Дисиліцид молібдену (MoSi2)
Дисиліцид молібдену - це вогнетривка металокераміка (кераміко-металевий композит), що використовується в основному як нагрівальний елемент. Це бажаний матеріал для високотемпературних печей завдяки високій температурі плавлення та хорошій корозійній стійкості. Нагрівальні елементи силіциду молібдену отримують за допомогою різних енергоємних процесів, таких як механічне легування, синтез горіння, ударний синтез та гаряче ізостатичне пресування.
Нагрівачі типу MoSi₂ можуть досягати температури нагрівання до 1900 ° C. Недоліками використання силіциду молібдену є його низька в’язкість в умовах навколишнього середовища та повзучість при високій температурі. Його крихкість при кімнатній температурі вимагає дуже обережного поводження. Підвищена в'язкість досягається при його крихко-пластичній температурі переходу близько 1000 ° C. З іншого боку, більша швидкість повзучості змушує нагрівальний елемент легко деформуватися при високих температурах. Найпоширеніший тип елемента MoSi2 - це шпилька з 2 хвостовиками, яка зазвичай підвішується через дах печі і розташована навколо стінок печі. Інші форми доступні часто в поєднанні з керамічними утеплювачами, які забезпечують як механічну підтримку, так і теплоізоляцію як інтегрований пакет.
Карбід кремнію (SiC)
Це тип кераміки, одержуваний перекристалізацією або реакційним зв’язком зерен SiC при температурах вище 2100 ° C. Нагрівальні елементи з карбіду кремнію - це пористі тіла (зазвичай 8-25%), де атмосфера печі може реагувати через поперечний переріз матеріалу. Весь нагрівальний елемент може поступово окислюватися, що призводить до збільшення властивостей електричного опору елементів з часом (зазвичай його називають "старінням") Зазвичай потрібна змінна напруга живлення для підтримки бажаної вихідної потужності від елементів шляхом поступового підвищення напруги на елементах протягом їхнього життя. Це старіння врешті-решт обмежує термін служби та експлуатаційні характеристики нагрівального елемента.
Карбід кремнію має багато властивостей, що робить його придатним для виготовлення нагрівальних елементів при дуже високих робочих температурах. Ця кераміка не має рідкої фази. Це означає, що елементи не будуть провисати або деформуватися внаслідок повзучості при будь-якій температурі, і всередині печі не потрібні опори. SiC безпосередньо сублімується при температурі близько 2700 ° C. Більше того, він хімічно інертний щодо більшості технологічних рідин, має високу жорсткість і низький коефіцієнт теплового розширення. Нагрівачі з карбіду кремнію можуть досягати температури від 1600 до 1700 ° C.
Графіт
Графіт - мінерал, що складається з вуглецю, атоми розташовані в гексагональній структурі. Цей мінерал, також його синтетична форма, є хорошим тепловим та електричним провідником. Графіт може виробляти тепло при температурі вище 2000 ° С. При високих температурах його електричний опір значно зростає. Більш того, він витримує теплові удари і не стає крихким навіть після швидких циклів нагрівання та охолодження. Основним недоліком використання графіту є його тенденція до окислення при температурі близько 500 ° C. Постійне використання в цьому діапазоні врешті-решт призводить до витрати матеріалу. Графітові нагрівальні елементи, як правило, використовують у вакуумних печах, де кисень та інші гази відводяться з нагрівальної камери. Відсутність кисню не тільки запобігає окисленню розплавлених металів, але і самого нагрівального елемента.
Молібден, вольфрам і тантал
Це тугоплавкі метали з подібними властивостями, як графіт, коли вони використовуються як нагрівальні елементи. Серед цих металів вольфрам має найвищу робочу температуру, але також дорожчий. Що стосується життєздатності, молібден є більш популярним, оскільки він найменш дорогий, але все ще дорожчий за графіт. Як і графіт, їх можна використовувати лише у вакуумних умовах, оскільки вони мають сильну спорідненість до кисню і навіть водню та азоту. Вони починають окислюватися при температурі близько 300 - 500 ° C.
Матеріали з позитивним тепловим коефіцієнтом (PTC)
Типовим матеріалом PTC є гума, але це може бути і кераміка. Каучук PTC виготовлений з полідиметилсилоксану (PDMS) з наночастинками вуглецю. Нагрівачі PTC мають унікальну властивість, за якою нагрівач підтримує або обмежує струм, маючи підвищений електричний опір у міру підвищення температури. Це робить матеріал безпечним та придатним для використання в одязі. Спочатку нагрівач забирає повну потужність і нагрівається завдяки своєму опору. Опір матеріалу зростає із зростанням тепла, а потім виконує роль ізолятора. Це досягається без необхідності будь-якого циклу зворотного зв'язку.
