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Material­eigenschaften

Erfahren Sie mehr über die Materialeigenschaften unserer keramischen Heizelemente.

Technologie / Material­eigenschaften

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.


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.


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

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

Emissionsspektrum

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

...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