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인바

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목차

1. 개요

인바(Invar)는 1896년 샤를 에두아르 기욤이 발견한 철-니켈 합금으로, 약 36%의 니켈을 함유하여 상온에서 매우 낮은 열팽창 계수를 갖는 것이 특징이다. 이러한 특성으로 인해 정밀 기기, 시계, 측량 도구, 항공우주 산업, 전자 제품, 극저온 환경 등 치수 안정성이 중요한 다양한 분야에 활용된다. 인바는 낮은 열팽창 계수와 강자성 특성을 가지며, 온도 변화에 따른 치수 변화가 적어 정밀한 측정이 필요한 분야에 사용된다. 한국에서는 포스코에서 인바강을 개발하고 있으며, 관련 연구도 진행되고 있다.

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인바
지도 정보
일반 정보
종류니켈과 철의 합금
특징낮은 열팽창 계수
발견자샤를 에두아르 기욤
노벨 물리학상 수상1920년 (정밀 측정에 대한 기여)
주요 성분니켈 (약 36%)
철 (약 64%)
물리적 성질
열팽창 계수매우 낮음 (상온 부근에서)
특이한 현상특정 온도 범위에서 팽창하지 않는 현상
팽창량정도의 팽창량
활용 분야
주요 용도정밀 기기 부품
온도 변화에 민감하지 않아야 하는 부품
시계 부품
항공기 부품
전자 제품 부품
액화 천연가스 운반선
최근 활용저온에서 팽창하는 산화구리 나노 자성 입자 개발에 응용
기타
제조사VDM Metals (Alloy 36으로 판매)
관련 합금코바 (열팽창 계수가 인바와 비슷한 합금)

2. 역사

2. 1. 예기치 못한 연구 결과

1891년 국제도량형총회는 이차 기준 규칙 개발을 국제도량형국 프로그램에 포함하기로 결정했고, 이 작업을 맡은 기욤은 황동과 청동 대신 니켈 및 니켈-구리 합금 연구를 진행하여 성과를 얻었다.[22]

1895년, 국제도량형국 사무국장 J.R. 베누아는 니켈 22%, 크롬 3%를 함유한 철-니켈 합금을 검사했는데, 이 합금은 철과 니켈이 모두 강자성체임에도 불구하고 상자성을 띠고 열팽창 계수가 니켈이나 순철보다 훨씬 높았다. 이 연구는 파리 포병 연대 기술 부서의 요청으로 네베르 근처의 아시에리 드 앙피와 코망트리-푸르샹보에서 제공된 합금으로 진행되었다.[23]

존 홉킨슨은 철-니켈 합금이 주목할 만한 변화를 겪을 가능성이 있다고 지적했는데, 니켈 25% 합금은 상온에서는 무르고 상자성이지만, 0℃로 냉각되면 단단하고 강자성이 되면서 부피가 2% 증가했다. 당시에는 금속 결정 구조가 거의 알려지지 않아 이러한 변화가 상전이 때문이라는 것은 알려지지 않았다.

1896년 봄, 앙피사는 니켈 30%를 함유한 철-니켈 합금 봉재를 제공했고, 기욤은 그 합금의 열팽창 계수가 백금의 약 1/3에 불과하다는 것을 발견했다. 그는 이 합금의 물리적 특성이 두 순수 성분의 중간일 것이라는 기대와 달리 놀라운 결과를 얻었고, 사무국장 J.R. 베누아로부터 현상 검사를 계속할 허가를 받았다. 연구 자금이 부족했던 기욤은 1896년 5월, 앙피 제철소 사장 앙리 파욜에게 지원을 요청했고, 이미 연구되었던 니켈 22%와 30%의 두 종류의 합금이 보내졌다. 파욜은 기욤의 연구에 협력을 약속했고, 국제도량형국과의 무상 협력 체제가 시작되어 600종에 달하는 다양한 등급의 합금이 연구되었다.

