偏光顯微鏡專(zhuān)用巖石薄片的制作

 一、摘要：以機(jī)械加工的形式(切割與研磨)，將戶(hù)外采集的巖石礦物制作成可在偏光顯微鏡下觀察的薄片(≤0.03mm)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)巖石礦物的定性分析。

　　二、關(guān)鍵詞：礦物 巖石 切割 粘接 研磨 拋光 清洗 薄片

　　三、引 言：礦物是地殼中的元素在各種地質(zhì)作用下由一種或幾種元素結(jié)合而成的天然單質(zhì)或化合物。礦石是從礦體中開(kāi)采出來(lái)的，從中可提取有用組分(元素、化合物或礦物)的礦物集合體。巖石是天然產(chǎn)出的具穩(wěn)定外型的礦物或玻璃按照一定的方式結(jié)合而成的集合體。

　　在20世紀(jì)60年代以前，分析巖石礦物的主要成分，都是以傳統(tǒng)的化學(xué)分析為主，隨著分析技術(shù)的進(jìn)步，多種儀器分析技術(shù)得到迅速發(fā)展，逐漸結(jié)束了以化學(xué)分析為主的歷史。

　　最簡(jiǎn)單的分析方式卻是根據(jù)其所含礦物的物理性質(zhì)來(lái)判斷其組成成分。礦物的物理性質(zhì)有形狀(宏觀與微觀)、顏色、條痕、光澤、硬度(莫氏硬度)、解理、斷口、相對(duì)密度等，所以觀察礦物的宏觀物理性質(zhì)，或?qū)⒌V物進(jìn)行簡(jiǎn)單的機(jī)械處理再放置在偏光鏡下觀察，就可以實(shí)現(xiàn)礦物的定性分析。

　　本文以螢石礦作例，介紹螢石原料經(jīng)過(guò)切割、研磨、拋光等過(guò)程制作成可在偏光顯微鏡下觀察的樣片。

　　四、實(shí)驗(yàn)步驟：

　　原始螢石礦→切割制成小方塊→單面研磨拋光(清洗)→粘接固定→切割薄片(0.5mm)→研磨減薄(0.03mm)→加蓋玻片→偏光鏡觀察

　　(一)概述：

　　原始螢石較大，不便于觀察，所以要將原始礦物切割成25mm×25mm×5mm小塊，再將25mm×25mm的面進(jìn)行簡(jiǎn)單的研磨拋光處理。用樹(shù)脂膠將拋光面粘在切割機(jī)上切割減薄至0.5mm。將0.5mm的樣片固定在磨拋厚度控制儀上減薄并拋光至0.03mm，最后加上蓋玻片即可放于偏光顯微鏡下觀察了。

 

　　SYJ-200H手動(dòng)快速切割機(jī)

　　SYJ-200自動(dòng)精密切割機(jī)

　　UNIPOL-1202自動(dòng)精密研磨拋光機(jī)

　　VGT-1620QTD超聲波清洗機(jī)

　　多工位薄片粘合臺(tái)

　　DZF系列真空干燥箱

　　SYJ-200H手動(dòng)快速切割機(jī)

　　STX-202A小型金剛石線切割機(jī)

　　UNIPOL-1202自動(dòng)精密研磨拋光機(jī)

　　GPC-80A精確磨拋控制儀

　　偏光樣片

　　偏光顯微鏡

　　(二)詳細(xì)操作：

　　1、切割制成小方塊——將原始的大型礦物分解為小型規(guī)則礦物。設(shè)備：SYJ-200H手動(dòng)快速切割機(jī)，切割片：邊緣燒結(jié)金剛石鋸片。將設(shè)備靠尺固定在5/25mm的位置，樣品靠在靠尺上手動(dòng)向前推進(jìn)，約10min左右就可切割出一個(gè)25mm×25mm×5mm的長(zhǎng)方體，切割面平整光滑。

　　特點(diǎn)：邊緣燒結(jié)金剛石鋸片——剛性好，耐用，切削力強(qiáng)，切割面平整、光潔。SYJ-200H手動(dòng)快速切割機(jī)——主軸轉(zhuǎn)數(shù)100rpm~2000rpm可調(diào)，循環(huán)水冷卻。

