Войти
Образцы инвара 
Здесь показан коэффициент теплового расширения сплавов никель / железо в зависимости от процентного содержания никеля (на массовая основа) в сплаве. Резкий минимум наблюдается при инварном отношении 36% Ni. Инвар, также известный как FeNi36 (64FeNi в США), представляет собой никель - железо сплав, отличающийся уникально низким коэффициентом теплового расширения (КТР или α). Название «Инвар» происходит от слова «неизменный», что указывает на его относительное отсутствие расширения или сжатия при изменении температуры.
Открытие сплава было сделано в 1896 году швейцарским физиком Шарлем Эдуардом Гийомом для который он получил Нобелевскую премию по физике в 1920 году. Это позволило усовершенствовать научные инструменты.
Как и другие композиции никель / железо, инвар представляет собой твердый раствор ; то есть, это одно- фазный сплав, состоящий примерно из 36% никеля и 64% железа.
Обычные сорта инвара имеют коэффициент теплового расширения (обозначается αи измеряется между 20 ° C и 100 ° C) примерно 1,2 × 10 K (1,2 ppm / ° C), в то время как обычные стали имеют значения около 11–15 частей на миллион. Особо чистые сорта (<0.1% Co ) могут легко дать значения до 0,62–0,65 частей на миллион / ° C. Некоторые составы обладают характеристиками отрицательного теплового расширения (NTE). Несмотря на то, что он демонстрирует высокую стабильность размеров в диапазоне температур, он имеет склонность к ползучести.
Инвар используется там, где требуется высокая стабильность размеров, например, в точных приборах, часах, сейсмических исследованиях. датчики ползучести, телевизионные рамки теневых масок, клапаны в двигателях и формы для крупных аэротехнологий.
Одним из первых его применений были часы балансир и маятниковые штанги для точных часов-регуляторов. В то время, когда они были изобретены, маятниковые часы были самыми точными хронометрами в мире, а предел точности хронометража был связан с тепловыми изменениями длины маятников часов. Часы-регулятор Riefler, разработанные в 1898 году Клеменсом Рифлером, первые часы, в которых использовался инварный маятник, имели точность 10 миллисекунд в день и служили основным эталоном времени в военно-морских обсерваториях И для национальных служб времени до 1930-х гг.
В топографической съемке, когда необходимо выполнить высотную отметку первого порядка (с высокой точностью) нивелир, нивелир (нивелирная рейка) изготовлен из инвара, а не из дерева, стекловолокна или других металлов. Стойки из инвара использовались в некоторых поршнях для ограничения их теплового расширения внутри цилиндров. При производстве крупных композитных материалов конструкций для аэрокосмической углеродного волокна пресс-форм для укладки, инвар используется для облегчения изготовления деталей, жесткие допуски.
Существуют варианты исходного инварного материала, которые имеют немного другой коэффициент теплового расширения, например:
Подробное объяснение аномально низкого КТР Инвара доказало недостижимый для физиков.
Все богатые железом гранецентрированные кубические сплавы Fe – Ni демонстрируют инварные аномалии в измеренных тепловых и магнитных свойствах, интенсивность которых непрерывно меняется с изменением состава сплава. Ученые когда-то предположили, что поведение Инвара было прямым следствием перехода с высоким магнитным моментом к низкому магнитному моменту, происходящего в гранецентрированном кубическом ряду Fe – Ni (и что привело к образованию минерала антитенит ); однако эта теория оказалась неверной. Вместо этого, похоже, что переходу с низким моментом в большой момент предшествует фрустрированное ферромагнитное состояние с высоким магнитным моментом , в котором магнитные обменные связи Fe – Fe имеют большой магнитообъемный эффект правильный знак и величина, чтобы создать наблюдаемую аномалию теплового расширения.
Wang et al. рассмотрели статистическую смесь между полностью ферромагнитной (FM) конфигурацией и конфигурациями с переворотом спина (SFC) в Fe. 3Pt со свободными энергиями FM и SFC, предсказанными на основе расчетов из первых принципов, и смогли предсказать температурные диапазоны отрицательное тепловое расширение при различных давлениях. Было показано, что все индивидуальные FM и SFC имеют положительное тепловое расширение, а отрицательное тепловое расширение происходит из-за увеличения количества SFC с меньшими объемами, чем у FM.
