Heizelement-Materialien: Arten, Eigenschaften und Anwendungen
Ein Heizelement ist ein Gerät, das elektrische Energie durch den Prozess der Joule-Heizung in Wärme umwandelt. Wenn ein elektrischer Strom durch eine Widerstand fließt, erzeugt es Wärme. Heizelemente werden in verschiedenen Heizgeräten oder -anlagen verwendet, wie elektrischen Öfen, elektrischen Herden, elektrischen Heizern usw.
Die Leistung und Lebensdauer eines Heizelements hängen von den Eigenschaften des dafür verwendeten Materials ab. Das Material sollte die folgenden Eigenschaften aufweisen:
Hohes Schmelzpunkt
Niedriger Temperaturkoeffizient des Widerstands
Hohe Zugfestigkeit
Ausreichende Verformbarkeit, um Drähte zu bilden
Hohe Beständigkeit gegen Oxidation in offener Atmosphäre
In diesem Artikel werden vier gängige Materialien zur Herstellung von Heizelementen diskutiert: Nichrome, Kanthal, Kupfernickel und Platin. Wir werden auch deren Zusammensetzung, Eigenschaften und Anwendungen vergleichen.
Was ist Nichrome?
Nichrome ist ein Legierung aus Nickel und Chrom mit kleinen Mengen an Eisen, Mangan und Silizium. Es ist eines der am häufigsten verwendeten Materialien für Widerstandsdrähte in Heizelementen. Die typische Zusammensetzung von Nichrome ist:
| Element | Prozent |
|---|---|
| Nickel | 80% |
| Chrom | 20% |
| Eisen | 0,5% |
| Mangan | 0,5% |
| Silizium | 0,5% |
Eigenschaften von Nichrome
Nichrome hat die folgenden Eigenschaften:
Spezifischer Widerstand: 40 µΩ-cm
Temperaturkoeffizient des Widerstands: 0,0004 / °C
Schmelzpunkt: 1400 °C
Dichte: 8,4 g/cm<sup>3</sup>
Hohe Beständigkeit gegen Oxidation
Anwendungen von Nichrome
Nichrome wird zum Herstellen von Heizelementen für elektrische Heizer und Öfen verwendet. Es ist für den kontinuierlichen Betrieb bei Temperaturen bis zu 1200 °C geeignet. Wenn das Heizelement zum ersten Mal erhitzt wird, reagiert das Chrom im Legierung mit dem Sauerstoff in der Luft und bildet eine Schicht von Chromoxid auf der äußeren Oberfläche des Heizelements. Diese Schicht wirkt als Schutzschicht und verhindert weitere Oxidation, Bruch und Verbrennung des Drahtes.
Was ist Kanthal?
Kanthal ist ein Markenname für eine Familie von Eisen-Chrom-Aluminium (FeCrAl) Legierungen. Diese Legierungen werden für eine Vielzahl von Widerstands- und Heizanwendungen verwendet. Die typische Zusammensetzung von Kanthal ist:
| Element | Prozent |
|---|---|
| Eisen | 72% |
| Chrom | 22% |
| Aluminium | 5,8% |
Eigenschaften von Kanthal
Kanthal hat die folgenden Eigenschaften:
Spezifischer Widerstand bei 20 °C: 145 µΩ-cm
Temperaturkoeffizient des Widerstands bei 20 °C: 0,000001 / °C
Schmelzpunkt: 1500 °C
Dichte: 7,1 g/cm<sup>3</sup>
Hohe Beständigkeit gegen Oxidation
Anwendungen von Kanthal
Kanthal wird zum Herstellen von Heizelementen für elektrische Heizer und Öfen verwendet. Es ist für den kontinuierlichen Betrieb bei Temperaturen bis zu 1400 °C geeignet. Wenn das Heizelement zum ersten Mal erhitzt wird, reagiert das Aluminium in der Legierung mit dem Sauerstoff in der Luft und bildet eine Schicht von Aluminiumoxid über dem Heizelement. Diese Schicht ist ein elektrischer Isolator, hat jedoch gute thermische Leitfähigkeit. Diese elektrisch isolierende Schicht macht das Heizelement stromsicher. Kanthal ist sehr geeignet für die Herstellung von Heizelementen für elektrische Öfen, die in der Keramik-, Stahl-, Glas- und Elektronikindustrie für Wärmebehandlungen verwendet werden.
