DE2909291A1

DE2909291A1 - Mit dem sieb bzw. filz einer papier- oder kartonmaschine in eingriff stehende tragelemente

Info

Publication number: DE2909291A1
Application number: DE19792909291
Authority: DE
Inventors: Ulf Dr Dworak; Karl Fuchs; Hans Dipl Chem Dr Olapinski
Original assignee: Feldmuehle AG
Current assignee: Cerasiv GmbH Innovatives Keramik Engineering
Priority date: 1979-03-09
Filing date: 1979-03-09
Publication date: 1980-09-18
Also published as: IT8012468A0; FI75618B; GB2053170A; JPH0118195B2; FI75618C; PL222534A1; DE2909291C2; PL130958B1; GB2053170B; SE8001716L; FI800688A; CA1140165A; IT1199019B; SE441841B; FR2450901A1; BR8001397A; AT376253B; JPS55122095A; ATA103280A; FR2450901B1

Description

W-RK. NAT. IMPL. CHEM 12.729

HANS UHLMANN

Patentanwalt Anmelder: Feldmühle Aktiengesellschaft

GL DBACf äE.- STSA3SE 789 Fritz-Vorpf elde -Platz 4, 4.G0Q Düsseldorf 11--

4O0VIERSEN1-

FcRNRUF {Q2MT, 17051 -3' 2909231

Anlage zur Eingabe vom 5.3.1979

Mit dem Sieb bzw. Filz einer Papier- oder Kartonmaschine in Eingriff stehende Tragelemente

Die Erfindung betrifft mit dem Sieb bzw. Filz einer Papieroder Kartonmaschine in Eingriff stehende Tragelemente wie Siebtisch, Stütztisch, Foil, Saugkastenbelag und Rohrsauger, die insbesondere der Unterstützung des Siebes, der Entwässerung und Blattbildung dienen und bei denen zumindest die mit dem Sieb oder Filz in Kontakt stehendei Teile aus Keramikbauteilen aus hartem, dichten gesinterten Aluminiumoxid mit einem Al„O_-Gehalt von mindestens 95 % bestehen.

Tragelemente mit Keramikbauteilen aus gesinterten Hartstoffen, insbesondere aus hartem, dichten gesinterten Aluminiumoxid haben in den letzten 15 Jahren die konventionellen Materialien für solche Tragelemente wie Holz oder Kunststoff weitestgehend verdrängt, weil sie sich durch wesentlich größere Verschleißfestigkeit und eine praktisch unbegrenzte Lebensdauer auszeichnen. Außerdem haben sich mit diesen Tragelementen mit Keramikbauteilen aus gesintertem Aluminiumoxid die Sieblaufzeiten erheblich steigern lassen. Dabei können Tragelemente in ihrer Gesamtheit aus Keramikbauteilen bestehen, von denen mehrere nebeneinander angeordnet sind, bis die ganze Breite der Papiermaschine erfaßt ist. Es können aber auch nur die Teile aus Keramik bestehen, die als solche direkt mit dem Sieb bzw. Filz in Berührung stehen und in besonders starkem Ausmaß beansprucht sind,wie beispielsweise die dem Sieb zugewandten Oberflächen bei Saugkastenbelägen oder die spitzen Anlaufkanten und die übergänge von der Horizontalen zur geneigten Fläche bei Foils, bei denen die Keramikbauteile als sogenannte inserts eingebracht werden.

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Solche Tragelemente sind beispielsweise beschrieben in der DE-PS 12 27 326. Man hatte damals auch bereits erkannt, daß der Oberflächencharakteristik der Tragelemente aus gesintertem Aluminiumoxid ganz erhebliche Bedeutung zukommt. Die technische Lehre der DE-PS 12 27 326 geht vor allem dahin, einen möglichst geringen Traganteil und einen verhältnismäßig großen Anteil an Poren in der Oberfläche der Keramik zu haben, um eine vollflächige Auflage und damit einen hohen Reibungswiderstand zu vermeiden und durch das bewußte Einbringen von Poren einen Wasserfilm zu erzeugen, vom dem das darüber hinweggleitende Sieb bzw. der Filz getragen wird. Außerdem wurde ein Al-O₃-Gehalt von mindestens 95 % für erforderlich gehalten , weil bei größerem Anteil an Verunreinigungen diese an den Korngrenzen verhältnismäßig leicht herausgelöst werden und dann zur Zerstörung des gesamten Korngefüges und damit zum Verschleiß führen - nicht nur beim Tragelement selbst. Auch das darüber hinweggleitende Sieb wird besonders stark in Mitleidenschaft gezogen, wenn einmal einzelne Körner ausgebrochen sind.

