Leitfaden Präparationen für Geologie und Mineralogie Schneiden | Einbetten | Schleifen & Polieren | Dünnschliffe

Optimieren Sie Ihre Bergbauprozesse mit den fortschrittlichen Lösungen von QATM

Die materialographische Probenpräparation ist ein wesentlicher Schritt für die qualitative und quantitative Analyse von geologischen und mineralogischen Proben. Ob Sie Gesteine, Erze, Mineralien oder Fossilien untersuchen wollen, Sie brauchen eine zuverlässige und präzise Methode, um Ihre Proben zu trennen, einzubetten, zu schleifen und zu polieren. Mit den Geräten und Verbrauchsmaterialien von QATM können Sie diesen Prozess optimieren und hochwertige Ergebnisse erzielen.

In diesem Guide stellen wir Ihnen einige unserer wichtigsten Produkte und Anwendungen für die materialographische Probenpräparation für die Geologie und Mineralogie vor. Sie finden hier eine kurze Beschreibung der Funktionen und Vorteile unserer Trennmaschinen, Einbettsysteme und Schleif- und Poliermaschinen, sowie einige Beispiele von typischen Proben, die Sie mit unseren Geräten und Verbrauchsmaterialien präparieren können.

Der Präparationsprozess beginnt mit dem Heraustrennen einer repräsentativen Probe aus dem Ausgangsmaterial. Die richti- ge Auswahl des Trennprozesses sichert die Herstellung einer Probe ohne Beschädigungen mit einer Oberfläche, deren Planheit die späteren Prozeßschritte erleichtert. Ein falsch ausgewählter oder durchgeführter Trennprozess kann zu unwider- ruflichem Schaden an der Probe führen. Spröde, poröse oder gebrochene Proben sollten vor dem Trennen mit geeigneten Einbettmaterialien imprägniert werden, um eine Schädigung beim Trennen zu vermeiden.

Für Pulver oder sogenannte ‚Softrocks‘ muss sichergestellt werden, dass die Proben ausreichend deagglomeriert werden und die Pulverpartikel sicher von dem Einbettmittel umschlossen werden, so dass ein späteres Herausbrechen vermieden wird.

Einbetten für Geologie und Mineralogie

QATM bietet verschiedene Lösungen für das Einbetten und Imprägnieren Ihrer Gesteinsproben, je nach Ihren Präferenzen und Anforderungen. Sie können zwischen Warm- und Kalteinbetten wählen, sowie zwischen verschiedenen Einbettmedien, wie Epoxydharzen oder Acrylaten. Mit den Einbettsystemen von QATM können Sie Ihre Proben stabilisieren, schützen und für den weiteren Präparationsprozess vorbereiten.

Unsere Einbettsysteme sind ideal für das Einbetten von geologischen und mineralogischen Proben, wie z.B.:

• Gesteinsproben, die eine hohe Härte, Porosität oder Rissigkeit aufweisen, und die eine gleichmäßige Stütze und einen guten Randanschluss benötigen.
• Erzproben, die eine hohe Dichte, Heterogenität oder Empfindlichkeit aufweisen, und die eine gute Füllung und eine geringe Schrumpfung benötigen.
• Mineralproben, die eine hohe Transparenz, Farbe oder Struktur aufweisen, und die eine klare Sicht und eine geringe Verfärbung benötigen.

Das gängigste Verfahren für mineralogische Proben ist das Kalteinbetten mit Epoxidharzen. Für Dünnschliffe aber auch für Anschliffe von pulverförmigen Proben kommen dünnflüssige Epoxidharze zur Anwendung, um Poren und Risse gut zu füllen und im Falle von Pulvern diese gut mit Einbettmaterial zu umschließen. Der Brechungsindex dieser Einbettmaterialien sollte ähnlich dem von Glas sein, um später bei der lichtmikroskopischen Analyse keine Verfälschung der Ergebnisse zu bekommen. Die Aushärtzeit dieser Epoxidharze liegt zwischen drei und 24h.

Warmeinbetten

• Warmeinbettungen erfolgen in Warmeinbettpressen mit hohen Drücken und Temperaturen.
• Für die Warmeinbettung stehen sowohl warmaushärtende duroplastische Einbettmittel für höchste Härte als auch thermoplastische Einbettmittel für transparente Einbettungen zur Verfügung.
• Warmeinbetten sorgt für höchste Kantenschärfe und Planparallelität, und ist ideal für nasschemisches Ätzen.

Kalteinbetten

• QPREP-Kalteinbettmittel sind für wärme- oder druckempfindliche Proben geeignet.
• Kalteinbettungen nutzen chemische Reaktionen zur Aushärtung der verwendeten Einbettmittel, wobei Acrylharze, Epoxidharze und Polyesterharze zur Verfügung stehen.
• Die Auswahl erfolgt anhand von Eigenschaften wie Reaktionszeit, Abtragsrate und Härte.
• Kalteinbettung ermöglicht verschiedenste Probenformen in unterschiedlichsten Größen flexibel einzubetten und für weitere Präparationsschritte vorzubereiten.

