Varmeelementets materialeegenskaber indsnævrer udvalget til nogle få materialer. De mest almindelige materialer er nikkel-chrom, jern-chrom-aluminium legering, molybdæn silicid og siliciumcarbid. Disse materialer kan arbejde ved høje temperaturer på grund af deres evne til at modstå højtemperaturoxidation. Den anden gruppe består af grafit, molybdæn, wolfram og tantal. Disse materialer oxideres ved høje temperaturer og bruges mest i vakuummiljøer eller ovne med iltfri atmosfære.
Ni-chrom (Ni-Cr) legering
På grund af sin duktilitet, høje resistivitet og oxidationsbestandighed selv ved høje temperaturer er denne type et af de mest udbredte varmeelementmaterialer. Den mest almindelige sammensætning af nikkel-chrom legeringer er 80/20 eller 80 procent nikkel, 20 procent chrom. Andre sammensætninger afhænger af producenten. På grund af dens høje duktilitet trækkes den ofte ind i en tråd, når den bruges som varmeelement. En almindelig applikation, der udviser denne egenskab, er varmetrådsskumskærere. Den maksimale opvarmningstemperatur for nikkel-chromtråd er omkring 1.100 til 1.200 grader.
Jern-chrom-aluminium (Fe-Cr-Al) legering
Den kemiske sammensætning af denne type ferritisk jern-chrom-aluminium-legering er typisk 20 til 24 procent chrom, 4-6 procent aluminium og jern som marginer. Sammenlignet med nikkel-chrom er jern-chrom-aluminium varmeapparater fleksible og lavere i vægt. De kan også producere højere temperaturer end nikkel-chromtråd, omkring 1.300 til 1.400 grader. På grund af dets jernbaserede metal svinger prisen på denne legering mindre end Ni-Cr, som hovedsageligt er sammensat af nikkel. Ulempen ved at bruge jern-chrom-aluminium-legeringer er, at de har reduceret styrke ved højere temperaturer.
Jern-krom-aluminium-legeringer kan gøres bedre ved en proces kaldet pulvermetallurgi. I denne proces omdannes legeringsbarrer til pulver og komprimeres til forme. Det sintres eller varmpresses derefter (varm isostatisk presning) i en temperaturstyret atmosfære for at skabe en metallurgisk binding uden fuldstændig at smelte det pulveriserede metal. Dispersioner tilsættes til legeringsblandingen for at forbedre materialets mekaniske egenskaber og derved bibringe yderligere styrke og sejhed ved højere temperaturer.
Molybdændisilicid (MoSi2)
Molybdændisilicid er en ildfast cermet (keramisk-metalkomposit), der hovedsageligt anvendes som varmeelementmateriale. På grund af dets høje smeltepunkt og gode korrosionsbestandighed er dette et ideelt materiale til højtemperaturovne. Molybdæn silicid varmeelementer fremstilles gennem en række energikrævende processer såsom mekanisk legering, forbrændingssyntese, slagsyntese og varm isostatisk presning.
MoSi₂-varmere kan opnå varmetemperaturer på op til 1.900 grader. Ulemperne ved at bruge molybdænsilicid er dets lave sejhed og højtemperaturkrybning under miljøforhold. Det er skørt ved stuetemperatur og skal håndteres meget forsigtigt. Højere sejhed opnås ved en skør-sej overgangstemperatur på omkring 1,000 grad. På den anden side bevirker en højere krybehastighed, at varmeelementet let deformeres ved høje temperaturer. Den mest almindelige type MoSi2-element er 2-håndtagets hårnåledesign, som normalt er ophængt fra ovnens tag og placeret rundt om ovnvæggen. Andre former bruges ofte i kombination med keramiske isoleringsstøbeforme for at give mekanisk støtte og termisk isolering som en integreret pakke.
Siliciumcarbid (SiC)
Dette er en keramik fremstillet ved omkrystallisation eller reaktionskombination af SiC-korn ved temperaturer over 2.100 grader. Siliciumcarbid-varmeelementer er porøse (typisk 8-25 procent), hvor atmosfæren inde i ovnen kan reagere gennem et tværsnit af materialet. Hele varmeelementet kan gradvist oxidere, hvilket får elementets modstandskarakteristika til at stige over tid (ofte omtalt som "ældning") En variabel spændingsforsyning er ofte påkrævet for at øge elementets spænding i løbet af elementets levetid vha. gradvist opretholde den ønskede effekt af elementet. Denne ældning begrænser i sidste ende varmeelementets levetid og ydeevne.
Siliciumcarbid har mange egenskaber, der gør det velegnet til fremstilling af varmeelementer, der er egnede til ekstremt høje driftstemperaturer. Denne keramik har ingen flydende fase. Det betyder, at elementerne ikke synker eller deformeres på grund af krybning ved nogen temperatur, og der kræves ingen støtte inde i ovnen. Siliciumcarbid sublimeres direkte ved en temperatur på omkring 2.700 grader. Derudover er det kemisk inert over for de fleste procesvæsker og har høj stivhed og lav termisk udvidelseskoefficient. Siliciumcarbidvarmere kan nå opvarmningstemperaturer på ca. 1.600 til 1.700 grader.
grafit
Grafit er et mineral, der består af kulstof, hvori atomer er arrangeret i en sekskantet struktur. Dette mineral, også i sin syntetiske form, er en god leder af varme og elektricitet. Grafit kan generere varme ved temperaturer over 2,000 grader. Ved høje temperaturer øges dens modstand betydeligt. Derudover kan den modstå termiske stød og bliver ikke skør selv efter hurtige opvarmnings- og afkølingscyklusser. Den største ulempe ved at bruge grafit er, at den let oxiderer ved temperaturer omkring 500 grader. Fortsat brug inden for dette område vil i sidste ende føre til materialeforbrug. Grafitvarmeelementer bruges ofte i vakuumovne, hvor ilt og andre gasser udledes fra varmekammeret. Mangel på ilt forhindrer oxidation ikke kun af det smeltede metal, men også af selve varmeelementet. Grafit kan bruges til forsegling af film, lavet til kulstofkrystal elektrisk varmefilm, grafen elektrisk varmefilm og andre filmvarmerprodukter.
