Vários elementos de aquecimento para usos em altas temperaturas

Os elementos de aquecimento são parte integrante dos equipamentos de alta temperatura e são amplamente empregados no processamento de materiais, na fabricação de dispositivos semicondutores, na metalurgia, em laboratórios de pesquisa e em vários setores de alta tecnologia. Os reatores contemporâneos de alta temperatura empregam diversos materiais de aquecimento, cada um deles projetado para operar sob condições térmicas, químicas ou mecânicas específicas.

Elementos de aquecimento metálicos

Elementos de aquecimento de tungstênio - Incomparáveis em faixas de temperatura extremamente altas

O tungstênio (W) como elemento de aquecimento funciona bem na mais alta temperatura operacional possível. Seu ponto de fusão é de 3.422°C. Esses elementos de aquecimento são úteis em fornos a vácuo, máquinas de sinterização, máquinas de crescimento de cristais de safira e plantas de evaporação de alta temperatura. Eles funcionam melhor sob vácuo ou em uma atmosfera inerte. Apresenta baixa pressão de vapor, alta condutividade térmica e estabilidade em temperaturas mais altas.

No entanto, oxida-se rapidamente em temperaturas acima de 500°C no ar. Por isso, normalmente é usado em baixa pressão e em uma atmosfera inerte. Os elementos de aquecimento são normalmente fabricados como hastes, fios e aquecedores de malha.

Elementos de aquecimento de molibdênio - Desempenho superior em ambientes de vácuo e redução

O molibdênio (Mo) é outro aquecedor de metal amplamente utilizado devido às suas boas propriedades de alta temperatura e forte resistência a temperaturas elevadas. Ele derrete a 2.623°C. Embora não seja tão nobre quanto o tungstênio, o molibdênio pode ser usinado com mais facilidade e é relativamente mais barato. Os elementos de aquecimento de molibdênio são comuns em fornos de aquecimento a vácuo. A extração de cristais e a metalização a vácuo foram feitas inicialmente com molibdênio.

Assim como o tungstênio, o molibdênio também é um metal reativo ao ar que requer proteção de atmosfera inerte. As ligas de molibdênio-La e as ligas de molibdênio-Zr têm melhor ductilidade e aumentam a vida útil dos aquecedores.

Elementos de aquecimento de tântalo - Excelente resistência à corrosão

Os elementos de aquecimento de tântalo têm várias propriedades desejáveis. Deve-se observar que ele tem uma temperatura de fusão extremamente alta, de 3.017°C. Além disso, apresenta alta resistência à corrosão e atua como um metal inerte, principalmente contra ácidos. Além disso, ele se oxida e forma uma camada de óxido não protetora quando exposto ao ar em altas temperaturas. É útil para o processamento de alta pureza, que inclui o crescimento de cristais semicondutores.

É mais caro em comparação com o tungstênio ou o molibdênio e, portanto, só deve ser considerado se houver problemas de pureza ou resistência à corrosão.

Elementos de aquecimento à base de cerâmica

Elementos de aquecimento de carbeto de silício (SiC) - resistentes ao ar até aproximadamente 1.600°C

Os componentes de carbeto de silício estão entre os aquecedores de cerâmica mais flexíveis. Esses elementos de aquecimento funcionam com eficiência no ar, sem a necessidade de vácuo ou de uma atmosfera inerte. Os componentes de carbeto de silício têm boa resistência à oxidação, resistência ao choque térmico e vida útil estável. Esses componentes têm várias aplicações, desde fornos de aquecimento de laboratório e fornos de tratamento térmico até processamento de vidro e recozimento de metais.

Suas resistências elétricas aumentam com o uso e eles sofrem deterioração como resultado da oxidação. No entanto, eles ainda estão entre os materiais mais econômicos para operação em temperaturas médias e altas.

Elementos de aquecimento por resistência de dissiliceto de molibdênio (MoSi₂)

Os elementos de aquecimento de MoSi₂ estendem a temperatura máxima de operação para além da temperatura dos elementos de aquecimento de SiC, pois podem ser operados com sucesso no ar até 1.800°C. Eles desenvolvem uma camada protetora de sílica, SiO₂, na superfície, evitando assim qualquer outra oxidação.

Os componentes de MoSi₂ são relativamente mais frágeis em comparação com os aquecedores de metal, mas oferecem alta estabilidade térmica e vida útil, mesmo no ar.

Elementos de aquecimento à base de carbono

Elementos de aquecimento de grafite - Condutividade e estabilidade em temperaturas muito altas

Os componentes de grafite são capazes de operar em temperaturas acima de 2.000°C em um ambiente inerte e atingir 3.000°C em um vácuo. A alta condutividade térmica do grafite garante um aquecimento eficiente. Ele encontra um grande número de aplicações como uma fonte de aquecimento eficiente em temperaturas muito altas em vários processos de metalurgia e epitaxia.

O grafite não pode ser aquecido no ar em altas temperaturas porque se combinará com o oxigênio. Como resultado, o vácuo ou as atmosferas inertes são necessários nos projetos de fornos de grafite. Os elementos de aquecimento de grafite são vendidos como hastes, placas, tubos e muito mais.

Tabela de comparação e como escolher

Todos os dados apresentados acima são apenas para referência e podem variar dependendo dos materiais, das condições de processamento e dos requisitos específicos da aplicação. Leitura relacionada: Elementos de aquecimento: Disiliceto de molibdênio vs. Carbeto de silício

• Materiais metálicos com altos pontos de fusão, incluindo metais como tungstênio, molibdênio e tântalo, oferecem desempenho superior sob vácuo e atmosferas inertes e permitem o processamento em alta temperatura com materiais semicondutores extremamente puros.
• O carbeto de silício e os dissilicidas de molibdênio foram empregados com sucesso como aquecedores de cerâmica que podem operar efetivamente com o ar como meio.
• Os aquecedores de carbono, especialmente o grafite, não têm igual em termos de uniformidade e estabilidade para alguns dos processos de temperatura mais alta realizados em atmosferas controladas.

Cada tipo de elemento de aquecimento, elementos de aquecimento de metal, elementos de aquecimento de cerâmica e elementos de aquecimento à base de carbono, tem seu próprio conjunto de vantagens, adequado a diferentes condições de aquecimento. Visite Stanford Advanced Materials (SAM) para conhecer os diferentes tipos de elementos de aquecimento. Estão disponíveis em forma de U, W e H, além de personalização.