UV-Einbettung

• UV-Einbettmittel bestehen aus füll- stofffreien modifizierten Acrylharzen.
• Sie werden unter UV-Bestrahlung in einem engen Wellenlängen- bereich ausgehärtet und erfordern dafür ausgelegte Geräte
• Die enthaltenen UV-Initiatoren nut- zen absorbierende UV-Strahlung zur Initiationsreaktion.
• UV-Einbettung ist das schnellste Verfahren, ohne Notwendigkeit hoher Drücke oder externer Wärme.
• Die verwendeten 1-komponentigen Systeme erfordern kein Anmischen, resultieren in transparente Einbettungen und ermöglichen ein sicheres Arbeiten im Labor.

Poren und Risse müssen mit dem Einbettmittel unter Vakuum mit Hilfe des QATM Vakuumimprägniergerätes gefüllt werden. Die einzubettenden Proben werden in den Unterdruckbehälter gelegt, der anschließend mit Hilfe der angeschlossenen Vakuumpumpe evakuiert wird. Durch den anliegenden Unterdruck werden Poren und Risse luftleer gemacht und das dünnflüssige Einbettmittel kann dann beim Befüllen der Einbettförmchen unter Vakuum in die Hohlräume eindringen. Nach dem Befüllen der Förmchen mit Einbettmittel kann der Unterdruckbehälter belüftet und die Proben können zum Aushärten entnommen werden.

Für Anschliffproben hat es sich bewährt vorerst nur eine ca. 5 mm dicke Schicht einzubetten und anschließend in einem zweiten Schritt nach einer eventuellen Proben- kennzeichnung die Probe auf eine verarbeitbare Höhe aufzufüllen.

Um eine Blasenbildung zu vermeiden kann nach dem Befüllen der Einbettform mit dem Einbettmittel eine Lagerung der Proben für zwei Stunden unter 2 bar Überdruck durchgeführt werden.

Alternativ kann auch mit einem lichtaushärtenden Einbettmittel (Qprep UV50 & UV55) eingebettet werden. Aufgrund der höheren Viskosität dieser Einbettmittel ist ein vollständiges Imprägnieren von Rissen und Poren in der Regel nicht erreichbar.

Pulverförmige Proben können auch in einer Warmeinbett- presse unter Druck und Temperatur eingebettet werden.

Gängige Probendurchmesser sind Ø 25 bis 30 mm, größere Formate sind möglich.

Als Anschliff vorgesehene Proben können nach dem Einbetten direkt präpariert werden, für Dünnschliffe vorgesehene Proben müssen weiter bearbeitet werden.

Dünschliffe für Geologie und Mineralogie

Für Dünnschliffe vorgesehene Proben werden nach dem Einbetten plan geschliffen. Je nach Material kann dafür eine Abrasivkorngröße von 65-75µm verwendet werden. Das Schleifen wird mit geringem Anpressdruck, geringer Drehzahl und guter Kühlung durchgeführt. Nach jedem Arbeitsschritt sollte die Probe unter einem Stereomikroskop überprüft werden. Grobe Kratzer sind zu vermeiden.

Nach dem Trocknen der Probe wird sie mit der geschliffe- nen Seite auf einen Glasobjektträger geklebt. Als Klebstoff kommt dafür entweder Qpox 90, 92 oder 94 oder unter Lichtaushärtung auch Qprep 50UV oder 55UV zur Anwendung. Um Ablösung oder Blasenbildung zu vermei- den sollte die Probe mit der QATM Dünnschliffpresse angedrückt werden.

Der Glasobjektträger, auf den die Probe geklebt wird, muss für spätere Analysevorgänge eine definierte oder bekannt Dicke haben, ggf. sollte er auf eine definierte Dicke vorge- schliffen werden. Eine Seite des Objektträgers sollte für eine bessere Haftung des Klebstoffes angeraut sein. Die QATM Glasobjektträger erfüllen sowohl die Forderung nach einer definierten Dicke als auch die Forderung nach einer angerauten Oberfläche.

Glasobjektträger für Dünnschliffe

• spannungsarmes Glas zur Vermeidung von Glasbruch
• Glasdicke >1,5 mm ebenfalls zur Vermeidung von Glasbruch
• gleichmäßige Glasdicke mit geringen Toleranzen (±0,05 mm)
• für geringen Abtrag (Zeit und Kosten) beim Planschleifen
• geschliffene Kanten (90°), um Verletzungen und Ausbrüche zu vermeiden
• definierter Brechungsindex
• Mattierung durch ausgesuchtes (Körnung) Sandstrahlverfahren (optional)

Nach dem Aushärten des Klebstoffes wird die Probe nun durch Trennen ‚vorgedünnt‘. Dazu wird der Glasobjektträger in einer Vakuumspannvorrichtung, die für die QATM Qcut 150 A und Qcut 200 A erhältlich ist, eingespannt. Die Probe wird nun unter Einhaltung der Planparallelität auf eine Dicke von 300 bis 700 µm vorgetrennt. Die zu erreichende Dicke ist abhängig vom Material, der Einbettung und der Trennmaschine.

