In vari dispositivi di riscaldamento elettrico, dai forni elettrici domestici e tubi di riscaldamento elettrico alle apparecchiature di riscaldamento industriali che devono funzionare continuamente ad alte temperature, si scopre che quasi tutte le resistenze ceramiche sono realizzate in ceramica di allumina (Al₂O₃), in particolare allumina ad alta purezza al 96% o al 99%. Questo fenomeno non è dovuto all'uso abituale nel settore, ma al fatto che l'allumina raggiunge uno stato estremamente equilibrato sotto vari aspetti, come isolamento elettrico, sicurezza e affidabilità, prestazioni ad alta temperatura, conduttività termica, costi e maturità del processo produttivo. Come materiale centrale delle resistenze, non solo può resistere alle alte temperature e isolare efficacemente la corrente elettrica, ma ha anche una resistenza e prestazioni di dissipazione del calore sufficienti, che lo distinguono tra molti materiali ceramici.
Il vantaggio schiacciante dell'allumina come materiale centrale delle barre di resistenza
Isolamento elettrico e stabilità alle alte temperature: la logica più importante alla base delle barre di resistenza
Il ruolo delle barre di resistenza in ceramica è quello di isolare la corrente elettrica trasferendo il calore dal filo di resistenza interno all'esterno. L'allumina è un eccellente isolante elettrico; anche ad alte temperature (ad esempio oltre i 1000 °C), può isolare efficacemente la corrente tra il filo di resistenza e la guaina metallica esterna o la parte di messa a terra, prevenendo perdite elettriche e cortocircuiti e garantendo un utilizzo sicuro. Questa caratteristica ha essenzialmente determinato la sua posizione fondamentale.
Conduttività termica moderata: non la più alta, ma la più adatta per le barre di resistenza
Sebbene la conduttività termica dell'allumina non sia la più elevata tra tutte le ceramiche, le sue prestazioni di conduzione termica rientrano esattamente in un intervallo ottimale. Se la conduttività termica è troppo scarsa, il filo riscaldante interno si brucerà a causa dell'accumulo di calore; se è troppo elevata, causerà un calo troppo rapido della temperatura locale, il che non favorisce il controllo generale della temperatura.
La conduttività termica dell'allumina, pari a circa 20-30 W/m·K, consente al calore di diffondersi naturalmente senza causare eccessive perdite di calore. Inoltre, sebbene il suo coefficiente di dilatazione termica non sia del tutto identico a quello del filo resistivo metallico, la struttura a spirale del filo resistivo può compensare la differenza di dilatazione, consentendo all'intero componente di mantenere la stabilità durante i cicli termici.
Stabilità chimica e vantaggi di produzione: fattori chiave che determinano le applicazioni su larga scala
Esposta a vapore acqueo, gas di combustione, macchie d'olio e persino ad alcune atmosfere industriali, l'allumina presenta un'inerzia chimica estremamente elevata e non si corrode o degrada facilmente, prolungando così la durata utile delle barre di resistenza. Dal punto di vista produttivo, è una delle ceramiche strutturali più mature. Ogni fase, dalla preparazione della polvere alla granulazione, dallo stampaggio alla sinterizzazione, ha una base industriale su larga scala, che consente la produzione efficiente di tubi ceramici con diverse specifiche.
L'elevato tasso di rendimento, il basso costo e la produzione di massa stabile sono di per sé una forma di competitività, rendendo l'allumina la scelta ottimale in termini di prestazioni complessive ed economia.
