Benutzer:Phil Mair 85/Stempel-Zylinder-Presse

Einführung

Mit Hilfe der Stempel-Zylinder-Presse (engl. piston-cylinder apparatus) lassen sich Drucke (bis zu 5 GPa) und Temperaturen (bis zu 1700 °C) erreichen, die für die Untersuchung der Struktur und der Dynamik der tieferen Erdkruste und des oberen Erdmantels relevant sind. Die überwiegend geowissenschaftlich ausgerichteten Anwendungen überlappen mit Forschungsansätzen auf Gebieten der Festkörperchemie und der Materialwissenschaften.

Aufbau

Bei der hier beschriebenen Stempel-Zylinder-Presse, deren Bauprinzip und Design maßgeblich auf die Arbeit von Boyd & England (1960) zurückgeht, handelt es sich um ein zweistufiges Hydrauliksystem. Mit dem unteren Hydraulikkolben (Presse 1) wird ein Vordruck auf eine Hochdruckmatrize erzeugt. Der Vordruck schützt einerseits die Hochdruckmatrize mit dem Hartmetallkern (z.B. Wolframcarbid-Kern) bei hohen Probendrucken vor Radialrissen, andererseits wird durch den Vordruck die untere Kühlplatte und die Hochdruckmatrize gegen die obere und gekühlte Deckplatte gedrückt und ausgerichtet. Die untere und die obere Wasserfalle umschließen dadurch die Hochdruckmatrize und bilden einen geschlossenen Wasserkühlkreislauf. In der zentralen Bohrung der Hochdruckmatrize befindet sich die Hochdruckzelle (engl. assembly) in der eine Edelmetallkapsel (z.B. Platin- oder Goldkapsel) mit dem darin enthaltenen Probeninhalt eingebettet ist. Der Hochdruckstempel (engl. piston) sitzt senkrecht ausgerichtet mit seinem unteren Teil in der zentralen Bohrung auf dem oberen Ende der Hochdruckzelle. Sobald der untere Hydraulikkolben von unten nach oben bewegt wird, verschwindet der Hochdruckstempel in die dafür vorgesehen Öffnung in der oberen Deckplatte. Der obere Hydraulikkolben (Presse 2) wird von oben nach unten bewegt, sodass über den Hochdruckstempel der eigentliche Probendruck uniaxial über die Hochdruckzelle auf die Edelmetallkapsel übertragen wird.