2. 2. 인바 특성의 발견

1896년에 열팽창과 투자율 사이의 상관관계가 밝혀졌다. 기욤은 합금 조성에 따라 자기적 특성과 열팽창의 변화 범위가 달라진다는 것을 확인했다.

1897년부터 기욤은 자신의 발견을 『니켈 합금의 연구. 고온 시 팽창; 전기 저항』(CR Académie des Sciences 125, 235±238, 1897년)을 통해 발표하며 17종류의 합금을 비교했다.

인바는 면심입방(fcc) 구조를 가지며, 철 원자의 전자 배위는 두 가지 종류를 취할 수 있다. 하나는 강자성이지만, 다른 하나는 그렇지 않다. 강자성 배위가 비강자성 배위보다 약간 더 큰 부피를 차지한다.

합금은 온도가 상승함에 따라 비강자성 배위를 취하며, 이로 인한 부피 수축은 재료의 열팽창에 의해 상쇄되어 전체 부피는 거의 일정하게 유지된다. 280℃ 이상의 퀴리 온도가 되면 강자성이 사라지고 재료는 정상적으로 팽창한다.

이러한 약한 열팽창은 인바의 강한 자기 왜곡에 기인하며, 인바 효과를 보이는 다른 재료(Fe72Pt28[24], Pd3Fe[25]…)에서도 관찰할 수 있다.

1920년 12월 10일, 기욤은 철-니켈 합금 연구로 노벨 물리학상을 수상했다.

3. 성질

다른 니켈-철 합금과 마찬가지로 인바는 고용체이며, 단상 합금이다.[4] 인바 36이라고 불리는 한 상용 등급은 약 36%의 니켈과 64%의 철로 구성되며,[4] 녹는점은 1427°C, 밀도는 8.05 g/cm³, 비저항은 8.2 x 10⁻⁵ Ω·cm이다.[5] 1961년 웨스팅하우스 과학자들은 '''인바 범위'''를 "니켈 30~45 원자 퍼센트"로 설명했다.[6]

일반적인 인바 등급의 열팽창 계수(α로 표시되며 20°C와 100°C 사이에서 측정)는 약 1.2 × 10⁻⁶ K⁻¹(1.2 ppm/°C)인 반면, 일반 강철은 약 11~15 ppm/°C이다. 초고순도 등급(<0.1% Co)은 0.62~0.65 ppm/°C만큼 낮은 값을 쉽게 생성할 수 있다. 일부 제형은 음의 열팽창 특성을 나타낸다. 광범위한 온도 범위에서 높은 치수 안정성을 보이지만, 크리프 경향이 있다.[7][8]

3. 1. 조성

다른 니켈-철 합금과 마찬가지로 인바는 고용체이며, 단상 합금이다.[4] 일반적인 인바 합금(인바 36)은 약 36%의 니켈과 64%의 철로 구성된다.[4] 1961년 웨스팅하우스 과학자들은 '''인바 범위'''를 "니켈 30~45 원자 퍼센트"로 정의했다.[6]

1896년 가을, 기욤은 약 36%의 니켈을 함유한 합금이 상온에서 낮은 열팽창 계수를 가진다는 것을 보였다. 이 합금의 열팽창 계수는 순철의 열팽창 계수의 1/10이다.

산업용 인바는 마르크 튀리(Marc Thury)의 제안에 기초하여 정의되었다. 연구에서는 망간, 탄소, 크롬 및 구리 등 다수의 첨가물의 영향이 연구되었다.

망간과 탄소를 포함하지 않는 철-니켈 산업 생산은 계획되지 않았기 때문에, C.-E. 기욤은 0.1%의 망간과 0.4%의 탄소를 표준 조성으로 정했다.

이러한 원소 외에도, 크롬과 구리도 첨가물로 고려될 수 있다. 마그네슘, 규소, 코발트를 첨가하면 기계적 특성을 개선할 수 있다. 다른 원소들도 특정 특성을 개선할 수 있다. 예를 들어, 탄소, 망간, 크롬을 더 첨가하면 공극 부식(孔食) 형태의 부식에 대한 강도가 개선된다.

