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Die Erfindung betrifft einen Saugkasten-Belag für Langsiebpapiermaschinen
mit einer mit Siliziumkarbid beschichteten Oberfläche.
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Bei Langsiebpapiermaschinen nutzt sich das Maschinensieb trotz aller
Vorsichtsmaßnahmen außerordentlich schnell ab. Eine Ursache hierfür sind Sand und
Mahlsteinabrieb, die sich im Papierbrei befinden. Wenn nun dieser Brei vom Sieb
über die Saugkasten-Beläge gezogen wird, so schleifen Sand und Mahlsteinabrieb auf
diesen Belägen. Manche Teilchen setzen sich sogar in den Oberflächen der Abdeckung
fest, und im gleichen Maße, wie die Güte der Oberfläche abnimmt, steigt der Verschleiß
des Maschinensiebes.
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Es ist schon ein Saugkasten-Belag bekanntgeworden, der einen Grundkörper
aus einem üblichen Werkstoff wie beispielsweise Stahl als Träger für die seine Oberfläche
vergütende Siliziumkarbidschicht aufweist. Damit die letztere überhaupt auf dem
Träger haftet, ist ein Bindemittel wie beispielsweise ein Epoxykleber erforderlich,
der vor dem Siliziumkarbid auf die Trägeroberfläche aufgebracht werden muß. Dann
wird das Siliziumkarbid aufgesprüht. Dieser bekannte Saugkasten-Belag weist insofern
gewisse Nachteile auf, als die Temperaturausdehnungskoeffizienten von Stahl und
Siliziumkarbid ziemlich verschieden sind, so daß im Betrieb einer Papiermaschine
stets Beschädigungen der dünnen Siliziumkarbidschicht auftreten. Dies gilt auch
für die anderen im allgemeinen Maschinenbau üblichen Werkstoffe, aus denen der Grundkörper
des bekannten Saugkasten-Belages gefertigt sein könnte.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Saugkasten-Belag
zu schaffen, der trotz verhältnismäßig billiger Herstellung eine beständige, glatte
Oberfläche hoher Materialdichte aufweist. Zur Lösung dieser Aufgabe wird im Gasplattierverfahren
mit Siliziumkarbid beschichtetes Silizium als Material für Saugkästen verwendet,
wobei jedoch das beschichtete Silizium ein polykristalliner Siliziumguß ist.
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Das im Gasplattierverfahren direkt an der Siliziumoberfläche des Grundkörpers
gebildete Siliziumkarbid haftet ganz besonders fest, so daß sich das bei den bekannten
Saugkasten-Belägen erforderliche Bindemittel oder irgendein anderer Haftvermittler
erübrigt. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen,
daß sich Silizium viel leichter und exakter als beispielsweise Stahl gießen läßt,
so daß bis auf den Poliervorgang an der Oberfläche des Grundkörpers keine Bearbeitung
mehr erforderlich ist. Ferner läßt sich Silizium auch bis zu einer wesentlich besseren
Oberflächengüte polieren als die im allgemeinen Maschinenbau üblichen Werkstoffe,
so daß auch aus diesem Grund der erfindungsgemäß aufgebaute Saugkasten-Belag zu
einem geringeren Verschleiß führt. Schließlich unterscheidet sich der Temperaturausdehnungskoeffizient
des Siliziums von demjenigen des Siliziumkarbids weit weniger als der Temperaturausdehnungskoeffizient
von Stahl oder einem anderen, im allgemeinen Maschinenbau üblichen Werkstoff, so
daß die bisher auftretenden, auf diesen Unterschieden beruhenden Schäden an der
überzugsschicht bei dem erfindungsgemäßen Saugkasten-Belag nicht auftreten.
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Zum Teil beruht die erfindungsgemäße Lösung auf einer Übertragung
des bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen bekannten Gasplattierverfahrens
zur Erzeugung von Siliziumkarbidüberzügen auf das Gebiet der Herstellung von Papiermaschinen,
jedoch wird hier nicht hochreines und einkristallines, sondern polykristallines
Silizium mit einem üblichen technischen Reinheitsgrad, das deshalb billiger ist,
überzogen.
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In der nachfolgenden Beschreibung sind einige in der Zeichnung dargestellte
Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine perspektivische
Darstellung eines Maschinensiebes in einer Papiermaschine, F i g. 2 eine Draufsicht
auf einen Saugkasten-Belag, F i g. 3 einen Schnitt durch einen Saukasten samt Belag.
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Wie die Fig. 1 zeigt, ist bei einer Langsiebpapiermaschine ein Maschinensieb
11 vorgesehen, auf dem der Papierstoff 10 abgelagert wird; das Sieb verläuft über
Stützwalzen 14, Saugkästen 15 und Umlenkwalzen 12 und 13, von denen mindestens eine
angetrieben ist. Innerhalb der Saugkästen 15 wird ein Vakuum aufrechterhalten. Der
Belag eines jeden Saugkastens 15 setzt sich zweckmäßigerweise aus mehreren Abschnitten
20 zusammen, die jeweils Durchbrüche 26 aufweisen, einen solchen Abschnitt zeigt
die F i g. 2. Mehrere solcher Abschnitte sind nebeneinander angeordnet, so daß sie
zusammen den Saugkasten-Belag bilden. Durch die Durchbrüche in den Abschnitten wird
Wasser aus dem Papierstoff in das Innere der Saugkästen abgezogen. Die Oberfläche
25, gegen die das Sieb 11 anliegt, muß völlig undurchlässig und so hart sein, daß
sie der Verschleißwirkung fester Körner im Papierbrei widerstehen können.
