Materialeigenschaften unserer vollkeramischen Heizelemente

Vollkeramische Heizelemente aus Siliziumnitrid und Aluminiumnitrid zeichnen sich durch vielerlei Vorteile im Vergleich zu metallischen Heizelementen aus. Durch die geringe Wärmekapazität der Keramik auf Grund ihrer geringen Dichte können bei niedriger Energieaufnahme hohe Aufheizraten auf Temperaturen bis zu 1 000 °C realisiert werden.

Die spezielle Technologie eines Heizleiters, der aus elektrisch leitender Keramik und einer Hülle aus isolierender Keramik besteht, welche zu einem homogenen Körper versintert sind, ermöglicht sehr hohe Leistungsdichten. Die gute Alterungs- und Verschleißbeständigkeit der Keramiken garantiert eine herausragend lange Lebensdauer.

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Basismaterial

Parameter	Einheit	Si3N4	AlN
max. Temperatur (Tmax)	°C	1 000	1 000
Wärme­leitfähigkeit (λ)	W/mK	40	140
Temperatur­schock­festigkeit (ΔT)	K	500	400
Emissions­grad (1100 °C) (ε)	-	0,96	0,90
Elastizitäts­modul (E)	GPa	320	310
Biegebruch­festigkeit (δBB)	MPa	400	200
Druck­festigkeit (δD)	MPa	2 000	1 200
Wärme­ausdehnungs­koeffizient (α)	10-6 K-1	3	5
Dichte (ρ)	g/cm³	3,21	3,26
Spezifische Wärme (cp)	J/kgK	750	740
Porosität (100 - % t.D.)	%	0	0
Kritischer Spannungs­intensitäts­faktor (KIc)	MPa m½	6	3,3
Weibull – Modul (m)	-	7,9	6

Die Thermoschockbeständigkeit ist abhängig von der Heizergeometrie.

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Oberflächenbelastung

Parameter	Einheit	Wert
in ruhender Luft	W/cm2	15
in bewegter Luft (40 m/s)	W/cm2	25
in Wasser	W/cm2	70
Maximum	W/cm2	150

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Elektrische Eigenschaften

Parameter	Einheit	Si3N4	AlN
spezifischer Widerstand	Ω cm	5 · 10-3 - 5 · 10-1	5 · 10-3 – 2 · 10-1
Isolations­widerstand	Ω mm (20 °C)	1013	1013
Durchschlag­festigkeit	kV/mm	25	25

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Emissionsspektrum

Vollkeramische Heizelemente sind langwellige Infrarotstrahler mit einem Maximum der Emission bei 5 bis 10 µm, Strahlungsfaktor ε > 0,9.

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Leistungsrechner

Was ist die Anfangstemperatur des Materials, das erwärmt werden soll?

°C

Auf welche Temperatur soll das Material erwärmt werden?

°C

Wie viel Zeit soll der Aufheizvorgang dauern?

s

Um welches Material handelt es sich?

Stahl Aluminium Wasser Kunststoff Kupfer Keramik Luft

Wie viel wiegt das Material?

g

...und ihre Vorteile

Die hohe Druckfestigkeit von 2 000 MPa und der hohe Elastizitätsmodul von 300 GPa der Siliziumnitridkeramik bleiben im Temperaturbereich bis 1 000 °C erhalten, es gibt kaum Eigenverformung.

• hohe Oberflächenleistung bis zu 150 W/cm² und Strahlungsemission ε > 0,9
• Temperaturen bis zu 1 000 °C, kurze Aufheizzeiten, geringe Nachwärme, sehr gute Regelbarkeit dank geringer thermischer Masse
• hohe Lebensdauer bei hohen Temperaturen
• beständig gegen Oxidation, Säuren, Ätzgase, geringe Benetzung mit flüssigen Metallen
• hohe mechanische Festigkeit, gute Wärmeleitfähigkeit, hoher Isolationswiderstand und Durchschlagfestigkeit
• hohe Härte und Verschleißbeständigkeit