3. 2. 열팽창

일반적인 인바 등급의 열팽창 계수(α, 20°C와 100°C 사이에서 측정)는 약 1.2 × 10⁻⁶ K⁻¹(1.2 ppm/°C)인 반면, 일반 강철은 약 11~15 ppm/°C이다. 초고순도 등급(<0.1% Co)은 0.62~0.65 ppm/°C만큼 낮은 값을 쉽게 생성할 수 있으며, 일부 제형은 음의 열팽창 특성을 나타낸다. 인바는 넓은 온도 범위에서 높은 치수 안정성을 보이지만, 크리프 경향이 있다.[7][8]

인바의 낮은 열팽창은 절대영도에서 90℃까지 2 × 10⁻⁶ K⁻¹ 미만이다. 반면 순수 철과 니켈은 각각 12 × 10⁻⁶ K⁻¹과 13 × 10⁻⁶ K⁻¹이다.

니켈 36% 함유 합금의 경우 퀴리 온도는 280℃이며, 치수 안정성은 130℃를 넘으면 급격히 저하된다.[26] 니켈 50%를 포함하는 니켈-철 합금은 퀴리 온도가 565℃이며, 이 임계값은 니켈 함량에 따라 변한다. 그러나 600℃ 이상까지 인바 효과를 유지할 수 있는 철-니켈 합금은 발견되지 않았다. 따라서 고온용으로는 300℃까지 열팽창 계수가 0.5 × 10⁻⁶ K⁻¹인 석영이 자주 사용된다.

다음은 여러 재료의 선팽창계수를 비교한 표이다.

재료조성 (wt%)선팽창계수
×10-6		출처
철 (비교)Fe 10011.8
인바(Invar)Fe, Ni 351.2
슈퍼 인바(Super Invar)Fe, Ni 32, Co 40.0
스테인리스 인바(Stainless Invar)Fe, Ni 52, Co 11, Cr0.0
Fe-Pt 합금Fe, Pt 25-30
Fe-Pd 합금Fe, Pd 310.0


3. 3. 강자성

다른 니켈-철 합금과 마찬가지로 인바는 고용체이며, 단상 합금이다. 인바 36이라고 불리는 한 상용 등급은 약 36%의 니켈과 64%의 철로 구성되며,녹는점은 1427°C, 밀도는 8.05 g/cm³, 비저항은 8.2 x 10⁻⁵ Ω·cm이다.[4][5] 1961년 웨스팅하우스 과학자들은 '''인바 범위'''를 "니켈 30~45 원자 퍼센트"로 설명했다.[6]

일반적인 인바 등급의 열팽창 계수(α로 표시되며 20°C와 100°C 사이에서 측정)는 약 1.2 × 10⁻⁶ K⁻¹(1.2 ppm/°C)인 반면, 일반 강철은 약 11~15 ppm/°C이다. 초고순도 등급(<0.1% Co)은 0.62~0.65 ppm/°C만큼 낮은 값을 쉽게 생성할 수 있다. 일부 제형은 음의 열팽창 특성을 나타낸다. 광범위한 온도 범위에서 높은 치수 안정성을 보이지만, 크리프 경향이 있다.[7][8]

역사적으로 일부 철-니켈 합금의 상자성이 처음 밝혀진 특이성이었다. 온도에 따라 비율이 변하는 두 종류의 구조가 공존하는데, 한 구조는 높은 자기 모멘트(2.2~2.5 μB)와 높은 격자 파라미터를 가지며 훈트의 규칙을 따르고, 다른 하나는 낮은 자기 모멘트(0.8~1.5 μB)와 낮은 격자 파라미터를 가지며, 가변 자기장에 노출되면 합금의 치수 변화를 유발한다. 따라서 인바의 치수 안정성을 제어하려면 자기장에 노출시키거나, 반강자성 합금과 교체하는 것을 피해야 한다. 4 \times 10^{-6} K^{-1} 미만의 열팽창 계수를 보이는 반강자성 합금은 전혀 확인되지 않았기 때문이다.

