为了达到高温，炉子依靠特制的加热元件，这些元件由能够在极端热应力下不熔化或降解的材料制成。最常见的材料包括二硅化钼（MoSi2）、碳化硅（SiC）、难熔金属如钼和钨，以及石墨，理想的选择在很大程度上取决于炉子的最高温度和内部气氛。
选择高温加热元件不仅仅是看高熔点。这是一个关键决定，受炉子的操作气氛——无论其中是否含有氧气（空气）还是真空/惰性环境——的支配，这决定了哪些材料能够存活下来。
炉内气氛的关键作用
炉内温度下的化学环境是选择加热元件的最重要因素。材料在有氧气存在与在真空或惰性气体中的表现截然不同。
在空气中操作
在氧化气氛（空气）中运行的元件必须形成一个保护性表面层，以防止快速降解。这是它们主要的生存机制。
在真空或惰性气体中操作
在真空或惰性气氛中，氧化不再是问题。此时，重点转移到具有极高熔点和低蒸汽压的材料上，以防止元件在高温下升华（蒸发）。
高温元件的关键材料类别
加热元件通常分为几大类，每类都适用于不同的条件和温度范围。
陶瓷和金属陶瓷元件
这些材料是用于在空气中操作的高温炉的主力。
二硅化钼 (MoSi2) 在空气中加热时会形成保护性的二氧化硅玻璃层，使其能够在高达 1800°C 的非常高的温度下工作。它是一种金属陶瓷（陶瓷-金属复合材料）。
碳化硅 (SiC) 是另一种在空气中表现良好的陶瓷元件。它对于高达约 1400°C 至 1600°C 的温度是坚固可靠的。
难熔金属元件
这些金属具有异常高的熔点，但在高温下暴露于空气中会几乎瞬间氧化失效。它们严格用于 真空或惰性气氛炉。
钼 (Mo) 是真空炉的常见选择，适用于高达约 1800°C 的温度。
钨 (W) 具有所有金属中最高的熔点之一，使其可用于达到 2200°C 甚至更高温度的真空炉中。
钽 (Ta) 是另一种用于高温真空应用的难熔金属，因其稳定性而受到重视。
碳基元件
与难熔金属一样，碳基元件专门用于 真空或惰性气氛。
石墨 是真空炉中一种经济且非常常见的加热元件。它具有出色的热稳定性和可用于超过 2200°C 的温度。
贵金属元件
这些用于对纯度至关重要而成本是次要考虑因素的特殊应用中。
铂 (Pt) 和铑 (Rh) 可以在高温空气中运行，并且具有高抗污染能力。铑极高的熔点 (1960°C) 使其适用于苛刻的应用。
常见陷阱和注意事项
选择元件需要平衡性能、寿命和成本。有几个因素可能导致过早失效。
氧化问题
在空气气氛中使用钼或钨等难熔金属是最常见且灾难性的错误。元件会迅速烧毁。
机械冲击
SiC 和 MoSi2 等陶瓷元件非常脆，尤其是在冷却时。它们容易因机械冲击或快速的温度变化而开裂。
电阻匹配
对于某些炉子设计，特别是那些带有多个石墨元件的设计，元件的电阻必须精确匹配，以确保均匀加热并防止热点。
为您的应用做出正确的选择
您的最终决定必须与您的具体操作要求保持一致。
- 如果您的主要重点是在空气气氛中操作： 碳化硅（最高 1600°C）和二硅化钼（最高 1800°C）是您的最佳选择。
- 如果您的主要重点是达到尽可能高的温度（>2000°C）： 您必须使用带有石墨或钨元件的真空或惰性气体炉。
- 如果您的主要重点是低于 1800°C 的真空炉： 钼提供了一个坚固可靠的解决方案，而石墨通常更具成本效益。
最终，将加热元件与炉气氛相匹配是成功进行高温工作的基本原则。
摘要表：
| 材料 | 最高温度 | 理想气氛 | 关键特性 |
|---|---|---|---|
| 二硅化钼 (MoSi2) | 高达 1800°C | 空气（氧化性） | 形成保护性二氧化硅层；冷时易碎 |
| 碳化硅 (SiC) | 高达 1600°C | 空气（氧化性） | 坚固可靠；易受热冲击影响 |
| 石墨 | > 2200°C | 真空/惰性 | 经济实惠；出色的热稳定性 |
| 钨 (W) | > 2200°C | 真空/惰性 | 极高的熔点 |
| 钼 (Mo) | 高达 1800°C | 真空/惰性 | 真空炉的常见选择 |
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