Molybdän-Disilizid (MoSi2)
Molybdän-Disilizid ist ein feuerfester Cermet (keramikmetallischer Verbundwerkstoff), der hauptsächlich als Heizelementmaterial verwendet wird. Dies ist aufgrund seines hohen Schmelzpunktes und der guten Korrosionsbeständigkeit ein wünschenswertes Material für Hochtemperaturöfen. Molybdän-Silizid-Heizelemente werden durch verschiedene energieintensive Prozesse wie mechanische Legierung, Verbrennungssynthese, Stoßsynthese und heiße isostatische Pressung hergestellt.
MoSi2-Heizkörper können Heiztemperaturen bis zu 1.900°C erreichen. Nachteile bei der Verwendung von Molybdänsilizid sind seine geringe Zähigkeit bei Umgebungsbedingungen und Hochtemperaturkriechen. Seine Sprödigkeit bei Raumtemperatur erfordert eine sehr sorgfältige Handhabung. Bei der spröd-duktilen Übergangstemperatur um 1.000°C wird eine erhöhte Zähigkeit erreicht. Eine höhere Kriechrate hingegen führt dazu, dass sich das Heizelement bei hohen Temperaturen leicht verformt. Die häufigste Art von MoSi2-Element ist ein 2-Shank Haarnadel-Design, das in der Regel durch das Dach eines Ofens aufgehängt wird, und um die Ofenwände herum befindet. Andere Formen sind oft in Kombination mit keramischen Isolationsformern erhältlich, die sowohl mechanische Unterstützung als auch Wärmedämmung als integriertes Paket bieten.
Siliziumkarbid (SiC)
Dies ist eine Art von Keramik, die durch Rekristallisation oder Reaktionsbindung von SiC-Körnern bei Temperaturen über 2.100°C hergestellt wird. Siliziumkarbid-Heizelemente sind poröse Körper (typischerweise 8-25%) wo die Ofenatmosphäre durch den Querschnitt des Materials reagieren kann. Das gesamte Heizelement kann nach und nach oxidiert werden, was zu einer Erhöhung der elektrischen Widerstandseigenschaften der Elemente im Laufe der Zeit führt (gemeinhin als "Alterung" bezeichnet) Eine variable Spannungsversorgung ist in der Regel erforderlich, um die gewünschte Leistung der Elemente zu erhalten, indem die Spannung zu den Elementen während ihrer Lebensdauer schrittweise erhöht wird. Diese Alterung begrenzt schließlich die Lebensdauer und Leistung des Heizelements.
Siliziumkarbid hat viele Eigenschaften, die es für die Herstellung von Heizelementen für sehr hohe Betriebstemperaturen geeignet machen. Diese Keramik hat keine flüssige Phase. Das bedeutet, dass Elemente nicht durch Kriechen bei jeder Temperatur absacken oder verformen, und keine Stützen im Inneren des Ofens erforderlich sind. SiC sublimiert direkt bei Temperaturen um 2.700°C. Darüber hinaus ist es chemisch inert von den meisten Prozessflüssigkeiten und hat eine hohe Steifigkeit und einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Siliziumkarbid-Heizungen können etwa 1.600 bis 1.700°C Heiztemperaturen erreichen.
Graphit
Graphit ist ein Mineral aus Kohlenstoff, wobei die Atome in einer sechseckigen Struktur angeordnet sind. Dieses Mineral, auch seine synthetische Form, ist ein guter thermischer und elektrischer Leiter. Graphit kann Beitemperaturen von mehr als 2.000°C Wärme erzeugen. Bei hohen Temperaturen erhöht sich der elektrische Widerstand deutlich. Darüber hinaus kann es thermischen Stößen standhalten und wird auch nach schnellen Heiz- und Kühlzyklen nicht spröde. Der Hauptnachteil der Verwendung von Graphit ist seine Neigung, bei Temperaturen um 500°C zu oxidieren. Die fortgesetzte Verwendung in diesem Bereich führt schließlich zum Verbrauch des Materials. Graphit-Heizelemente werden in der Regel in Vakuumöfen verwendet, in denen Sauerstoff und andere Gase aus der Heizkammer evakuiert werden. Das Fehlen von Sauerstoff verhindert nicht nur die Oxidation der geschmolzenen Metalle, sondern auch das Heizelement selbst.
Molybdän, Wolfram und Tantal
Dabei handelt es sich um feuerfeste Metalle mit ähnlichen Eigenschaften wie Graphit, wenn sie als Heizelemente verwendet werden. Unter diesen Metallen, Wolfram hat die höchste Betriebstemperatur, sondern auch teurer. In Bezug auf die Lebensfähigkeit, Molybdän ist beliebter, da es die am wenigsten teuer ist, aber immer noch teurer als Graphit. Wie Graphit können sie nur unter Vakuumbedingungen eingesetzt werden, da sie eine starke Bindungsaffinität mit Sauerstoff und sogar Wasserstoff und Stickstoff haben. Sie beginnen bei Temperaturen um 300 bis 500°C zu oxidieren.
Positive Thermische Koeffizienten (PTC) Materialien
Typisches PTC-Material ist Gummi, kann aber auch Keramik sein. PTC-Kautschuk besteht aus Polydimethylsiloxan (PDMS) mit Kohlenstoff-Nanopartikeln. PTC-Heizungen haben eine einzigartige Eigenschaft, in der die Heizung den Stromfluss durch einen erhöhten elektrischen Widerstand bei steigender Temperatur aufrechterhält oder begrenzt. Dadurch ist das Material sicher und für den Einsatz in Kleidung geeignet. Zunächst zieht die Heizung volle Leistung und erwärmt sich aufgrund ihrer Widerstandsfähigkeit. Der Widerstand des Materials steigt mit der steigenden Hitze und fungiert dann als Isolator. Dies wird ohne rückkopplungsschleife erreicht.
