DE2909291C2

DE2909291C2 - Tragelement für das Sieb bzw. den Filz einer Papier- oder Kartonmaschine und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE2909291C2
Application number: DE2909291A
Authority: DE
Inventors: Ulf Dr. 7066 Baldmannsweiler Dworak; Karl Dieter Ing.(grad.) 7333 Ebersbach Fuchs; Hans Dipl.-Chem. Dr. 7307 Aichwald Olapinski
Original assignee: Feldmuehle AG
Current assignee: Cerasiv GmbH Innovatives Keramik Engineering
Priority date: 1979-03-09
Filing date: 1979-03-09
Publication date: 1983-11-10
Also published as: AT376253B; SE8001716L; FR2450901A1; JPH0118195B2; PL130958B1; JPS55122095A; FI75618C; FI75618B; IT8012468A0; GB2053170A; FI800688A; SE441841B; GB2053170B; DE2909291A1; ATA103280A; PL222534A1; FR2450901B1; CA1140165A; BR8001397A; IT1199019B

Description

1. einen AbOrGehalt bis zu 98,5 Gew.-%

einen MgO-Gehalt von 0,2—0,8 Gew.-% und einen SiOz-Gehalt von 1 —2J5 Gew.-%, wobei sich die Gewichtsteile dieser Substanzen auf mindestens 99,8 Gew.-% ergänzen;

2. eine Korngröße nach Snyder-Graff von 5 μΐη ± 2 μητι;

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

4. eine Biegebruchfestigkeit von mindestens 300 N/mm*;

5. einen transkristallinen Bmchflächenanteil von mehr als 70%;

6. eine Gberflächencharakteristik, bestimmt durch

a) eine Rauhigkeit von R, < 0,2 μπι — gemessen mit einem Tastnadetradius von 3 μίτι an einer polierten Oberfläche;

b) einem Porenflächenanteil von weniger als 10%;

c) einer mittleren Porengröße <5μπι.

2. Tragelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Härte der Keramikbauteile nach Vickers 1800 ± 50daN/mm²bei einem Prüfkraftbereich von 0,2 daN/mm² beträgt.

3. Verfahren zum Herstellen von Keramikbauteilen für ein Tragelement nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemisch aus: bis zu 983 Gew.-% reinem, pulverförmigen AbOj und 02—0,8 Gew.-% reinem, pulverförmigen MgO und 1 bis 2,5Gew.-% reinem, pulverförmigen S1O2 einer mittleren Korngröße von 1,0 bis 2,5 μπι, wobei sich die Gewichtsteile dieser Substanzen auf mindestens 99,8 Gew.-% ergänzen, 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.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der grüne Formkörper mit einer Aufheizrate von ca. 50°C/Stunde auf die Sintertemperatur von 1600 bis I7OO~C gebracht und 2 bis 8 Stunden bei dieser Temperatur gehalten wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sintertemperatur 1620 bis 1650° C beträgt.

Die Erfindung betrifft ein Tragelement für das Sieb bzw. den Filz einer Papier- oder Kartonmaschine entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ferner ein Verfahren zum Herstellen von Keramikbauteilen für ein Tragelement

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 gesinertem 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.

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 Al₂Oj-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 hinweggleiteiide 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 AbOj-Gehalte angestrebt hat in der Erwartung, daß damit die Härte, Dichte und Verschleißfestigkeit der Tragelemente weiter zunimmt.

In der US-PS 40 47 993 sind Tragelemente aus Aluminiumoxid mit Zusätzen von Magnesiumoxid und Siliziumoxid beschrieben, die als wesentliche Mischungsbestandteile noch Na2O, K2O CaO und Fe2O3 enthalten. Nachteilig bei diesen Tragelementen ist der zu niedrige transkristalline Anteil des Bruchgefüges und infolgedessen eine noch nicht ausreichende Verschleißfestigkeit.

Wenn sich auch die Tragelemente mit Keramikbauteilen aus gesintertem AI2O3 in der Papiermaschine hervorragend bewährt haben, so ergaben sich gelegentlich doch Schwierigkeiten und ein unerwartet hoher Siebverschleiß. Dieser war einmal darauf zurückzufüh-

ren, 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 verhältnismäßig stark iullstof fhaltigen Faserstoffsuspensionen gearbeitet wird, wie sie insbesondere bei der Herstellung sehr Ieichigewichtiger 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 50μπι. Untersuchungen unter standardisierten Bedingungen ergaben, daß bereits der verhältnismäßig niedrige Anteil von 5—10<Jew.-% an großen Körnern solcher abrasiven Bestandteile wie Aipnaquarz genügt, um cine 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 Behfj 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, als das bei Bronzesieben der Fall war, bei denen die Kettfaden in Sieblaufrichtung verlaufen.

