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WISSEN

SCHLEIFEN & POLIEREN

Hervorragende Oberflächenvorbereitung mit Metkon Grinding & Polishing Solutions

Metkon bietet ein umfassendes Sortiment an Schleif- und Poliergeräten für die hochpräzise Probenvorbereitung in der Metallographie und Materialwissenschaft. Ganz gleich, ob Ihr Labor manuelle, halbautomatische oder vollautomatische Lösungen benötigt, unsere Systeme gewährleisten gleichbleibende Qualität, Effizienz und Wiederholbarkeit. Gepaart mit einer großen Auswahl an Verbrauchsmaterialien und Zubehör bietet Metkon eine Komplettlösung für alle Ihre Anforderungen an die Probenvorbereitung.

SCHLEIFEN

Der Zweck des Schleifens ist es, Beschädigungen durch das Schneiden zu entfernen, die Probe(n) zu planieren und Material zu entfernen, das sich dem interessierenden Bereich nähert.

Das am häufigsten verwendete metallographische Schleifmittel ist Siliziumkarbid – SiC. Es ist aufgrund seiner Härte und seiner scharfen Kanten ein ideales Schleifmittel für das Schleifen. Für die metallografische Präparation werden SiC-Schleifmittel in Schleifpapieren auf Unterlage verwendet, die von der sehr groben Körnung 60 bis zur sehr feinen Körnung 1200 reichen. Einige der Anwendungsmöglichkeiten sind unten aufgeführt.

– Weiche Nichteisenmetalle – Es wird empfohlen, zunächst mit SiC-Schleifpapier der Körnung 320 zu schleifen, gefolgt von SiC-Papier der Körnungen 400, 600, 800 und 1200. Da diese Materialien relativ weich sind, brechen sie das SiC-Papier nicht so leicht auf. Daher ist das anfängliche Schleifen mit 320er Körnung im Allgemeinen ausreichend, um die anfängliche Verformung zu minimieren und dennoch eine angemessene Abtragsleistung zu erzielen. Bei extrem weichen Materialien wie Zinn, Blei und Zink empfiehlt es sich außerdem, das Schleifpapier leicht mit einem Paraffinwachs zu bestreichen. Das Wachs verringert die Tendenz des SiC-Schleifmittels, sich in die weiche Probe einzubetten.

– Weiche Eisenmetalle – sind relativ leicht zu schleifen, wobei die Tiefe der Verformung eine wichtige Rolle spielt. SiC-Schleifmittel der Körnung 240 sind ein guter Anfang, danach können Sie SiC-Schleifmittel der Körnungen 320, 400, 600, 800 und 1200 verwenden.

– Harte Eisenmetalle – erfordern aggressivere Schleifmittel, um einen angemessenen Materialabtrag zu erzielen. Daher werden grobe SiC-Schleifmittel (Körnung 120 oder 180) für den Materialabtrag empfohlen. Sobald die Ebenheit und der gewünschte Bereich erreicht sind, wird eine Standardkornserie mit 240, 320, 400 und 600 Körnern empfohlen.

– Superlegierungen – sind im Allgemeinen von mäßiger Härte, haben aber extrem stabile Eigenschaften bei hohen Temperaturen und eine hohe Korrosionsbeständigkeit. Die Verfahren zur Herstellung von Superlegierungen sind den Verfahren für die meisten Nichteisenmetalle sehr ähnlich.

– Keramik – ist ein extrem hartes, korrosionsbeständiges und sprödes Material. Sie zerbrechen und verursachen sowohl oberflächliche als auch unterirdische Schäden. Richtiges Schleifen minimiert diese beiden Formen der Beschädigung. Dies erfordert den Einsatz eines halbfesten Schleifmittels, das beim Schleifen fest gehalten wird, sich aber bei hoher Belastung lösen kann, um Schäden am Untergrund zu minimieren. Auch die Größe des Schleifmittels ist wichtig, denn sehr grobe Schleifmittel tragen zwar schnell Material ab, können aber die Probe ernsthaft beschädigen. Bei Keramik ist die Berücksichtigung der Schäden, die bei jedem Präparationsschritt entstehen, entscheidend für die Minimierung der gesamten Präparationssequenz.

– Verbundwerkstoffe – sind vielleicht die am schwierigsten zu präparierenden Proben, da die Eigenschaften der verwendeten Materialien sehr unterschiedlich sind. Ein Metallmatrix-Verbundwerkstoff (MMC) wie Siliziumkarbid-Keramikpartikel in einer Aluminium-Metallmatrix ist zum Beispiel eine schwierig zu präparierende Probe. Dieser Verbundwerkstoff enthält extrem harte/spröde Keramikpartikel, die in einer relativ weichen/duktilen Metallmatrix verteilt sind. Als Faustregel kann man sagen, dass sich das anfängliche Schleifen auf die Planarisierung des Metalls und das Schleifen auf den interessierenden Bereich konzentrieren sollte. Die sekundären Schleifschritte müssen sich auf die Keramikpartikel konzentrieren und erfordern in der Regel den Einsatz von Diamantschleifmitteln.

