Пресс с несколькими опорами или пресс с опорами — это тип устройства, связанного с машинным прессом , который используется для создания чрезвычайно высокого давления в небольшом объеме.
Прессы с наковальней используются в материаловедении и геологии для синтеза и изучения различных фаз материалов под экстремальным давлением, а также для промышленного производства ценных минералов, особенно синтетических алмазов , поскольку они имитируют давление и температуру, существующие глубоко в недрах. Земля. Эти инструменты позволяют одновременно сжимать и нагревать образцы твердой фазы миллиметрового размера, такие как горные породы , минералы , керамика , стекло , композитные материалы или металлы , и способны достигать давления выше 25 ГПа (около 250 000 атмосфер) и температуры, превышающей 2500 ° C. Это позволяет физикам-минералам и петрологам, изучающим недра Земли, экспериментально воспроизвести условия, обнаруженные в литосфере и верхней мантии — регионе, который простирается от поверхности до глубины 700 км. Помимо прессования образца, в ходе эксперимента через печь внутри сборки пропускают электрический ток, создавая температуру до 2200 °C. [1] Хотя ячейки с алмазными наковальнями и газовые пушки могут работать даже при более высоких давлениях, аппарат с несколькими наковальнями может вмещать образцы гораздо большего размера, что упрощает подготовку образцов и повышает точность измерений и стабильность экспериментальных параметров.
Пресс с несколькими наковальнями — относительно редкий исследовательский инструмент. Два пресса Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса использовались для различных исследований свойств материалов, включая диффузию и деформацию керамики и металлов, глубокофокусное землетрясение и стабильность минеральных фаз при высоком давлении.
Аппарат с несколькими наковальнями из 6-8 был предложен Каваи и Эндо [2] с использованием разделенной стальной сферы, подвешенной в масле под давлением, позже модифицированной [3] для использования гидравлического плунжера. В 1990 году Уокер и др. [4] упростили первую стадию сжатия, представив конструкцию съемной шляпной коробки, что позволило преобразовать обычные машинные прессы в системы с несколькими опорами. Были внедрены и стандартизированы различные конструкции сборок, включая литые конструкции Уокера [5] и сборки COMPRES. [6] Последние достижения были сосредоточены на измерениях на месте, а также стандартизации материалов и калибровок.
Типичный аппарат с несколькими опорами Kawai Cell 8–6 использует воздушные насосы для создания давления масла, которое приводит в движение вертикальный гидроцилиндр, сжимающий цилиндрическую полость, известную как шляпная коробка. Эта полость заполнена шестью стальными наковальнями (три обращенными вверх и тремя обращенными вниз), которые сходятся на наборе из восьми кубиков карбида вольфрама . Внутренние углы этих кубов усечены, чтобы соответствовать восьмигранной сборке. Эти октаэдры имеют размер от 8 до 25 мм по ребру и обычно состоят из оксида магния или другого материала, который пластично деформируется в диапазоне условий эксперимента, чтобы гарантировать, что эксперимент проходит в условиях гидростатического напряжения. Когда эта сборка сжимается, она выдавливается между кубиками, образуя прокладку. Для проведения эксперимента между двумя противоположными гранями высверливается цилиндр. Эксперименты, требующие нагрева, проводятся в цилиндрической печи из графита или хромита лантана , которая может выделять значительное количество тепла за счет электрического сопротивления. Однако печь с графитом может создавать проблемы при более высоких давлениях из-за его склонности превращаться в алмаз. Мульти-наковальня DIA является основной альтернативой ячейке Каваи: в ней используются шесть наковальнь для сжатия кубического образца. [4]
В принципе, пресс с несколькими опорами по конструкции аналогичен машинному прессу, за исключением того, что он использует увеличение силы для усиления давления за счет уменьшения площади, к которой прилагается сила: