how to do slag microscopy - sample lapping - archaeometallurgy | archaeometallurgy

how to do slag microscopy – sample lapping

Bastian Asmus

grinding-sampling-polishing

These are the main modes of material removal from a sample.

This is part five of the series on slag microscopy and deals with sample lapping. In the lapping process samples are also ground, but with fine abrasive powders. The abrasive grains can roll between the sample surface and the lapping disc. The section receives a dull finish. Lapping is especially effective in maintaining the flatness of the samples and and edge definition of samples consisting of composite materials with hard and soft components .

For this we need:

  • lapping disc or a 20 by 30 cm piece of 8 mm flat glass
  • abrasive SiC powder, e.g. FEPA F800 (ca 6.5 microns)

Sample lapping?

I found that one lapping step between grinding and polishing resulted in better polished sections. It allows allows you to stop grinding after paper grit 1200. This step is very simple to do manually and does not take long:

Squirt a smallish amount of water on your glass lapping plate. Put a small amount, e.g. half a teaspoon,  of F800 SiC powder near the water puddle. Now use the sample to draw in some SiC powder into the water and move the sample block in a figure eight motion across the glass plate, drawing in more abrasives as you go along. During lapping the abrasive grains will break down to smaller particles and produce a finer and finer surface. You can see this effect when compare the sample surface that was lapped with fresh abrasive with one that was lapped with old abrasive that was used for a longer period of time. The surface lapped with the old abrasive will be finer.

Lapping does remove less material than grinding. You can,, however, determine the material removal rate by the ratio water to abrasive powder, i.e. the viscosity of the lubricant film. The thicker the film, the less material is removed. If your film gets too thick, the sample will only slip across the plate. If it too thin the sample will get stuck on your plate due to strong adhesive forces.

You will develop a feeling for this process rather quickly. You can also hear it, if material is removed or not…

Recap

  • Lapping is a simple, optional step
  • it may shorten prep time, because you do not need to use the finest grinding steps
  • maintains flatness and edge definition
  • removes linear scratches resulting from grinding