Die Erfindung geht deshalb von der Erkenntnis aus, daß ein enger Zusammenhang zwischen den Faktoren «o 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.

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

1. einen AljOj-Gehalt bis zu 98,5 Gew.-%,
einen MgO-Gehalt von 0,2—0,8 Gew.-% und

einen SiCVGehalt von 1—2,5Gew.-%, wobei sich die Gewichtsteile dieser Substanzen auf mindestens 99,8 Gew.-% ergänzen;

2. eine Korngröße nach Snyder-Graff von 5 μπι ± 2 μπι;

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

4. eine Biegebruchfestigkeit 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 7?,<O,2um — gemessen mit einem Tastnadelradius von 3 μπι an einer polierten Oberfläche;

b) einem Porenflächenanteil von weniger als 10%

c) einer mittleren Porengröße <5 μπτ.

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 AbOrGehalt von 97% eine Verschleißzahl von 1000. Durch Erhöhung des AI₂O_rGehaltes auf 99,5% hat sich die Verschleißzahl auf Werte zwischen 30 und 400 reduzieren lassen. Keramikbauteile gemäß der Erfindung mit einem Al2O;rGehalt von 98% und mit den weiteren erfindungsgemäß beanspruchten Merkmalen haben dagegen eine Verschleißzahl von weniger als !.

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

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 Rockwellhärtc RC 65 und einer geschliffenen Oberfläche mit einer Rauhigkeit Rj = 4 μπι unter definierter Anpreßkraft bei konstanter Umfangsgeschwindigkeit und eingestelltem Schlupf gegen den zu untersuchenden keramischen Prüfling mit einem Durchmesser von 40 mm und einer geschliffenen und polierten Oberfläche einer Rauhigkeit R,<02 μπι gefahren. Aus den Versuchsbedingungen ergibt sich eine definierte spezifische Hertz'sche Flächenpressung. Die quantitative Auswertung des Verschleißes wird durch Vermessung der Einlaufrille am Prüfkörper vorgenommen. Die Verschleißzahl V_z ist definiert als Quotient aus Abtragsvolumen und Gleitweg entsprechend dir Gleichung Vz = V/W (mm* ■ 10-⁴)/m. Die angegebenen Zahlenwerte wurden bei folgenden Betriebsbedingungen ermittelt:

Anpreßkraft	86,6 N (8,66 kp)
Umfangsgeschwindigkeit:
Reibrad	60 m/min
Prüfkörper	56,4 m/min
Schlupf	6%
Temperatur	30⁰C
Laufzeit	24 h
Laufweg	520Om

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 AlaOj-Gehalt bis zu 98,5% gegenüber einer höherprozentigen AbOj-Keramik einen solchen technischen Fortschritt bringt. Im allgemeinen gilt der Grundsatz, daß mit steigendem AbOa-Gehalt die wesentlichen Eigenschaften wie Härte, Verschleißfestigkeit u. ä. verbessert werden. Daß für den hier vorgesehenen

Verwendungszweck eine Keramik mit niedrigerem AI₂O₃-GeIIaIt deshalb besser geeignet ist, ist wahrscheinlich darin begünstigt, daß sich durch die definierten Zusätze von bestimmten Mengen Magnesiumoxid und Siliziumoxid eine ganze Reihe weiterer Eigenschaften erzielen lassen, die bei höherem AI₂O₃-Gehalt nicht realisiert werden könnten. Von wesentlicher Bedeutung ist es auch, daß diese Substanzen zumindest 99,8 Gew.-% der Gesamtzusammensetzung ausmachen, so daß Verunreinigungen nur in einer jo 0,2Gew.-% nicht überschreitenden Menge vorliegen können.

So ermöglichen diese definierten Zusätze die erforderliche hohe Korngrenzenfestigketit, auf deren Bedeutung später noch eingegangen wird. Sie lassen es außerdem zu, daß die Sintertemperatur verhältnismäßig niedrig gehalten werden kann, nämiich zweckmäßig unter 1700⁰C, bevorzugt sogar bei der verhältnismäßig niedrigen Temperatur von 1620 — 1650° C

Dadurch wird es möglich, die weiter unbedingt erforderliche verhältnismäßig kleine mittlere Korngröße von 5 ,um ± 2 μπι nach Snyder-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 nachfolgend noch näher eingegangen wird.

