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Neue Hochdruckzellen:
Erweiterung des zugänglichen Druckbereichs

Abbildung gif zeigt die bisher verwendete Hochdruckzelle. Sie war auf die Strahlbedingungen am CERN abgestimmt (geringe Strahlintensität, großer Strahlquerschnitt), besaß zwei tex2html_wrap_inline5735 7mm Bohrungen im Abstand von 17 mm und einen maximal zugänglichen Druckbereich von tex2html_wrap_inline6159 GPa.

  
Figure: Hochdruckzelle aus CuBe mit zwei Probenräumen, CERN-Design,
maximal zulässiger Innenendruck tex2html_wrap_inline6161 GPa.

Durch die Verlagerung des Hochdruckspektrometers vom CERN an das Paul-Scherrer-Institut (PSI), Villigen, CH, und den dort herrschenden Strahlbedingungen (hohe Strahlintensität, geringerer Strahlquerschnitt) wurde es möglich und nötig, eine zylindersymmetrische Zellenform zu wählen und somit den zugänglichen Druckbereich auf maximal tex2html_wrap_inline6163 GPa Innendruck zu steigern. Abbildung gif zeigt die neue Hochdruckzelle. Das Design stammt von Thomas Stammler, MPI für Metallforschung, Stuttgart.

  
Figure: Zylindersymmetrische Hochdruckzelle aus CuBe, PSI-Design,
maximal zulässiger Innenendruck tex2html_wrap_inline6163 GPa

Zur Zeit sind zwei Zellen aus verschiedenem Material (Ti-6Al-4V und CuBe) und unterschiedlichem Probenvolumen (tex2html_wrap_inline5735 12mm bzw. tex2html_wrap_inline5735 7mm Innendurchmesser) im Einsatz. Die charakteristischen Eigenschaften beider Materialien werden in Tabelle gif verglichen.

  table1267
Table: Charakteristische Eigenschaften der verwendeten Zellenmaterialien

Die Ti-6Al-4V-Verbindung erscheint aufgrund des besseren Verhältnisses von Zugfestigkeit tex2html_wrap_inline6181 und Dichte tex2html_wrap_inline6183 für Hochdruck-tex2html_wrap_inline5291SR-Experimente als das geeignetere Material. Im Bereich tiefer Temperaturen wird diese Verbindung jedoch zunehmend spröder und die Bruchfestigkeit nimmt ab. Die CuBe-Legierung hingegen besitzt eine wesentlich höhere Wärmeleitfähigkeit tex2html_wrap_inline6187 und behält ihre Elastizität selbst bei tiefen Temperaturen, ist jedoch nich für Temperaturen T>400 K geeignet.

Die Abdichtung des Probenraums erfolgt mittels zweier Dichtkonen (Abb. gif), die mit Hilfe von M20-Sechskantschrauben in den entsprechenden Sitz der Zelle gepreßt werden. Eine der beiden Dichtkonen besitzt eine Bohrung mit konischem Abschluß, an dem über das gleiche Prinzip der Anschluß der Hochdruckleitung erfolgt. Das M5-Außengewinde der Dichtkonen dient zum Entfernen derselben beim Probenwechsel. Die tex2html_wrap_inline5735 1.5 mm Bohrungen am Gewindesitz der Hochdruckzelle dienen der Entlastung des Gewindes bei einer möglichen Leckage.

Durch die einfache, zylindersymmetrische Geometrie der neuen Hochdruckzelle ist es möglich, den maximal zugänglichen Druckbereich relativ genau abzuschätzen (siehe Anhang). Für die verwendete CuBe-Zelle ergibt sich als Bruch- bzw. maximale Belastungsgrenze tex2html_wrap_inline6193 GPa. Da die Hochdruckanlage auf einen Maximaldruck von tex2html_wrap_inline6195 GPa ausgelegt ist, stellt die Hochdruckzelle nunmehr prinzipiell keine Beschränkung mehr dar. Bei einem Belastungstest ohne Probe konnte ein stabiler Innendruck von p = 0.85 GPa erreicht werden. Bei einem Druck von p > 0.85 GPa versagte jedoch die Abdichtung und somit müssen in Zukunft alternative Dichtungsmethoden (z.B. mittels Quetschringen) getestet werden.


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ernst schreier
Fri Mar 14 11:46:58 MET 1997