Die weitere Entwicklung dieser Tragelemente aus Keramikbauteilen aus gesintertem Aluminiumoxid ging zunächst dahin, daß man immer höhere Al-CU-Gehalte angestrebt hat in der Erwartung, daß damit die Härte, Dichte und Verschleißfestigkeit der Tragelemente weiter zunimmt.

Wenn sich auch die Tragelemente mit Keramikbauteilen aus gesintertem A1„O, in der Papiermaschine hervorragend bewährt haben, so ergaben sich gelegentlich doch Schwierigkeiten und ein unerwartet hoher Siebverschleiß. Dieser war einmal darauf zurückzuführen, daß,bedingt durch den verhältnismäßig geringfügigen Reibungswiderstand, den Keramikbauteile aus gesintertem Aluminiumoxid aufweisen, die Produktionsgeschwindigkeit der betreffenden Papiermaschinen immer mehr gesteigert worden ist. Insbesondere treten diese Schwierigkeiten aber dann auf, wenn mit

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verhältnismäßig stark füllstoffhaltigen Faserstoffsuspensxonen gearbeitet wird, wie sie inbesondere bei der Herstellung sehr leichtgewichtiger Papiere und bei Zeitungs- und Illustrationsdruck üblich sind. Dabei wurde vor allem festgestellt, daß die einzelnen Füllstoffe je nach ihrer Herkunft sehr unterschiedliche Zusammensetzung aufweisen und die stark abrasiven Bestandteile, wie Alphaquarz und Feldspat in manchen der verwendeten Füllstoffe sehr hoch liegen und beispielsweise bei manchen in Japan verwendeten Füllstoffen bis zu 70 % ausmachen. Die durchschnittliche Korngröße dieser Quarzanteile liegt meist zwischen 10 und 50 μΐη. Untersuchungen unter standardisierten Bedingungen ergaben, daß bereits der verhältnismäßig niedrige Anteil von 5-10 Gew.% an großen Körnern solcher abrasiven Bestandteile wie Alphaquarz genügt, um eine drastische Erhöhung sowohl des Verschleißes des Belages, d.h. der Keramikbauteile, als auch des Siebes zu bewirken.

Dieser Einfluß der Füllstoffe auf den Verschleiß ist besonders groß bei den immer stärker sich durchsetzenden Kunststoffsieben, die im Gegensatz zu den Bronzesieben in ihrer Webart sogenannte Schußläufer sind, d.h. der quer zur Laufrichtung des Siebes liegende Schußdraht mit dem Belag in Berührung kommt und bei Defekten im Belag besonders stark verschleißt. Außerdem werden die abrasiven Füllstoffpartikel durch die Schußfäden über den Belag der Tragelemente hinweggeschoben und bewirken bei der hohen Geschwindigkeit des Siebes wiederum einen höheren. Abrieb am Belag_fals das bei Bronzesieben der Fall war, bei denen die Kettfaden in Sieblaufrichtung verlaufen.

Die Erfindung geht deshalb von der Erkenntnis aus, daß ein enger Zusammeha^ng zwischen den Faktoren Sieb, Belag der Tragelemente und dem Füllstoffanteil in der Faserstoffsuspension besteht und die Erfindung hat sich das Ziel gesetzt, die Tragelemente mit Keramikbauteilen aus gesintertem Aluminiumoxid weiter zu verbessern und zu optimieren, in ihrer Verschleißfestigkeit zu erhöhen und ihre verschleißende Wirkung auf das darüber hinweggleitende Sieb bzw. den Filz zu verringern.

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Es wurde nun gefunden, daß sich dieses Ziel dadurch erreichen läßt, daß die Keramikbauteile die Kombination nachfolgender Merkmale aufweisen:

1. einen Al₂O₃-GeIIaIt von 97 - 98,5 Gew.% einen MgO-Gehalt von 0,5 - 0,3 .Gew.% und einen SiO₂~Gehalt von 1-2,5 -0,5 Gew.%

2. eine Korngröße nach Synder-Graff von 5 μια - 2 μΐη

3. eine Härte nach Vickers von mehr als 1600 daN/iran² bei einem Prüfkraftbereich von o,2 daN/mm²

4. eine Bxegebruchfestigkeit von mindestens 300 N/mm²

5. einen transkristallinen Bruchflächenanteil von mehr als 70 %

6. einer Oberflächencharakteristik, die bestimmt ist durch nachfolgende Faktoren:

a) eine Rauhigkeit von R < 0,2 μι - gemessen mit einem

Tastnadelradius von 3 um an einer polierten Oberfläche

b) einem Porenflächenanteil von weniger als 10 %

c) einer mittleren Porengröße < 5 μΐη.

Durch Einhalten dieser ganz bestimmten Merkmale hinsichtlich der stofflichen und physikalischen Eigenschaften der Keramik und deren Oberflächencharakteristik hat sich die Verschleißzahl für diese Tragelemente auf einen bisher nicht für möglich gehaltenen niedrigen Wert reduzieren lassen.

So hatten Tragelemente gemäß der DE-PS 12 27 326 mit einem Al₂O_-Gehalt von 97 % eine Verschleißzahl von 1000. Durch Erhöhung des Al₂O₃-Gehaltes von 99,5 % hat sich die Verschleißzahl auf Werte zwischen 30 und 400 reduzieren lassen. Keramikbauteile gemäß der Erfindung mit einem Al₃O₃-Gehalt von 98 % und mit den weiteren erfindungsgemäß beanspruchten Merkmalen haben dagegen eine Verschleißzahl von weniger als 1.

Unter Verschleißzahl versteht man dabei einen Wert, der wie folgt bestimmt wird:

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Der Verschleiß wird nach einem Ring-Ring-Verfahren ermittelt. Hierbei wird ein 1 mm breites Reibrad mit einem Durchmesser von 66 mm aus gehärtetem Stahl mit einer Rockwellhärte RC 65 und einer geschliffenen Oberfläche mit einer Rauhigkeit R₃= 4 μΐη unter definierter Anpreßkraft bei konstanter Umfangsgeschwindigkext und eingestelltem Schlupf gegen den zu untersuchenden keramischen Prüfling mit einem Durchmesser von 40 mm und einer geschliffenen und polierten Oberfläche einer Rauhigkeit R_& < 0,2 μΐη gefahren. Aus den Versuchsbedingungen ergibt sich eine definierte spezifische Hertz'sehe Flächenpressung. Die quantitaive Auswertung des Verschleißes wird durch Vermessung der Einlaufrille am Prüfkörper vorgenommen. Die Verschleißzahl V ist definiert als Quotient aus Abtragsvolumen und Gleitweg entsprechend der Gleichung V₁₇= V/W (mm³ . 10~ ) /m. Die angegebenen Zahlenwerte wurden bei folgenden Betriebsbedingungen ermittelt:

Anpreßkraft	86,6 N (8,66 kp)
Umfangsgeschwindigkext:
Reibrad	60 m/min
Prüfkörper	56,4 m/min
Schlupf	6 %
Temperatur	30 ⁰C
Laufzeit	24 h
Laufweg	5200 m

Es ist dabei darauf hinzuweisen, daß diese immense Steigerung des Gebrauchswertes der erfindungsgemäßen Keramikbauteile für diese Tragelemente nur gegeben ist, wenn sämtliche dieser Merkmale erfüllt sind. Es ist besonders darauf hinzuweisen, daß die Erfindung in einem Zusammenwirken all dieser Merkmale beruht und teilweise eine Eigenschaft die andere bedingt.

Es war zunächst gänzlich überraschend, daß ein Al~O_-Gehalt von 97 - 98 % gegenüber einer höherprozentigen Al„O.-,-Keramik einen solchen technischen Fortschritt bringt. Im allgemeinen gilt der Grundsatz, daß mit steigendem Al O₃~Gehalt die wesentlichen Eigenschaften wie Härte, Verschleißfestigkeit u.a. verbessert

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£ V» W W ^. W *

werden. Daß für den hier vorgesehenen Verwendungszweck eine Keramik mit niedrigerem Al-0..-Gehalt deshalb besser geeignet ist, ist wahrscheinlich darin begründet, daß sich durch die definierten Zusätze von bestimmten Mengen Magnesiumoxid und Siliziumoxid eine ganze Reihe weiterer Eigenschaften erzielen lassen, die bei höherem Al₃O₃-GeIIaIt nicht realisiert werden könnten.