Schleifen Parameter

Die Maschinenparameter, die sich auf die Präparation von metallografischen Proben auswirken, sind:

– Schleif-/Polierdruck,
– Relative Geschwindigkeitsverteilung,
– Die Richtung des Schleifens/Polierens.

Schleifdruck:

Der Schleif-/Polierdruck ist abhängig von der angewandten Kraft (Newton) und der Fläche der Probe und des Befestigungsmaterials. Der Druck ist definiert als die Kraft/Fläche (N/m2). Bei Proben, die deutlich härter sind als die Einbettmasse, ist der Druck besser definiert als die Kraft geteilt durch die Fläche der Probe. Bei größeren, harten Proben erhöht ein höherer Schleif-/Polierdruck zwar die Abtragsrate, aber ein höherer Druck führt auch zu einer stärkeren Beschädigung der Oberfläche und des Untergrunds. Höhere Schleif-/Polierdrücke können auch zusätzliche Reibungswärme erzeugen, was für das chemisch-mechanische Polieren (CMP) von Keramik, Mineralien und Verbundwerkstoffen sogar von Vorteil sein kann. Auch bei extrem brüchigen Proben wie Gusseisen mit Kugelgraphit können höhere Drücke und geringere relative Geschwindigkeitsverteilungen dazu beitragen, dass Einschlüsse und sekundäre Phasen erhalten bleiben.

Rotationsgeschwindigkeit und -Richtung:

Die Scheibengeschwindigkeit des Schleifers/Polierers (Basiseinheit) und die Geschwindigkeit des Probenhalters des automatischen Kopfes (Kopfeinheit) spielen eine wichtige Rolle. Diese relative Drehung ermöglicht eine variable Geschwindigkeitsverteilung, die von der Geschwindigkeit des Kopfes im Verhältnis zur Geschwindigkeit der Basiseinheit abhängt.
Kopfdrehzahl (U/min) Grundgeschwindigkeit (U/min) Relative Geschwindigkeitsverteilung Charakteristisch Anwendung
150 300 bis 600 Hoch Aggressiver Materialabtrag Differentielles Schleifen über die Probenoberfläche Nützlich für den Grobabtrag bei harten Proben
150 150 Minimale Gleiche Kopf- und Basisgeschwindigkeit in derselben Richtung eliminiert relative Geschwindigkeitsverteilungen Gleichmäßiger Materialabtrag Geringer Materialabtrag Erzeugt minimale Schäden Bietet eine hervorragende Ebenheit über der Probe Nützlich für das Festhalten von Einschlüssen und spröden Phasen
Für einen hohen Materialabtrag erzeugt eine langsamere Kopfgeschwindigkeit im Verhältnis zu einer höheren Basisgeschwindigkeit den aggressivsten Schleif-/Poliervorgang. Der Nachteil von hohen Geschwindigkeitsverteilungen ist, dass das Schleifmittel (insbesondere SiC-Papiere) möglicherweise nicht gleichmäßig zerfällt, was zu einem ungleichmäßigen Abtrag über die Probenoberfläche führen kann. Ein weiterer Nachteil ist, dass die hohen Geschwindigkeitsverteilungen wesentlich mehr Schäden an der Probe verursachen können, insbesondere bei spröden Phasen. In jedem Fall ist es nicht empfehlenswert, den Kopf entgegen der Drehrichtung der Basis rotieren zu lassen, da dies zu einem ungleichmäßigen Abtrag und einem Abriss des Schleifmittels führt. Minimale relative Geschwindigkeitsverteilungen können erreicht werden, indem die Kopfscheibe mit der gleichen Drehzahl und in der gleichen Richtung wie die Grundplatte gedreht wird. Diese Bedingung ist am besten geeignet, um Einschlüsse und spröde Phasen zu erhalten und um eine gleichmäßige Oberfläche über die gesamte Probe zu erzielen. Der Nachteil von niedrigen Relativgeschwindigkeitsverteilungen ist, dass die Abtragsraten recht niedrig sein können. In der Praxis empfiehlt sich eine Kombination aus einer hohen Geschwindigkeitsverteilung (150 U/min Kopfdrehzahl/ 300 – 600 U/min Grunddrehzahl) für den ersten Planarisierungs- oder Abtragsschritt, gefolgt von einem Schritt mit mäßiger Geschwindigkeit und niedriger Geschwindigkeitsverteilung (120-150 U/min Kopfdrehzahl/ 150 U/min Grunddrehzahl), um relativ flache Proben herzustellen. Für das abschließende Polieren unter chemisch-mechanischen Polierbedingungen (CMP), bei denen Reibungswärme den chemischen Prozess verstärken kann, können hohe Geschwindigkeiten und hohe relative Geschwindigkeitsverteilungen sinnvoll sein, solange keine spröden Phasen vorhanden sind (z.B. monolithische Keramiken wie Siliziumnitrid und Aluminiumoxid).

POLIEREN

Das Polieren ist der wichtigste Schritt bei der Vorbereitung einer Probe für die mikrostrukturelle Analyse. Es ist der Schritt, der erforderlich ist, um frühere Schäden vollständig zu beseitigen.