Es ist bei gesinterten Hartstoffen aus Al₂O₃ bekannt, daß mit sinkendem Al₂O₃-GeIIaIt und 21unahme 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 1600, vorzugsweise 1800 ± 50 daN/mm² bei einem Prüfkraftbereich von 02 daN/mm² erzielen. Diese Mindesthärte ist unbedingt einzuhalten, weil sonst eine ausreichende Verschleißfestigkeit selbst bei geringer IFlächenbelastung nirht 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 unbedingt erforderlieh, weil viele dieser Tragelemente wie Siebtisch und Foils »pitze 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 5j Oberfläche aufweist.

Auch diese Eigenschaft steht wieder in engem Zusammenhang mit anderen beanspruchten Merkmalen, wie der definierten Zusammensetzung mit ganz bestimmten Zusätzen und den 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, <Jer wiederum weitgehend bedingt ist durch die Sinterbedingungen, insbesondere durch die verhältnismäßig nie'Vige Sintertemperatur, 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 Besamung des transkristallinen Bruchflächenanteils erfolgt durch Ausmessen der Bruchflächen an einer rastereiektronenmikroskopischen Aufnahme oder durch Projektion des rasterelektronischen Bildes auf einem Bildschirm und Ausmessen der Bruchflächen.

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. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, mit automatischen Gefügeanalysen den Bruchfiachenanteil apparativ zu bestimmen.

Auch die Eigenschaft des hohen transkristallinen Bruchflächenanteils wird wieder dadurch bewirkt, daß man bewußt unterhalb der höchsten Reinheit des AI₂O₃ bleibt nämlich im Bereich bis zu 98,5%, durch definierte Zusätze von Magnesiumoxid und Siliziumoxid sowie die Beschränkung von verunreinigenden Substanzen auf max. 0,2 Gew.-% aber hinsichtlich des transkristallinen Bruchflächenanteils einen Zugewinn erzielt und damit eine Eigenschaftskombination, die viel bedeutender ist als die mit hochreinen Al₂O₃-Sinterkörpern erzielbare größere Härte. Wie bereits ausgeführt, ist von ganz erheblicher Bedeutung außerdem die Oberflächencharakteristik der Keramikbauteile für die Tragelemente, die einmai bestimmt ist durch die Rauhigkeit, die < 02 μνη ist — gemessen mit einem Tastnadelradius von 3 μπι 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 Keramikobsrflächc 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 Oberflächenbearbeitung zusätzlich in der Oberfläche entstehen.

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

Unter Medianwert wird dabei folgendes verstanden:

Die Teilchenyößenverteilung 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°/o-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 Keramikbauteile, bei denen dafür Sorge getragen ist, daß möglichst keine oder nur wenige Poren in ihrem absoluten Wert über 5 um groß sind. Bevorzugt ι -, ist deshalb eine Keramik, bei der 90% aller Poren <5 μίτι und ganz bevorzugt <4 um sind.

Die Bedeutung des verhältnismäßig geringen Porenflächenanteils von weniger an 10% und vor allem des Mediandurchmessers von <5μηι erhält man aus >o nachfolgendem Vergleich mit der Al₂Oj-Keramik gemäß DE-PS 12 27 326. Diese hatte einen Porenflächenanteil von 20% und eine mittlere Porengröße von 8 μιη.

Es wurden Versuche durchgeführt, um die Einwirkung r, von Kaolin als Füllstoff auf die Festigkeil eines Kunststoffsiebes mit Schußläufer zu untersuchen. Dabei ergab sich für die Keramikbauteile gemäß DE-PS 12 27 326 ein Festigkeitsverlust beim Sieb von 84%.

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

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

Die Messung der oicbicSiigkcu cfiOigt uäuci FiäCii

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 Umschlingungswinkel 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 so 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 352 liegen würde.

Auch bei dieser Eigenschaft der Dichte ist also nicht die öptimaie Dichte erforderiicn, 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—70°C — ganz ausgezeichnet ist. So tritt beispielsweise bei lOOstündigem Erhitzen in 2n Salzsäure auf 100°C lediglich ein Festigkeitsverlust auf, der unter 10% gegenüber der Ausgangsfestigkeit liegt, im allgemeinen ist er sogar unterhalb 5%. Dabei wird als Maß für diesen Festigkeitsverlust die Biegebruchfestigkeit genommen.

