Abbildung zeigt die bisher verwendete Hochdruckzelle. Sie war auf die Strahlbedingungen am CERN abgestimmt (geringe Strahlintensität, großer Strahlquerschnitt), besaß zwei 7mm Bohrungen im Abstand von 17 mm und einen maximal zugänglichen Druckbereich von GPa.
Figure: Hochdruckzelle aus CuBe mit zwei Probenräumen, CERN-Design,
maximal zulässiger Innenendruck 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 GPa Innendruck zu steigern. Abbildung zeigt die neue Hochdruckzelle. Das Design stammt von Thomas Stammler, MPI für Metallforschung, Stuttgart.
Figure: Zylindersymmetrische Hochdruckzelle aus CuBe, PSI-Design,
maximal zulässiger Innenendruck GPa
Zur Zeit sind zwei Zellen aus verschiedenem Material (Ti-6Al-4V und CuBe) und unterschiedlichem Probenvolumen ( 12mm bzw. 7mm Innendurchmesser) im Einsatz. Die charakteristischen Eigenschaften beider Materialien werden in Tabelle verglichen.
Table: Charakteristische Eigenschaften der verwendeten Zellenmaterialien
Die Ti-6Al-4V-Verbindung erscheint aufgrund des besseren Verhältnisses
von Zugfestigkeit und Dichte für
Hochdruck-SR-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 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. ), 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 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 GPa. Da die Hochdruckanlage auf einen Maximaldruck von 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.