DE1302073B

DE1302073B - Suction box covering for paper machines

Info

Publication number: DE1302073B
Application number: DET32632A
Authority: DE
Inventors: Bracken Ronald C; Haberecht Rolf R; Mccrary James W
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1965-12-03
Filing date: 1966-11-30
Publication date: 1969-11-13
Also published as: US3436306A; GB1163759A

Description

Die Erfindung betrifft einen Saugkasten-Belag für Langsiebpapiermaschinen mit einer mit Siliziumkarbid beschichteten Oberfläche.The invention relates to a suction box covering for fourdrinier paper machines with a surface coated with silicon carbide.

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.In the case of Fourdrinier paper machines, the machine screen uses itself in spite of everything Precautions decrease extraordinarily quickly. One reason for this are sand and Millstone abrasion that is in the paper pulp. If now this pulp from the sieve is pulled over the suction box coverings, sand and grindstone grind up these rubbers. Some particles even settle in the surfaces of the cover solid, and as the quality of the surface decreases, so does wear of the machine sieve.

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.A suction box covering has already become known that has a base body made of a common material such as steel as a support for its surface Has tempered silicon carbide layer. So that the latter at all on the Carrier adheres, a binding agent such as an epoxy adhesive is required, which must be applied to the carrier surface before the silicon carbide. then the silicon carbide is sprayed on. This known suction box covering has to this extent certain disadvantages, such as the temperature expansion coefficient of steel and Silicon carbide are quite different, so that in the operation of a paper machine the thin silicon carbide layer is always damaged. this is also valid for the other materials common in general mechanical engineering that make up the base body the well-known suction box covering could be made.

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.The invention is therefore based on the object of a suction box covering to create, which despite relatively cheap production a stable, smooth Has high material density surface. The gas plating process is used to solve this problem silicon coated with silicon carbide is used as a material for suction boxes, however, the coated silicon is a polycrystalline silicon casting.

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.In the gas plating process directly on the silicon surface of the base body formed silicon carbide adheres particularly firmly, so that this is the case with the known Suction box coverings require binders or any other adhesion promoter unnecessary. Another advantage of the solution according to the invention is to be seen in that silicon can be cast much more easily and precisely than steel, for example, so that apart from the polishing process on the surface of the base body there is no machining more is required. Furthermore, silicon can also be used up to a significantly better one Polishing surface quality than the materials customary in general mechanical engineering, so that also for this reason the suction box covering constructed according to the invention closes leads to less wear. Finally, the coefficient of temperature expansion differs of silicon is far less than that of silicon carbide than the coefficient of thermal expansion of steel or another material common in general mechanical engineering, see above that the damage to the Coating layer does not occur in the suction box covering according to the invention.

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.The solution according to the invention is partly based on transmission the gas plating process known in the manufacture of semiconductor components for the production of silicon carbide coatings in the field of paper machine manufacture, however, it is not highly pure and monocrystalline, but polycrystalline Silicon with the usual technical degree of purity, which is therefore cheaper, overdrawn.

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.In the following description, some are shown in the drawing Embodiments of the invention explained. It shows F i g. 1 a perspective Representation of a machine screen in a paper machine, FIG. 2 is a plan view on a suction box covering, F i g. 3 a section through a sow box including the topping.

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.As FIG. 1 shows, there is a machine wire in a Fourdrinier paper machine 11 on which the stock 10 is deposited; the sieve runs over Back-up rolls 14, suction boxes 15 and deflection rolls 12 and 13, of which at least one is driven. A vacuum is maintained within the suction boxes 15. Of the The covering of each suction box 15 is expediently made up of several sections 20 together, each having openings 26, shows such a section the F i g. 2. Several such sections are arranged side by side so that they together form the suction box covering. Through the breakthroughs in the sections will Water drawn from the paper stock into the interior of the suction boxes. The surface 25, against which the sieve 11 rests, must be completely impermeable and so hard that they can withstand the wear and tear of solid grains in the pulp.

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.The F i g. 3 shows the suction box covering. Made up of several sections 20 composing suction box covering sits on a suction box lower part 21 and is attached to the lower part, for example with the help of clamps 22 and 23. above a suction line 24 is each suction box with a - not shown - vacuum source tied together.

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.Each covering section 20, 21 consists of a carrier 28 made of silicon was cast and covered with a hard, permeable and continuous coating of silicon carbide 25 is provided (Fig. 3). This coating covers the surface facing the screen of the lining section 20 completely and forms a smooth support surface, whose Hardness is greater than that of the solid grains in the pulp. Appropriately the carrier 28 was cast in a mold which advantageously consists of boron nitride. The openings 26 are expediently formed during casting, so that subsequent drilling is not necessary. In addition, a mirror-like finish can be used when pouring Surface of the carrier 28 can be achieved, so that this is then no longer machined and polished, which also increases the cost of manufacture considerably reduces. However, even if the carrier is still being polished, it has the suction box covering according to the invention has the advantage that silicon is much lighter can be polished than the materials that have been used so far.

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.Silicon carbide layers with thicknesses between 0.075 and 2.9 mm are expedient. The coatings were ß-crystals of silicon carbide, which have an extremely high density and are essentially impermeable to liquids. The composition of the silicon carbide coatings can vary between stoichiometrically pure silicon carbide and silicon carbide with up to 0.890% free carbon or up to 36.5% free silicon as the second phase. The compressive strength of silicon carbide is then approximately between 2170 and 3850 kg per square centimeter, the modulus of elasticity between 3150-103 and 3500 - 103 kg per square centimeter, and the temperature expansion coefficient varies between approximately 4.0 - 10-s and 5.4 - 10-6 ( ° C) -1, provided that the temperature is between 30 and 810 ° C. The Knoop hardness is between 988 and 2900 when measured with a 1 kg load and the resistivity between 0.005 and about 4 ohms / cm. The density measured by water displacement is between 2.59 and 3.28 g per cubic centimeter. The silicon carbide was tested for its sensitivity to thermal shocks. However, no adverse effect could be found when the material was heated to 1000 ° C and then thrown into water at room temperature.

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.The silicon carbide coating is uniform and continuous Reproduction of the surface of the cast carrier. Because silicon immediately with the bridging and a mirror-smooth surface can be cast, is the following Machining compared to the known suction box coverings is considerably reduced. In addition, the carrier 28 for the covering can be cast from silicon of inferior quality so that the manufacturing cost is further reduced. The silicon carbide coating will applied directly to the surface of the cast carrier. Since its surface is extremely smooth, the silicon carbide coating also has a smooth surface, so that even it is only slightly or not at all sanded and polished must so that the suction box covering has a smooth surface.

Der mit Siliziumkarbid überzogene Siliziumträger hat den Vorteil, daß das geringe Gewicht sowie die Festigkeit des Siliziums mit der Abriebbeständigkeit des Siliziumkarbids kombiniert ist.The silicon carrier coated with silicon carbide has the advantage of that the low weight as well as the strength of the silicon with the abrasion resistance of silicon carbide is combined.

An Stelle einer sich aus mehreren Teilen zusammensetzenden Saugkasten-Abdeckung kann natürlich auch eine einteilige verwendet werden.Instead of a suction box cover composed of several parts a one-piece can of course also be used.

Claims

Claims: 1. The use of in the gas plating process with Silicon carbide coated silicon as a coating for suction boxes in paper machines, wherein the coated silicon is a polycrystalline silicon casting.

2. Silicon carbide coated Silicon casting according to Claim 1, characterized in that the silicon carbide layer consists of ß-silicon carbide, which has less than 0.89% free carbon and / or contains less than 36.5% free silicon.