　　2、研磨拋光——將粘接面簡(jiǎn)單研磨并拋光。設(shè)備：UNIPOL-1202自動(dòng)精密研磨拋光機(jī)、SKZD-2滴料器、SKZD-3滴料器。粗磨是將設(shè)備上的鑄鐵盤(pán)更換為鋁盤(pán)(加磁力片)，吸附200目的電鍍金剛石磨片(或樹(shù)脂基金剛石磨片)，加水研磨去除粘接面的切痕與機(jī)械損傷層。細(xì)磨是改變研磨面的表面粗糙度，為拋光提高亮度做鋪墊。切記研磨時(shí)要遵循循序漸進(jìn)的原則，使用的水磨砂紙或金剛石磨片目數(shù)為400#、800#、1200#、1500#、2000#，或使用剛玉磨料滾動(dòng)研磨(鑄鐵盤(pán)、陶瓷盤(pán)、玻璃盤(pán))，磨料粒度為14μm、7μm。將金剛石懸浮液(3μm)均勻地加在聚氨酯拋光墊上，設(shè)置適宜的轉(zhuǎn)數(shù)對(duì)螢石進(jìn)行拋光。拋光是進(jìn)一步改善螢石平面度和表面粗糙度，提高亮度。拋光后螢石礦物中伴生的石英等晶體可達(dá)到鏡面效果。

　　特點(diǎn)：UNIPOL-1202自動(dòng)精密研磨拋光機(jī)——主軸轉(zhuǎn)數(shù)20rpm~125rpm可調(diào)。SKZD-2滴料器——滾筒旋轉(zhuǎn)式自動(dòng)加料設(shè)備，通過(guò)調(diào)整旋轉(zhuǎn)速度控制砂漿流速。SKZD-3滴料器——蠕動(dòng)試自動(dòng)加料設(shè)備，適用于懸浮液的滴加，滴加速度為13滴/min~150滴/min(約0.17mL/min~3.5mL/min)可調(diào)。

　　SKZD-2滴料器 SKZD-3滴料器

　　下一步驟是將螢石固定在載玻片上，如螢石平面度與粗糙度不好，固定時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)微小氣泡，從而影響觀測(cè)，此步驟即可避免該現(xiàn)象發(fā)生。改善平面度與表面粗糙度，從而有效防止在螢石粘接載玻片上的環(huán)節(jié)出現(xiàn)氣泡，影響觀測(cè)。

　　3、清洗——去除各道處理工序中殘余研磨削與磨料，振蕩出礦物碎削。設(shè)備：VGT-1620QTD超聲波清洗機(jī)。研磨拋光過(guò)程中每更換一種粒度的磨料或砂紙都要認(rèn)真、仔細(xì)地清理設(shè)備，清洗樣品，避免上一工序中的研磨削或磨料帶入下一工序中，將螢石表面劃傷。

　　特點(diǎn)：超聲清洗——可振蕩出螢石樣片內(nèi)部松動(dòng)的顆?；蚰チ?，清洗干凈、徹底。

　　4、固定粘接——將拋光面粘接在載玻片上。設(shè)備：多工位薄片粘合臺(tái)。利用透光率高的樹(shù)脂膠將螢石固定在載玻片的中間位置，再將粘接好的載玻片放于多工位薄片粘合臺(tái)的工位下壓實(shí)。除將粘接面進(jìn)行拋光處理這種方式外，還可以用多工位薄片粘合臺(tái)將螢石與載玻片壓實(shí)的方式排出螢石與載玻片之間的多余樹(shù)脂膠與微小氣泡。

　　特點(diǎn)：多工位薄片粘合臺(tái)——運(yùn)用彈簧張力對(duì)所固定的樣品進(jìn)行中心加壓，使樣品整個(gè)面受力均勻，還可根據(jù)固定樣片特性與檢測(cè)需要調(diào)整彈簧張力與樣片數(shù)量。

　　5、干燥——加速樹(shù)脂膠凝固。設(shè)備：DZF-系列真空干燥箱。將多工位薄片粘合臺(tái)放于真空干燥箱內(nèi)，60℃干燥半小時(shí)即可進(jìn)行下一步操作。

　　特點(diǎn)：真空干燥箱——內(nèi)部工作空間大，在50℃~200℃精確控溫，可抽真空或通入惰性氣體來(lái)防止礦物氧化。也可作為真空干燥儲(chǔ)藏設(shè)備使用。