So ermöglichen diese definierten Zusätze die erforderliche hohe Korngrenzenfestigkeit, auf deren Bedeutung später noch eingegangen wird. Sie lassen es außerdem zu, daß die Sintertemperatur verhältnismäßig niedrig gehalten werden kann, nämlich zweckmäßig unter 1700⁰C/ bevorzugt sogar bei der verhältnismäßig niedrigen Temperatur von 1620 - 1650⁰C.

Dadurch wird es möglich, die weiter unbedingt erforderliche verhältnismäßig kleine mittlere Korngrenze von^5 μΐη nach Synder-Graff einzuhalten, die deshalb von besonderer Bedeutung ist, weil im allgemeinen die Festigkeit einer Keramik umso besser ist, je kleiner das Korn ist. Eine kleine Korngröße ist aber deshalb notwendig/ weil sich damit die Größe der noch in der Oberfläche vorhandenen Poren klein halten läßt, auf deren Bedeutung nächfolgend noch näher eingegangen wird.

Es ist bei gesinterten Hartstoffen aus Al₃O₃ bekannt, daß mit sinkendem Al₃O₃-GeIIaIt und Zunahme an Verunreinigungen die Härte beträchtlich abnimmt. Wiederum bedingt durch die ganz definierten Zusätze bestimmter Mengen an Magnesiumoxid und Siliziumoxid läßt sich dieser unerwünschte Effekt weitgehend einschränken und eine Vickers-Härte von mehr als 160O₇ vorzugsweise 1800 - 50 daN/mm² bei einem Prüfkraftbereich von 0,2.daN/mm² erzielen. Diese Mindesthärte ist unbedingt einzuhalten, weil sonst eine ausreichende Verschleißfestigkeit selbst bei geringer Flächenbelastung nicht gegeben wäre.

Ein ganz wesentliches weiteres bedeutendes Merkmal der erfindungsgemäßen Keramikbauteile für diese Tragelemente ist eine Biegebruchfestigkeit von mindestens 300 N/mm². Diese ist deshalb

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unbedingt erforderlich, weil viele dieser Tragelemente wie Siebtisch und Foils spitze Anlaufkanten aufweisen und an diesen spitzen Anlaufkanten besonders bruchgefährdet sind. Außerdem ist die mechanische Belastung dieser Tragelemente allein durch die hohen Maschinengeschwindigkeiten bis zu 1000 m/min ganz beträchtlich. Gemessen wird die Biegebruchfestigkeit an säulenförmigen Prüfkörpern einer Länge von 60 mm mit einem quadratischen Querschnitt einer Kantenlänge von 4 mm, wobei der Prüfkörper eine feingeschliffene Oberfläche aufweist·

Auch diese Eigenschaft steht wieder in engem Zusammenhang mit anderen beanspruchten Merkmalen, wie der definierten Zusammensetzung mit ganz bestimmten Zusätzen und der kleinen Korngrößen der Keramikbauteile.

Eine der wesentlichsten Einflußfaktoren für die äußerst niedrige Verschleißzahl ist der transkristalline Bruchflächenanteil von mehr als 70 %. Vorzugsweise liegt er sogar über 80 %. Ein so hoher transkristalliner Bruchflächenanteil, der wiederum weitgegehend bedingt ist durch die Sinterbedingungen, insbesondere durch die verhältnismäßig niedrige Sinter temperatur, die kleine Korngröße und insbesondere die sehr reinen Ausgangsmaterialien und definierten Zusätze, bedingt eine sehr hohe Korngrenzenfestigkeit. Vereinfacht dargestellt zeichnen sich· solche Keramikbauteile dadurch aus, daß bei einer Bruchbelastung der Bruch nicht an den Korngrenzen erfolgt, sondern innerhalb des Kornes selbst. Ausbrüche an den Korngrenzen, wie sie bisher noch häufig auftreten, sind aber verantwortlich für den Verschleiß des Belages selbst, da durch ausbrechende Körner das Gefüge des Keramikbauteils und der Kristallverbund gelockert wird.