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Die F i g. 3 zeigt den Saugkasten-Belag. Der sich aus mehreren Abschnitten
20 zusammensetzende Saugkasten-Belag sitzt auf einem Saugkasten-Unterteil 21 und
ist beispielsweise mit Hilfe von Klemmbügeln 22 und 23 am Unterteil befestigt. über
eine Saugleitung 24 ist jeder Saugkasten mit einer - nicht dargestellten - Unterdruckquelle
verbunden.
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Jeder Belagabschnitt 20, 21 aus einem Träger 28, der aus Silizium
gegossen wurde und mit einem harten, durchdurchlässigen und kontinuierlichen Siliziumkarbidüberzug
25 versehen ist (F i g. 3). Dieser Überzug bedeckt die dem Sieb zugekehrte Oberfläche
des Belagabschnittes 20 vollständig und bildet eine glatte Abstützfläche, deren
Härte größer als diejenige der festen Körner im Papierstoffbrei ist. Zweckmäßigerweise
wurde der Träger 28 in einer Form gegossen, die mit Vorteil aus Bornitrid besteht.
Die Durchbrüche 26 werden zweckmäßigerweise gleich beim Gießen gebildet, so daß
sich ein nachträgliches Bohren erübrigt. Außerdem kann beim Gießen eine spiegelglatte
Oberfläche des Trägers 28 erzielt werden, so daß dieser anschließend nicht mehr
maschinell bearbeitet und poliert werden muß, was ebenfalls die Herstellungskosten
erheblich herabsetzt. Selbst wenn der Träger jedoch noch poliert wird, so weist
der erfindungsgemäße Saugkasten-Belag den Vorteil auf, daß Silizium wesentlich leichter
poliert werden kann als die Werkstoffe, die bisher Verwendung gefunden haben.
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Zweckmäßig sind Siliziumkarbidschichten mit Dicken zwischen 0,075
und 2,9 mm. Bei den Überzügen handelte es sieh um ß-Kristalle des Siliziumkarbids,
die eine außerordentlich große Dichte aufweisen und im wesentlichen flüssigkeitsundurchlässig
sind. Die Zusammensetzung der Siliziumkarbidüberzüge kann zwischen stöchiometrisch
reinem Siliziumkarbid und Siliziumkarbid mit bis zu 0,890lo freiem Kohlenstoff oder
bis zu 36,5% freiem Silizium als
zweiter Phase schwanken. Die Druckfestigkeit
des Siliziumkarbids liegt dann ungefähr zwischen 2170 und 3850 kg pro Quadratzentimeter,
der Elastizitätsmodul zwischen 3150 -103 und 3500 - 103 kg pro Quadratzentimeter,
und derTemperaturausdehnungskoeffizient variiert ungefähr zwischen 4,0 - 10-s und
5,4 - 10-6(° C)-1, sofern in einem Temperaturbereich zwischen 30 und 810° C gemessen
wird. Die Knoop-Härte liegt zwischen 988 und 2900, wenn sie mit einer Last von 1
kg gemessen wird, und der spezifische Widerstand zwischen 0,005 und ungefähr 4 Ohm/cm.
Die durch Wasserverdrängung gemessene Dichte liegt zwischen 2,59 und 3,28 g pro
Kubikzentimeter. Das Siliziumkarbid wurde auf seine Empfindlichkeit gegenüber thermischen
Schocks geprüft. Es konnte jedoch keine nachteilige Wirkung festgestellt werden,
wenn der Werkstoff auf 1000° C erhitzt und anschließend in Wasser von Raumtemperatur
geworfen wurde.
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Der Siliziumkarbidüberzug bildet eine gleichmäßige und kontinuierliche
Reproduktion der Oberfläche des gegossenen Trägers. Da Silizium sofort mit den Durchbrücken
und einer spiegelglatten Oberfläche gegossen werden kann, wird die nachfolgende
Bearbeitung gegenüber den bekannten Saugkasten-Belägen ganz erheblich vermindert.
Außerdem kann der Träger 28 für den Belag aus Silizium minderer Qualität gegossen
werden, so daß die Herstellungskosten weiter sinken. Der Siliziumkarbidüberzug wird
direkt auf die Oberfläche des gegossenen Trägers aufgebracht. Da dessen Oberfläche
außerordentlich glatt ist, hat auch der Siliziumkarbidüberzug eine glatte Oberfläche,
so daß auch er nur geringfügig oder überhaupt nicht geschliffen und poliert werden
muß, damit der Saugkasten-Belag eine glatte Oberfläche aufweist.
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Der mit Siliziumkarbid überzogene Siliziumträger hat den Vorteil,
daß das geringe Gewicht sowie die Festigkeit des Siliziums mit der Abriebbeständigkeit
des Siliziumkarbids kombiniert ist.
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An Stelle einer sich aus mehreren Teilen zusammensetzenden Saugkasten-Abdeckung
kann natürlich auch eine einteilige verwendet werden.