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DE102007020413A1 - Sliding body for bearing or sealing silicon carbide arrangement for use in e.g. rotor gasket of gas seal arrangement, has hard material layer applied in form of mask for forming structure, where mask forms slots of arrangement - Google Patents

Sliding body for bearing or sealing silicon carbide arrangement for use in e.g. rotor gasket of gas seal arrangement, has hard material layer applied in form of mask for forming structure, where mask forms slots of arrangement Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Gleitkörper für Lager- oder Dichtungsanordnungen aus Siliciumcarbid (SiC) mit mindestens einer geglätteten Werkstoffoberfläche, wobei die mindestens eine Werkstoffoberfläche mit einer Rauhtiefe im Bereich zwischen 0,05 und 0,5 µm eine abgeschiedene Hartstoffschicht von 1 bis 5 µm trägt.The The invention relates to a sliding body for bearing or seal assemblies of silicon carbide (SiC) with at least a smoothed material surface, wherein the at least one material surface with a roughness depth in the range between 0.05 and 0.5 microns a deposited Hard material layer of 1 to 5 microns carries.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gleitkörper für Lager- oder Dichtungsanordnungen aus Keramik nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a sliding body for bearing or sealing arrangements made of ceramic according to the preamble of the claim 1.

Seit mehr als zwanzig Jahren werden zur Abdichtung von Wellen, beispielsweise in Turbokompressoren, berührungslose Gasdichtungen eingesetzt. Die Besonderheit dieser Gleitringdichtungen besteht in der Oberflächenstrukturierung der Gleitfläche des bewegten Ringes. Die Oberflächenstrukturierung besteht aus Vertiefungen, vorzugsweise Spiralnuten. Dies führt dazu, daß sich bei Rotation im Dichtspalt ein Gasdruck aufbaut, der die Gleitpartner soweit trennt, daß sich die Reibung auf reine Gasreibung verringert, ohne daß eine zu große Leckage auftritt. Eine solche gasgesperrte, kontaktlose Dichtungsanordnung für eine Welle ist beispielsweise in DE 37 34 704 C2 beschreiben.For more than twenty years non-contact gas seals have been used to seal shafts, for example in turbocompressors. The peculiarity of these mechanical seals consists in the surface structuring of the sliding surface of the moving ring. The surface structuring consists of recesses, preferably spiral grooves. This causes a gas pressure builds up during rotation in the sealing gap, which separates the sliding so far that the friction is reduced to pure gas friction without too much leakage occurs. Such a gas-locked, non-contact seal assembly for a shaft is, for example, in DE 37 34 704 C2 describe.

Als Dichtungsringwerkstoff bekannt ist siliciuminfiltriertes Siliciumcarbid. Mittels abtragender Verfahren, z. B. durch Laser oder durch Sandstrahlen, werden die Vertiefungen erzeugt. Nachteilig hierbei ist, daß die Bodenflächen der Nuten vielfach Schädigungen aufweisen und die Festigkeit des Bauteils verschlechtert ist. Auch ist die Leistungsfähigkeit des Werkstoffs, insbesondere hinsichtlich des Reibkoeffizienten, für bestimmte Anwendungen nicht ausreichend.When Sealing ring material is known silicon-infiltrated silicon carbide. By means of ablative methods, eg. B. by laser or by sandblasting, the pits are created. The disadvantage here is that the Floor surfaces of the grooves often have damage and the strength of the component is deteriorated. Also is the Performance of the material, especially in terms the coefficient of friction, not for certain applications sufficient.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Gleitkörper für Lager- oder Dichtungsanordnungen zu schaffen, der einfacher herstellbar ist und dabei leistungsfähiger ist.task The invention is therefore a sliding body for To provide storage or sealing arrangements, the easier to produce is and is more powerful.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.These The object is solved by the features of claim 1.