Die Bestimmung des transkristallinen Bruchflächenanteils erfolgt durch Ausmessen der Bruchflächen an einer rasterelektronischen Aufnahme oder durch Projektion des rasterelektronischen Bildes auf einem Bildschirm und Ausmessen der Bruchflächen.

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Hierbei werden die transkristallinen Bruchflächen, die optisch nach Form und Oberflächenausbildung deutlich von interkristallinen Bruchflächen unterschieden werden können,, ausplanimetriert und prozentual ins Verhältnis zur beobachteten Gesamtfläche gesetzt. Darüberhinaus besteht die Möglichkeit, mit automau.sehen Gefügeanalysen den Bruchflächenanteil apparativ zu bestimmen.

Auch die Eigenschaft des hohen transkristallinen Bruchflächenanteils wird wieder dadurch bewirkt, daß man bewußt unterhalb der höchsten Reinheit des Al„0., bleibt, nämlich im Bereich von 97 - 98,5 %, durch definierte Zusätze von Magnesiumoxid und Siliziumoxid aber hinsichtlich des transkristallinen Bruch-λ"·:;-- ---fiächenanteils einen Zugewinn erzielt und damit eine Eigenschaftskombination, die viel bedeutender ist als die mit hochreinem Al₂O₃-Sinterkörpern erzielbare größere Härte.

Wie bereits ausgeführt, ist von ganz erheblicher Bedeutung außerdem die Oberflächencharakteristik der Keramikbauteile für die Tragelemente, die einmal bestimmt ist durch die Rauhigkeit, die < 0,2 μπι ist - gemessen mit einem Tastnadelradius von 3 pm an einer polierten Oberfläche-und die von ganz erheblichem Einfluß auf den Verschleiß des darüber hinweggleitenden. Siebes ist.

Der Porenflächenanteil von weniger als 10 % ist deshalb von so besonderer Bedeutung, weil damit rein qualitativ die Möglichkeit reduziert ist, daß sich Füllstoffteilchen in der Keramikoberfläche festsetzen. Außerdem ist die Gefahr, daß einzelne Körner aus dem Kristallverband herausgebrochen werden, umso geringer, je kleiner der Porenflächenanteil ist.

Zum Porenflächenanteil tragen dabei zwei Faktoren bei: Einmal die an der Oberfläche angeschnittenen Poren, die als solche im Sinterkörper vorhanden sind, zum anderen die Poren, die durch die Oberflächenbearbei tung zusätzlich in der Oberfläche entstehen.

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Wie bereits ausgeführt, kommt außerdem der Große der Poren ganz erhebliche Bedeutung zu und die Poren haben erfindungsgemäß einen Medianwert von < 5 μια, bevorzugt sogar < 4 μπι. Diese kleine Porengröße, die eng in Zusammenhang steht mit der kleinen mittleren Korngröße, ist von so entscheidender Bedeutung, weil damit Füllstoffteilchen über 5 um in der Faserstoffsuspension, die besonders für den Verschleiß auf Sieb und Belag verantwortlich sind, sich nicht in diesen kleinen Poren festsetzen können.

Unter Medianwert wird dabei folgendes verstanden: Die Teilchengrößenverteilung des Füllstoffes bzw. die Porengrößenverteilung des Keramikbelages werden üblicherweise in einer Summenverteilung in der Weise dargestellt, daß die Größenparameter gegen die prozentuale Häufigkeit bis auf 100 % aufgetragen werden. Entsprechende Summenverteilungskurven werden üblicherweise dadurch in vereinfachter Form gekennzeichnet, daß der Medianwert angegeben wird. Der Medianwert ist definiert als der Schnittpunkt der Summenkurve mit der 50 %-Linie der Häufigkeitsfunktion und bezeichnet damit die durchschnittliche Größe (Teilchengröße oder Porengröße), bei der 50 % größer und 50 % kleiner als diese sind.

Es ist aber nicht allein erstrebenswert, daß der Medianwert so niedrig ist, sondern besonders bevorzugt sind solche Keramik-" bauteile, bei denen dafür Sorge getragen ist, daß möglichst keine oder nur wenige Poren in ihrem absoluten Wert über 5 μια groß sind. Bevorzugt ist deshalb eine Keramik, bei der 90 % aller Poren < 5 μπι und ganz bevorzugt < 4 μια sind.

