偏光顯微鏡專用巖石薄片的制作

一、摘要：以機械加工的形式(切割與研磨)，將戶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)，從而實現(xiàn)對巖石礦物的定性分析。

　　二、關鍵詞：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作用下由一種或幾種元素結合而成的天然單質或化合物。礦石是從礦體中開采出來的，從中可提取有用組分(元素、化合物或礦物)的礦物集合體。巖石是天然產出的具穩(wěn)定外型的礦物或玻璃按照一定的方式結合而成的集合體。

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

　　最簡單的分析方式卻是根據其所含礦物的物理性質來判斷其組成成分。礦物的物理性質有形狀(宏觀與微觀)、顏色、條痕、光澤、硬度(莫氏硬度)、解理、斷口、相對密度等，所以觀察礦物的宏觀物理性質，或將礦物進行簡單的機械處理再放置在偏光鏡下觀察，就可以實現(xiàn)礦物的定性分析。

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

　　四、實驗步驟：

　　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的面進行簡單的研磨拋光處理。用樹脂膠將拋光面粘在切割機上切割減薄至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手動快速切割機

　　SYJ-200自動精密切割機

　　UNIPOL-1202自動精密研磨拋光機

　　VGT-1620QTD超聲波清洗機

　　多工位薄片粘合臺

　　DZF系列真空干燥箱

　　SYJ-200H手動快速切割機

　　STX-202A小型金剛石線切割機

　　UNIPOL-1202自動精密研磨拋光機

　　GPC-80A精確磨拋控制儀

　　偏光樣片

　　偏光顯微鏡

　　(二)詳細操作：

　　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。設備：SYJ-200H手動快速切割機，切割片：邊緣燒結金剛石鋸片。將設備靠尺固定在5/25mm的位置，樣品靠在靠尺上手動向前推進，約10min左右就可切割出一個25mm×25mm×5mm的長方體，切割面平整光滑。

　　特點：邊緣燒結金剛石鋸片——剛性好，耐用，切削力強，切割面平整、光潔。SYJ-200H手動快速切割機——主軸轉數100rpm~2000rpm可調，循環(huán)水冷卻。

　　2、研磨拋光——將粘接面簡單研磨并拋光。設備：UNIPOL-1202自動精密研磨拋光機、SKZD-2滴料器、SKZD-3滴料器。粗磨是將設備上的鑄鐵盤更換為鋁盤(加磁力片)，吸附200目的電鍍金剛石磨片(或樹脂基金剛石磨片)，加水研磨去除粘接面的切痕與機械損傷層。細磨是改變研磨面的表面粗糙度，為拋光提高亮度做鋪墊。切記研磨時要遵循循序漸進的原則，使用的水磨砂紙或金剛石磨片目數為400#、800#、1200#、1500#、2000#，或使用剛玉磨料滾動研磨(鑄鐵盤、陶瓷盤、玻璃盤)，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，設置適宜的轉數對螢石進行拋光。拋光是進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到鏡面效果。

　　特點：UNIPOL-1202自動精密研磨拋光機——主軸轉數20rpm~125rpm可調。SKZD-2滴料器——滾筒旋轉式自動加料設備，通過調整旋轉速度控制砂漿流速。SKZD-3滴料器——蠕動試自動加料設備，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。

　　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，固定時可能會出現(xiàn)微小氣泡，從而影響觀測，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。

　　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。設備：VGT-1620QTD超聲波清洗機。研磨拋光過程中每更換一種粒度的磨料或砂紙都要認真、仔細地清理設備，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：超聲清洗——可振蕩出螢石樣片內部松動的顆?；蚰チ?，清洗干凈、徹底。

　　4、固定粘接——將拋光面粘接在載玻片上。設備：多工位薄片粘合臺。利用透光率高的樹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的工位下壓實。除將粘接面進行拋光處理這種方式外，還可以用多工位薄片粘合臺將螢石與載玻片壓實的方式排出螢石與載玻片之間的多余樹脂膠與微小氣泡。

　　特點：多工位薄片粘合臺——運用彈簧張力對所固定的樣品進行中心加壓，使樣品整個面受力均勻，還可根據固定樣片特性與檢測需要調整彈簧張力與樣片數量。

　　5、干燥——加速樹脂膠凝固。設備：DZF-系列真空干燥箱。將多工位薄片粘合臺放于真空干燥箱內，60℃干燥半小時即可進行下一步操作。

　　特點：真空干燥箱——內部工作空間大，在50℃~200℃精確控溫，可抽真空或通入惰性氣體來防止礦物氧化。也可作為真空干燥儲藏設備使用。

　　6、切割薄片——機械切割的方式將樣片減薄至0.5mm。設備：SYJ-200H手動快速切割機或STX-202A小型金剛石線切割機。將設備右側普通夾具更換為真空吸附的特殊夾具，吸附樣品后調整夾具左右位置，啟動設備即可在幾分鐘內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完成，將STX-202A切割機的普通載樣塊更換為真空吸盤，選擇適宜直徑的切割線，設置切割參數即可自動切割出0.5mm的薄片。

　　特點：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，就可避免加熱導致步驟4中的樹脂膠軟化或變質，甚至脫落。STX-202A金剛石線切割機——程序控制，可切割任何硬度小于金剛石的導電或不導電樣品，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，并進行拋光處理。設備：UNIPOL-1202自動精密研磨拋光機、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上，設置適宜參數對螢石進行研磨減薄，減薄至0.31mm左右進行拋光，具體操作可參考步驟2。

　　特點：GPC-80A精確磨拋控制儀——配有數顯式千分表，研磨過程中實時精確顯示樣品的磨削量。高平行度與高平面度載樣盤上加裝標準模板，可使樣片輕松固定在載樣盤上。GPC-80A控制儀的特殊結構可保證樣片的平行度在5μm以內。UNIPOL-1202自動精密研磨拋光機——兩個工位，可同時研磨2~4個樣片，每個工位都會模仿人手進行左右擺動，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單，但實驗制作過程中的每一步都要認真仔細。如本實驗研磨過程中更換砂紙或磨料時的清洗要徹底，否則就會造成拋光面出現(xiàn)大量劃傷。粘接固定樣片時要注意避免小氣泡的產生，而影響觀測結果。

　　五、總結：

　　1、單偏光系統(tǒng)鑒定的主要內容：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、夾角

　　C光學性質——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)鑒定的主要內容：消光現(xiàn)象、消光類型、消光角、干涉色級序、延性等

　　3、錐光系統(tǒng)鑒定的主要內容：軸性、光性符號、光軸角、切面類型等

　　根據這些特性可識別礦物。透過顯微鏡不僅可以看到巖石的細微構造，在偏光鏡下的礦物(特別是交叉偏光)猶如另一個彩色世界，瑰麗多變，是一般人不容易接觸的領域。