Anschließend wird die Probe auf eine Enddicke geschliffen. Dieser Schleifprozess kann einerseits auf den QATM Präzisions-trennmaschinen Qcut 150 A oder 200 A durchgeführt werden. Zum Einspannen wird dann ebenfalls die bereits oben beschriebene Vakuumeinspannvorrichtung verwendet. Geschliffen wird mit Qprep Diamanttopfscheiben verschiedener Korngrößen.

Diamant-Topfscheibe

Ist nach dem Präzisionstrennen eine planparallele Probe für die weitergehende Bearbeitung erwünscht, empfiehlt sich der Einsatz einer Diamant-Topfscheibe. Im Einsatz in unseren Präzisionstrennmaschinen Qcut 150 M, Qcut 150 A und Qcut 200 A mit Vakuum-Probenaufnahme ermöglichen die QPREP Diamant- Topfscheiben dem Anwender hierbei eine optimale Planheit mit hoher Oberflächengüte und Reproduzierbarkeit.

Produktvorteile Planparallele Probenbearbeitung Präziser Materialabtrag Sehr hohe Wiederholgenauigkeit

Empfohlene Anwendungen Zielpräparationen Fehleranalysen Dünnschlifftechnik Petrographische Untersuchungen

Auf der QATM Qcut200A kann dieser Schleifprozess aufgrund der hochpräzisen automatischen Z-Achse mit bester Reproduzierbarkeit durchgeführt werden. Ein Polieren der so erhaltenen Dünnschliffe ist meist nicht notwendig.

Der Schleifprozess kann aber auch z.B. auf der QATM Schleif- und Poliermaschine Qpol 300 A1 durchgeführt werden. Dazu stehen Probenhalter für die Präparation im Einzel- oder Zentralandruck zur Verfügung. Besonders flexibel ist hier die Präparation im Einzelandruck. Der Andruck der Proben erfolgt besonders gleichmäßig über jeweils zwei Anpreßstempel. Zum Schleifen und ggf. Polieren stehen Siliziumkarbidschleifpapiere mit unterschiedlichen Abrasivkorngrößen zur Verfügung. Schleifpapiere können für alle Mineralien und Erze verwendet werden. Sie bieten ein optimales Schleifergebnis für weiche und empfindliche Proben.

Qprep Diamantschleifscheiben mit verschiedenen Bindungstypen bieten einen höheren Abtrag, eine exzellente Planheit der Proben und eine geringe Reliefbildung.

Für mineralogische Proben werden vor allem Diamantschleifscheiben mit Kunstharz- oder Metallbindung verwendet.

VEGA Diamantschleifscheibe

QPREP Vega ist eine Schleifscheibe auf einem verzinkten Metallträger zum Plan- und Vorschleifen harter Werkstoffe. Auf der Rückseite ist das Produkt mit einem hochwertigen rutschfesten Aufdruck beschichtet. Die Schleifscheibe ist bestückt mit in Nickel gebundenen Diamanten. Der funktionale Rückseitenaufdruck bietet eine sichere Anhaftung auf der Magnetfolie.

Produktvorteile Hohe Abtragsraten Besonders plane Schliffe Sehr hohe Standzeit

Empfohlene Anwendungen Harte Eisenwerkstoffe Verbundwerkstoffe Keramiken Gestein Uneingebettete Proben möglich Für Präparationen per Hand besonders zu empfehlen

Mit diesem Schleifprozess wird die auf den Glasobjektträger aufgeklebte Probe sorgfältig bis auf eine Enddicke von 20 bis 30 µm geschliffen. Durch das ‚Vordünnen‘ (Trennen auf 300 – 700 µm Dicke) geöffnete Poren oder Risse müssen vor dem Schleifen verschlossen werden. Dazu ist ein geeignetes Medium wie z.B: Qpox 94 zu verwenden. Die endgültige Dicke der Probe hängt vom Material und der Aufgabenstellung ab. Ein Kriterium für die richtige Dicke ist die Eigenfarbe des Werkstoffes. So ist z.B. ein Quarz immer weiß, liegt ein gelblicher Schimmer vor, so ist die Probe noch zu dick. Zur einfacheren Beurteilung haben die QATM Probenhalter für den Einzelandruck in der Mitte eine Öffnung, um die Beurteilung der Farben ohne ein Herausnehmen der Proben möglich zu machen. Der Schleifprozess kann mit einer Körnung von 22 bis 18 µm abgeschlossen werden.

Für eine Untersuchung im Auflicht muss anschließend poliert werden. Dafür können die folgenden Poliertücher verwendet werden.