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[[Datei:Invar 800.jpg|mini|Metallquader aus Invar]]

'''Invar''' ist eine [[Eisen-Nickel-Legierung]] mit einem sehr geringen [[Ausdehnungskoeffizient|Wärmeausdehnungskoeffizienten]]. Es besteht aus 64 % [[Eisen]] und 36 % [[Nickel]]. Invar wird auch unter den Bezeichnungen Invar 36, Nilo alloy 36, Nilvar, NS 36, Permalloy D, Radio metal 36, Vacodil 36 vertrieben. Es hat die [[Werkstoffnummer]] 1.3912.

Der Name wird auch als Oberbegriff für eine Gruppe von [[Legierung]]en und Verbindungen verwendet, welche die bemerkenswerte Eigenschaft besitzen, in bestimmten Temperaturbereichen anormal kleine oder zum Teil negative [[Wärmeausdehnungskoeffizient]]en zu haben. Der Name resultiert also aus der '''Invar'''ianz der Länge bezüglich einer Temperaturänderung.

Invar ist eine [[Marke (Recht)|Marke]] von Imphy Alloys, die gegenwärtig zum Stahlkonzern [[Arcelor Mittal]] gehören. Invar-Legierungen haben in der Wirtschaft ein breites Anwendungsspektrum gefunden und werden dort eingesetzt, wo besonderer Wert auf Längenstabilität bei Temperaturschwankungen gelegt wird.

== Geschichte ==
Entdeckt wurde der Effekt 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.

== Legierungen ==
[[Datei:Invar-Graph-CTE-composition.svg|mini|Wärmeausdehnungskoeffizient in Abhängigkeit vom Nickelgehalt]]
[[Datei:Invar.GIF|mini|Ausdehnungskoeffizient von Invar über der [[Absolute Temperatur|absoluten Temperatur]] – unter 100 K negativ, oberhalb 370 K, 100 °C stärker ansteigend, TC = [[Curietemperatur]]]]

Fe65Ni35-Invar enthält 65 % Eisen und 35 % Nickel. Bis zu 1 % [[Magnesium]], [[Silicium]] und [[Kohlenstoff]] werden legiert, um die mechanischen Eigenschaften zu verändern. Durch Legieren von 5 % [[Cobalt]] kann der thermische Ausdehnungskoeffizient weiter reduziert werden. Eine solche Legierung ist ''Inovco'' mit Fe-33Ni-4.5Co, α (20–100 °C) von 0,55 [[Parts per million|ppm]]/K.

Varianten dieser Legierung haben einen etwas anderen thermischen Ausdehnungskoeffizienten. So hat [[Kovar]] den Ausdehnungskoeffizienten von ca. 5 ppm/K.

Heutzutage sind viele weitere Legierungen bekannt, bei denen ein Invar-Effekt auftritt:

* kubisch flächenzentriert (fcc): FeNi, FePt, FePd, FeMn, CoMn, FeNiPt, FeNiMn, CoMnFe uvw.
* kubisch-raumzentriert (bcc): CrFe, CrMn
* hexagonal dichteste Kugelpackung (hcp): CoCr
* amorph: FeB, FeP u. a.
* „Indilatans extra“ (Krupp, aus 1939<ref>{{Literatur |Autor=Hans Schmidt-Glenewinkel:|Titel=Magnetische Messungen an langen Stäben beträchtlichen Querschnittes aus Stahl und neueren Legierungen|Sammelwerk=Chemisches Zentralblatt|Band=|Nummer=24|Datum=1939-12-13|Seiten=3946-3947|DOI=|ISSN= 2194-2080|Online=https://delibra.bg.polsl.pl/Content/21159/BCPS_22669_1939_Chemisches-hb2-nr24.pdf#page=22|Format=PDF|Kommentar=auch ''[[Physikalische Zeitschrift|Physik. Z.]]'' Bd. 40, 1939, S. 519–533}}</ref> oder früher): (36Ni, XX) mit einem Ausdehnungskoeffizienten von −0,04 ppm/K bei 12 °C und bei 100 °C<ref name="Hübschmann_35">{{Literatur |Autor=Ulrich Hübschmann, Erwin Links |Titel=Tabellen zur Chemie Grundlagen für d. chem. Rechnen in Ausbildung u. Beruf |Verlag= |Ort=Hamburg |Datum=1991|ISBN=3-582-01234-4 |Seiten=35|Kapitel=Ausdehnungskoeffizienten von Metalllegierungen(Werkstoffen), Gläsern und anorganischer Chemikalien}}</ref><ref>{{Literatur |Hrsg= [[Jean D’Ans]], [[Ellen Lax]] |Titel = Taschenbuch für Chemiker und Physiker |Verlag = Springer |Datum = 1949|Auflage= 2|Kapitel=Tabelle 32123 – Dichte … linearer Ausdehnungskoeffizient … Legierungen| Seiten = 745|Online={{Google Buch | BuchID = -NfvBgAAQBAJ| Seite = 745}}}}</ref>
* Supra-Invar (32.5Ni, 4.0Co) soll bei 20 °C 0 ppm/K Ausdehnungskoeffizient haben<ref name="Hübschmann_35"/>