자기장에 대한 이 철-니켈 합금의 치수 안정성은 이 특성을 활용하기 위해(자기변형 액추에이터) 또는 미리 주의하기 위해(퍼멀로이 78(니켈 78%)의 자기변형은 0이다) 집중적인 연구 대상이 되었다.

3. 4. 기타 특성

인바는 니켈-철 고용체 단상 합금이다.[4] 인바 36은 약 36%의 니켈과 64%의 철로 구성되며,[4] 녹는점은 1427°C, 밀도는 8.05 g/cm³, 비저항은 8.2 x 10⁻⁵ Ω·cm이다.[5] 1961년 웨스팅하우스 과학자들은 '''인바 범위'''를 "니켈 30~45 원자 퍼센트"로 설명했다.[6]

일반적인 인바 등급의 열팽창 계수(α로 표시되며 20°C와 100°C 사이에서 측정)는 약 1.2 × 10⁻⁶ K⁻¹(1.2 ppm/°C)인 반면, 일반 강철은 약 11~15 ppm/°C이다. 초고순도 등급(<0.1% Co)은 0.62~0.65 ppm/°C만큼 낮은 값을 쉽게 생성할 수 있다. 일부 제형은 음의 열팽창(NTE) 특성을 나타낸다. 광범위한 온도 범위에서 높은 치수 안정성을 보이지만, 크리프 경향이 있다.[7][8]

니켈 50% 합금도 때때로 인바라고 불리지만, 엄밀한 의미의 "인바"는 니켈 36%를 함유하고 열팽창 계수가 최소값을 나타내는 합금을 가리킨다.[28] 다음은 니켈 50% 합금의 20℃에서의 특성을 나타낸 표이다.[28]

요소값
전기비저항75-85 µΩcm
영률140-150 GPa
강성률57 GPa
브리넬 경도160
파단신율< 45 %
회복력 (20°C)140-150 J/cm2
푸아송비0.22807 (=E/2G - 1)
인장강도450-590 MPa
밀도8,125
선팽창 계수(20-90°C)1.2-2.0 x 10-6 K-1
열전도율 (23°C)13 Wm-1K-1
비열용량510 JKg-1K-1


3. 5. 열팽창 원리

인바의 비정상적으로 낮은 열팽창 계수에 대한 자세한 설명은 물리학자들에게 여전히 어려운 문제로 남아있다.[16]

모든 철이 풍부한 면심입방 Fe-Ni 합금은 그들의 측정된 열적 및 자기적 특성에서 인바 이상 현상을 보이는데, 이는 합금 조성의 변화에 따라 강도가 연속적으로 변화한다. 과학자들은 한때 인바의 거동이 면심입방 Fe-Ni 계열에서 일어나는 고자기모멘트에서 저자기모멘트로의 전이(그리고 그로 인해 안티타에나이트 광물이 생성됨)의 직접적인 결과라고 제안했지만, 이 이론은 틀린 것으로 판명되었다.[16] 대신, 저자기모멘트/고자기모멘트 전이는 고자기모멘트 좌절된 강자성 상태에 의해 선행되는 것으로 보이며, 이 상태에서 Fe-Fe 자기 교환 결합은 관찰된 열팽창 이상 현상을 생성하기에 적절한 부호와 크기의 큰 자기 체적 효과를 갖는다.[17]

Wang 등은 제일원리 계산으로 예측된 FM(완전 강자성) 배열과 SFC(스핀 플립 배열)의 자유 에너지를 사용하여 에서 완전 강자성(FM) 배열과 스핀 플립 배열(SFC) 사이의 통계적 혼합을 고려하여 다양한 압력 하에서 음의 열팽창의 온도 범위를 예측할 수 있었다.[18] 모든 개별 FM과 SFC는 양의 열팽창을 가지며, 음의 열팽창은 FM보다 부피가 작은 SFC의 개체수 증가에서 비롯된다는 것이 밝혀졌다.[19]

열팽창이 관측되지 않는 원리로서, 포논에 의한 열팽창의 기여와 자기장에 의한 전자 상태의 기여가 서로 상쇄된다는 이론이 제안되었다.[29] 이 이론은 열역학에서 맥스웰의 관계식을 응용한 고압 실험을 바탕으로 제안되었다.

