Elektrifizierung von thermischen Prozessen

Elektrisch leitfähige Keramikwerkstoffe gehen weit über das Leistungsvermögen von etablierten metallischen Heizleiterlegierungen hinaus. In konventionellen Heizprozessen von Raumtemperatur bis 1000 °C bieten sie mehr Zuverlässigkeit, Langlebigkeit, Energieeffizienz und Kompaktheit. Zusätzlich ermöglichen die Variabilität und Kombination der Eigenschaften innovative Heizlösungen für anspruchsvolle Aufgaben: Temperaturen über 2000 °C, hohe Leistungsdichte, schnelle Erwärmung und Abkühlung, starke Oxidationsbelastung, chemisch korrosive Atmosphären oder mechanische Beanspruchungen. Die elektrischen Anschlussparameter lassen sich dank der Eigenschaftsvielfalt verschiedener Keramikwerkstoffe variabel und prozessorientiert gestalten. Dadurch können Heizprozesse realisiert werden, die bislang ausschließlich mittels Gasverbrennung durchgeführt wurden. 

Neben traditionellen keramischen Heizelementen aus Siliciumcarbid (SiC) stellt das Fraunhofer IKTS eine breite Werkstoffbasisbasis für Heizleiterkonzepte bereit. Spezielle SiC-Werkstofftypen (R-SiC, S-SiC, LPS-SiC, Si-SiC) können an gewünschte elektrische Parameter angepasst werden und verbinden diese mit den Vorteilen von SiC. Andere Werkstoffe wie TiO₂, ZrO₂, ZrC, B₄C oder Komposite mit Si₃N₄, AlN oder BN + TiC, TiB₂ oder MoSi₂ treffen Anwendungsanforderungen wie Temperatur, Korrosions- und Oxidationsstabilität, mechanische Festigkeit, Steifigkeit und Vakuumbeständigkeit besser als konventionelle Heizleiterwerkstoffe. Zusätzlich zu gesinterten Keramikwerkstoffen können auch Gläser, Pulverschüttungen oder Feuerfestwerkstoffe in die Heizkonzepte integriert werden, um die optimale Heizlösung aufzubauen. Die wichtige elektrische Kontaktierung ist ebenso Bestandteil der Arbeiten zur Systemintegration.

Anwendungsbeispiele / Referenzen 
 

• Linearverdampferelemente aus S-SiC mit Doppelfunktion
• Heizelemente aus Zirconcarbid bis 2400 °C
• Heizelemente aus Titanoxid für oxidierende Atmosphären bis 1600 °C
• Kompositheizelemente mit breitem Eigenschaftsspektrum
• Pulverheizelemente
• Glasheizelemente
• Feuerfestheizelemente

Leistungsangebot
 

• Beratung zur Auswahl moderner Keramikwerkstoffe für kundenspezifische Heizprozesse
• Entwicklung von neuen keramischen Heizelementen für kundenspezifische Anwendungen
• Testung und Charakterisierung des Heizverhaltens von Heizleiterwerkstoffen und Heizelementen
• Entwicklung von multifunktionalen Heizelementen (z. B. Heizer + Sensor + Katalysator)
• Simulation und Optimierung des thermischen Managements von Heizsystemen
• Entwicklung und Testung von elektrischen Kontaktierungen

Technische Ausstattung
 

• Prüfstand für anwendungsbezogene Tests von Heizleitern bis 1600 °C unter Luft
• Prüfstand für Heizleiterwerkstoffe bis 2200 °C unter Vakuum
• Messung des elektrischen Widerstands bis 1400 °C unter Argon, Stickstoff oder Luft
• Pilotlinie zur Herstellung von Heizleiterkomponenten und Bauteilen