[[Laves-Phase]]n und Verbindungen: TiFe2, ZrFe2, RECo2 (RE = seltene Erden außer Eu), FeC, Dy2(FeCo)17, u. a.

== Eigenschaften ==

Am Beispiel von Fe65Ni35-Invar:

* [[Spezifischer Widerstand|spezifischer elektrischer Widerstand]] = 0,75–0,85 Ω · mm2/m
* Elastizitätsmodul = 140–150 GPa
* Brinellhärte = 160
* Reißdehnung < 45 %
* Zugfestigkeit = 450–590 MPa
* Dichte = 8 g/cm³
* Längenausdehnungskoeffizient bei 20–90 °C = 1,7–2,0 · 10−6 K−1
* Wärmeleitfähigkeit bei 23 °C = 13 Wm−1 K−1

Zum Vergleich:

Längenausdehnungskoeffizienten α (rote Punkte in der Grafik):

* Eisen etwa 20,5 ppm/K
* Nickel etwa 12 ppm/K

Zugfestigkeit Stahlseil = 1770 MPa (N/mm²)

== Physikalischer Hintergrund ==
Der Invar-Effekt beruht auf einer negativen [[Magnetostriktion|Volumenmagnetostriktion]] des [[Kristallgitter]]s. Das bedeutet, dass durch eine Abstoßung der [[Magnetisches Moment|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 (und damit keine Volumenänderung) erfährt. Der Invar-Effekt verschwindet zusammen mit den magnetischen Momenten der Atome ab der jeweiligen magnetischen Ordnungstemperatur des Materials, also der [[Curie-Temperatur]] bzw. der [[Néel-Temperatur]].

== Verwendungsbereich ==
[[Datei:Nivellierlatte-Zweiskalen.JPG|mini|[[Nivellierlatte]]: Gehäuse aus Aluminium, Band mit der Skalenteilung aus Invar]]

Invar wurde zunächst verwendet, um billige Massen- und Längenstandards herzustellen. Außerdem wird es benutzt, um [[Präzisionspendeluhr]]en und [[Chronometer]] herzustellen. Eine Hälfte von [[Bimetall]]en ist häufig aus Invar.

Invar-Legierungen werden für ein weites Spektrum von Produkten eingesetzt, die hohe Längenstabilität bei Temperaturschwankungen erfordern. Beispiele sind [[Lochmaske]]n für [[Bildröhre]]n, Glas-Metall-Übergänge, Tanks von [[Flüssiggasschiff]]en ([[Membrantank]]s), Chip-Basisplatten, Lasergehäuse, [[Hohlleiter]] und astronomische und seismographische Instrumente. Durch die Entwicklung einer Methode zum [[Schweißen]] von Invar wurden die Anwendungsmöglichkeiten ausgeweitet. In der [[Geodäsie]] werden Drähte aus Invar in Präzisionsnivellierlatten sowie zur hochpräzisen Distanzmessung im Kurzstreckenbereich (bis ca. 20 m) verwendet, z. B. im Tunnel- oder Staudammbau. In der Verarbeitung von großen [[Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff|CFK]]-Bauteilen werden beispielsweise auch in der Luft- und Raumfahrt die entsprechenden Laminierwerkzeuge teilweise aus Invar hergestellt, da auch CFK-Bauteile eine geringe Wärmeausdehnung (negativer Wärmeausdehnungskoeffizient) haben. Es ist deshalb im [[Autoklaven]] vorteilhaft, wenn die Wärmeausdehnungen von Werkzeug und Werkstück möglichst gleich sind.

== Weblinks ==
{{Commonscat|Invar}}
* {{Webarchiv |url=http://www.wissenschaft.de/wissen/news/160096.html |text=''Physikalisches Rätsel, der Invar-Effekt, wurde aufgeklärt.'' |wayback=20041103070500}} Im Original auf ''wissenschaft.de'' vom 1. Juli 1999.

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Eisenlegierung]]
[[Kategorie:Legierung]]
[[Kategorie:Metallischer Werkstoff]]
[[Kategorie:Nickel]]
[[Kategorie:Uhrentechnik]]

Invar - Versionsgeschichte

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