4. 응용 분야

인바는 낮은 열팽창 계수로 인해 다양한 분야에서 활용된다.


  • 정밀 기기 및 측정 도구:

인바는 정밀 기기, 시계, 지진 크리프 측정기, 컬러 텔레비전 브라운관의 섀도 마스크 프레임,[9] 엔진의 밸브 및 대형 항공기 구조물 금형[10] 등 치수 안정성이 높게 요구되는 곳에 사용된다.

인바가 발명되었을 당시, 추 시계는 세계에서 가장 정확한 시계였으며, 시계 정확도의 한계는 시계 추의 길이 변화에 따른 열 변화 때문이었다. 1898년 클레멘스 리플러가 개발한 인바 추를 사용한 최초의 시계인 리플러 레귤레이터 시계는 하루 오차가 10밀리초였으며, 1930년대까지 해군 천문대 및 국가 시간 서비스의 주요 시간 표준으로 사용되었다.

토지 측량에서 1차(고정밀) 고도 수준 측량을 수행할 때 사용되는 수준봉(수준측량봉)은 나무, 유리섬유 또는 기타 금속 대신 인바로 만들어진다.[11][12] 일부 피스톤에는 인바 스트럿을 사용하여 실린더 내부에서의 열팽창을 제한하였다.[13]

  • 항공우주 산업:

항공우주 복합재료 구조물 제조에서 탄소섬유 레이업 금형의 경우, 인바는 매우 엄격한 허용 오차로 부품 제조를 용이하게 하는 데 사용된다.[14]

천문학 분야에서는 인바가 천체 망원경의 치수에 민감한 광학 장치를 지지하는 구조 부품으로 사용된다.[15] 인바의 우수한 치수 안정성으로 인해 천체 망원경의 관측 정밀도와 정확도가 크게 향상된다.

  • 전자 제품:

인바는 컬러 텔레비전 브라운관의 섀도 마스크 프레임에 사용된다.[9] 또한, 집적 회로 리드 프레임 재료로 사용되는 42%의 42합금(42 Alloy)은 알루미나 세라믹과 거의 동일한 팽창 계수를 가지며, 집적 회로 지지대 제조에 사용된다(리드 프레임이라고도 함)[31]

  • 극저온 환경:

인바는 -162℃의 극저온에서 액화천연가스(LNG)를 운반하는 선박의 메탄 탱크 내부 코팅재로 사용되어 천연가스 수송에 기여한다.[30] 최근에는 심우주 환경에서 사용되는 관측 위성용 구조 재료로 인바 적용이 검토되고 있다.[30]

  • 기타 응용 분야:

인바는 금속으로서 전기 전도율, 용접/납땜 적성, 탄성 등의 장점을 지니고 있다.[30] 이리듐, 탄탈륨, 텅스텐 역시 낮은 열팽창 특성을 가지지만, 인바에 비해 가격이 매우 비싸다. [30]

  • 바이메탈 구조물: 다른 금속과의 열팽창 계수 차이를 이용한 바이메탈 구조물 제작에 사용된다.
  • 정밀 광학: 코바르(Kovar)는 인바와 유사한 합금으로, 유리와 열팽창 거동이 유사하여 정밀 광학 분야에 활용된다.
  • 플래티나이트: 46%의 니켈과 0.3%의 탄소로 구성된 플래티나이트는 유리와 팽창 계수가 같아 유리(램프)에 용접하는 와이어로 사용된다.

