金刚石压腔外加热实验时的附加压力

Additional pressure to the sample of DAC by external heating

郑海飞 段体玉 乔二伟 孙樯

北京大学地球与空间科学学院，北京，100871，中国

金刚石压腔的高温实验有内加热和外加热两种方法。其中内加热主要是采用激光加热，外加热则主要是利用金刚石压腔外部的电热丝通以电流进行加热。这两种方法各有优缺点，可以相互补充。前者进行实验的温度可高于2000℃。其缺点是具有较高的温度梯度和实验的高温区斑点较小，不利于进行高温高压原位测量；后者是温度梯度较小，但可进行的温度较低，一般低于1000℃。因此目前大多数原位测量，如高温高压下物质的晶胞大小、热膨胀系数、压缩系数以及体变模量等常需要采用外加热的方法。

然而，由于金刚石压腔的结构所决定的，在外加热时压机本身受热将会膨胀，因此垫片中的样品体系将存在附加的压力。为了考察高温对金刚石压腔产生的附加压力到底有多大，我们用水作为样品进行了高温高压下温度与体系压力之间关系的研究。

实验中的温度用K型热电偶测量。压力用石英压标进行标定，该压标可以同时标定的温度和压力分别是：-196 ℃< T <560℃和0GPa < P < 2.0GPa。附图是该实验获得的温度-压力关系图解。由图可以看出，在较低温度时，压腔中实际测量得到的压力与水的状态方程计算获得的压力很接近，但随着温度的增高实际测量得到的压力越来越高于用水的状态方程计算得到的压力。我们对这种现象的解释是，由于外部电热丝进行加热时，金刚石顶砧、底座和垫片（包括样品）三者的热膨胀大于压腔外部的热膨胀，因此导致了金刚石和底座对垫片和样品产生了附加的压力。

图 金刚石压腔中的实际压力和用水的状态方程计算得到的压力。其中实心圆点是压腔采用石英压标确定的压力，

曲线1和2分别是用BS和HGK方程计算的压力 

因此，在用该方法进行实验时应该使用那些可以在高温下标定压力的方法标定压力。若无法使用高温标定压力，则首先必须通过实验获得高温产生的附加压力值以作为实验时进行压力校正。