8.10.3 电热元件

1.金属电热材料与金属电热元件

（1）金属电热材料 金属电热材料及其性能如表8-73所示。金属电热材料的电阻率如表8-74所示。金属电热材料与耐火材料的反应温度如表8-75所示。金属电热元件在各种气氛中的长期使用温度如表8-76所示。

表8-73 金属电热材料及其性能

（续）

表8-74 金属电热材料的电阻率

（续）

表8-75 金属电热材料与耐火材料的反应温度 （单位：℃）

① 真空度为1.3×10^-2Pa时，比表中数据低100～200℃。

表8-76 金属电热元件在各种气氛中的长期使用温度 （单位：℃）

（续）

注：表内“不”字表示完全不能应用。

① 表面经陶瓷材料镀层处理后可以应用。

② 使用前需经过氧化处理。

③ 表面镀MoS₂后可以使用。

（2）金属电热元件

1）线状与带状合金电热元件。线状与带状合金电热元件主要是镍铬合金和铁铬铝合金，其结构及尺寸如表8-77所示。

表8-77 线状与带状合金电热元件的结构及尺寸

2）纯金属加热器。纯金属加热器有线状、棒状、筒形和带状等类型，如表8-78所示。

表8-78 纯金属加热器

（续）

3）管状电热元件。管状电热元件由金属管、螺旋状电阻丝与氧化镁填料等组成，其结构如图8-19所示。根据需要，管状电热元件可弯成U形、波浪形和螺旋形等形状。可用来加热空气、油、水、熔化盐、碱及低熔点合金等。管状电热元件的型号及技术性能如表8-79所示。

图8-19 管状电热元件结构图

1—管端封口 2—引出棒 3—垫圈 4—电阻丝 5—金属管 6—绝缘管 7—绝缘填料

表8-79 管状电热元件的型号及技术性能

4）辐射管。辐射管按热源的不同分为电热辐射管和火焰加热辐射管两大类，主要用于可控气氛炉及有腐蚀性气体的工业炉。辐射管的加热元件与炉内的气氛隔绝，不受炉内气氛腐蚀。电热辐射管的加热方式有单根螺旋加热式、多根螺旋加热式、电阻带加热式及轴向排列电阻丝加热式等。电热辐射管的性能如表8-80和表8-81所示。

表8-80 电热辐射管的性能

（续）

表8-81 轴向排列电阻丝加热式电热辐射管的性能

（续）

2.非金属电热材料与非金属电热元件

常用的非金属电热材料有碳化硅、硅钼及石墨三种。非金属电热元件主要用于高温电阻炉、真空炉和保护气氛炉。

（1）碳化硅电热材料与电热元件

1）碳化硅的性能。碳化硅的熔点为2227℃。碳化硅硬度高、耐高温、高温下变形小，有良好的化学稳定性，较脆、容易折断，有较大的电阻率，使用过程中易老化，需配备调压器，在真空状态下粘结剂易分解。

碳化硅的主要性能如表8-82所示。碳化硅的电阻率如表8-83所示。

表8-82 碳化硅的主要性能

表8-83 碳化硅的电阻率

2）碳化硅电热元件。碳化硅电热元件有碳化硅棒和碳化硅管两种。

①碳化硅棒电热元件外形如图8-20所示，其规格尺寸及电气性能如表8-84和表8-85所示。

图8-20 碳化硅棒电热元件外形

a）端头加粗式碳化硅棒 b）等直径碳化硅棒 c）U形碳化硅棒 d）E形碳化硅棒

表8-84 硅碳棒电热元件的规格尺寸

表8-85 硅碳棒电热元件的常用表面功率密度 （单位：W/cm²）

②碳化硅管电热元件分为三种形式，如图8-21所示。

●单螺纹型。发热段有单头螺纹，两端有喷铝段，采用两端接线方式。

●双螺纹型。发热段有双头螺纹，一端有喷铝段，采用一端接线方式。

●无螺纹型。发热段为直管，两端管径加粗，采用两端接线方式。

碳化硅管电热元件碳化硅管的标准电阻及发热段表面积如表8-86所示。

图8-21 碳化硅管电热元件

a）单螺纹型 b）双螺纹型 c）无螺纹型

L—碳化硅管全长 l—发热段长度 l₁—冷端长度 l₂—喷铝段长度 D—管外径 d—管内径

表8-86 碳化硅管标准电阻及发热段表面积

（续）

（2）硅钼电热材料与电热元件

1）硅钼电热材料。硅钼电热材料耐高温，适宜的工作温度为1200～1650℃；室温下硬而脆，抗弯强度和抗拉强度较高，冲击韧度低，1350℃以上会变软，有延伸性；在400～480℃范围内会发生低温氧化，应避免在此温度区间使用；耐急冷急热性能好；电阻温度系数大，使用时应配置调压器；适于在空气、氮及惰性气体环境中使用。

图8-22 硅钼电热元件的外形

a）U形 b）W形

还原性气氛氢能破坏其保护膜，但可在1350℃以下的温度中使用；应避免在含硫和氯的气体环境中工作。

2）硅钼电热元件。硅钼电热元件外形如图8-22所示。硅钼电热元件的电阻特性如图8-23所示。硅钼电热元件在各种气氛中的最高使用温度如表8-87所示。在真空中的最高使用温度如图8-24所示。允许的最大表面功率密度如图8-25所示。

图8-23 硅钼电热元件的电阻特性

表8-87 硅钼电热元件在各种气氛中的最高使用温度

图8-24 硅钼电热元件在真空中的最高使用温度

图8-25 硅钼电热元件允许的最大表面功率密度

Ⅰ—垂直安装连续加热 Ⅱ一垂直安装断续加热 Ⅲ一水平安装连续加热 Ⅳ一水平安装断续加热

（3）石墨电热材料与电热元件

1）石墨电热材料。石墨电热材料的密度、比热容、热膨胀系数均较小，而电阻率、热导率、表面功率密度则较高；耐高温性好，在10^-2～10^-1Pa的真空度下，工作温度可达到2200℃，在保护气氛中可达3000℃；耐急热急冷性能好，抗热振性、耐崩裂性好；机械加工性能好。石墨电热材料主要适于在中温和高温真空炉中及保护气氛条件下工作。

2）石墨电热元件。石墨电热元件的形状有棒状、管状、筒状、板状、带状和布状等，而棒状石墨电热元件又有I形、U形、W形及螺旋形之分，其结构、特点及用途如表8-88所示。

表8-88 石墨加热元件的结构、特点及用途

（续）

石墨电热元件的主要性能如表8-89所示。普通石墨电极的高温性能如表8-90所示。石墨元件允许的表面功率密度如图8-26所示。石墨棒（ϕ10mm×500mm）的电阻率实测值如表8-91所示。石墨布的技术性能如表8-92所示。

表8-89 石墨电热元件的主要性能

（续）

①分子为垂直于轴线的值，分母为平行于轴线的值。

表8-90 普通石墨电极的高温性能

表8-91 石墨棒（ϕ10×500mm）的电阻率实测值

表8-92 石墨布的技术性能

图8-26 石墨元件允许的表面功率密度

1—石墨棒 2—石墨带