Les propietats del material de l'element de calefacció redueixen la selecció a uns quants materials. Els materials més comuns són níquel-crom, aliatge de ferro-crom-alumini, siliciur de molibdè i carbur de silici. Aquests materials poden treballar a altes temperatures a causa de la seva capacitat de resistir l'oxidació a alta temperatura. L'altre grup està format per grafit, molibdè, tungstè i tàntal. Aquests materials s'oxiden a altes temperatures i s'utilitzen principalment en ambients de buit o forns amb atmosferes lliures d'oxigen.
Aliatge de Ni-crom (Ni-Cr).
A causa de la seva ductilitat, alta resistivitat i resistència a l'oxidació fins i tot a altes temperatures, aquest tipus és un dels materials d'elements de calefacció més utilitzats. La composició més comuna dels aliatges de níquel-crom és 80/20 o 80 per cent de níquel, 20 per cent de crom. Altres composicions depenen del fabricant. A causa de la seva alta ductilitat, sovint es dibuixa en un cable quan s'utilitza com a element de calefacció. Una aplicació habitual que mostra aquesta propietat són els talladors d'escuma de fil calent. La temperatura màxima d'escalfament del cable de níquel-crom és d'uns 1.100 a 1.200 graus.
Aliatge ferro-crom-alumini (Fe-Cr-Al).
La composició química d'aquest tipus d'aliatge ferrític de ferro-crom-alumini és normalment d'un 20 a un 24 per cent de crom, un 4-6 per cent d'alumini i ferro com a marges. En comparació amb el níquel-crom, els escalfadors de ferro-crom-alumini són flexibles i de menor pes. També poden produir temperatures més altes que el filferro de níquel-crom, al voltant de 1.300 a 1.400 graus. A causa del seu metall a base de ferro, el preu d'aquest aliatge fluctua menys que el Ni-Cr, que es compon principalment de níquel. El desavantatge d'utilitzar aliatges de ferro-crom-alumini és que tenen una resistència reduïda a temperatures més altes.
Els aliatges de ferro-crom-alumini es poden millorar mitjançant un procés anomenat metal·lúrgia de pols. En aquest procés, els lingots d'aliatge es converteixen en pols i es comprimeixen en motlles. Després es sinteritza o es premsa en calent (premsament isostàtic en calent) en una atmosfera de temperatura controlada per crear un enllaç metal·lúrgic sense fondre completament el metall en pols. S'afegeixen dispersions a la mescla d'aliatge per millorar les propietats mecàniques del material, donant així més resistència i tenacitat a temperatures més altes.
Dissilicid de molibdè (MoSi2)
El disilicid de molibdè és un cermet refractari (compost ceràmica-metall) utilitzat principalment com a material d'element de calefacció. A causa del seu alt punt de fusió i bona resistència a la corrosió, aquest és un material ideal per a forns d'alta temperatura. Els elements de calefacció de siliciur de molibdè es produeixen mitjançant una varietat de processos que consumeixen energia, com ara l'aliatge mecànic, la síntesi de combustió, la síntesi d'impacte i la pressió isostàtica en calent.
Els escalfadors MoSi₂ poden aconseguir temperatures de calefacció de fins a 1.900 graus. Els desavantatges de l'ús de siliciur de molibdè són la seva baixa duresa i la fluència a alta temperatura en condicions ambientals. És fràgil a temperatura ambient i s'ha de manipular amb molta cura. S'aconsegueix una duresa més alta a una temperatura de transició fràgil i dura d'aproximadament 1,000 grau. D'altra banda, una velocitat de fluència més alta fa que l'element calefactor es deformi fàcilment a altes temperatures. El tipus més comú d'element MoSi2 és el 2-disseny de forquilla de mànec, que normalment està suspès del sostre del forn i es troba al voltant de la paret del forn. Sovint s'utilitzen altres formes en combinació amb modeladors d'aïllament ceràmic per proporcionar suport mecànic i aïllament tèrmic com a paquet integrat.
Carbur de silici (SiC)
Es tracta d'una ceràmica produïda per la recristal·lització o la combinació de reacció de grans de SiC a temperatures superiors a 2.100 graus. Els elements de calefacció de carbur de silici són porosos (normalment 8-25 per cent), en què l'atmosfera dins del forn pot reaccionar a través d'una secció transversal del material. Tot l'element de calefacció es pot oxidar gradualment, cosa que fa que les característiques de resistència de l'element augmentin amb el temps (sovint anomenada "envelliment") Sovint es requereix un subministrament de tensió variable per augmentar la tensió de l'element durant la vida útil de l'element mitjançant mantenint gradualment la potència de sortida desitjada de l'element. Aquest envelliment limita finalment la vida i el rendiment de l'element calefactor.
El carbur de silici té moltes propietats que el fan apte per a la fabricació d'elements de calefacció aptes per a temperatures de funcionament extremadament elevades. Aquesta ceràmica no té fase líquida. Això vol dir que els elements no s'enfonsen ni es deformen a causa de la fluïdesa a qualsevol temperatura i no es requereix cap suport dins del forn. El carbur de silici es sublima directament a una temperatura d'uns 2.700 graus. A més, és químicament inert per a la majoria de fluids de procés i té una alta rigidesa i un baix coeficient d'expansió tèrmica. Els escalfadors de carbur de silici poden assolir temperatures d'escalfament d'aproximadament 1.600 a 1.700 graus.
grafit
El grafit és un mineral compost de carboni en el qual els àtoms estan disposats en una estructura hexagonal. Aquest mineral, també en la seva forma sintètica, és un bon conductor de la calor i l'electricitat. El grafit pot generar calor a temperatures superiors a 2,000 graus. A altes temperatures, la seva resistència augmenta significativament. A més, pot suportar el xoc tèrmic i no es tornarà fràgil fins i tot després de cicles ràpids d'escalfament i refrigeració. El principal desavantatge d'utilitzar el grafit és que s'oxida fàcilment a temperatures al voltant dels 500 graus. L'ús continuat dins d'aquest rang acabarà comportant un consum de material. Els elements de calefacció de grafit s'utilitzen sovint en forns de buit on l'oxigen i altres gasos es descarreguen de la cambra de calefacció. La manca d'oxigen impedeix l'oxidació no només del metall fos, sinó també del propi element de calefacció. El grafit es pot utilitzar per a la pel·lícula de segellat, convertida en pel·lícula de calefacció elèctrica de cristall de carboni, pel·lícula de calefacció elèctrica de grafè i altres productes d'escalfament de pel·lícula.