　　6、切割薄片——機(jī)械切割的方式將樣片減薄至0.5mm。設(shè)備：SYJ-200H手動(dòng)快速切割機(jī)或STX-202A小型金剛石線切割機(jī)。將設(shè)備右側(cè)普通夾具更換為真空吸附的特殊夾具，吸附樣品后調(diào)整夾具左右位置，啟動(dòng)設(shè)備即可在幾分鐘內(nèi)將固定好的螢石樣片切割成0.5mm的薄片。

　　此步驟還可以用線切割來(lái)完成，將STX-202A切割機(jī)的普通載樣塊更換為真空吸盤(pán)，選擇適宜直徑的切割線，設(shè)置切割參數(shù)即可自動(dòng)切割出0.5mm的薄片。

　　特點(diǎn)：真空吸附——真空吸附的形式可以將載玻片直接吸附固定，不用加熱粘接，就可避免加熱導(dǎo)致步驟4中的樹(shù)脂膠軟化或變質(zhì)，甚至脫落。STX-202A金剛石線切割機(jī)——程序控制，可切割任何硬度小于金剛石的導(dǎo)電或不導(dǎo)電樣品，切割精度高(最小切割厚度為0.08mm，厚度公差為0.02mm)，循環(huán)水或油冷卻。

　　7、研磨拋光——在保證樣品兩表面平行度的前提下研磨減薄至0.03mm，并進(jìn)行拋光處理。設(shè)備：UNIPOL-1202自動(dòng)精密研磨拋光機(jī)、GPC-80A精確磨拋控制儀。將載玻片背面沾少量水固定在GPC-80A精確磨拋控制儀底盤(pán)上，設(shè)置適宜參數(shù)對(duì)螢石進(jìn)行研磨減薄，減薄至0.31mm左右進(jìn)行拋光，具體操作可參考步驟2。

　　特點(diǎn)：GPC-80A精確磨拋控制儀——配有數(shù)顯式千分表，研磨過(guò)程中實(shí)時(shí)精確顯示樣品的磨削量。高平行度與高平面度載樣盤(pán)上加裝標(biāo)準(zhǔn)模板，可使樣片輕松固定在載樣盤(pán)上。GPC-80A控制儀的特殊結(jié)構(gòu)可保證樣片的平行度在5μm以?xún)?nèi)。UNIPOL-1202自動(dòng)精密研磨拋光機(jī)——兩個(gè)工位，可同時(shí)研磨2~4個(gè)樣片，每個(gè)工位都會(huì)模仿人手進(jìn)行左右擺動(dòng)，使樣片研磨的更均勻。

　　8、加蓋玻片，加蓋玻片的方式可參考步驟4。

　　9、偏光顯微鏡下觀察螢石的具體形態(tài)。

　　偏光鏡下的巖石薄片制作方式簡(jiǎn)單，但實(shí)驗(yàn)制作過(guò)程中的每一步都要認(rèn)真仔細(xì)。如本實(shí)驗(yàn)研磨過(guò)程中更換砂紙或磨料時(shí)的清洗要徹底，否則就會(huì)造成拋光面出現(xiàn)大量劃傷。粘接固定樣片時(shí)要注意避免小氣泡的產(chǎn)生，而影響觀測(cè)結(jié)果。

　　五、總結(jié)：

　　1、單偏光系統(tǒng)鑒定的主要內(nèi)容：礦物的形態(tài)、解理、顏色、多色性、吸收性、突起等

　　A形態(tài)：自形程度、單體形態(tài)、集合體形態(tài)

　　B外形特征——解理：在薄片中的形式、等級(jí)、夾角

　　C光學(xué)性質(zhì)——吸收：顏色、多色性和吸收性

　　——折射率：邊緣、貝殼線、糙面、突起、閃突起

　　2、正交偏光系統(tǒng)鑒定的主要內(nèi)容：消光現(xiàn)象、消光類(lèi)型、消光角、干涉色級(jí)序、延性等

　　3、錐光系統(tǒng)鑒定的主要內(nèi)容：軸性、光性符號(hào)、光軸角、切面類(lèi)型等

　　根據(jù)這些特性可識(shí)別礦物。透過(guò)顯微鏡不僅可以看到巖石的細(xì)微構(gòu)造，在偏光鏡下的礦物(特別是交叉偏光)猶如另一個(gè)彩色世界，瑰麗多變，是一般人不容易接觸的領(lǐng)域。

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