導入
インバーは鉄 (64%) とニッケル (36%) の合金で、その主な特性は膨張係数が非常に低いことです。この発明は、この合金の特性の研究により 1920 年にノーベル物理学賞を受賞したスイスのシャルル・エドゥアール・ギョームによるものです。
Invarという用語は、1907 年以来、アルセロール ミッタルの子会社である Imphy Alloys が所有する登録商標です。
本当の名前はFe-Ni36%です。
歴史
予期せぬ発見
国際度量衡委員会は、1891 年に二次標準規則を完全に完成させる問題を国際事務局の計画に含めることを決定したのは、二次標準規則に対して完全に満足のいく解決策が存在しなかったためでした。 , ギョームは真鍮と青銅の使用をすぐに放棄しました。その後、彼はこの研究をニッケルとその銅との合金に推し進め、より有望な結果をもたらしました。
1895 年、国際度量衡局局長 JR Benoit は、22% のニッケルと 3% のクロムを含む鉄ニッケル合金を検査しました。この合金は驚くべき挙動を示しました。鉄とニッケルはどちらも強磁性材料ですが、この合金は常磁性であり、その膨張係数はニッケルや純鉄よりもはるかに高かったのです。この研究はパリ砲兵技術課の要請で実施され、合金はヌヴェールのアシエリー・ダンフィ、その後ソシエテ・ドゥ・コメントリー・フルシャンボーによって供給された。
数年前、ジョン・ホプキンソンは鉄とニッケルの合金が顕著な変化を起こす可能性があると指摘していました。 25% ニッケル合金の分析では、室温では比較的柔らかく常磁性ですが、 0 °Cに冷却すると硬くなり強磁性になります。同時に、体積は2% 増加しました。当時、金属の結晶構造についてはほとんど知られておらず、これらの変化が相変態によるものであることは知られていませんでした。
1896 年の春、インフィー社は 30% のニッケルを含む鉄ニッケル合金の棒を納品しました。ギョーム氏は、その熱膨張係数がプラチナの約 3 分の 1 にすぎないと指摘しました。この驚くべき結果は、合金の物理的特性がそれを構成する 2 つの純粋な物質の物理的特性の間にあると予想していたギョームを驚かせました。これは混合の法則として知られる原理です。
その後、ギョームは所長の JR ブノワからこれらの現象の調査を続ける許可を得ました。事務所には研究に利用できる資金がなかったので、ギョームは 1896 年 5 月にインフィー製鉄所の総監督であるアンリ・ファヨールに助けを求めました。すでに研究されていた 22% と 30% のニッケルの 2 つの合金が彼に送られてきたため、ファヨールは次のように答えました。 「あなたの仕事は面白いです。それを追求するには何が必要ですか？私もあなたと一緒です。 」。国際事務局との無償協力が始まり、これには 600 種類の異なる合金グレードの研究が含まれることになりました。
インバーの性質の発見
熱膨張と透磁率の相関関係は 1896 年にすでに確立されていました。ギョームは、合金の組成は磁気特性の変化の程度と熱膨張にのみ影響を与えると指摘しました。
ギョームは 1897 年にはすでに「ニッケル鋼の研究」という出版物で自分の発見について説明しています。高温での膨張。電気抵抗(CR Académie des Sciences 125, 235±238, 1897) では、17 の異なるグレードの合金を比較しました。
インバーは、鉄と置き換わるニッケルの存在による変形を伴う面心立方（fcc）結晶構造を持っています。鉄原子は、同様の内部エネルギーを持つ 2 つの電子配置を取ることができます。1 つは強磁性で、もう 1 つは非磁性です。強磁性構成は、非強磁性構成よりわずかに大きな体積を占めます。
温度が上昇すると、合金はエネルギー的に最も有利になる非強磁性配置を徐々に採用します。磁性体から非強磁性体への変化による体積の収縮は、材料の自然な熱膨張によって補償されるため、全体の体積はほぼ一定に保たれます。材料のキュリー温度 ( 280 °C)を超えると、強磁性が消失し、材料は通常に膨張します。
インバーの強い正の体積磁歪によるこの低い熱膨張は、他の材料 (Fe 72 Pt 28 、Pd 3 Fe など) でも見られ、同様にインバー効果を示すと言われています。
1920 年 12 月 10 日、ギョームは鉄ニッケル合金の研究によりノーベル物理学賞を受賞しました。