発熱体の材料特性により、選択できる材料がいくつかに絞り込まれます。 最も一般的な材料は、ニッケルクロム、鉄クロムアルミニウム合金、ケイ化モリブデン、および炭化ケイ素です。 これらの材料は、高温酸化に耐える能力があるため、高温で機能します。 他のグループは、グラファイト、モリブデン、タングステン、タンタルで構成されています。 これらの材料は高温で酸化され、主に真空環境または無酸素雰囲気の炉で使用されます。
ニクロム (Ni-Cr) 合金
延性、高抵抗率、高温でも耐酸化性があるため、このタイプは最も広く使用されている発熱体材料の 1 つです。 ニッケル - クロム合金の最も一般的な組成は、80/20 または 80% のニッケル、20% のクロムです。 その他の構成はメーカーによって異なります。 延性が高いため、発熱体として使用する場合、線に引き伸ばされることがよくあります。 この特性を示す一般的な用途は、熱線フォーム カッターです。 ニッケルクロム線の最高加熱温度は約1,100～1,200度です。
鉄-クロム-アルミニウム (Fe-Cr-Al) 合金
このタイプのフェライト鉄-クロム-アルミニウム合金の化学組成は、通常、20 ～ 24 パーセントのクロム、4-6 パーセントのアルミニウム、および余白としての鉄です。 ニッケルクロムと比較して、鉄クロムアルミニウムヒーターは柔軟で軽量です。 また、約 1,300 ～ 1,400 度のニッケルクロム線よりも高い温度を生成できます。 鉄系金属のため、ニッケルを主成分とするNi-Crよりも価格変動が少ない合金です。 鉄-クロム-アルミニウム合金を使用することの欠点は、高温で強度が低下することです。
鉄-クロム-アルミニウム合金は、粉末冶金と呼ばれるプロセスによってより良くすることができます。 このプロセスでは、合金インゴットが粉末になり、型に圧縮されます。 次に、温度制御された雰囲気で焼結またはホット プレス (熱間静水圧プレス) を行い、粉末金属を完全に溶融することなく冶金学的結合を作成します。 材料の機械的特性を向上させるために合金混合物に分散物が追加され、それによって高温での追加の強度と靭性が付与されます。
二珪化モリブデン (MoSi2)
二珪化モリブデンは、主に発熱体材料として使用される耐火サーメット（セラミックと金属の複合体）です。 融点が高く、耐食性に優れているため、高温炉に最適な材料です。 ケイ化モリブデン発熱体は、機械的合金化、燃焼合成、衝撃合成、熱間静水圧プレスなど、エネルギー集約型のさまざまなプロセスによって製造されます。
MoSi₂ ヒーターは、1,900 度までの加熱温度を達成できます。 ケイ化モリブデンを使用することの欠点は、靭性が低く、環境条件下での高温クリープです。 室温ではもろく、取り扱いには十分注意する必要があります。 約 1,000 度の脆性-靭性遷移温度で、より高い靭性が達成されます。 一方、クリープ率が高いと発熱体は高温で変形しやすくなります。 MoSi2 要素の最も一般的なタイプは 2- ハンドル ヘアピン デザインで、通常は炉の屋根から吊り下げられ、炉の壁の周りに配置されています。 他の形状は、多くの場合、セラミック断熱成形機と組み合わせて使用され、統合パッケージとして機械的サポートと断熱を提供します。
炭化ケイ素（SiC）
これは、2,100度以上の温度でSiC粒子の再結晶または反応結合によって生成されたセラミックです。 炭化ケイ素の発熱体は多孔性 (通常 8-25 パーセント) で、炉内の雰囲気が材料の断面を通して反応する可能性があります。 発熱体全体が徐々に酸化する可能性があり、これにより発熱体の抵抗特性が時間の経過とともに増加します (「エージング」と呼ばれることがよくあります)。要素の所望のパワー出力を徐々に維持します。 この経年劣化は、最終的に発熱体の寿命と性能を制限します。
炭化ケイ素には、非常に高い動作温度に適した発熱体の製造に適した多くの特性があります。 このセラミックには液相がありません。 これは、要素がどの温度でもクリープによるたるみや変形がなく、炉内でのサポートが不要であることを意味します。 炭化ケイ素は約 2,700 度の温度で直接昇華します。 さらに、ほとんどのプロセス流体に対して化学的に不活性であり、高い剛性と低い熱膨張係数を備えています。 炭化ケイ素ヒーターは、約 1,600 ～ 1,700 度の加熱温度に達することができます。
黒鉛
グラファイトは、原子が六角形の構造で配置された炭素で構成される鉱物です。 この鉱物は、合成された形でも、熱と電気の優れた伝導体です。 グラファイトは 2,000 度を超える温度で熱を発生する可能性があります。 高温では、その抵抗が大幅に増加します。 さらに、熱衝撃に耐えることができ、急速な加熱と冷却のサイクルの後でも脆くなりません。 グラファイトを使用する主な欠点は、約 500 度の温度で容易に酸化することです。 この範囲で使い続けると、最終的に材料の消耗につながります。 グラファイト発熱体は、酸素やその他のガスが加熱チャンバーから排出される真空炉でよく使用されます。 酸素が不足すると、溶融金属だけでなく、発熱体自体の酸化も防止されます。 グラファイトはシールフィルムに使用でき、炭素結晶電熱フィルム、グラフェン電熱フィルムフィルム、その他のフィルムヒーター製品になります。