Die Bedeutung des verhältnismäßig geringen Porenflächenanteils von weniger an 10 % und vor allem des Mediandurchmessers von < 5 μΐϋ erhält man aus nachfolgendem Vergleich'mit der A1~O_- Keramik gemäß DE-PS 12 27 326. Diese hatte einen Porenflächenanteil von 20 % und eine mittlere Porengröße von 8 μπι.

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Es wurden Versuche durchgeführt, um die Einwirkung von Kaolin als Füllstoff auf die Festigkeit eines Kunststoffsiebes mit Schußläufer zu untersuchen. Dabei ergab sich für die Keramikbauteile gemäß DE-PS 12 127 326 ein Festigkeitsverlust beim Sieb von 84 %.

Keramikbauteile nach der Erfindung mit einem Porenflächenanteil von 9 % und einer mittleren Porengröße < 4 μΐη weisen dagegen nur einen Festigkeitsverlust des Siebes von 27 % auf.

Noch größer ist der Einfluß des kleinen mittleren Porendurchmessers bei CaO₃-FuIlStOffen, die wegen ihrer großen Verschleißwirkung auf dem Belagstoff und vor allem auf das Sieb besonders gefürchtet sind.

Die Messung der Siebfestigkeit erfolgt dabei nach folgender Methode:

Der Einfluß von Füllstoff und Belagoberfläche der Aluminiumoxidkeramik auf den Siebverschleiß wurde mit einer speziellen Prüfeinrichtung ermittelt. Hierbei werden mehrere Siebstreifen von ca. 20 mm Breite um eine 150 mm breite Keramikwalze eines Durchmessers von 115 mm mit einem Umsehlingungswinkel von 180° herumgelegt und die Walze bei definierten Umdrehungsgeschwindigkeiten gegen den ruhenden, mit einer definierten Vorspannung angebrachten Siebstreifen relativ bewegt. Die Vorspannung erfolgt durch Anhängen von Gewichten von 1300 g an jeden Streifen. Die Anordnung befindet sich in einem Behältnis, welches mit einer Füllstoffsuspension, die durch Rührwerk in Schwebe gehalten wird, angefüllt ist. Nach Durchführung des Verschleißversuches bei konstanten Betriebsparametern wird die Restzugfestigkeit des Siebes ermittelt, wobei die Restzugfestigkeit als Maß für den Verschleiß am Sieb anzusehen ist. Die Restzugfestigkeit wird durch einen Zerreißversuch des Siebstreifens bestimmt.

Die Dichte für die Keramikbauteile dieser Tragelemente beträgt zweckmäßig mehr als 96 % der theoretischen Dichte und liegt bei ca. 3,80, während die theoretische Dichte bei der beanspruchten Zusammensetzung im Bereich von 3,92 liegen würde.

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Auch bei dieser Eigenschaft der Dichte ist also nicht die optimale Dichte erforderlich, sondern in Zusammenwirken mit den anderen Eigenschaften wie den definierten Zusätzen und der hohen Korngrenzenfestigkeit sind die angegebenen Werte ausreichend.

Dabei ist besonders hervorzuheben, daß die Korrosionsbeständigkeit dieser Keramikbauteile sowohl im sauren als auch im alkalischen Milieu und bei Langzeiteinwirkung - auch unter erhöhten Temperaturen von 60 - 70⁰C - ganz ausgezeichnet ist. So tritt beispielsweise bei 100-stündigem Erhitzen in 2n Salzsäure auf 100⁰C lediglich ein Festigkeitsverlust auf, der unter 10 % gegenüber der Ausgangsfestigkeit liegt, im allgemeinen ist er sogar unterhalb 5 %. Dabei wird als Maß für diesen Pestigkeitsverlust die Biegebruchfestigkeit genommen.

Dieses gänzlich unerwartete Verhalten im Hinblick auf den verhältnismäßig niedrigen Al_O_-Anteil und die verhältnismäßig niedrige Dichte, läßt sich wahrscheinlich wieder aus den ganz definierten Zusätzen zum Al₃O₃ und der dadurch bedingten großen Korngrenzenfestigkeit erklären. Im allgemeinen setzt die Korrosion an den Korngrenzen an und den dort üblicherweise vorhandenen glasartigen Bindemittelanteilen. Liegen diese in Form der üblichen Verunreinigungen vor, so werden sie besonders leicht herausgelöst, das Kristallgefüge lockert sich und einzelne Körner brechen aus. Die Verwendung von sehr reinem Äl„O-, als Ausgangs— material und von Magnesiumoxid und Siliziumoxid - ebenfalls in reiner Form - als definierte Zusätze ergibt dagegen die erfindungsgemäß erforderliche hohe Korngrenzenfestigkeit, so daß nunmehr auch korrodierende Flüssigkeiten an den Korngrenzen praktisch nicht mehr angreifen können.

