Die im Hochdrucklabor vorhandenen Belt-Apparaturen ermöglichen es, Experimente bei einem Druck von 3 bis ca. 6.5GPa und einer Temperatur von bis zu 1800°C durchzuführen. Der maximal erreichbare Druck ist deutlich geringer als bei einer Multi-Anvil-Apparatur, doch das Probenvolumen ist deutlich größer und der Probenaufbau ingesamt einfacher.

Schnittansicht durch die Belt-Apparatur

Es können Kapseln (vorwiegend aus Platin) zur Aufnahme des Probenmaterials mit einem Außendurchmesser von bis zu 4.4 mm und einer Länge von bis zu 5 mm verwendet werden. Somit ergibt sich ein Probenvolumen von bis zu 50 mm3.

Im Unterschied zu einer Stempel-Zylinder-Apparatur mit zylindrischem Stempel und Druckkammer werden bei bei der Belt-Apparatur zwei konische Stempel aus Wolframkarbid in eine vorgespannte Wolframkarbid-Matrize gedrückt (siehe Schnittansicht oben). Die Standfestigkeit der so geformten Stempel ist deutlich größer als die der zylindrischen Stempel. Zusätzlich zur Stempelgeometrie hat die Pyrophyllitdichtung einen Einfluss auf die Druckfestigkeit, denn sie drückt sich zwischen Druckring und Stempel. Dadurch werden die Flanken der Stempel zusätzlich gestützt.

Versuchsaufbau eines Belt-Experimentes

Als Druckmedium dient polykristallines Calciumfluorid, das in eine Zylinderform geschliffen wird. In der zentrischen Bohrung befindet sich ein Widerstandsofen aus Graphit. Die Kapselhalter im Inneren bestehen ebenfalls aus CaF2 und haben zylindrische Sacklöcher, in die Probenkapsel eingepasst wird. Das Thermoelementpaar wird seitlich unter die Probenkapsel geführt (siehe Bild unten). Der elektrische Kontakt zwischen den Stempeln und dem Heizelement wird über einen Stahlring und eine mit Rhodium beschichtete Stahlschreibe (orange) hergestellt. Eine Pyrophyllitscheibe auf den Stempelflächen schützt diesen stark beanspruchten Teil der Stempel, während die Rhodiumbeschichtung eine Reaktion des Stahls mit dem Kohlenstoff des Heizröhchens aus Graphit verhindert.

5000kN-Presse

5000kN-Presse im Geozentrum

Anleitung Belt-Apparatur
Aufbau eines Experimentes und Bedienung der Anlage
Anleitung (16 Seiten, pdf)

Belt-Apparatur

Belt-Apparatur (ø ca. 0,5 m)

Ermüdungsbruch

Belt mit Ermüdungsbruch