Fast alle Leiter können Wärme erzeugen, wenn elektrischer Strom durchgelassen wird. Es sind jedoch nicht alle Leiter geeignet, zu Heizelementen verarbeitet zu werden. Die richtige Kombination von elektrischen, mechanischen und chemischen Eigenschaften ist erforderlich. Nachfolgend sind die Eigenschaften aufgeführt, die für das Design der Heizelemente von Bedeutung sind.
Widerstand:Um Wärme zu erzeugen, muss das Heizelement einen ausreichenden elektrischen Widerstand haben. Der Widerstand darf jedoch nicht so hoch sein, dass er zum Isolator wird. Der elektrische Widerstand ist gleich dem spezifischen Widerstand multipliziert mit der Länge des Leiters geteilt durch den Leiterquerschnitt. Für einen gegebenen Querschnitt wird ein Material mit einem hohen spezifischen Widerstand verwendet, um einen kürzeren Leiter zu haben.
·Oxidationsbeständigkeit:Wärme beschleunigt im Allgemeinen die Oxidation sowohl in Metallen als auch in Keramiken. Durch Oxidation kann das Heizelement verbraucht werden, wodurch seine Kapazität verringert oder seine Struktur beeinträchtigt werden kann. Dies begrenzt die Lebensdauer des Heizelements. Bei metallischen Heizelementen hilft das Legieren mit einem Oxidbildner dabei, der Oxidation durch Bildung einer passiven Schicht zu widerstehen. Bei keramischen Heizelementen sind oxidationsbeständige Schutzwaagen aus SiO2 oder Al2O3 am gebräuchlichsten. Heizelementtypen, die nicht zur Verwendung in oxidierenden Umgebungen wie Graphit geeignet sind, werden am häufigsten in Vakuumöfen oder Öfen mit nicht oxidierenden Atmosphärengasen wie H2, N2, Ar oder He verwendet, in denen die Heizkammer von Luft evakuiert wird .
·Temperaturkoeffizient des Widerstands:Beachten Sie, dass sich der spezifische Widerstand des Materials mit der Temperatur ändert. In den meisten Leitern steigt mit steigender Temperatur auch der Widerstand. Dieses Phänomen wirkt sich bei einigen Materialien signifikanter aus als bei anderen. Ein höherer Temperaturwiderstandskoeffizient wird hauptsächlich für Wärmeerfassungsanwendungen verwendet. Für die Wärmeerzeugung ist es normalerweise besser, einen niedrigeren Wert zu haben. Obwohl in einigen Fällen, in denen die Widerstandsänderung genau vorhergesagt werden kann, ein starker Anstieg des Widerstands wünschenswert ist, um mehr Leistung zu liefern. Um das System an den sich ändernden spezifischen Widerstand anzupassen, werden Steuerungs- oder Rückkopplungssysteme verwendet.
·Mechanische Eigenschaften:Starre Heizelemente können sich bei Verwendung bei hohen Temperaturen verformen. Wenn sich das Material seiner geschmolzenen oder Rekristallisationsphase nähert, kann das Material im Vergleich zu seinem Zustand bei Raumtemperatur leichter geschwächt und verformt werden. Ein gutes Heizelement kann auch bei hohen Temperaturen seine Form behalten. In einem anderen Sinne ist die Duktilität auch eine gewünschte mechanische Eigenschaft, insbesondere für metallische Heizelemente. Durch die Duktilität kann das Material in Drähte gezogen und in Form gebracht werden, ohne die Zugfestigkeit zu beeinträchtigen.
·Schmelzpunkt:Neben der Temperatur, bei der die Oxidation erheblich ansteigt, begrenzt der Schmelzpunkt des Materials auch seine Betriebstemperatur. Keramik hat im Allgemeinen höhere Schmelzpunkte als Metallheizungen.
