岩石薄片制备：岩石薄片分析
在光学矿物学和岩石学领域，薄片是一种精心制作的实验室样品，适用于岩石、矿物、土壤、陶器、骨骼甚至金属的研究，设计用于在偏光岩石显微镜、电子显微镜或电子探针下进行观察。制备过程包括用金刚石锯精确切割样品以获得一块薄片，然后将其抛光至光学平整度。随后将样品固定在玻璃载片上，并通过逐渐细化的研磨颗粒将其抛光至30微米的厚度。该方法使用Michel-Lévy干涉颜色图表，并以石英作为厚度标准，因为它在自然界中非常丰富。
当样品放置在两片相互垂直的偏振片之间观察时，薄片中的矿物会改变光线的颜色和强度，从而表现出其光学特性。这些光学特性的变化使得大多数造岩矿物得以轻松识别，例如斜长石，其表现为带有多条平行双晶面的透明矿物，或单斜辉石，其表现为含有正交辉石析出的大型蓝绿色矿物。
薄片的制备是为了研究岩石中矿物的光学特性，它是岩石学领域不可或缺的一部分，为母岩的起源和演化提供了宝贵的见解。
石灰岩样品的岩石薄片制备
石灰岩是一种主要由方解石和霰石（碳酸钙的不同晶体结构）组成的沉积岩。这种岩石类型主要由珊瑚和有孔虫等海洋生物的骨骼碎片组成，占所有沉积岩总体积的约10%。石灰岩在水和弱酸中的溶解性会导致喀斯特地貌的形成，这种地貌特征是由数千到数百万年间的水侵蚀作用形成的。这一地质过程导致了大多数洞穴系统的形成，而这些洞穴通常形成于石灰岩基岩中。石灰岩具有多种实际应用，包括用作建筑材料、道路建设中的骨料、牙膏和涂料等产品中的白色颜料或填料，以及化学原料。
| 石灰岩的切割和研磨阶段 | |
|---|---|
| 使用设备： | 薄片切割研磨机 - KemTech Geo |
| 切割盘： | Ø200 金刚石切割轮（金属结合剂，高浓度） |
| 研磨轮： | Ø175 金刚石杯形研磨轮，35微米 |
| 标准载玻片 27 x 46 x 1.27，144片 | |
| 石灰岩的抛光阶段 | |
| 使用设备： | KemTech III 薄片抛光机 |
| 样品固定器： | 真空夹具（样品夹具） |
| 板/垫： | 铸铁研磨板，PSU-M和MBL-M抛光垫 |
- 使用KemTech Geo的左侧切割站，从主岩样中获取一块8-10毫米的样品。
- 使用KemTech III上的研磨板，用碳化硅和水粗化玻璃载片的表面，以增强样品的固定性。
- 用KEPT环氧树脂将岩石样品固定到玻璃载片上，并置于Geofix中，通过压力确保牢固粘接。
- 将玻璃载片放置在KemTech Geo左侧站的真空夹具上，并使用特殊的载片切割机制将样品厚度减少至约2.0毫米。
- 将样品移至KemTech Geo的右侧站，使用真空精确研磨样品。调整数字微米计至零，并开始使用研磨杯进行研磨，将样品厚度从2.0毫米减少至80微米，当样品厚度达到200微米时，以50微米的增量进行调整。
- 将KemTech真空夹具设定到所需的最终厚度，并将均匀研磨的样品固定在真空夹具表面。
- 使用KemTech III机器上的碳化硅和水混合物对样品进行研磨，直到夹具的金刚石面止动环接触铸铁研磨板。此时会通过声音变化加以指示。
- 移除载片并进行清洁和检查。载片现在已准备好在KemTech III上进行抛光。
- 使用超声波清洁器清洁真空夹具以去除任何研磨浆料污染，并调整金刚石止动环高于真空面板。
- 将铸铁研磨板替换为铝制可拆卸盘，并安装PSU-M抛光垫。
- 用金刚石悬浮液给Aku-Disp浆料泵充电，并将泵设定为每8-10秒分配2秒的浆料。
- 将研磨后的样品安装到清洁的真空夹具上，并使用PSU和MBL布料进行抛光，逐渐将金刚石悬浮液的微米尺寸减少到所需的厚度和表面光洁度（约30微米）。移除样品并清洁。载片现在已准备好进行分析。
石灰岩
石灰岩微结构
石灰岩：切割后状态 (10x)
石灰岩：6μ金刚石研磨 (10x)
石灰岩：3μ金刚石膏抛光 (10x)
石灰岩：1μ金刚石膏抛光 (10x)
MgO-Cr砖的岩石薄片制备
冷镶嵌阶段
嵌模直径： 25-40 毫米
冷镶嵌树脂： KEPT环氧树脂
切割后的样品必须彻底干燥，可以通过常规干燥方法或将热板设置为35°C进行干燥。环氧树脂应按2:1比例混合并倒入模具中。模制样品应放置在KemVac中，在650 mm/Hg的真空压力下持续10-12分钟。在此期间，可能会出现嵌模混合物中的气泡，但通常会在45分钟内消散。然后，真空压力应调整到100 mm/Hg至130 mm/Hg之间，使用真空计进行调节。固化过程约需8小时完成。
使用KemTech Geo进行样品切割和研磨
