什麼是因瓦合金

Fe-36%Ni合金。磁體積效應抵消了一般的熱膨脹，室溫附近的線膨脹係數約為1×10⁻⁶ K⁻¹ 而非常小。

日文名稱: インバー

「因瓦合金」出現在1領域的1道練習題中（材料的熱性質等）。

這個名詞所屬的領域: 材料的熱性質

發現與名稱的由來

因瓦合金是瑞士的Guillaume在1896年發現的Fe-36%Ni（質量%）合金，由於長度幾乎不隨溫度改變，取「不變的」之意的 invariable 命名。Guillaume因發現鎳鋼的異常性質、對精密量測的貢獻，在1920年獲得諾貝爾物理學獎。在此之前，長度標準與精密測量器具使用昂貴的鉑合金等，因瓦合金提供了便宜而熱膨脹小的材料，廣泛用於擺鐘與測量用捲尺等。

成分與加工、熱處理造成的變化

Fe-Ni合金室溫的線膨脹係數在Ni約36%附近成為極小，成分只要偏離幾%就會變大。碳、錳、矽等雜質也會使膨脹變大，因此要嚴格管理成分。此外，數值也隨加工與熱處理的條件而變，淬火或冷加工會使室溫的線膨脹係數更小，但也更容易發生長度隨時間緩慢改變的經年變化。因此在精密用途中，會在適當的溫度進行穩定化處理。添加Co的超因瓦合金，室溫的線膨脹係數更小。

可使用的溫度範圍與性質的弱點

磁性造成的膨脹抵消熱膨脹，只發生在遠低於居里溫度、具鐵磁性的溫度範圍。溫度升高接近居里溫度時，抵消的效果減弱，膨脹急遽變大，因此因瓦合金的低膨脹只在大約以室溫為中心的有限範圍內。此外，強度不太高，熱導率約為10 W/(m·K) 左右而很小，又含大量鎳而昂貴。依用途也會選用允許稍大的膨脹、以換取更寬低膨脹溫度範圍的Fe-Ni-Co系合金等。

主要用途

因瓦合金用於溫度改變時也要保持尺寸的零件。例如精密量測儀器與光學儀器的結構構件、雷射共振腔、以蒸鍍製作有機EL顯示器時使用的具有微細孔洞的遮罩，以及過去映像管的蔭罩。在液化天然氣運輸船的薄膜式儲槽中，即使冷到−162℃收縮也很小，因此能以薄板做成內襯。在雙金屬片中，用作膨脹小的一側。此外，像Fe-29%Ni-17%Co的科伐合金這樣，使膨脹與玻璃或陶瓷匹配以用於封接的合金，也屬於同類。

練習因瓦合金的題目

Fe-36%Ni合金（因瓦合金，Invar）的線膨脹係數在室溫附近約為1×10⁻⁶ K⁻¹ 而非常小，其原因下列何者正確？

ANi抑制Fe的晶格振動，使德拜溫度大幅升高，因此在室溫下原子幾乎不振動
B居里溫度以下，磁有序造成的體積膨脹隨升溫、磁化減弱而減少，抵消熱膨脹
C升溫時由BCC轉變為堆積更密的FCC的相變態逐漸進行，使體積收縮而抵消膨脹

查看答案與解析

正確答案：B. 居里溫度以下，磁有序造成的體積膨脹隨升溫、磁化減弱而減少，抵消熱膨脹

因瓦合金是鐵磁體，有自發磁化時原子間距離增加、體積變大的磁體積效應（自發體積磁致伸縮）表現得很大。溫度升高時磁化減弱，這部分由磁性造成的膨脹隨之減少，幾乎抵消了晶格振動造成的一般熱膨脹。因此在居里溫度以下，線膨脹係數小到約1×10⁻⁶ K⁻¹，用於精密量測儀器與液化天然氣的容器等。超過居里溫度後抵消作用消失，膨脹程度與一般金屬相當。因瓦合金在室溫為FCC單相，原子的振動仍照常隨溫度變得劇烈，也沒有發生抵消膨脹的相變態。

常見問題

為什麼Ni約36%時膨脹最小？

因為Fe-Ni合金磁體積效應的大小，以及磁化隨溫度減弱的方式都隨成分而變，在Ni約36%附近恰好在室溫附近抵消一般的熱膨脹。成分偏離此處時，抵消變得不充分，膨脹就會變大。

因瓦合金在高溫下也不會膨脹嗎？

不是。只有在遠低於居里溫度的範圍內才是低膨脹，超過居里溫度後，膨脹程度與一般金屬相當。確認使用溫度範圍內的線膨脹係數資料很重要。

因瓦合金會被磁鐵吸住嗎？

會。因瓦合金在室溫下是鐵磁性，利用它的磁體積效應來抵消熱膨脹。加熱到高於居里溫度時就不會被磁鐵吸住，同時也失去低膨脹的性質。

解析中的「因瓦合金」

因瓦合金是鐵磁體，有自發磁化時原子間距離增加、體積變大的磁體積效應（自發體積磁致伸縮）表現得很大。
Fe-36%Ni合金（因瓦合金，Invar）的線膨脹係數在室溫附近約為1×10⁻⁶ K⁻¹ 而非常小，其原因下列何者正…

出現「因瓦合金」的題目（1題）

Fe-36%Ni合金（因瓦合金，Invar）的線膨脹係數在室溫附近約為1×10⁻⁶ K⁻¹ 而非常小，其原因下列何者正確？