Walker-type Modul

Werkzeug zur Durchführung von Hochdruck-/Hochtemperatur- Synthesen bis zu 25GPa Druck und Temperatruren bis 2.500°C.

Moderne Multianvil Technologien

Die Abbildungen zeigen das so genannte Walker-type-multianvil Modul. Auf der Suche nach Technologien für Hochdruck-/Hochtemperatur- Synthesen zur Erforschung neuer Werkstoffe, bei möglichst großem Probenvolumen und moderaten Herstellungskosten, traf Walker 1990 Festlegungen für dieses Werkzeug an der University of Cambridge. 1998 wurde, auf Grundlage der von Walker festgelegten Daten, am Bayerischen Geoinstitut in Bayreuth ein verbessertes Werkzeug mit einer Belastbarkeit bis 8MN gefertigt.

In Kooperation mit der LMU München wurden 1999 nochmals Veränderungen eingebracht, so wurde zum Beispiel die Belastbarkeit auf 10MN erhöht und das erste Werkzeug in seiner heutigen Ausführung bei der Max Voggenreiter GmbH gefertigt. Im Probeninneren (rot eingefärbter Bereich in Abb. 2) können Drücke bis 25GPa (250.000 bar) und Temperaturen bis 2.500°C erreicht werden. Verwendung findet diese Technologie vor allem bei der Erforschung von Erdbeben und Vulkanen, Mineralogie, Physik, Chemie und superharten Werkstoffen.

Inzwischen werden Walker-type-multianvil Module unter anderem an folgenden Forschungseinrichtungen betrieben: Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Stuttgart, Fachbereich Physik der Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt, Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe in Dresden, Geoforschungszentrum Potsdam, Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia Rom (Italy), Stockholm University, University of Edinburgh und am Institut für Mineralogie und Petrographie der Universität Innsbruck.

DIA und D-DIA

Die Abkürzung „DIA" kommt von „Diamant", da mit dieser Werkzeuggeometrie im Februar 1953 bei ASEA in Schweden (ASEA = Allmänna Svenska Elektriska Aktiebolaget) die erste Diamantsynthese gelang. Im Auftrag des GFZ (GeoForschungsZentrum Potsdam) durften wir ein auf diesem Prinzip beruhendes Werkzeug konstruieren und fertigen. Das DIA6 multianvil module ist für eine Belastung von 17,5MN ausgelegt und wird in einer Voggenreiter Presse am DESY (Deutsches Elektronen Synchrotron) in Hamburg betrieben.

Die Werkzeugkonstruktion ermöglicht es, die Probe mit einem Synchrotron-Strahl zu durchdringen und somit „in-situ", also während des Erhitzungs- und Pressvorganges, zu untersuchen. Im Probeninneren werden Drücke bis 25GPa (250.000bar) und Temperaturen bis 2.000°C erreicht. Gesamtgewicht des Werkzeuges: 2.500 kg.

Piston-Cylinder

Eine weitere Bauform ist das unten abgebildete Piston-cylinder Modul. Es wird in speziell dafür gefertigten Pressen mit zwei Druckzylindern betrieben. Ein von Oben wirkender Vorspannzylinder dichtet den kompletten Werkzeugaufbau mit Kühlsystem ab.

Der eigentliche Arbeitszylinder mit hochgenauer Drucksteuerung wirkt von unten über einen Hartmetallstempel auf die Probe. Durch die Vorspannung wird eine gute Abdichtung und Kühlung des Systems Erreicht. Einsatzgebiete sind, wie beim Belt-Modul, die Grundlagenforschung in Physik, Chemie und Geologie.

Belt

Die Abbildungen in der rechten Spalte zeigen verschiedene Ausführungen der Belt und Pistonzylinder Module. Der Name „Belt" ist abgeleitet vom Aufbau der Werkzeuge. So wird die Hartmetallmatrize im Zentrum durch mehrere „Gürtel" vorgespannt, um die hohen Drücke aufnehmen zu können. Die Härte der zur Herstellung verwendeten Werkstoffe nimmt dabei von Innen nach Außen ab. Der äußere Ring wird oft auch als Kühlmantel verwendet. Die beiden Stempel sind ebenfalls aus Hartmetall gefertigt. Einsatzgebiete sind die Grundlagenforschung in Physik, Chemie und Geologie.