인바

Invar
Invar 샘플
니켈/철 합금의 열팽창 계수는 합금의 니켈 백분율(질량 기준)에 대해 여기에 표시되어 있습니다.급격한 최소값은 36% Ni의 Invar 비율에서 발생합니다.

Invar는 일반적으로 FeNi36(미국에서는 64FeNi)이라고도 하며 니켈-철 합금으로 열팽창 계수(CTE 또는 α)가 매우 낮습니다.인바라는 이름은 온도 [1]변화에 따른 팽창이나 수축이 상대적으로 부족하다는 것을 의미하기 때문에 불변이라는 단어에서 유래했다.

합금의 발견은 1895년 스위스 물리학자 샤를 에두아르 기욤이 1920년 노벨 물리학상을 받은 공로로 이루어졌다.그것은 과학 [2]기구의 개선을 가능하게 했다.

특성.

다른 니켈/철 조성물과 마찬가지로 Invar는 고체 용액, 즉 단상 합금입니다.한 상용 버전에서는 약 36%의 니켈과 64%의 [3]철로 구성되어 있습니다.인바 범위는 1961년 웨스팅하우스 과학자들에 의해 "30-45원자% 니켈"[4]로 기술되었다.

Invar의 일반적인 등급은 열팽창계수(표시)를 가진다.α 20°C에서 100°C 사이의 온도에서 약 1.2 × 10K−6−1(1.2ppm/°C)로 측정되며 일반 강철은 약 11-15ppm/°C의 값을 가집니다.순수 등급(<0.1% Co)은 0.62–0.65ppm/°C의 낮은 값을 쉽게 생성할 수 있다.일부 식에서는 음의 서멀 익스팬션(NTE) 특성을 나타내고 있습니다.일정한 온도 범위에서 높은 치수 안정성을 나타내지만,[citation needed] 기어가는 경향이 있습니다.

적용들

Invar는 정밀 기기, 시계, 지진 크리프 게이지, 텔레비전 섀도우 마스크 프레임,[5] 엔진 밸브 및 대형 에어구조 금형 등 높은 치수 안정성이 필요한 경우에 사용됩니다.

이 회사의 첫 번째 응용 분야 중 하나는 시계 밸런스 휠과 정밀 조절기 시계용 진자봉이었다.그것이 발명되었을 때, 진자 시계는 세계에서 가장 정확한 시계표였고, 시계 진자의 길이의 열적 변화 때문에 시계 정확도가 제한되었다.1898년 클레멘스 리플러가 개발한 리플러 조절기는 인바 진자를 사용한 최초의 시계로, 매일 10밀리초의 정확성을 가지고 있으며, 1930년대까지 해군 관측소와 전국 시간 서비스에서 주요 시간 표준으로 사용되었다.

토지측량에서 1차(고정밀) 고도 레벨링을 실시할 때 사용하는 레벨 스태프(레벨링 로드)는 목재, 섬유유리 또는 기타 [citation needed]금속이 아닌 Invar로 한다.일부 피스톤에서는 실린더 [6]내부의 열팽창을 제한하기 위해 인바 스트럿이 사용되었습니다.항공우주 탄소 섬유 레이업 금형을 위한 대형 복합 재료 구조물을 제조할 때 Invar는 매우 엄격한 [7]공차까지 부품 제조를 용이하게 하기 위해 사용됩니다.

천문 분야에서, Invar는 천체 [8]망원경의 치수 감응 광학을 지원하는 구조 부품으로 사용됩니다.Invar의 뛰어난 치수 안정성 덕분에 천체 망원경은 관측 정밀도와 정확도를 크게 향상시킬 수 있습니다.

바리에이션

열팽창 계수가 약간 다른 오리지널 Invar 소재의 변형은 다음과 같습니다.

  • Inovco, 즉 Fe-33Ni-4입니다.5Co 및α0.55ppm/°C(20~100°C).
  • 니켈 함유량이 42% 5.3ppm/℃ 이상인 FeNi42(예를 들어 NILO 합금42)는 전자부품, 집적회로 등의 리드프레임재로 널리 이용된다.
  • Kovar 또는 Dilver P라는 이름의 FeNiCo 합금은 붕규산염 유리와 동일한 팽창 거동을 가지며, 이 때문에 인공위성과 같은 광범위한 온도 및 응용 분야에서 광학 부품에 사용됩니다.

이상 성질에 대한 설명

Invar의 비정상적으로 낮은 CTE에 대한 자세한 설명은 물리학자들에게 이해하기 어려운 것으로 판명되었습니다.