Die Erzielung der erfindungsgemäß erforderlichen Eigenschaftskombination steht in engem Zusammenhang mit dem Verfahren, nach dem die Keramikbauteile für die Tragelemente hergestellt werden.

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Ein besonders bevorzugtes Verfahren zum Herstellen von Keramikbauteilen für die erfindungsgemäßen Tragelemente besteht darin,

Gemisch
daß ein aus 97 - 98,5 Gew.% reinem, pulverförmigera Al₃O₃ und 0,5 - 0,3 Gew.% reinem, pulverförmigem MgO und 1 - 2,5 - 0,5 Gew.% reinem, pulverförmiger* SiO- einer mittleren Korngröße von 1,0 bis 2,5 μΐη nach Zugabe von Preßhilf smitteln bei einem Preßdruck zwischen 400 und 1200 daN/cm zu einem grünen Formkörper verpreßt und dieser bei einer Temperatur zwischen 1600 und 1700⁰C zu einem dichten Sinterkörper gesintert wird.

Dabei wird vorzugsweise von sehr reinen Ausgangsmaterialien ausgegangen, so daß verunreinigende Bestandteile wie Na„O, K„0, Fe^O_ u.a. lediglich in Spuren vorliegen und nie It mehr als o, 2 Gew.% ausmachen.

Die Ausgangspulver werden bevorzugt schön in einer verhältnismäßig kleinen mittleren Korngröße eingesetzt, die unterhalb 4 μΐη, vorzugsweise unterhalb 2,5 μΐη liegt. Durch 6 bis 10-stündiges Vermählen dieser Ausgangspulver in einer Vibrationsmühle werden diese auf die mittlere Korngröße von 1,0 bis 2,5 μΐη gebracht.

Nach dem Vermählen wird das homogen vermischte Pulver zweckmäßig in wässriger Suspension mit 1 GEw.% Polyvinylalkohol versetzt und anschließend sprühgetrocknet und das sprühgetrocknete Pulver bei den angegebenen Preßdrucken zu einem grünen Formkörper verpreßt.

Das Aufheizen auf die Sintertemperatur zwischen 1600 und 1700⁰C erfolgt bevorzugt mit einer Aufheizrate von ca. 50°C/h und die Sintertemperatür von 1600 bis 1700⁰C wird zweckmäßig 2 bis 8 Stunden gehalten. Die bevorzugte Sintertemperatur liegt bei 1620 - 1650⁰C.

Nachfolgend wird die Herstellung eines Keramikbauteils für ein Tragelement im Sinne der Erfindung an einem Beispiel näher erläutert:

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97,7 Gew.% Aluminiumoxidpulver mit einer Reinheit von 99,9 % werden unter Zusatz von 0,5 Gew.% Magnesiumoxidpulver großer Reinheit und 1,7 Gew.% Siliziumdioxidpulver großer Reinheit in einer Vibrationsmühle 5 Stunden vermählen. Die Ausgangspulver hatten eine mittlere Teilchengröße von ca. 3,5 - 3.,8 μΐη. Nach dem Vermählen ergibt sich eine mittlere Teilchengröße von 1,8 ^m. Das gemahlene mit Zuschlagstoffen homogen vermischte Pulver wird in wässriger Suspension mit 1 Gew.% Polyvinylalkohol versetzt und anschließend sprühgetrocknet.