准备使用KemTech Geo切割样品时，建议将样品厚度保留在10毫米左右作为前一道切割步骤的结果。过薄的样品可能导致切割片松动。目标样品厚度应为2-3毫米，可以通过视觉判断与KemTech Geo一起实现。更换切割片时，只需移除前部的两个固定口并将机器板朝上定位。确保水流对准切割片的金刚石边缘以获得最佳效果。
循环系统可以提供帮助，因为机器耗水量较大。KemTech Geo不使用金属，因此不需要冷却剂或防锈剂。样品通过真空系统固定，计数器设置为-600到-500。通过调整固定口，真空夹具可适配1" x 2"、1" x 3"和2" x 3"的玻璃载片。样品高度不应超过目标厚度。
真空泵配备了两侧的水箱，需保持在最大水位以下以避免泵损坏。建议在每次使用前排空水箱。
为获得高效结果，最好先将玻璃片平整化。这将确保样品平整并厚度均匀。可使用KemTech III上的真空夹具完成此步骤。为增强与嵌模剂的粘合，建议对载片进行磨砂处理，至少是样品侧。涂抹树脂时，应润滑底边之一，将其倾斜，并上下直线移动以在样品下方均匀分布树脂。目标层厚应约为10微米，调整测微计时应考虑厚度。
样品应在压力下静置，并可能需要对粘接边缘进行研磨以达到所需薄度。在样品正确安装后，应对KemTech Geo的真空夹具进行平整处理，可通过研磨或平整抛光完成。
对于研磨过程，重要的是要考虑以下指导原则。对于厚度达200微米的材料，可以每次运动（来回）取50微米的增量。对于较硬的岩石，可能需要更小的增量。超过200微米时，应使用20微米的增量。使用50微米的增量可能会导致抛光现象，而剩余的材料有限时，在后续的研磨或抛光过程中可能无法去除抛光痕迹。
研磨时，当玻璃刚接触到圆盘时，将指针设置为“0”，然后调整到所需的厚度并重新设置为“0”。如果随后进行平面研磨，可以将设置调整到200μm。否则，研磨的极限应约为80μm，同时考虑到树脂的厚度（10微米）。玻片和岩石样品可以在铸铁盘上使用粒径为9.6μm的SiCa进行研磨，或者可以购买预磨砂玻璃。
岩石学术语词汇表
耐火材料
耐火材料是一种耐高温的物质，广泛应用于炉衬、窑炉、反应器和坩埚等领域。这些材料必须能够在恶劣条件下保持强度和稳定性，例如高温和热冲击。根据ASTM C71的定义，耐火材料是“具有使其适用于暴露于高于1,000°F（811K；538°C）环境的结构或系统部件的化学和物理特性的非金属材料”。
耐火材料生产中最常用的材料包括铝（氧化铝）、硅（氧化硅）和镁（氧化镁）的氧化物，以及耐火粘土和氧化钙（石灰）。在特定应用中，还可能使用特殊耐火材料，例如氧化锆、碳化硅和碳（石墨）。然而，需要注意的是，这些材料仅适用于有限范围的条件，并且不能与氧接触，否则会氧化和燃烧。
耐火材料可以根据化学成分、制造方法、物理形式或预期用途进行分类。酸性耐火材料用于具有酸性渣和气氛的环境，耐酸但对碱敏感。中性耐火材料则适用于酸性或碱性环境，在这两种条件下都具有化学稳定性。这些材料通常属于R2O3组，常见例子包括氧化铝（Al2O3）、氧化铬（Cr2O3）和碳。
中性耐火材料
中性耐火材料适用于渣和气氛为酸性或碱性的环境，并在酸性和碱性物质的存在下表现出化学稳定性。这些材料的主要成分通常属于R2O3组，例如氧化铝（Al2O3）、氧化铬（Cr2O3）和碳。
高密度烧结镁砂的微观结构，含97% MgO
碱性耐火材料
碱性耐火材料用于渣和气氛为碱性的环境中，并且在碱性材料中稳定，但会与酸反应。生产中使用的主要原料属于RO组，最常用的例子是氧化镁（MgO）。其他材料包括白云石和镁铬材料。制造方法可能包括干压工艺、熔铸、手工成型、成型（常规、烧结或化学结合）和非成型（整体塑性、捣打和喷涂料、浇注料）。
标准液化氧化镁颗粒的微观结构
成型耐火材料的类型
具有固定形状的耐火材料可分为两类：标准形状和特殊形状。标准形状符合大多数耐火材料制造商常用的尺寸，适用于相同类型的窑炉或炉子。相反，特殊形状根据特定窑炉或炉子的需求定制。
非成型耐火材料
没有固定形状的耐火材料称为整体耐火材料，它们在应用过程中成型。这些材料的例子包括塑性材料、捣打材料、浇注料、喷涂材料、修补混合物和砂浆。
耐火材料锚固
所有耐火材料都需要锚固系统，例如金属丝锚、成型金属或陶瓷瓷砖，以支持耐火衬里。耐火材料在屋顶和垂直墙壁上的锚固尤为重要，因为它必须能够在高温和运行条件下支撑耐火材料的重量。具有圆形或矩形截面的锚件最为常见。圆形截面适用于低厚度耐火材料，每单位面积可支撑的重量较少，而矩形截面用于高厚度耐火材料，每单位面积可支撑的耐火材料重量较高。锚固的数量取决于操作条件和耐火材料的特性。锚件材料、形状、数量和尺寸的选择对耐火材料的使用寿命具有重要影响。
30% MgO尖晶石圆柱体的耐腐蚀性测试
含30% Si和30%锆的尖晶石
