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Invar ist ein besonderer Werkstoff, der aus 64% Eisen und 36% Nickel besteht. Die Nickel- Eisen- Legierung wird aufgrund ihres sehr geringen Ausdehnungskoeffizienten gern für die Herstellung von Pendelstangen, die in Pendeluhren eingesetzt werden, verwendet. Invar gilt allgemein als ein zäher Werkstoff. Invar ist auch unter den Bezeichnungen Invar 36, Nilo alloy 36, Nilvar, NS 36, Permalloy D, Radio metal 36, Vacodil 36 bekannt.
Wann wurde die Legierung entdeckt?
Entdeckt wurde die Legierung 1896 von dem Schweizer Physiker Charles Édouard Guillaume an der Invar-Legierung Fe65Ni35, der dafür 1920 den Nobelpreis für Physik erhielt. Er arbeitete im internationalen Büro für Gewichte und Maße und suchte ein billiges Material, um Längen- und Massenstandards herzustellen. Damals wurden diese Standards, wie zum Beispiel das Urmeter, aus einer Platin-Iridium-Legierung gefertigt.
Wofür wird Invar verwendet?
Invar wurde zunächst verwendet, um billige Massen- und Längenstandards herzustellen. Außerdem wurde es benutzt, um Präzisionspendeluhren und Chronometer herzustellen. Eine Hälfte von Bimetallen ist häufig aus Invar. Invar-Legierungen werden für ein weites Spektrum von Produkten eingesetzt, die hohe Längenstabilität bei Temperaturschwankungen erfordern. Beispiele sind Lochmasken für Bildröhren, Glas-Metall-Übergänge, Tanks von Flüssiggasschiffen (Membrantanks), Chip-Basisplatten, Lasergehäuse, Hohlleiter und astronomische und seismographische Instrumente. -
Durch die Entwicklung einer Methode zum Schweißen von Invar wurden die Anwendungsmöglichkeiten ausgeweitet.
Woher rührt der Name Invar?
Der Name „Invar“ wird als Oberbegriff für eine Gruppe von Legierungen und Verbindungen verwendet, welche die bemerkenswerte Eigenschaft besitzen, in bestimmten Temperaturbereichen anormal kleine oder zum Teil negative Wärmeausdehnungskoeffizienten zu haben. Der Name resultiert also aus der Invarianz der Dehnung bezüglich einer Temperaturänderung.
Wie funktioniert der Invar-Effekt?
Der Invar-Effekt beruht auf einer negativen Volumenmagnetostriktion des Kristallgitters. Das bedeutet, dass durch eine Abstoßung der magnetischen Momente der einzelnen Atome der Legierung das Gitter „aufgebläht“ wird, sich die Atomabstände also vergrößern. Dieser Effekt nimmt jedoch mit steigender Temperatur ab (da die magnetischen Momente abnehmen) und lässt das Kristallgitter dadurch schrumpfen.
Die Abnahme der negativen Volumenmagnetostriktion bei steigender Temperatur verhält sich damit gegenläufig zur Wärmeausdehnung, die die Atomabstände vergrößert. Diese physikalischen Phänomene können sich in bestimmten Temperaturbereichen so kompensieren, dass sich die Atomabstände effektiv nicht ändern und der Festkörper dadurch keine Längenänderung (bzw. Volumenänderung) erfährt.