References

Stephan Möslein. (2008). Frühbronzezeitliche Depotfunde im Alpenvorland – neue Befunde (pp. 109–130). Presented at the Vorträge des 26. NIederbayerischen Archäologentages, Deggendorf, Rahden/Westfalen.
J.J. Butler. (2002). Ingots and Insights: Reflections on Rings and Ribs. In Die Anfänge der Metallurgie in der alten Welt =: The beginnings of metallurgy in the old world (pp. 229–243). Rahden, Westf: Verlag Marie Leidorf.
Ingots and Insights: Reflections on RIngs and Ribs. (n.d.) (pp. 229–243).
Dines, I. (2010). The Theophilus Manuscript Tradition Reconsidered in the Light of New Manuscript Discoveries. In M. Mauiège & H. Westerman-Angerhausen (Eds.), Zwischen Kunsthandwerk und Kunst: Die Schedula diversarum artium (pp. 3–14). Berlin/Boston: de Gruyter.
Rossi, J.-B. de. (1890). Cloche, avec inscription dédicatoire, du VIIIe ou IXe siècle, trouvée à Canino. Revue de l’art Chrétien, (33), 1–5. Retrieved from https://archive.org/details/revuedelartchr1890lill
Drescher, H. (1961). Zwei mittelalterliche Gießereien auf dem Gelände des ehemaligen Hamburger Doms. Hammaburg, A. F. 8, 107–132.
Drescher, H. (1968). Mittelalterliche Bronzegrapen aus Lübeck. Der Wagen. Ein Lübeckisches Jahrbuch, 164–171.
Drescher, H. (1982). Zu den bronzenen Grapen des 12.-16. Jahrhunderts aus Nordwestdeuschland. In R. Pohl-Weber (Ed.), Aus dem Alltag der Mittelalterlichen Stadt. Handbuch zur Sonderausstellung (Vol. 40, pp. 157–174). Bremen.
Drescher, H. (1986). Zum Guss von Bronze, Messing und Zinn “um 1200.” Zeitschrift Für Archäologie Des Mittelalters, Beiheft 4, 389–405.
Drescher, H. (1987). Ergänzende Bemerkungen zum Giessereifund von Bonn-Schwarzrheindorf. In W. Janssen (Ed.), Eine mittelalterliche Metallgießerei in Bonn-Schwarzrheindorf (Vol. 27, pp. 201–227).
Drescher, H. (1992). Glocken und Glockenguss im 11. und 12. Jahrhundert. In G. Waurick & H. W. Böhme (Eds.), Das Reich der Salier 1024 - 1125 : Katalog zur Ausstellung des Landes Rheinland-Pfalz; [Ausstellung im Historischen Museum der Pfalz, Speyer, vom 23. März bis 21. Juni 1992] (pp. 405–414). Sigmaringen: Thorbecke.
Drescher, H. (1993). Ein Kommentar zu: Gerhard Laub, Zum Nachweis von Rammelsberger Kupfer in Kunstgegenständen aus Goslar und in anderen Metallarbeiten des Mittelalters. In Goslar Bergstadt - Kaiserstadt in Geschichte und Kunst (pp. 313–316).
Drescher, H. (1993). Zur Herstellungstechnik mittelalterlicher Bronzen aus Goslar. Der Marktbrunnen, der neu gefundene Bronze Vogel, der Greif vom Kaiserhaus und der Kaiserstuhl. In Goslar Bergstadt - Kaiserstadt in Geschichte und Kunst (pp. 251–301). Göttingen.
Drescher, H. (1993). Zur Technik berwardinischer Silber- und Bronzegüsse. In Bernward von Hildesheim und das Zeitalter der Ottonen: Katalog der Ausstellung, Hildesheim 1993. Band 1 (pp. 337–351).
Drescher, H. (1995). Gießformen früher Glocken aus Mainz. Mainzer Zeitschrift, 90/91, 183–225.
Drescher, H. (1999). Die Glocken der karolingerzeitlichen Stiftdkirche bei Vreden, Kreis Ahaus. In C. Stiegemann & M. Wemhoff (Eds.), 799, Kunst und Kultur der Karolingerzeit: Karl der Grosse und Papst Leo III. in Paderborn: Katalog der Ausstellung, Paderborn 1999 (pp. 356–364). Mainz: P. von Zabern.
Janssen, W. (1987). Eine mittelalterliche Metallgießerei in Bonn- Schwarzrheindorf. Mit Beiträgen von Hans Drescher, Christoph J. Raub und Josef Riederer. In Beiträge zur Archäologie des Rheinlandes. Rheinische Ausgrabungen (Vol. 27, pp. 135–235). Köln.
Haiduck, H. (1997). Die mittelalterliche Gussform eines Taufkessels aus der Kirche von Cappel (Kreis Cuxhaven). Zeitschrift Für Archäologie Des Mittelalters, 25/26, 87–105.
Sugaki, A., Shima, H., Kitakaze, A., & Mizota, T. (1981). Hydrothermal synthesis of nukundamite and its crystal structure. American Mineralogist, 66, 398–402.
Suhling, L. (1997). Kupfer- und Silberhütten in Buchillustrationen der frühen Neuzeit. Berichte Der Geologischen Bundesanstalt, 41, 219–231.
Telle, R., & Thönnißen, M. (2006). Prähistorische feuerfeste Werkstoffe und ihre Weiterentwicklung in keltischer und römischer Zeit. Prähistorische Feuerfeste Werkstoffe Und Ihre Weiterentwicklung in Keltischer Und Römischer Zeit, 43(2), 55–87.
Thies, H. (1993). Goslar und die frühen niedersächsichen Gebäude. In Goslar Bergstadt - Kaiserstadt in Geschichte und Kunst (pp. 95–113).
Tholl, S. (2001). Macht und Pracht. In Der Rammelsberg. Tausend Jahre Mensch – Natur – Technik. Band 2 (pp. 302–315).
Thornton, C., Rehren, T., & Pigott, V. (2009). The Production of Speiss (Iron Arsenide) during the Early Bronze Age in Iran. Journal of Archaeological Science, 36(2), 308–316.
Thornton, C. P., & Giardino, C. (2012). Serge Cleuziou and the “Tin Problem.” In Aux Marges de l’archeologie: Hommage a Serge Cleuziou (pp. 253–260). Paris: De Boccard.
