Varios elementos calefactores para usos a alta temperatura

Los elementos calefactores forman parte integrante de los equipos de alta temperatura y se emplean ampliamente en el procesamiento de materiales, la fabricación de dispositivos semiconductores, la metalurgia, los laboratorios de investigación y diversas industrias de alta tecnología. Los reactores de alta temperatura actuales emplean diversos materiales calefactores, cada uno de ellos diseñado para funcionar en condiciones térmicas, químicas o mecánicas específicas.

Elementos calefactores metálicos

Elementos calefactores de tungsteno: inigualables en rangos de temperatura extremadamente altos

El tungsteno (W) como elemento cal efactor funciona bien a la temperatura de funcionamiento más alta posible. Su punto de fusión es de 3.422°C. Estos elementos calefactores son útiles en hornos de vacío, máquinas de sinterización, máquinas de crecimiento de cristales de zafiro y plantas de evaporación a alta temperatura. Funcionan mejor en vacío o en atmósfera inerte. Presenta baja presión de vapor, alta conductividad térmica y estabilidad a altas temperaturas.

Sin embargo, se oxida fácilmente a temperaturas superiores a 500°C en el aire. Por ello, suele utilizarse a baja presión y en atmósfera inerte. Los elementos calefactores se fabrican normalmente en forma de varillas, alambres y mallas calefactoras.

Elementos calefactores de molibdeno: rendimiento superior en vacío y entornos reductores

El molibdeno (Mo) es otro metal calefactor muy utilizado debido a sus buenas propiedades a altas temperaturas y a su gran resistencia a temperaturas elevadas. Funde a 2.623°C. Aunque no es tan noble como el wolframio, el molibdeno puede mecanizarse más fácilmente y es relativamente menos caro. Los elementos calefactores de molibdeno son habituales en los hornos de calentamiento al vacío. La extracción de cristales y la metalización al vacío se realizaron inicialmente con molibdeno.

Al igual que el wolframio, el molibdeno también es un metal reactivo al aire que requiere protección en atmósfera inerte. Las aleaciones de molibdeno-La y molibdeno-Zr tienen mejor ductilidad y aumentan la vida útil de los calentadores.

Elementos calefactores de tántalo: excelente resistencia a la corrosión

Los elementos calefactores de tántalo tienen varias propiedades deseables. Cabe destacar que tiene una temperatura de fusión extremadamente alta de 3.017°C. Además, presenta una elevada resistencia a la corrosión y actúa como metal inerte, principalmente frente a los ácidos. Además, se oxida y forma una capa de óxido no protectora cuando se expone al aire a altas temperaturas. Es útil para el procesamiento de alta pureza, que incluye el crecimiento de cristales semiconductores.

Es más caro que el wolframio o el molibdeno, por lo que sólo debe tenerse en cuenta si existen problemas de pureza o resistencia a la corrosión.

Elementos calefactores cerámicos

Elementos calefactores de carburo de silicio (SiC) - Resistentes al aire hasta aproximadamente 1.600°C

Loscomponentes de carburo de silicio se encuentran entre los calentadores cerámicos más flexibles. Estos elementos calefactores funcionan eficazmente en el aire sin necesidad de vacío ni atmósfera inerte. Los componentes de carburo de silicio poseen una buena resistencia a la oxidación, resistencia al choque térmico y una vida útil estable. Estos componentes tienen diversas aplicaciones, que van desde los hornos de calentamiento de laboratorio y los hornos de tratamiento térmico hasta el procesamiento de vidrio y el recocido de metales.

Sus resistencias eléctricas aumentan con el uso y se deterioran con la oxidación. No obstante, siguen siendo uno de los materiales más rentables para trabajar a temperaturas medias y altas.

Elementos calefactores por resistencia de disiliciuro de molibdeno (MoSi₂)

Los elementos calefactoresde MoSi₂ amplían la temperatura máxima de funcionamiento más allá de la de los elementos calefactores de SiC, ya que pueden funcionar con éxito en aire hasta 1.800°C. Desarrollan una capa protectora de sílice, SiO₂, en la superficie, impidiendo así que se siga oxidando.

Los componentes de MoSi₂ son relativamente más frágiles en comparación con los calentadores metálicos, pero ofrecen una gran estabilidad térmica y vida útil incluso en el aire.

Elementos calefactores a base de carbono

Elementos calefactores de grafito -Conductividad y estabilidad a temperaturas muy altas

Los componentes de grafito son capaces de funcionar a temperaturas superiores a 2.000°C en un ambiente inerte y alcanzar los 3.000°C en el vacío. La elevada conductividad térmica del grafito garantiza un calentamiento eficaz. Tiene numerosas aplicaciones como fuente de calentamiento eficaz a temperaturas muy elevadas en diversos procesos metalúrgicos y epitaxia.

El grafito no puede calentarse en el aire a altas temperaturas porque se combina con el oxígeno. Por ello, en los diseños de hornos de grafito es necesario utilizar el vacío o atmósferas inertes. Los elementos calefactores de grafito se venden en forma de varillas, placas, tubos, etc.

Tabla comparativa y cómo elegir

Todos los datos presentados anteriormente son solo de referencia y pueden variar en función de los materiales, las condiciones de procesamiento y los requisitos específicos de la aplicación. Lectura relacionada: Elementos calefactores: Disiliciuro de molibdeno frente a carburo de silicio

• Los materiales metálicos con puntos de fusión elevados, incluidos metales como el wolframio, el molibdeno y el tántalo, ofrecen un rendimiento superior en vacío y en atmósferas inertes y permiten el procesamiento a altas temperaturas con materiales semiconductores extremadamente puros.
• El carburo de silicio y los disilicidas de molibdeno se han empleado con éxito como calentadores cerámicos que pueden funcionar eficazmente con aire como medio.
• Los calentadores de carbono, especialmente los de grafito, no tienen igual en términos de uniformidad y estabilidad para algunos de los procesos a más alta temperatura que se realizan en atmósferas controladas.

Cada tipo de elemento calefactor, los metálicos, los cerámicos y los de carbono, tiene sus propias ventajas adaptadas a las distintas condiciones de calentamiento. Visite Stanford Advanced Materials (SAM) para conocer los distintos tipos de elementos calefactores. Los hay en forma de U, de W y de H, y personalizados.