4. 1. 정밀 기기 및 측정 도구

인바는 정밀 기기, 시계, 지진 크리프 측정기, 컬러 텔레비전 브라운관의 섀도 마스크 프레임,[9] 엔진의 밸브 및 대형 항공기 구조물 금형[10] 등 치수 안정성이 높게 요구되는 곳에 사용된다.

인바가 발명되었을 당시, 추 시계는 세계에서 가장 정확한 시계였으며, 시계 정확도의 한계는 시계 추의 길이 변화에 따른 열 변화 때문이었다. 1898년 클레멘스 리플러가 개발한 인바 추를 사용한 최초의 시계인 리플러 레귤레이터 시계는 하루 오차가 10밀리초였으며, 1930년대까지 해군 천문대 및 국가 시간 서비스의 주요 시간 표준으로 사용되었다.

토지 측량에서 1차(고정밀) 고도 수준 측량을 수행할 때 사용되는 수준봉(수준측량봉)은 나무, 유리섬유 또는 기타 금속 대신 인바로 만들어진다.[11][12] 일부 피스톤에는 인바 스트럿을 사용하여 실린더 내부에서의 열팽창을 제한하였다.[13] 항공우주 복합재료 구조물 제조에서 탄소섬유 레이업 금형의 경우, 인바는 매우 엄격한 허용 오차로 부품 제조를 용이하게 하는 데 사용된다.[14]

천문학 분야에서는 인바가 천체 망원경의 치수에 민감한 광학 장치를 지지하는 구조 부품으로 사용된다.[15] 인바의 우수한 치수 안정성으로 인해 천체 망원경의 관측 정밀도와 정확도가 크게 향상된다.

열팽창 계수가 낮다는 특징 때문에 정밀 기기를 제조하는 데 사용된다.

4. 2. 전자 제품

인바는 컬러 텔레비전 브라운관의 섀도 마스크 프레임에 사용된다.[9] 또한, 집적 회로 리드 프레임 재료로 사용되는 FeNi42 합금(NILO 합금 42)은 알루미나 세라믹과 열팽창 계수가 거의 같아 집적 회로 지지대 제조에 사용된다.[31]

4. 3. 항공우주 산업

인바는 엔진 밸브, 대형 항공기 구조물 금형, 항공우주 복합재료 구조물 제조용 탄소섬유 레이업 금형 등에 사용된다.[10][14] 특히 항공우주 복합재료 구조물 제조에서 탄소섬유 레이업 금형의 경우, 인바는 매우 엄격한 허용 오차로 부품 제조를 용이하게 한다.[14]

천문학 분야에서는 천체 망원경의 광학 장치를 지지하는 구조 부품으로 사용되어 관측 정밀도와 정확도를 향상시킨다.[15] 인바의 우수한 치수 안정성은 천체 망원경의 관측 성능을 크게 개선한다.

4. 4. 극저온 환경

인바는 극저온 환경에서 뛰어난 안정성을 보여 다양한 분야에 활용된다. 특히, -162℃의 극저온에서 액화천연가스(LNG)를 운반하는 선박의 메탄 탱크 내부 코팅재로 사용되어 천연가스 수송에 기여한다.[30] 이는 인바의 낮은 열팽창 계수가 극저온에서도 변형을 최소화하기 때문이다.

최근에는 심우주 환경에서 사용되는 관측 위성용 구조 재료로 인바 적용이 검토되고 있다.[30] 이는 인바가 온도 변화에 따른 열응력의 영향을 적게 받아, 우주 공간에서도 안정적인 구조물 유지를 가능하게 하기 때문이다.

4. 5. 기타 응용 분야

인바는 금속으로서 전기 전도율, 용접/납땜 적성, 탄성 등의 장점을 지니고 있다.[30] 이리듐, 탄탈륨, 텅스텐 역시 낮은 열팽창 특성을 가지지만, 인바에 비해 가격이 매우 비싸다.[30] 이러한 특성 덕분에 인바는 다양한 분야에 응용된다.