Dieses gänzlich unerwartete Verhalten im Hinblick auf den verhältnismäßig niedrigen AI₂Oj-Anteil und die verhältnismäßig niedrige Dichte, läßt sich wahrscheinlich wieder aus den ganz definierten Zusätzen um AI₂Oj und der dadurch bedingten großen Korngrenzfestigkeit erklären. Im allgemeinen setzt die Korrosion an den Korngrenzen an und den dort üblicherweise vorhandenen glasartigen Hindemitteianteiien. Liegen diese in Form der üblichen Verunreinigungen vor, so werden sie besonders leicht herausgelöst, das Kristallgefüge lokkert sich und einzelne Körner brechen aus. Die Verwendung von sehr reinem AI₂Oj als Ausgangsmaterial 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.

Ein besonders bevorzugtes Verfahren zum Herstellen von Keramikbauteilen für die erfindungsgemäßen Tragelemente besteht darin, daß ein Gemisch aus bis zu

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0,2—0,8 Gew.-% reinem, pulverförmigem MGO und I— 2.5 Gew.-% reinem, pulverförmigem SiO₂ einer mittleren Korngröße von 1,0 bis 2,5 μm nach Zugabe von Preßhilfsmitteln bei einem Preßdruck zwischen 400 und 1200daN/cm zu einem grünen Formkörper verpreßt und dieser bei einer Temperatur zwischen 1600 und 1700° C zu einem dichten Sinterkörper gesintert wird.

Dabei wird vorzugsweise von sehr reinen Ausgangsmaterialien ausgegangen, so daß verunreinigende Bestandteile wie Na₂O, K₂O, Fe₂O₃ u.a. lediglich in Spuren vorliegen und nicht mehr als 0,2 Gew.-% ausmachen.

Die Ausgangspulver werden bevorzugt schon in einer verhältnismäßig kleinen mittleren Korngröße eingesetzt, die unterhalb 4 μπι, vorzugsweise unterhalb 23 μπι liegt Durch 6- bis lOstündiges Vermählen dieser Ausgangspulver in einer Vibrationsmühle werden diese auf die mittlere Korngröße von 1,0 bis 2,5 μπι 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 1700° C erfolgt bevorzugt mit einer Aufheizrate von ca. 50°C/h und die Sintertemperatur von 1600 bis 1700° C wird zweckmäßig 2 bis 8 Stunden gehalten. Die bevorzugte Sintertemperatur liegt bei 1620— 1650° C.

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

97,7 Gew.-°/o 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 Vibrati"nsmühle 5 Stunden vermählen. Die Ausgangspulver hatten eine mittlere Teilchengröße von ca. 3,5 — 3,8 μπι. Nach dem Vermählen ergibt sich eine mittlere Teilchengröße von 1,8 μιτι. 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 lOOOdaN/cm² zu einem Saugkastenbelag mil einer Abmessung 180 ·400 · 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 l800daN/mm² bei einem Prüfkraftbereich von 0,2 daN/mm², eine Biegebruchfestigkeit von 360 N/ mm², einen transkristallinen Bruchflächenanteil von mehr als 82%. Die Oberflächenrauhigkeit, gemessen mit einem Tastnadelradius von 3 μηι an der polierten Oberfläche beträgt Rj = 0,11 μηΊ. Die mittlere Porengröße beträgt 0,4 μηι. Die Dichte liegt bei 3,80.

Claims

Patentansprüche:

1. Tragelement für das Sieb bzw. den Filz einer Papier- oder Kartonmaschine, wie Siebtisch, Stütztisch Foil, Saugkastenbelag und Rohrsauger, welches sowohl der Unterstützung des Siebes als auch der Entwässerung und Bahnbildung dient und bei dem zumindest die unmittelbar mit dem Sieb bzw. Filz in Kontakt stehenden Teile aus Keramikbauteilen aus hartem, dichtem gesinterten Aluminiumoxid mit einem AbOyOehalt von mindestens 97% sowie von Anteilen von MgO und S1O2 von zusammen mindestens l,2Gew.-% bestehen, dadurch gekenn zeichnet, daß die Keramikbauteile fol- gende Merkmale aufweisen: