As propriedades do material do elemento de aquecimento restringem a seleção a alguns materiais. Os materiais mais comuns são níquel-cromo, liga de ferro-cromo-alumínio, silicieto de molibdênio e carboneto de silício. Esses materiais podem trabalhar em altas temperaturas devido à sua capacidade de resistir à oxidação em alta temperatura. O outro grupo consiste em grafite, molibdênio, tungstênio e tântalo. Esses materiais são oxidados em altas temperaturas e são usados principalmente em ambientes de vácuo ou fornos com atmosferas livres de oxigênio.
Liga de Ni-cromo (Ni-Cr)
Devido à sua ductilidade, alta resistividade e resistência à oxidação mesmo em altas temperaturas, este tipo é um dos materiais de elementos de aquecimento mais utilizados. A composição mais comum das ligas de níquel-cromo é 80/20 ou 80 por cento de níquel, 20 por cento de cromo. Outras composições dependem do fabricante. Devido à sua alta ductilidade, muitas vezes é transformado em fio quando usado como elemento de aquecimento. Uma aplicação comum que exibe essa propriedade são os cortadores de espuma de fio quente. A temperatura máxima de aquecimento do fio de níquel-cromo é de cerca de 1.100 a 1.200 graus.
Liga de ferro-cromo-alumínio (Fe-Cr-Al)
A composição química desse tipo de liga ferrítica de ferro-cromo-alumínio é tipicamente de 20 a 24 por cento de cromo, 4-6 por cento de alumínio e ferro como margens. Em comparação com o níquel-cromo, os aquecedores de ferro-cromo-alumínio são flexíveis e mais leves. Eles também podem produzir temperaturas mais altas do que o fio de níquel-cromo, em torno de 1.300 a 1.400 graus. Devido ao seu metal à base de ferro, o preço desta liga oscila menos do que o Ni-Cr, que é composto principalmente de níquel. A desvantagem de usar ligas de ferro-cromo-alumínio é que elas têm resistência reduzida em temperaturas mais altas.
As ligas de ferro-cromo-alumínio podem ser melhoradas por um processo chamado metalurgia do pó. Nesse processo, os lingotes de liga são transformados em pó e compactados em moldes. Em seguida, é sinterizado ou prensado a quente (prensagem isostática a quente) em uma atmosfera com temperatura controlada para criar uma ligação metalúrgica sem derreter completamente o metal em pó. As dispersões são adicionadas à mistura de liga para melhorar as propriedades mecânicas do material, conferindo assim resistência e tenacidade adicionais em temperaturas mais altas.
Disilicida de molibdênio (MoSi2)
O disilicida de molibdênio é um cermet refratário (compósito cerâmico-metal) usado principalmente como elemento de aquecimento. Devido ao seu alto ponto de fusão e boa resistência à corrosão, este é um material ideal para fornos de alta temperatura. Os elementos de aquecimento de siliceto de molibdênio são produzidos por meio de uma variedade de processos intensivos em energia, como liga mecânica, síntese de combustão, síntese de impacto e prensagem isostática a quente.
Os aquecedores MoSi₂ podem atingir temperaturas de aquecimento de até 1.900 graus. As desvantagens de usar siliceto de molibdênio são sua baixa tenacidade e fluência de alta temperatura sob condições ambientais. É quebradiço à temperatura ambiente e precisa ser manuseado com muito cuidado. Maior tenacidade é alcançada em uma temperatura de transição frágil-resistente de cerca de 1,000 grau . Por outro lado, uma taxa de fluência mais alta faz com que o elemento de aquecimento se deforme facilmente em altas temperaturas. O tipo mais comum de elemento MoSi2 é o 2-design de alça de cabelo, que geralmente é suspenso no teto do forno e localizado ao redor da parede do forno. Outras formas são frequentemente usadas em combinação com moldes de isolamento cerâmico para fornecer suporte mecânico e isolamento térmico como um pacote integrado.
Carboneto de silício (SiC)
É uma cerâmica produzida pela recristalização ou combinação de reações de grãos de SiC em temperaturas acima de 2.100 graus. Os elementos de aquecimento de carboneto de silício são porosos (normalmente 8-25 por cento), nos quais a atmosfera dentro do forno pode reagir através de uma seção transversal do material. Todo o elemento de aquecimento pode gradualmente oxidar, o que faz com que as características de resistência do elemento aumentem ao longo do tempo (muitas vezes referido como "envelhecimento"). gradualmente mantendo a saída de energia desejada do elemento. Esse envelhecimento acaba limitando a vida útil e o desempenho do elemento de aquecimento.
O carboneto de silício possui muitas propriedades que o tornam adequado para a fabricação de elementos de aquecimento adequados para temperaturas de operação extremamente altas. Esta cerâmica não tem fase líquida. Isso significa que os elementos não cedem ou deformam devido à fluência em qualquer temperatura e nenhum suporte é necessário dentro do forno. O carboneto de silício é sublimado diretamente a uma temperatura de cerca de 2.700 graus. Além disso, é quimicamente inerte à maioria dos fluidos de processo e possui alta rigidez e baixo coeficiente de expansão térmica. Aquecedores de carboneto de silício podem atingir temperaturas de aquecimento de aproximadamente 1.600 a 1.700 graus.
grafite
O grafite é um mineral composto de carbono no qual os átomos estão dispostos em uma estrutura hexagonal. Este mineral, também em sua forma sintética, é um bom condutor de calor e eletricidade. O grafite pode gerar calor em temperaturas acima de 2,000 graus . Em altas temperaturas, sua resistência aumenta significativamente. Além disso, pode resistir a choques térmicos e não ficará quebradiço mesmo após ciclos rápidos de aquecimento e resfriamento. A principal desvantagem do uso do grafite é que ele oxida facilmente em temperaturas em torno de 500 graus. O uso contínuo dentro dessa faixa acabará levando ao consumo de material. Elementos de aquecimento de grafite são freqüentemente usados em fornos a vácuo onde oxigênio e outros gases são descarregados da câmara de aquecimento. A falta de oxigênio impede a oxidação não apenas do metal fundido, mas também do próprio elemento de aquecimento. O grafite pode ser usado para filme de vedação, feito em filme de aquecimento elétrico de cristal de carbono, filme de filme de aquecimento elétrico de grafeno e outros produtos de aquecimento de filme.