  • 바이메탈 구조물: 다른 금속과의 열팽창 계수 차이를 이용한 바이메탈 구조물 제작에 사용된다.
  • 정밀 광학: 코바르(Kovar)는 인바와 유사한 합금으로, 유리와 열팽창 거동이 유사하여 정밀 광학 분야에 활용된다.
  • 전자공학: 42% 42합금(42 Alloy)은 알루미나 세라믹과 팽창 계수가 유사하여 집적 회로 지지대(리드 프레임) 제조에 사용된다.[31]
  • 플래티나이트: 46%의 니켈과 0.3%의 탄소로 구성된 플래티나이트는 유리와 팽창 계수가 같아 유리(램프)에 용접하는 와이어로 사용된다.


인바는 정밀 기기, 시계,[9] 지진 크리프 측정기,[9] 컬러 텔레비전 브라운관의 섀도 마스크 프레임,[9] 엔진 밸브 및 대형 항공기 구조물 금형[10] 등 치수 안정성이 요구되는 분야에 널리 사용된다. 특히, 리플러 레귤레이터 시계는 인바 추를 사용하여 하루 오차가 10밀리초에 불과했으며, 1930년대까지 해군 천문대 및 국가 시간 서비스의 주요 시간 표준으로 사용되었다.

토지 측량에서 고정밀 고도 수준 측량에 사용되는 수준봉은 나무, 유리섬유, 기타 금속 대신 인바로 제작된다.[11][12] 또한, 일부 피스톤에는 인바 스트럿을 사용하여 실린더 내부의 열팽창을 제한하기도 한다.[13] 항공우주 복합재료 구조물 제조에서 탄소섬유 레이업 금형에도 인바가 사용되어 엄격한 허용 오차를 만족하는 부품 제조를 가능하게 한다.[14]

천문학 분야에서는 천체 망원경의 치수에 민감한 광학 장치를 지지하는 구조 부품으로 인바가 사용된다.[15] 인바의 뛰어난 치수 안정성은 천체 망원경의 관측 정밀도와 정확도를 크게 향상시킨다.

인바의 낮은 열팽창 계수(2 \times 10^{-6} K^{-1})는 정밀 기기 제조에 적합하며, 일부 등급에서는 음의 팽창 계수를 나타내기도 한다. 이러한 온도 안정성은 열응력의 영향을 줄여 메탄 탱크 내부 코팅(-162℃, 대기압의 천연가스 수송)과 같은 구조물 건설을 가능하게 한다.[30] 최근에는 심우주 환경에서 사용되는 관측 위성용 구조 재료로도 적용이 검토되고 있다.[30]

4. 6. 이노브코 (Inovco)

이노브코(Inovco)는 Fe–33Ni–4.5Co 조성을 가지며, 20°C~100°C 구간에서 열팽창 계수 α가 0.55 ppm/°C이다.

4. 7. FeNi42 (NILO 합금 42)

FeNi42 (NILO alloy 42영어)는 니켈 함량이 42%인 합금이다. 실리콘과 열팽창 계수(α ≈ 5.3 ppm/°C)가 유사하여 집적회로의 리드 프레임 재료 등으로 널리 사용된다.

4. 8. 코바 (Kovar)

코바(Kovar) 또는 Dilver P로 불리는 FeNiCo 합금은 붕규산 유리와 비슷한 열팽창 계수(약 5 ppm/°C)를 가져, 용융된 붕규산 유리와 강한 결합을 형성한다. 이러한 특성 덕분에 유리-금속 밀봉에 사용되며, 위성과 같이 다양한 온도와 환경에서 사용되는 광학 부품을 지지하는 데 쓰인다.

4. 9. 기타 변형 합금

인바 합금에는 열팽창 계수가 약간 다른 여러 변종이 있다.

  • '''이노브코(Inovco)'''는 Fe–33Ni–4.5Co 조성을 가지며, 20°C~100°C 구간에서 열팽창 계수 α가 0.55 ppm/°C이다.

