Wie bei allen Festkörperpressen beruht das Prinzip der Druckerzeugung auch bei der Vielstempel- oder Multi-Anvil-Apparatur auf der Übertragung einer großen Kraft auf eine möglichst kleine Fläche. Bei der Stempel-Zylinder-Apparatur und der Belt-Apparatur wird die Kraft uniaxial über den Stempel auf das Druckmedium übertragen und der Autoklav (Druckbehälter) nur extensiv belastet. Da Wolframkarbid, das zwar eine sehr hohe Druckfestigkeit aufweist, jedoch schon bei vergleichsweise geringen Zugbelastungen bricht, muss der Kern mit einer Vorspannung in einen stählernen Druckring einpresst werden. Aus diesem Grund kann der maximale Innendruck nur unwesentlich über dem durch die Vorspannung des Stahlringes kompensierten Druck liegen.

Bei der Multi-Anvil-Apparatur hingegen wird das Wolframkarbid, bedingt durch die Geometrie, nur auf Druck belastet (es wird entlang von vier Raumdiagonalen zusammengedrückt). Dies erhöht den maximalen Druck, der mit diesem Aufbau erreicht werden kann. Bei allen acht Wolframkarbid-Würfeln ist je eine Ecke senkrecht zur Raumdiagonalen gestutzt (siehe Bild links). Die Kantenlänge beträgt mit steigendem Versuchsdruck entweder TEL = 11, 8 oder 4 mm (TEL = truncated edge lenght). Im Zentrum der acht Würfel entsteht hierdurch ein oktaedrischer Hohlraum, in den das Druckmedium mit Widerstandsofen, Thermoelement und Probenkapsel eingebracht wird (siehe Bild unten: Aufbau der Oktaedergruppe). Das Druckmedium wird von ca. 2.75 mm starken Pyrophyllit-Dichtungen umgeben, die den anfänglichen Abstand der Würfel voneinander definieren und das Druckmedium an der Extrusion hindern. Das Pyrophyllit migriert entlang der {100}-Flächen in den Zwischenraum und ermöglicht so eine Annäherung der einzelnen Stempel.

Aufbau der Oktaedergruppe in der Multi-Anvil-Apparatur

Hydraulische Presse mit Feinregulierung

Für die Arbeit mit der Multi-Anvil-Apparatur steht eine 8000kN-Presse zur Verfügung (siehe Bild rechts oben). Die Presse ist als verschraubte Rahmenplattenkonstruktion ausgelegt und gewährleistet eine exakte Planparallelität der Druckflächen. Da einerseits die Wolframkarbidwürfel unter extremen Belastungen sehr bruchempfindlich bei Belastungsänderungen sind und anderseits bei schnellem Druckabbau nach Ende eines Experimentes die Gefahr eines "Blow-Outs" besteht, ist die Anlage mit einer schrittmotorgetriebenen Spindelpresse (Bild rechts unten) ausgestattet. Diese Anlage erlaubt eine sehr präzise Druckregulierung und verlängert damit die Standzeiten der Würfel aus Wolframkarbid erheblich.

Unter einem "Blow-Out" versteht man das explosionsartige Herausschießen der Pyrophyllit-Dichtungen (siehe Bild "Probenraum", Mitte rechts), das in den meisten Fällen die Zerstörung eines oder mehrerer Würfel zur Folge hat.

Aufbau und Durchführung eines Multi-Anvil-Experiments

Aufbau eines Experimentes und Bedienung der 800t-Anlage

Anleitung (pdf)

8000kN-Presse

8000kN-Presse im Geozentrum

Probenraum

Hier sind 4 der 8 Stempel und 8 der 12 Pyrophyllit-Dichtungen (gelb) dargestellt. Die 8 Dreiecksflächen der Würfel bilden einen oktaedrischen Hohlraum, in dem sich die Probenzelle befindet.

Probenaufbau
14/8-Rhenium-Assembly (pdf)
14/8-LaCrO₃-Assembly (pdf)

Druckregulierung

Die Druckregulierung erfolgt mittels einer schrittmotorgetriebenen Spindelpresse.

Multi-Anvil-Kuchen
Multi-Anvil-Kuchen (jpg)