Uđite u bilo koju raspravu o industrijskom grijanju i netko će spomenuti "nehrđajući čelik" kao da je to jedan materijal. U stvarnosti, proizvođači patronskih grijača biraju iz spektra legura, od kojih je svaka optimizirana za određene temperaturne raspone i kemijska okruženja. Za primjene od -40 stupnjeva, ovi izbori materijala određuju hoće li grijač preživjeti godine ili će se pokvariti unutar nekoliko mjeseci.
Nehrđajući čelik 304 služi kao osnovni materijal za opću industrijsku primjenu. Njegov udio od 18% kroma i 8% nikla pruža izvrsnu otpornost na oksidaciju do 800 stupnjeva dok zadržava žilavost na niskim temperaturama. Austenitna struktura sprječava rastezljivo-u-krto prijelaz koji muči ugljične čelike, osiguravajući da omotač neće puknuti tijekom hladnog pokretanja ili toplinskog ciklusa. Za većinu-industrijskih primjena-po hladnom vremenu-strojevi na otvorenom, oprema za hlađenje, opće procesno grijanje-304 nudi najbolju ravnotežu performansi i cijene.
Nehrđajući čelik 316L dodaje 2-3% molibdena osnovnom sastavu 304, dramatično poboljšavajući otpornost na kloride i industrijske kemikalije. Ovo postaje kritično u morskom okruženju, kemijskoj obradi ili primjeni u hrani gdje sol ili kisela sredstva za čišćenje napadaju standardnu nehrđajuću robu. Oznaka "L" označava nizak sadržaj ugljika (ispod 0,03%), sprječavajući taloženje karbida tijekom zavarivanja koje bi moglo stvoriti točke početka korozije. Za patronske grijače koji su izloženi atmosferi od -40 stupnjeva i korozivnoj atmosferi, 316L pruža produljeni radni vijek koji opravdava njegovu premiju troškova od 20-30%.
Incoloy 800 i 840 predstavljaju vrhunsku razinu za zahtjevne primjene. Ove legure nikla-željeza-kroma sadrže 30-35% nikla u usporedbi s 8-10% nehrđajućeg čelika, pružajući superiornu otpornost na oksidaciju i karburizaciju na visokim temperaturama. Što je još važnije za rad po hladnom vremenu, oni održavaju iznimnu mehaničku čvrstoću i duktilnost u ekstremnim temperaturnim rasponima. Visoki sadržaj nikla također pruža otpornost na toplinski udar uslijed brzih promjena temperature - točno ono što se događa kada se grijač uključi u uvjetima okoline od -40 stupnjeva.
Unutarnje komponente koriste jednako specifične materijale. Otporna žica je obično NiCr 80/20-80% nikla, 20% kroma-odabrana zbog svojih stabilnih karakteristika otpora i otpornosti na oksidaciju do 1200 stupnjeva. Alternativne legure poput FeCrAl (željezo-krom-aluminij) nude više maksimalne temperature po nižoj cijeni, ali imaju nižu duktilnost i bržu promjenu otpora s temperaturnim ciklusima. Za predvidljive performanse u rasponu od -40 stupnjeva do +800 stupnjeva, NiCr 80/20 ostaje industrijski standard.
Izolacija od magnezijevog oksida može se činiti kao roba, ali razine čistoće uvelike variraju. Tehnički -MgO sadrži nečistoće koje smanjuju toplinsku vodljivost i dielektričnu čvrstoću. MgO visoke{3}}čistoće od specijaliziranih dobavljača-Tateho iz Japana, UCM iz Ujedinjenog Kraljevstva-omogućuje toplinsku vodljivost iznad 6 W/m·K dok održava izolacijski otpor iznad 10¹⁴ Ω·cm na 20 stupnjeva. Ova čistoća postaje kritična u dizajnu visoke -watt-gustoće gdje toplina mora učinkovito teći od žice do plašta dok se istovremeno sprječava električni kvar.
Izolacija olovne žice suočava se s možda najtežim izazovom odabira materijala. Mora ostati fleksibilan na -40 stupnjeva dok mora preživjeti 250 stupnjeva na točki spajanja grijača. Standardni PVC ne uspijeva u oba slučaja, postaje krt ispod -10 stupnjeva i topi se na 105 stupnjeva. Silikonska guma nudi fleksibilnost od -60 stupnjeva i kontinuiranu ocjenu od 200 stupnjeva, ali nema otpornost na mehaničku abraziju. Rješenje je kompozitna konstrukcija - pletenica od stakloplastike za temperaturnu otpornost sa silikonskim ili teflonskim premazom za zaštitu od vlage i kemikalija. Za ekstremna okruženja, žica s jezgrom od čistog nikla s mineralnom izolacijom (MI kabel) pruža sposobnost od -200 stupnjeva do +600 stupnjeva uz apsolutnu otpornost na vlagu.
Priključne igle i unutarnje veze koriste nikal-mangan ili legure čistog nikla kako bi se uskladile s karakteristikama toplinske ekspanzije nehrđajućeg plašta, a istovremeno osiguravaju-električne puteve otporne na koroziju. Mjedeni ili bakreni terminali, iako su jeftiniji, stvaraju ćelije galvanske korozije kada su upareni s nehrđajućim čelikom i pate od-otvrdnjavanja tijekom toplinskog ciklusa što dovodi do kvarova veze.