Hierdurch wird ein Gleitkörper für Lager- oder Dichtungsanordnungen geschaffen, der durch die Beschichtung mit einem Hartstoff ein veränderbares Eigenschaftsprofil der Funktionsfläche erlaubt. Der Reibkoeffizient der Hartstoffbeschichtung ist niedriger einstellbar als der von Siliciumcarbid oder siliciuminfiltriertem Siliciumcarbid. Die Härte kann sogar noch höher ausgebildet werden als die des bereits schon sehr harten Grundmaterials. Siliciumcarbid läuft im allgemeinen schlecht gegen Metall, so daß durch die erfindungsgemäße Beschichtung die Laufeigenschaften wesentlich verbessert werden.hereby becomes a sliding body for bearing or sealing arrangements created by the coating with a hard material a changeable Property profile of the functional area allowed. The friction coefficient the hard coating is lower than that of Silicon carbide or silicon-infiltrated silicon carbide. The hardness can be even higher than that of the already already very hard base material. Silicon carbide is running generally bad against metal, so that by the coating according to the invention the running properties be significantly improved.

Ein wesentlicher Vorteil der Beschichtung ist, daß im Falle einer strukturierten Funktionsfläche diese nicht abtragend, sondern aufbauend erzeugt wird. Vorzugsweise wird die Hartstoffschicht mittels physikalischer Gasphasenabscheidung (physical vapour deposition, kurz PVD) auf einer hinreichend glatten Werkstoffoberfläche abgeschieden. Die Vertiefungen besitzen dann Böden, die von der geglätteten Werkstoffoberfläche direkt gebildet werden. Eine Schädigung derselben durch Abtragverfahren ist ausgeschlossen.One The main advantage of the coating is that in case a structured functional surface not eroding these, but is generated constructively. Preferably, the hard material layer by means of physical vapor deposition (physical vapor deposition, short PVD) on a sufficiently smooth material surface deposited. The wells then have floors that from the smoothed material surface directly be formed. Damage to the same by removal processes is excluded.

Die Dicke der Hartstoffschicht kann abhängig von einer wählbaren Tiefe der Vertiefungen, beispielsweise der Tiefe für Fördernuten, im Bereich zwischen 1 und 5 µm ausgebildet sein.The Thickness of the hard material layer can depend on a selectable Depth of the recesses, for example the depth for conveyor grooves, be formed in the range between 1 and 5 microns.

Die Hartstoffschicht kann aus Titanaluminiumnitrid oder Titannitrid bestehen. Mittels einer Strukturmaske ist eine wählbare Anordnung von Vertiefungen einstellbar. Das Anwendungsgebiet des Gleitkörpers ist vielfältig.The Hard material layer can be made of titanium aluminum nitride or titanium nitride consist. By means of a structure mask is a selectable Arrangement of wells adjustable. The application of the slider is diverse.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.Further Embodiments of the invention are the following description and to refer to the dependent claims.

Die Erfindung betrifft einen Gleitkörper für Lager- oder Dichtungsanordnungen aus Siliciumcarbid (SiC) mit mindestens einer geglätteten Werkstoffoberfläche, wobei die mindestens eine Werkstoffoberfläche mit einer Rauhtiefe im Bereich zwischen 0,05 und 0,5 µm eine abgeschiedene Hartstoffschicht von 1 bis 5 µm trägt.The The invention relates to a sliding body for bearing or seal assemblies of silicon carbide (SiC) with at least a smoothed material surface, wherein the at least one material surface with a roughness depth in the range between 0.05 and 0.5 microns a deposited Hard material layer of 1 to 5 microns carries.

Das Siliciumcarbid (SiC) ist vorzugsweise auch ein siliciuminfiltriertes Siliciumcarbid (SiSiC). Die Hartstoffschicht besteht vorzugsweise aus Titanaluminiumnitrid (TiAlN) oder Titannitrid (TiN) und ist durch physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) aufgebracht.The Silicon carbide (SiC) is preferably also a silicon-infiltrated one Silicon carbide (SiSiC). The hard material layer is preferably made of titanium aluminum nitride (TiAlN) or titanium nitride (TiN) and is characterized by physical vapor deposition (PVD) applied.

Weiterhin bevorzugt ist für Dichtungsanordnungen die Hartstoffschicht in Form einer Strukturmaske zur Bildung einer Oberflächenstrukturierung aufgebracht. Eine solche Strukturmaske bildet vorzugsweise Nuten wählbarer Anordnung und Tiefe aus.Farther preferred for sealing arrangements, the hard material layer applied in the form of a structural mask to form a surface structuring. Such a structure mask preferably forms grooves selectable Arrangement and depth off.

