인바(Invar) / 엘린바(Elinvar) / 코바(Kovar)

인바는 FeNi36 또는 64FeNi라고도 한다.

온도 상승에 따른 열팽창이 독보적으로 작아서 주목받는 철-니켈 합금이다.

1896년, 스위스 과학자 'Charles Édouard Guillaume (1861~1938)'가 발명하였으며,

이 공로로 그는 1920년 노벨물리학상을 수상하였다.

수염도 멋있는 Guillaume(길로이메?).

 

 

 

인바라는 이름은 'invariable(불변의)'에서 왔다.

온도가 달라져도 크기가 (거의) 변하지 않기 때문이다.

온도 20–100℃ 영역에서 이 재료의 선팽창계수는 0.7×10^-6/K (0.7ppm/℃) 정도이다.

코발트를 포함시킨 Fe-33Ni-4.5Co의 선팽창계수는 0.55ppm/℃까지 내려간다 .

철 11ppm/℃, 구리 17ppm/℃, 알루미늄 23ppm/℃에 비교하면 놀라운 수치이다.

어느 조건에서 철이 1mm 늘어났다면 인바는 같은 조건에서 0.07mm 늘어나는데 그치는 것이다.

 

 

 

아래 사진은 니켈 함량에 따른 선팽창계수의 변화도이다.

니켈 함량 36%에서 드라마틱한 감소가 일어난다.

이를 발견했을 당시 Guillaume가 얼마나 흥분했을지 상상해 본다.

 

 

니켈 함량을 42%로 하면 선팽창계수는 5.3ppm/℃이 되는데, 이는 실리콘의 선팽창계수와 같다.

따라서 집적회로를 포함한 많은 전자 부품에서 납(Lead)을 대체하는 재료로서 사용된다.

납의 선팽창계수는 29ppm/℃으로, 실리콘과는 큰 차이가 난다.

 

 

 

접합되는 두 재료의 선팽창계수가 왜 같아야 하는지를 굳이 설명할 필요는 없을 것이다.

(다르다면 두 재료의 접합은 떨어지기 쉽다.)

치아 치료에 사용되는 아말감은 치아와 같은 선팽창계수를 갖는 것이 자랑이다.

아말감은 싸지만 수은의 유해성에다가 잘 깨지는 단점이 있다.

우리 몸에 들어가기 가장 좋은 재료는 금이다.

부자들의 반지 목걸이 그런거 다 녹여서 서민들 치아의 아말감을 대체하면... ㅋ

 

 

 

Guillaume는 또한 철 59%, 니켈 36%, 크롬 5%의 합금을 발명하여 엘린바(Elinvar)라고 하였는데,

이 이름은 엘린바의 탄성률이 대단히 작기 때문에 붙여진 것이다.

즉 탄성의(Elastic) + 불변의(Invariant) = Linvar.

탄성률이라 함은 '힘을 가했을 때 늘어나는 비율'을 뜻한다.

열팽창계수는 열을 가했을 때 늘어나는 비율, 탄성률은 '잡아당기는 힘'에 대해 늘어나는 비율.

 

 

 

이러한 재료들은 시계와 같은 정밀기구에 많이 사용된다.

아래 사진들에 'Invar' 또는 'Elinvar'와 같은 레이블이 보인다.

연구/경험/재료/디자인을 결합시켜,

누구도 흉내내지 못하는 know-how를 구축하여 탄생하는 것이 명품시계가 아닌가 싶다.

 

 

 

철-니켈-코발트를 주성분으로 하는 또 하나의 특수 합금으로서

'Carpenter Technology Corporation' 사(社)의 등록상표이이기도 한 '코바(Kovar)'라는 재료가 있다.

이 재료는 붕규산유리(硼硅酸-, borosilicate glass)와 같은 선팽창계수를 가지므로, 광학기기에 많이 사용된다.

 

[출처] 인바(Invar) / 엘린바(Elinvar) / 코바(Kovar)|작성자 ora25