I forni ad alta temperatura utilizzano una varietà di materiali per gli elementi riscaldanti, fondamentali per convertire l'elettricità in calore. La scelta del materiale dipende dai requisiti specifici del forno, come l'intervallo di temperatura e l'ambiente in cui opera. I materiali comunemente utilizzati includono leghe di ferro-cromo-alluminio e nichel-cromo, che sono tipicamente sagomati in pannelli cilindrici, semicircolari o piatti.
Per applicazioni a temperature più elevate, come quelle che raggiungono i 1400°C e i 1800°C, vengono utilizzati materiali più specializzati. Questi includono metalli preziosi come il molibdeno, il tungsteno e il tantalio, che sono adatti per l'uso in forni sotto vuoto ad alta temperatura o in forni che operano sotto gas di protezione. Il molibdeno è noto per il suo elevato punto di fusione e la sua fragilità, mentre il tungsteno è caratterizzato da un'elevata durezza e resistenza al calore, sebbene sia difficile da lavorare e costoso. Anche il tantalio offre capacità ad alta temperatura, ma presenta sfide simili in termini di costi e lavorazione.
Nei forni ad alta temperatura vengono utilizzati anche materiali non metallici come la grafite, il carburo di silicio e il disiliciuro di molibdeno. La grafite, in particolare, è apprezzata per le sue proprietà uniche e viene utilizzata in quasi tutti i tipi di forni per il trattamento termico sotto vuoto. Il carburo di silicio e il disiliciuro di molibdeno possono resistere a temperature fino a 1700°C e 1800°C, rispettivamente, e sono utilizzati in ambienti con aria.
Per le applicazioni a temperatura più elevata, come quelle che richiedono temperature fino a 3000 °C, materiali come il tungsteno sono essenziali. Il tungsteno può operare a temperature fino a 2800°C (5075°F), anche se nella pratica questo valore è spesso ridotto a causa di considerazioni pratiche e della sensibilità del materiale a condizioni ambientali quali ossigeno e vapore acqueo. Anche la resistenza del tungsteno alla corrosione è un fattore determinante per la scelta, soprattutto a livelli di umidità relativa inferiori.
In sintesi, la scelta dei materiali degli elementi riscaldanti per i forni ad alta temperatura è una decisione critica che influisce sulle prestazioni del forno e sulla qualità dei processi che supporta. La scelta spazia da leghe comuni come il ferro-cromo, l'alluminio e il nichel-cromo a materiali più specializzati come il molibdeno, il tungsteno, il tantalio e opzioni non metalliche come la grafite e il carburo di silicio, ognuna adatta a specifici intervalli di temperatura e ambienti operativi.
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