  • '''FeNi42'''(예: NILO 합금 42)는 니켈 함량이 42%이며, 열팽창 계수 α가 약 5.3 ppm/°C로 실리콘과 일치한다. 이 합금은 집적회로의 리드 프레임 재료 등으로 널리 사용된다.

  • '''코바(Kovar)''' 또는 Dilver P로 불리는 FeNiCo 합금은 동일한 열팽창 거동(약 5 ppm/°C)을 보이며, 용융된 붕규산 유리와 강한 결합을 형성한다. 이러한 특성 때문에 유리-금속 밀봉에 사용되며, 위성과 같은 다양한 온도와 용도에서 광학 부품을 지지하는 데 사용된다.

5. 인바와 한국

5. 1. 포스코의 인바강 개발

5. 2. 한국의 인바 관련 연구

참조

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[2] 상표 US Trademark #63970
[3] 웹사이트 The Nobel Prize in Physics 1920 http://nobelprize.or[...] The Nobel Foundation 2011-03-20
[4] 웹사이트 Material Data Sheet Alloy 36 https://www.vdm-meta[...] 2017-11-24
[5] 뉴스 Invar 36 Alloy https://www.american[...]
[6] 논문 A New Reversible Solid-State Transformation in Iron–Nickel Alloys in the Invar Range of Compositions
[7] 논문 Short time creep behaviour of Invar steel https://onlinelibrar[...] 2002-08-00
[8] 간행물 An Overview of Dimensional Stability of Invar 36 Material for Space Based Optical Mounting Applications https://ijritcc.org/[...] 2017-06-00
[9] 웹사이트 Nickel & Its Uses http://www.nickelins[...] Nickel Institute 2005-05-03
[10] Youtube Boeing 787 Fuselage (MIE-375) https://www.youtube.[...] 2018-10-30
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[12] 웹사이트 ISO 12858-1:2014 Optics and optical instruments — Ancillary devices for geodetic instruments — Part 1: Invar levelling staffs https://www.iso.org/[...]
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[14] 웹사이트 Tooling to mould and die for! https://www.aero-mag[...] 2018-04-06
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[16] 논문 Observation of a composition-controlled high-moment/low-moment transition in the face centered cubic Fe–Ni system: Invar effect is an expansion, not a contraction http://fizz.phys.dal[...]
[17] 논문 Relation between anomalous magneto-volume behaviour and magnetic frustration in Invar alloys
[18] 논문 Thermodynamic fluctuations in magnetic states: Fe 3 Pt as a prototype
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[20] 서적 化学大辞典 共立
[21] 웹사이트 世界初！低温で膨らむ酸化銅のナノ磁性粒子 http://www.riken.jp/[...] 理化学研究所 2008-10-20
[22] 웹사이트 Discours de Guillaume http://www.worldtemp[...]
[23] 웹사이트 Discours de Guillaume le dimanche 7 juin 1925 à Paris, salle Hoche http://www.annales.o[...]
[24] 웹사이트 Publication: Étude sous pression du composé Invar Fe3Pt http://cat.inist.fr/[...]
[25] 웹사이트 Comportement sous pression du composé Invar Pd3Fe http://www.pourlasci[...]
[26] 서적 Magnétisme https://books.google[...] DP Sciences
[27] 논문 金属の熱膨張について https://cir.nii.ac.j[...] 北海道東海大学
[28] 웹사이트 Propriétés de l'Invar recensées par ImphyAlloys http://test2.imphyal[...]
[29] 논문 A thermodynamic explanation of the Invar effect
[30] 논문 宇宙へはばたくゼロ熱膨張合金 https://www.shst.co.[...] アグネ技術センター
[31] 웹사이트 Description de l'alliage N42 http://www.arcelormi[...]
[32] 웹사이트 Material Data Sheet Alloy 36 https://www.vdm-meta[...] 2017-11-24


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