Quasi tutti i conduttori sono in grado di generare calore quando viene passata una corrente elettrica. Tuttavia, non tutti i conduttori sono adatti per essere realizzati in elementi riscaldanti. È necessaria la giusta combinazione di proprietà elettriche, meccaniche e chimiche. Di seguito sono elencate le proprietà significative per la progettazione degli elementi riscaldanti.
Resistività:Per produrre calore, l'elemento riscaldante deve avere una resistenza elettrica sufficiente. Tuttavia, la resistenza non deve essere così alta che diventa un isolante. La resistenza elettrica è uguale alla resistività moltiplicata per la lunghezza del conduttore divisa per la sezione trasversale del conduttore. Per una determinata sezione trasversale, per avere un conduttore più corto, viene utilizzato un materiale con un'alta resistività.
·Resistenza all'ossidazione:Il calore generalmente accelera l'ossidazione sia nei metalli che nella ceramica. L'ossidazione può consumare l'elemento riscaldante che può diminuire la sua capacità o comprometterne la struttura. Ciò limita la durata dell'elemento riscaldante. Per gli elementi riscaldanti metallici, la lega con un ex ossido, aiuta a resistere all'ossidazione formando uno strato passivo. Per gli elementi riscaldanti ceramici, le bilance protettive resistenti all'ossidazione di SiO2 o Al2O3 sono più comuni. I tipi di elementi riscaldanti non adatti all'uso in ambienti ossidanti, come la grafite, sono più spesso utilizzati nei forni a vuoto o nei forni contenenti gas atmosferici non ossidanti, come H2, N2, Ar o He, dove la camera di riscaldamento viene evacuata dall'aria.
·Coefficiente di temperatura di resistenza:Si noti che la resistività del materiale cambia con la temperatura. Nella maggior parte dei conduttori, con l'aumentare della temperatura, aumenta anche la resistenza. Questo fenomeno ha un effetto più significativo su alcuni materiali rispetto ad altri. Un coefficiente di resistenza a temperatura più elevato viene utilizzato principalmente per applicazioni di rilevamento del calore. Per la generazione di calore, di solito è meglio avere un valore inferiore. Anche se in alcuni casi in cui il cambiamento di resistenza può essere accuratamente previsto, è auspicabile un forte aumento della resistenza per fornire più potenza. Per far regolare il sistema per i mutevoli sistemi di resistività, controllo o feedback.
·Proprietà meccaniche:Gli elementi riscaldanti rigidi possono deformarsi se utilizzati ad alte temperature. Mentre il materiale si avvicina alla sua fase di fusa o ricristallizzazione, il materiale può indebolirsi e deformarsi più facilmente rispetto al suo stato a temperatura ambiente. Un buon elemento riscaldante può mantenere la sua forma anche ad alte temperature. Su una nota diversa, la duttilità è anche una proprietà meccanica desiderata, specialmente per gli elementi riscaldanti metallici. La duttilità consente di trafilare il materiale in fili e di formare in forma senza comprometterne la resistenza alla trazione.
·Punto di fusione:Oltre alla temperatura in cui l'ossidazione aumenta significativamente, il punto di fusione del materiale limita anche la sua temperatura operativa. Le ceramiche hanno generalmente punti di fusione più elevati rispetto ai riscaldatori metallici.
