Isıtma elemanı malzeme özellikleri, seçimi birkaç malzemeyle sınırlandırır. En yaygın malzemeler nikel-krom, demir-krom-alüminyum alaşımı, molibden silisit ve silisyum karbürdür. Bu malzemeler, yüksek sıcaklıkta oksidasyona karşı direnç gösterebilmeleri nedeniyle yüksek sıcaklıklarda çalışabilirler. Diğer grup ise grafit, molibden, tungsten ve tantaldan oluşmaktadır. Bu malzemeler yüksek sıcaklıklarda oksitlenir ve çoğunlukla vakum ortamlarında veya oksijensiz atmosfere sahip fırınlarda kullanılır.
Ni-krom (Ni-Cr) alaşımı
Sünekliği, yüksek direnci ve yüksek sıcaklıklarda bile oksidasyon direnci nedeniyle bu tip, en yaygın kullanılan ısıtma elemanı malzemelerinden biridir. Nikel-krom alaşımlarının en yaygın bileşimi yüzde 80/20 veya yüzde 80 nikel, yüzde 20 kromdur. Diğer bileşimler üreticiye bağlıdır. Yüksek sünekliği nedeniyle, ısıtma elemanı olarak kullanıldığında genellikle bir tel haline getirilir. Bu özelliği sergileyen yaygın bir uygulama, sıcak tel köpük kesicilerdir. Nikel-krom telin maksimum ısıtma sıcaklığı yaklaşık 1.100 ila 1.200 derecedir.
Demir-krom-alüminyum (Fe-Cr-Al) alaşımı
Bu tür ferritik demir-krom-alüminyum alaşımının kimyasal bileşimi tipik olarak yüzde 20 ila 24 krom, yüzde 4-6 alüminyum ve marj olarak demirdir. Nikel-krom ile karşılaştırıldığında, demir-krom-alüminyum ısıtıcılar esnektir ve ağırlıkları daha düşüktür. Ayrıca nikel-krom telden 1.300 ila 1.400 derece civarında daha yüksek sıcaklıklar üretebilirler. Demir bazlı metali nedeniyle, bu alaşımın fiyatı, esas olarak nikelden oluşan Ni-Cr'den daha az dalgalanır. Demir-krom-alüminyum alaşımlarını kullanmanın dezavantajı, daha yüksek sıcaklıklarda dayanımlarının azalmasıdır.
Demir-krom-alüminyum alaşımları, toz metalürjisi adı verilen bir işlemle daha iyi hale getirilebilir. Bu süreçte alaşım külçeler toz haline getirilerek kalıplara sıkıştırılır. Daha sonra, toz metali tamamen eritmeden metalurjik bir bağ oluşturmak için sıcaklık kontrollü bir atmosferde sinterlenir veya sıcak preslenir (sıcak izostatik presleme). Malzemenin mekanik özelliklerini geliştirmek için alaşım karışımına dispersiyonlar eklenir, böylece daha yüksek sıcaklıklarda ek güç ve tokluk verilir.
Molibden disilisit (MoSi2)
Molibden disilisit, esas olarak bir ısıtma elemanı malzemesi olarak kullanılan refrakter bir sermettir (seramik-metal kompozit). Yüksek erime noktası ve iyi korozyon direnci nedeniyle bu, yüksek sıcaklıklı fırınlar için ideal bir malzemedir. Molibden silisit ısıtma elemanları, mekanik alaşımlama, yanma sentezi, darbe sentezi ve sıcak izostatik presleme gibi çeşitli enerji yoğun işlemlerle üretilir.
MoSi₂ ısıtıcılar 1.900 dereceye kadar ısıtma sıcaklıklarına ulaşabilir. Molibden silisit kullanmanın dezavantajları, çevre koşulları altında düşük tokluğu ve yüksek sıcaklıkta sürünmesidir. Oda sıcaklığında kırılgandır ve çok dikkatli kullanılması gerekir. Daha yüksek tokluk, yaklaşık 1,000 derecelik bir kırılgan-sert geçiş sıcaklığında elde edilir. Öte yandan, daha yüksek bir sürünme oranı, ısıtma elemanının yüksek sıcaklıklarda kolayca deforme olmasına neden olur. MoSi2 öğesinin en yaygın türü, genellikle fırın çatısından sarkıtılan ve fırın duvarının etrafına yerleştirilen 2-saplı saç tokası tasarımıdır. Diğer şekiller, entegre bir paket olarak mekanik destek ve ısı yalıtımı sağlamak için genellikle seramik yalıtım kalıplayıcılarla birlikte kullanılır.
Silisyum karbür (SiC)
SiC taneciklerinin 2.100 derecenin üzerindeki sıcaklıklarda yeniden kristalleştirilmesi veya reaksiyon kombinasyonu ile üretilen bir seramiktir. Silisyum karbür ısıtma elemanları gözeneklidir (tipik olarak yüzde 8-25), fırının içindeki atmosfer malzemenin enine kesiti boyunca reaksiyona girebilir. Isıtma elemanının tamamı kademeli olarak oksitlenebilir, bu da elemanın direnç özelliklerinin zamanla artmasına neden olur (genellikle "eskime" olarak anılır) Elemanın voltajını elemanın ömrü boyunca artırmak için genellikle değişken bir voltaj kaynağı gerekir. kademeli olarak elemanın istenen güç çıkışını korumak. Bu eskime sonuçta ısıtma elemanının ömrünü ve performansını sınırlar.
Silisyum karbür, onu son derece yüksek çalışma sıcaklıklarına uygun ısıtma elemanlarının üretimi için uygun kılan birçok özelliğe sahiptir. Bu seramiğin sıvı fazı yoktur. Bu, elemanların herhangi bir sıcaklıkta sürünme nedeniyle sarkmadığı veya deforme olmadığı ve fırın içinde herhangi bir desteğe gerek olmadığı anlamına gelir. Silisyum karbür, yaklaşık 2.700 derecelik bir sıcaklıkta doğrudan süblime edilir. Ek olarak, çoğu proses sıvısına karşı kimyasal olarak inerttir ve yüksek sertliğe ve düşük termal genleşme katsayısına sahiptir. Silisyum karbür ısıtıcılar, yaklaşık 1.600 ila 1.700 derecelik ısıtma sıcaklıklarına ulaşabilir.
grafit
Grafit, atomların altıgen bir yapıda düzenlendiği karbondan oluşan bir mineraldir. Bu mineral, sentetik haliyle de ısı ve elektriği iyi iletir. Grafit, 2,000 derecenin üzerindeki sıcaklıklarda ısı üretebilir. Yüksek sıcaklıklarda direnci önemli ölçüde artar. Ayrıca termal şoka dayanabilir ve hızlı ısıtma ve soğutma döngülerinden sonra bile kırılgan hale gelmez. Grafit kullanmanın en büyük dezavantajı 500 derece civarındaki sıcaklıklarda kolayca oksitlenmesidir. Bu aralıkta sürekli kullanım sonunda malzeme tüketimine yol açacaktır. Grafit ısıtma elemanları genellikle oksijen ve diğer gazların ısıtma odasından boşaltıldığı vakumlu fırınlarda kullanılır. Oksijen eksikliği, yalnızca erimiş metalin değil, aynı zamanda ısıtma elemanının kendisinin de oksidasyonunu önler. Grafit, karbon kristal elektrikli ısıtma filmi, grafen elektrikli ısıtma filmi filmi ve diğer film ısıtıcı ürünlerine yapılan sızdırmazlık filmi için kullanılabilir.
