Nickellegierungen

INVAR – EINE EDLE LEGIERUNG

Im Temperaturbereich von der Zimmertemperatur bis zur Höchsttemperatur des Backofens Ihres Küchenherdes von ca. 260 °C (500 °F) dehnt sich Stahl, eine Legierung aus Eisen und Kohlenstoff, aus. In der Regel macht sich diese Expansion nicht ausreichend bemerkbar, um Schwierigkeiten zu verursachen. Für bestimmte Geräte, z. B. Präzisionsmessgeräte und mechanische Uhren, ist die Wärmedehnung in diesem Temperaturbereich aber ein erhebliches Problem. 1895 entdeckte der Schweizer Physiker Charles Edouard Guillaume den einzigartig niedrigen Dehnungskoeffizienten einer Eisen-Nickel-Legierung mit 64 % Eisen und 36 % Nickel. Dafür wurde er 1920 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet. Diese Legierung wurde als Invar bezeichnet. Der Name leitet sich vom Wort „invariabel“ ab und bezieht sich auf die relativ geringe Expansion oder Kontraktion in diesem Temperaturbereich. Zwischen 20 °C und 100 °C (68 °F bis 212 °F) beträgt die Wärmedehnungsrate von Invar etwa ein Zehntel der von herkömmlichem Stahl.

Steigt der Nickelanteil von 36 auf 50 %, nimmt die Wärmedehnungsrate zu. Dies hat zur Entwicklung einer ganzen Familie von Eisen-Nickel-Legierungen geführt, deren Wärmedehnungsraten für spezifische Temperaturbereiche optimiert sind und die kollektiv als Legierungen mit kontrollierter Ausdehnung bezeichnet werden.

Diese Legierungen ermöglichen es, Ausdehnungsraten denen verschiedener Glas- und Keramikarten anzupassen, um hermetisch verschlossene Glas-Metall- und Keramik-Metall-Dichtungen zum Schutz elektronischer Komponenten vor Gasen und Flüssigkeiten herstellen zu können. Damit können unter Berücksichtigung engster Toleranzen Formen für die Produktion von Verbundstoffmaterialien für die Luft- und Raumfahrt hergestellt werden. Bimetallstreifen mit einer Legierung mit niedriger Ausdehnung auf einer Seite und einer Legierung mit hoher Ausdehnung auf der anderen fungieren als thermisch aktivierte Schalter. Invar behält auch bei Tiefsttemperaturen gute Festigkeits- und Härteeigenschaften bei und wird zur Herstellung von Membranen für den Einschluss von Flüssigerdgas (LNG) eingesetzt.

Dieses Eisen-Nickel-Legierungssystem ist für die Herstellung von Präzisionsmessinstrumenten und Thermoschaltern und zum Schutz von elektronischen Komponenten von kritischer Bedeutung.

Legierungen mit kontrollierter Ausdehnung

Ni Fe Co

Invar 36®

K93600 36 Rest Kovar® K94610 29 Rest 17 Legierung 42 K94100 41 Rest Legierung 52 N14052 52 Rest Der Schweizer Physiker und Nobelpreisträger Charles Edouard Guillaume

Invar® kann als Membranschicht für den Transport von LNG auf Schiffen eingesetzt werden.