모든 철이 풍부한 면중심 입방체 Fe-Ni 합금은 다양한 합금 조성에 따라 지속적으로 진화하는 측정된 열 및 자기 특성에서 Invar 이상을 보여줍니다.과학자들은 한때 인바르의 행동이 얼굴 중심의 입방체 Fe-Ni 계열에서 일어나는 고자기 순간에서 저자기 순간으로의 직접적인 결과라고 주장했지만, 이 이론은 [9]틀린 것으로 입증되었다.대신에, 저순간/고순간 전이는 Fe-Fe 자기 교환 결합이 관측된 열팽창 [10]이상을 생성하기 위한 큰 자기 부피 효과를 갖는 고자기-모멘트 좌절 강자성 상태에 선행하는 것으로 보인다.

왕 등은 제1원칙 계산에서 예측된 FM과 SFC의 자유 에너지를 사용하여 FePt의 완전
3 강자성(FM) 구성과 스핀 플립 구성(SFC) 사이의 통계적 혼합을 고려했으며 다양한 압력에서 [11]음의 열팽창 온도 범위를 예측할 수 있었다.각각의 FM과 SFC는 모두 양의 열팽창을 가지며, 음의 열팽창은 [12]FM보다 부피가 작은 SFC의 인구가 증가함에 따라 발생하는 것으로 나타났습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Davis, Joseph R. (2001). Alloying: Understanding the Basics. ASM International. pp. 587–589. ISBN 0-87170-744-6.
  2. ^ "The Nobel Prize in Physics 1920". nobelprize.org. The Nobel Foundation. Retrieved 20 March 2011. The Nobel Prize in Physics 1920 was awarded to Charles Edouard Guillaume "in recognition of the service he has rendered to precision measurements in Physics by his discovery of anomalies in nickel steel alloys".
  3. ^ "Material Data Sheet Alloy 36" (PDF). Retrieved 24 November 2017.
  4. ^ Ananthanarayanan, N. I.; Peavler, R. J. (1961). "A New Reversible Solid-State Transformation in Iron–Nickel Alloys in the Invar Range of Compositions". Nature. 192 (4806): 962–963. Bibcode:1961Natur.192..962A. doi:10.1038/192962a0. S2CID 4277440.
  5. ^ "Nickel & Its Uses". Nickel Magazine. Nickel Institute. 3 May 2005. Archived from the original on 19 December 2010. Retrieved 20 March 2011.
  6. ^ Internal combustion engines illustrated. Long Acre, London: Odhams Press Limited. 1947. p. 85.
  7. ^ 금형에 적합한 툴링!2018년 4월 10일 Wayback Machine에 보관, 2018년 4월 6일 항공우주 제조의 Mike Richardson이 2018년 4월 10일에 액세스했습니다.
  8. ^ Hiromichi T. Fujii, Naoki Sakaguchi, Kotaro Ona, Yutaka Hayano, Fumihiro Uraguchi (2020). "Precise control of negative thermal expansion in stainless invar type alloy for astronomical telescopes". Advances in Optical and Mechanical Technologies for Telescopes and Instrumentation IV. 11451: 1145118. Retrieved 8 May 2021.{{cite journal}}: CS1 maint: 여러 이름: 작성자 목록(링크)
  9. ^ K. Lagarec; D.G. Rancourt; S.K. Bose; B. Sanyal; R.A. Dunlap (2001). "Observation of a composition-controlled high-moment/low-moment transition in the face centered cubic Fe–Ni system: Invar effect is an expansion, not a contraction" (PDF). Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 236 (1–2): 107–130. Bibcode:2001JMMM..236..107L. doi:10.1016/S0304-8853(01)00449-8. Archived from the original (PDF) on 25 April 2012.
  10. ^ D.G. Rancourt; M.-Z. Dang (1996). "Relation between anomalous magneto-volume behaviour and magnetic frustration in Invar alloys". Physical Review B. 54 (17): 12225–12231. Bibcode:1996PhRvB..5412225R. doi:10.1103/PhysRevB.54.12225. PMID 9985084.
  11. ^ Wang, Y, Shang, S. L., Zhang, H., Chen, L.-Q. 및 Liu, Z.-K. (2010).자기 상태의 열역학 변동:시제품으로서 Fe 3Pt.철학 잡지 레터스, 90(12), 851–859.https://doi.org/10.1080/09500839.2010.508446
  12. ^ Liu, Zi-Kui; Wang, Yi; Shang, Shunli (2014). "Thermal Expansion Anomaly Regulated by Entropy". Scientific Reports. 4: 7043. Bibcode:2014NatSR...4E7043L. doi:10.1038/srep07043. PMC 4229665. PMID 25391631.