Im Idealfall wurde der Schaden, der beim Schneiden und Schleifen entstanden ist, durch das richtige Schleifen der Klinge und des Schleifmittels minimiert, so dass das Polieren auf ein Minimum reduziert werden kann.

Um Verformungen durch Feinschleifen zu beseitigen und eine hochreflektierende Oberfläche zu erhalten, müssen die Proben poliert werden, bevor sie unter dem Mikroskop untersucht werden können. Das Polieren ist eine komplexe Tätigkeit, bei der Faktoren wie Qualität und Eignung des Tuchs, Schleifmittel, Polierdruck, Poliergeschwindigkeit und Dauer berücksichtigt werden müssen. Die Qualität der Oberfläche, die nach dem abschließenden Polieren erzielt wird, hängt von all diesen Faktoren und der Beschaffenheit der Oberfläche nach Abschluss jeder der vorangegangenen Phasen ab.

Tücher zum Polieren

Es gibt drei Arten von Poliertüchern: gewebt, nicht gewebt und beflockt.

– Gewebte Tücher bieten eine „harte Oberfläche“ zum Polieren und garantieren eine flache Vorpolitur, ohne dass die Kanten beschädigt werden.

– Vliestücher werden auf sehr harten Materialien für die hochpräzise Oberflächenbearbeitung eingesetzt, z.B. auf Glas, Quarz, Saphir und Halbleitern.

– Die beflockten Tücher garantieren ein superpoliertes Finish. Die Dauer des Polierens muss so kurz wie möglich sein, damit keine Einschlüsse herausgezogen werden.

Diamant Produkte

Diamant ist aufgrund seiner außergewöhnlichen Härte und Schneidfähigkeit zum Schleifmittel erster Wahl beim metallografischen Polieren geworden. Diamanten zum metallografischen Schleifen und Polieren sind in zwei verschiedenen kristallinen Formen erhältlich: Polykristallin (P) und monokristallin (M). Polykristalline Diamanten bieten eine große Anzahl kleiner Schneidkanten. Bei der metallografischen Präparation führen diese Kanten zu einem hohen Materialabtrag, während sie nur eine geringe Kratzertiefe erzeugen.

Monokristalline Diamanten sind eher blockförmig und haben nur wenige Schneidkanten. Diese Diamanten ermöglichen einen hohen Materialabtrag mit einem variablen Kratzermuster. Für hohe Anforderungen werden die (P)-Diamanten gewählt. Die (M)-Typ-Diamanten eignen sich am besten für das Allzweckpolieren. Diamantprodukte sind normalerweise in drei Formen erhältlich: Diamantpaste, Diamantsuspension und Diamantspray.

Polykristalliner Diamant bietet im Vergleich zu monokristallinem Diamant bessere Oberflächengüten und höhere Abtragsraten bei der metallografischen Probenpräparation. Zu den Merkmalen und Vorteilen von polykristallinem Diamant gehören die folgenden:

– Höhere Schnittgeschwindigkeiten
– Sehr gleichmäßiges Oberflächenfinish
– Gleichmäßigere Partikelgrößenverteilung
– Höhere Abtragsraten (selbstschärfende Schleifmittel)
– Härtere/zähere Partikel
– Blockförmig
– Hexagonale Mikrokristallite (gleich hart in allen Richtungen)
– Extrem raue Oberfläche (mehr Schneidpunkte)
– Oberfläche 300% größer als monokristalliner Diamant
– Keine abriebfeste Richtwirkung (Abrieb unabhängig von der Partikelausrichtung)

Endpolitur-Schleifmittel

Die endgültigen Poliermittel werden je nach Härte und chemischer Reaktivität der Probe ausgewählt. Das gebräuchlichste Poliermittel ist Tonerde. Aluminiumoxid-Schleifmittel werden aufgrund ihrer hohen Härte und Haltbarkeit hauptsächlich als mechanische Schleifmittel verwendet. Es gibt sie entweder in der weicheren Gamma- (Mohs 8) oder der härteren Alpha-Phase (Mohs 9).

SCHLEIF- UND POLIERGERÄTE

Von einfachen manuellen Operationen bis hin zu fortschrittlichen, automatisierten Systemen bietet Metkon ein umfassendes Portfolio an Schleif- und Polierlösungen.

SCHLEIFEN & POLIEREN
VERBRAUCHSMATERIAL

Komplettes Sortiment an Verbrauchsmaterial

Optimieren Sie Ihren Schleif- und Polierprozess mit den hochwertigen Verbrauchsmaterialien von Metkon:

  • Schleifscheiben (SiC-Papiere, Diamant-Schleifflächen)

  • Poliertücher aus verschiedenen Materialien

  • Diamantsuspensionen für schnelles und effektives Polieren

  • Aluminiumoxid und kolloidale Kieselsäure-Suspensionen

HOLEN SIE SICH IHREN LEITFADEN ZUM SCHLEIFEN & POLIEREN

Entdecken Sie alles, was Sie über das Schleifen & Polieren wissen müssen, in unserer umfassenden Broschüre.

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