider electric</td>
			<td style="width:236px;">Eurotherm itools</td>
			<td>Software to set programs for the temperature controller</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:237px;">VWR</td>
			<td style="width:236px;">410-0114</td>
			<td>Ceramic mortar</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:237px;">VWR</td>
			<td style="width:236px;">231-2322</td>
			<td>Microspatule</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:237px;">VWR</td>
			<td style="width:236px;">459-0206</td>
			<td>Ceramic recipient</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:237px;">VWR</td>
			<td style="width:236px;">AnalaR NORMAPUR 27810.364</td>
			<td>Sodium Chloride 99.9% purity</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;"></td>
			<td style="width:237px;">VWR</td>
			<td style="width:236px;">Barnstead/Thermoline 48000 furnace</td>
			<td>Benchtop Muffle furnace for melting lead</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:237px;">DP/Pr&#233;cision</td>
			<td style="width:236px;">Custom made</td>
			<td>Tools needed to produce the salt and lead pieces</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:237px;">Cincinnati</td>
			<td style="width:236px;">TYPE PE-5</td>
			<td>Milling machine</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:237px;">Memmert</td>
			<td style="width:236px;">UNB 400</td>
			<td>Oven to stock salt powder and salt pieces</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:237px;">Otelo</td>
			<td style="width:236px;">Otelo 65220023</td>
			<td>Tubing cutter for Platinum</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:237px;">Otelo</td>
			<td style="width:236px;">BAITER 51600202</td>
			<td>File tool</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:237px;">Otelo</td>
			<td style="width:236px;">VADIUM 65172600</td>
			<td>Diagional micro-cutter</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:237px;">Otelo</td>
			<td style="width:236px;">VADIUM 65172620</td>
			<td>Flat needle nose micro-pliers</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:237px;">SAM</td>
			<td style="width:236px;">EMP-13J</td>
			<td>Round screw hollow punch</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:237px;">Professional Platic</td>
			<td style="width:236px;">Chemfluor MFA Tube</td>
			<td>Minitube for isolating thermocouple wires</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:237px;">Radiospar</td>
			<td style="width:236px;">RS 370-6717</td>
			<td>S-type flat pin thermocouple connector</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:237px;">LEMER</td>
			<td style="width:236px;"></td>
			<td>Lead (bulk)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:237px;">Goodfellow</td>
			<td style="width:236px;">FP301305</td>
			<td>Polyt&#233;trafluoro&#233;thyl&#232;ne - Film ; 0.15 mm thickness</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:237px;">Heraeus</td>
			<td style="width:236px;">81128696</td>
			<td>Pure Platinum wire</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:237px;">Heraeus</td>
			<td style="width:236px;">81128743</td>
			<td>Platinum90%/Rhodium10% wire</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:237px;">Alfa Aesar</td>
			<td style="width:236px;">M11C056</td>
			<td>Nickel foil 0.025 thickness annealed 99.5%</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:237px;">DP/precision</td>
			<td style="width:236px;"></td>
			<td>Tools to produce the salt pieces and lead piece (custom-made)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:237px;">Polyco Bodyguards</td>
			<td style="width:236px;">GL890</td>
			<td>Blue Nitrile Medical Examination gloves</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

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>

Watch this Scientific Journal Video about High-pressure, High-temperature Deformation Experiment Using the New Generation Griggs-type Apparatus at JoVE.com

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

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 ...

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Mechanical Engineering

Environment

Unit 1

Deflection of Beams

SCIENTISTS IN ACTION

Methods for Performing Crosses in Setaria viridis, a New Model System for the Grasses

Methods for Performing Crosses in Setaria viridis, a New Model System for the Grasses

Methoden voor het uitvoeren van Kruisen in<em&gt; Setaria viridis</em&gt;, Een Nieuw Model Systeem voor de Grassen

Setaria viridis is an emerging model system for C4 grasses. It is closely related to the bioenergy feed stock switchgrass and the grain crop foxtail ...

Automated Gel Size Selection to Improve the Quality of Next-generation Sequencing Libraries Prepared from Environmental Water Samples

Geautomatiseerde Gel Size Selectie om de kwaliteit van next-generation sequencing bibliotheken Bereid uit Environmental watermonsters Verbeteren

Next-generation sequencing of environmental samples can be challenging because of the variable DNA quantity and quality in these samples. High quality DNA ...

A New Application of the Electrical Penetration Graph (EPG) for Acquiring and Measuring Electrical Signals in Phloem Sieve Elements

A New Application of the Electrical Penetration Graph EPG for Acquiring and Measuring Electrical Signals in Phloem Sieve Elements

Een nieuwe toepassing van de elektrische Penetration Graph (EPG) voor het verwerven en het meten van elektrische signalen in Floëem Sieve Elements

Electrophysiological properties of cells are often studied in vitro, after dissociating them from their native environments. However, the study of ...

Understanding Dissolved Organic Matter Biogeochemistry Through In Situ Nutrient Manipulations in Stream Ecosystems

Understanding Dissolved Organic Matter Biogeochemistry Through In Situ Nutrient Manipulations in Stream Ecosystems

Het begrijpen van opgeloste organische stof Biogeochemie Through<em&gt; In Situ</em&gt; Nutrient manipulaties in Stroom Ecosystems

Dissolved organic matter (DOM) is a highly diverse mixture of molecules providing one of the largest sources of energy and nutrients to stream ecosystems. ...

Determination of Inorganic Arsenic in a Wide Range of Food Matrices using Hydride Generation - Atomic Absorption Spectrometry.

Bepaling van anorganisch arseen in een Hydride generatie - atomaire-absorptiespectrometrie met breed bereik van de Matrices van de levensmiddelen.

The European Food Safety Authority (EFSA) underlined in its Scientific Opinion on Arsenic in Food that in order to support a sound exposure assessment to ...

Development of New Methods for Quantifying Fish Density Using Underwater Stereo-video Tools

Ontwikkeling van nieuwe methoden voor het kwantificeren van de dichtheid van de vissen met behulp van onderwater Stereo-video Tools

The use of video camera systems in ecological studies of fish continues to gain traction as a viable, non-extractive method of measuring fish lengths and ...

An Ultra-clean Multilayer Apparatus for Collecting Size Fractionated Marine Plankton and Suspended Particles

Een Ultra-Clean gelaagde apparaat voor het verzamelen van grootte gefractioneerde mariene Plankton en zwevende deeltjes

The distributions of many trace elements in the ocean are strongly associated with the growth, death, and re-mineralization of marine plankton and those ...

A Novel Method for the Pentosan Analysis Present in Jute Biomass and Its Conversion into Sugar Monomers Using Acidic Ionic Liquid

Een nieuwe methode voor de analyse van de Pentosan aanwezig in Jute biomassa en de omzetting in suiker monomeren met zure Ionische vloeistof

Recently, ionic liquids (ILs) are used for biomass valorization into valuable chemicals because of their remarkable properties such as thermal stability, ...

Design and Use of an Apparatus for Quantifying Bivalve Suspension Feeding at Sea

Ontwerp en gebruik van een apparaat voor het kwantificeren van tweekleppige schorsing voeding op zee

As shellfish aquaculture moves from coastal embayments and estuaries to offshore locations, the need to quantify ecosystem interactions of farmed bivalves ...

An Optimized Rhizobox Protocol to Visualize Root Growth and Responsiveness to Localized Nutrients

Een geoptimaliseerde Rhizobox Protocol bij het visualiseren van de wortelgroei en responsiviteit gelokaliseerde nutriënten

Roots are notoriously difficult to study. Soil is both a visual and mechanical barrier, making it difficult to track roots in situ without destructive ...