Thornton, C. (2009). The Emergence of Complex Metallurgy on the Iranian Plateau: Escaping the Levantine Paradigm. Journal of World Prehistory, 22(3), 301–327. https://doi.org/10.1007/s10963-009-9019-1
Thornton, C. P. (2007). Of brass and bronze in prehistoric Southwest Asia. In Metals and Mines. Studies in Archaeometallurgy (pp. 123–135).
Timberlake, S. (2002). Medieval lead smelting boles near Penguelan, Cwmystwyth, Ceredigion. Archaeology in Wales, 42, 45–59.
Tong, K.-W. (1983). Shang musical instruments (Teil 2). Asian Music, 15, 103–184.
Toulmin, P., & Barton, P. B. (1964). A thermodynamic study of pyrite and pyrrhotite. Geochimica et Cosmochimica Acta, 28(5), 641–671. https://doi.org/10.1016/0016-7037(64)90083-3
Tsemekhman, L. S., Burylev, B. P., Golov, A. N., & Miroevskii, G. P. (2002). Modeling of Thermodynamic Properties and Fusion Diagrams of Ternary Oxosulfide Systems. Russian Journal of Applied Chemistry, 75(2), 186–190.
Ullwer, H. (2001). Messingherstellung nach dem alten Galmeiverfahren. Erzmetall, 54(6), 319–326.
Ünsal Yalçin, & H. Gönül Yalçin. (2009). Evidence for early use of tin at Tülintepe in eastern Anatolia. TÜBA-AR, 12, 123–142.
Ursula Mende. (1984). Romanische Giesslöwen in Nürnberg und Wien und ihre Zuordnung zur Magdeburger Giesshütte. Anzeiger Des Germanischen Nationalmuseums, 7–12.
Valde-Nowak, P., Klappauf, L., & Linke, F. A. (2004). Neolithische Besiedlung der Gebirgslandschaften: Fallstudie Harz. Nachrichten Aus Niedersachsens Urgeschichte, 73, 43–48.
Vályi, K. (1999). Glockengußanlage und Bronzeschmelzöfen im Hof des Klosters von Szer vom Anfang des 13. Jahrhunderts. Comunicationes Archaeologicae Hungariae, 143--169.
Verschiedene. (1400). Sammelhandschrift zur Kriegskunst. Wien. Retrieved from http://www.onb.ac.at/sammlungen/hschrift/handschriften_benuetzung.htm
Wadsworth, J., & Lesuer, D. J. (2000). The knives of J. Richtig as featured in Ripley-Yens Believe it or Not. Materials Characterization, 45, 315–326.
Wagner, G. A., Gentner, W., Gropengiesser, H., & Gale, N. H. (1980). Early Bronze Age lead-silver mining and metallurgy in the Aegean: the ancient workings on Siphnos. In P. T. Craddock (Ed.), Scientific Studies in Early Mining and Extractive Metallurgy (pp. 63–80). London: British Museum.
Wallbrecht, P. C., Blachnik, R., & Mills, K. C. (1981). The heat capacity and enthalpy of some Hume–Rothery phases formed by copper, silver and gold. Part I. Cu + Sb, Ag + Sb, Au + Sb, Au + Bi systems. Thermochimica Acta, 45(2), 189–198. https://doi.org/10.1016/0040-6031(81)80143-8
Walther, H. (1982). Die varistische Lagerstättenbildung im westlichen Mitteleuropa. Zeitschrift Der Deustchen Gesellschaft Für Geowissenschaften, 133, 667–698.
Watkinson, D., Weber, L., & Anheuser, K. (2005). Staining of archaeological glass form manganese-rich environments. Archaeometry, 47(1), 69–82.
Wattenbach, W. (1877). Ekkehart (Chronist). In Allgemeine Deutsche Biographie (Vol. 5, pp. 793–794). Leipzig: Duncker & Humblot. Retrieved from http://mdz10.bib-bvb.de/ db/bsb00008363/images/index.html?seite=795
Wedepohl, K. H., & Baumann, A. (1997). Isotope composition of medieval lead glasses reflecting early silver production in Central Europe. Mineralium Deposita, 32, 292–295.
Wedepohl, K. H., Delevaux, M. H., & Doe, B. R. (1978). The potential source of lead in the Permian Kupferschiefer bed of Europe and some selected Paleozoic mineral deposits in the Federal Republic of Germany. Contributions to Mineralogy and Petrology, 65(3), 273–281. https://doi.org/10.1007/BF00375513
Weeks, L. R., Keall, E., Pashley, V., Evans, J., & Stock, S. (2009). Lead isotope analyses of Bronze Age copper-base artefacts from al-Midamman, Yemen: towards the identification of an indigenous metal production and exchange system in the southern Red Sea region. Archaeometry, 51(4), 576–597.
Weisgerber, G. (2006). The mineral wealth of ancient Arabia and its use I: Copper mining and smelting at Feinan and Timna – comparison and evaluation of techniques, production, and strategies. Arabian Archaeology and Epigraphy, 17, 1–30.
Whitney, D. L., & Evans, B. W. (2010). Abbreviations for names of rock-forming minerals. American Mineralogist, 95, 185187. Retrieved from http://www.minsocam.org/MSA/AmMin/TOC/Abstracts/2010_Abstracts/Jan10_Abstracts/Whitney_p185_10.pdf
Wertime, T. A. (1978). The search for ancient tin: the geographic and historic boundaries. In A. D. Franklin, J. S. Olin, & T. A. Wertime (Eds.), The Search for Ancient Tin: A Seminar (pp. 1–6). Smithsonian Institution Press.
Wilfried Tittmann. (1993). Die Geschützdarstellung des Walter de Milèḿete von 1326/7. Waffen- Und Kostümkunde, 36, 145–147. Retrieved from http://www.ruhr-uni-bochum.de/technikhist/tittmann/6%20Geschuetzdarstellungen.pdf

One Response to “how to do slag microscopy – sample lapping”

Leave a Reply

You must be logged in to post a comment.