Die Verwendung des Gleitkörpers ist beispielsweise möglich als Rotor-Dichtungsring einer Gasdichtungsanordnung mit der Werkstoffoberfläche als Dichtungsstirnfläche, als Wälzlagerring eines Wälzlagers mit der Werkstoffoberfläche als Lagerstirnfläche, als Kolben einer Kolben/Zylinder-Einheit mit der Werkstoffoberfläche als Außenhaut des Kolbens, als Lagerbüchse oder Wellenhülse eines radialen Gleitlagers mit der Werkstoffoberfläche als Lagergleitfläche oder als Lagerring eines axialen Gleitlagers mit der Werkstoffoberfläche als Lagergleitfläche.The Use of the slider is possible, for example as a rotor sealing ring of a gas seal arrangement with the material surface as Seal face, as a rolling bearing ring of a rolling bearing with the material surface as a bearing end face, as a piston of a piston / cylinder unit with the material surface as the outer skin of the piston, as a bearing bush or Shaft sleeve of a radial plain bearing with the material surface as a bearing sliding surface or as a bearing ring of an axial plain bearing with the material surface as a bearing sliding surface.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 3734704 C2 [0002] - DE 3734704 C2 [0002]

Claims (11)

Gleitkörper für Lager- oder Dichtungsanordnungen aus Siliciumcarbid (SiC) mit mindestens einer geglätteten Werkstoffoberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Werkstoffoberfläche mit einer Rauhtiefe im Bereich zwischen 0,05 und 0,5 µm eine abgeschiedene Hartstoffschicht von 1 bis 5 µm trägt.Sliding element for bearing or sealing arrangements of silicon carbide (SiC) with at least one smoothed material surface, characterized in that the at least one material surface with a surface roughness in the range between 0.05 and 0.5 microns carries a deposited hard material layer of 1 to 5 microns. Gleitkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Siliciumcarbid (SiC) ein siliciuminfiltriertes Siliciumcarbid (SiSiC) ist.Slider according to claim 1, characterized that the silicon carbide (SiC) is a silicon-infiltrated Silicon carbide (SiSiC) is. Gleitkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartstoffschicht aus Titanaluminiumnitrid (TiAlN) oder Titannitrid (TiN) besteht.Slider according to claim 1 or 2, characterized that the hard material layer of titanium aluminum nitride (TiAlN) or titanium nitride (TiN). Gleitkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartstoffschicht durch physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) aufgebracht ist.Sliding body according to one of the claims 1 to 3, characterized in that the hard material layer by physical vapor deposition (PVD) is applied. Gleitkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartstoffschicht in Form einer Strukturmaske zur Bildung einer Oberflächenstrukturierung aufgebracht ist.Sliding body according to one of the claims 1 to 4, characterized in that the hard material layer in the form of a structural mask to form a surface structuring is applied. Gleitkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturmaske Nuten wählbarer Anordnung ausbildet.Slider according to claim 5, characterized in that that the structure mask grooves selectable arrangement formed. Verwendung des Gleitkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 6 als Rotor-Dichtungsring einer Gasdichtungsanordnung mit der Werkstoffoberfläche als Dichtungsstirnfläche.Use of the slider according to one of the claims 1 to 6 as a rotor sealing ring of a gas seal arrangement with the material surface as a sealing end face. Verwendung des Gleitkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 6 als Wälzlagerringe eines Wälzlagers mit der Werkstoffoberfläche als Lagerstirnfläche.Use of the slider according to one of the claims 1 to 6 as rolling bearing rings of a rolling bearing with the material surface as a bearing end face. Verwendung des Gleitkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 6 als Kolben einer Kolben/Zylinder-Einheit mit der Werkstoffoberfläche als Außenhaut des Kolbens.Use of the slider according to one of the claims 1 to 6 as a piston piston / cylinder unit with the material surface as the outer skin of the piston. Verwendung des Gleitkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 6 als Lagerbüchse oder Wellenhülse eines radialen Gleitlagers mit der Werkstoffoberfläche als Lagergleitfläche.Use of the slider according to one of Claims 1 to 6 as a bearing bush or shaft sleeve a radial sliding bearing with the material surface as a bearing sliding surface. Verwendung des Gleitkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 6 als Lagerring eines axialen Gleitlagers mit der Werkstoffoberfläche als Lagergleitfläche.Use of the slider after a of claims 1 to 6 as a bearing ring of an axial sliding bearing with the material surface as a bearing sliding surface.
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