Das sprühgetrocknete Pulver wird bei einem Druck von 1000 daN/cm zu einem Saugkastenbelag mit einer Abmessung 180 χ 400 χ 20 mm

verpreßt. Der gepreßte Formkörper wird nach einer mechanischen Bearbeitung und Anbringung der gewünschten geometrischen Konturen mit einer Aufheizrate von 50 °C/h auf eine Temperatur von 1630⁰C aufgeheizt und diese Temperatur 5 Stunden beibehalten. Die Einstellung der gewünschten Oberflächencharakteristik erfolgt durch Schleif- und Polierverfahren mit Diamantwerkzeugen. Der so hergestellte Saugkastenbelag hat eine Vickershärte von 1800 daN/mm² bei einem Prüfkraftbereich von 0,2 daN/mm², eine Biegebruchfestigkeit von 350 N/mm² , ein^eitranskristallinen Bruchflächenanteil von mehr als 82 %. Die Oberflächenrauhigkeit, gemessen mit einem Tastnadelradius von 3 μια an der polierten Oberfläche beträgt R₃= 0 ,11 μπι. _Die mittlere Porengröße beträgt o,4 \im. Die Dichte liegt bei 3.80.

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Claims

Av1S ÜHLMAK,-. 12.729 ΡΛΓ£.\"λ.ν -..λ(,Τ GKDaACKi.o Suä<s£Anmelder: Feldmühle Aktiengesellschaft 4LJ0 ViERSEN 1 Fritz-Vomf elde- Plat* 4 4000 Düsseldorf 11 FcRNRL',- (02162) 17U61 a Q « Q ^ Q 4 Anlage zur Eingabe vom 5.3.1979 Patentansprüche

1.)Mit dem Sieb bzw. Filz einer Papier- oder Kartonmaschine —' in Eingriff stehende Tragelemente, wie Siebtisch., Stütztisch Foil, Saugkastenbelag und Rohrsauger, die insbesondere der unterstützung des Siebes,der Entwässerung und Blattbildung dienen und bei denen zumindest die mit dem Sieb bzw. Filz in Kontakt stehenden Teile aus Keramibauteilen aus hartem, dichtem gesinterten Aluminiumoxid mit einem Al-O^-Gehalt von mindestens 95 % bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikbauteile folgende Merkmale aufweisen:

1. einen Al_O_-Gehalt von 97 - 98,5 Gew. %

+
einen MgO-Gehalt von 0,5 - 0,3 Gew% und

einem SiO₂-Gehalt von 1 - 2,5 - 0,5 Gew.%

2. eine Korngröße nach Synder-Graff von 5 μΐη - 2 μι

3. eine Härte nach Vickers größer als 1600 daN/mm² bei einem Prüfkraftbereich von 0,2 daN/mm²

4. eine Biegebruchfestigkeit von mindestens 300 N/mm²

5. einen transkristallinen Bruchflachenanteil von mehr als 70 %

6. eine Oberflächencharakteristik bestimmt durch

a) eine Rauhigkeit von R < o,2 μΐη - gemessen mit einem

a .τ

Tastnadelradius von 3 um an einer polierten Oberfläche

b) einem Porenflächenanteil von weniger als 10 %

c) einer mittleren Porengröße < 5 p.m.

2. Tragelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Härte der Keramikbauteile nach Vickers 1800 - 50 beträgt.

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3. Tragelement nach einem der Ansprüche 1 und 2, gekennzeichnet durch einen transkristallinen Bruchflächenanteil von mehr als 80 %

4. Tragelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine mittlere Porengröße < 4 p.

5. Verfahren zum Herstellen von Keramikbauteilen für Tragelement nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß ein Gemisch aus 97 - 98,5 Gew.% reinem pulverförmigem Al₃O₃ und 0,5 - 0,3 Gew.% reinem pulverförmigem MgO und 1 bis 2,5 - 0,5 Gew.% reinem pulverförmigem SiO „ einer mittleren Korngröße von 1,0 bis 2,5 ^m nach Zugabe von Preßhilfsmitteln bei einem Preßdruck zwischen 400 und 1200 daN/cm² zu einem grünen Formkörper verpreßt und dieser bei einer Temperatur zwischen 1600 und 1700⁰C zu einem dichten Sinterkörper gesintert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das pulverförmige Ausgangsgemisch durch 6 bis 10-stündiges Vermählen in einer Vibrationsmühle auf die mittlere Korngröße von 1,0 bis 2,5 μΐη gebracht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der grüne Formkörper mit einer Aufheizrate von ca. 50⁰C/ Stunde auf die Sintertemperatur von 1600 bis 1700⁰C gebracht und 2 bis 8 Stunden bei dieser Temperatur gehalten wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sintertemperatur 1620 bis 1650⁰C beträgt.

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