Disilicida de molibdeno (MoSi2)
El disilicida de molibdeno es un cermet refractario (compuesto cerámico-metálico) que se utiliza principalmente como material de elemento calefactor. Este es un material deseable para hornos de alta temperatura debido a su alto punto de fusión y buena resistencia a la corrosión. Los elementos calefactores de siliciuro de molibdeno se producen mediante varios procesos que consumen mucha energía, como la aleación mecánica, la síntesis de combustión, la síntesis de choque y el prensado isostático en caliente.
Los calentadores de tipo MoSi₂ pueden alcanzar temperaturas de calentamiento de hasta 1900 ° C. Las desventajas del uso de siliciuro de molibdeno son su baja tenacidad en condiciones ambientales y la fluencia a alta temperatura. Su fragilidad a temperatura ambiente requiere un manejo muy cuidadoso. Se logra una mayor tenacidad a su temperatura de transición frágil-dúctil alrededor de 1000 ° C. Una tasa de fluencia más alta, por otro lado, hace que el elemento calefactor se deforme fácilmente a altas temperaturas. El tipo más común de elemento MoSi2 es un diseño de horquilla de 2 espigas, que generalmente se suspende a través del techo de un horno y se ubica alrededor de las paredes del horno. Hay otras formas disponibles que a menudo se combinan con formadores de aislamiento cerámico que proporcionan tanto soporte mecánico como aislamiento térmico como un paquete integrado.
Carburo de silicio (SiC)
Este es un tipo de cerámica producida por recristalización o unión por reacción de granos de SiC a temperaturas superiores a 2100 ° C. Los elementos calefactores de carburo de silicio son cuerpos porosos (típicamente 8-25%) donde la atmósfera del horno puede reaccionar a través de la sección transversal del material. Todo el elemento calefactor puede oxidarse gradualmente, lo que conduce a un aumento en las propiedades de resistencia eléctrica de los elementos con el tiempo (comúnmente conocido como "envejecimiento"). Generalmente se requiere un suministro de voltaje variable para mantener la salida de potencia deseada de los elementos gradualmente. aumentando el voltaje a los elementos durante su vida útil. Este envejecimiento eventualmente limita la vida y el rendimiento del elemento calefactor.
El carburo de silicio tiene muchas propiedades que lo hacen adecuado para fabricar elementos calefactores para temperaturas de servicio muy altas. Esta cerámica no tiene fase líquida. Lo que significa que los elementos no se combarán ni deformarán debido a la fluencia a cualquier temperatura, y no se requieren soportes dentro del horno. El SiC se sublima directamente a temperaturas de alrededor de 2700 ° C. Además, es químicamente inerte a la mayoría de los fluidos de proceso y tiene una alta rigidez y un bajo coeficiente de expansión térmica. Los calentadores de carburo de silicio pueden alcanzar temperaturas de calentamiento de entre 1600 y 1700 ° C.
Grafito
El grafito es un mineral compuesto de carbono en el que los átomos están dispuestos en una estructura hexagonal. Este mineral, también en su forma sintética, es un buen conductor térmico y eléctrico. El grafito puede generar calor a temperaturas superiores a 2000 ° C. A altas temperaturas, su resistencia eléctrica aumenta significativamente. Además, puede soportar choques térmicos y no se vuelve quebradizo incluso después de ciclos rápidos de calentamiento y enfriamiento. La principal desventaja de utilizar grafito es su tendencia a oxidarse a temperaturas de alrededor de 500 ° C. El uso continuado en este rango eventualmente resulta en el consumo del material. Los elementos calefactores de grafito se utilizan típicamente en hornos de vacío donde el oxígeno y otros gases se evacuan de la cámara de calentamiento. La ausencia de oxígeno no solo evita la oxidación de los metales fundidos, sino también el propio elemento calefactor.
Molibdeno, tungsteno y tantalio
Estos son metales refractarios con propiedades similares a las del grafito cuando se utilizan como elementos calefactores. Entre estos metales, el tungsteno tiene la temperatura de funcionamiento más alta, pero también es más caro. En términos de viabilidad, el molibdeno es más popular, ya que es el menos caro, pero sigue siendo más caro que el grafito. Al igual que el grafito, solo se pueden usar en condiciones de vacío, ya que tienen una fuerte afinidad de enlace con el oxígeno e incluso con el hidrógeno y el nitrógeno. Comienzan a oxidarse a temperaturas de alrededor de 300 a 500 ° C.
Materiales de coeficiente térmico positivo (PTC)
El material PTC típico es el caucho, pero también puede ser cerámica. El caucho PTC está hecho de polidimetilsiloxano (PDMS) con nanopartículas de carbono. Los calentadores PTC tienen una propiedad única en la que el calentador mantiene o limita el flujo de corriente al tener una mayor resistencia eléctrica a medida que aumenta la temperatura. Esto hace que el material sea seguro y adecuado para su uso en ropa. Inicialmente, el calentador consume toda su potencia y se calienta debido a su resistividad. La resistencia del material aumenta con el aumento de calor y luego actúa como aislante. Esto se logra sin la necesidad de ningún circuito de retroalimentación.
