因瓦合金4J32與4J36大家都很熟悉，但是因瓦效應(yīng)是怎么被發(fā)現(xiàn)與發(fā)展過程，上海墨鉅就整理了一篇資料講述一下因瓦效應(yīng)。篇幅過于長，為了方便大家閱讀，上海墨鉅把這份資料整理成若干篇。

因瓦效應(yīng)(InvarEffect)一般指一些磁性體在磁性相變溫度即居里點Tc以下，其熱膨脹索數(shù)趨近為零的現(xiàn)象.

1896年法國物理學家C.E.Guialme發(fā)現(xiàn)了一種奇妙的合金[1]，這種合金在磁性溫度即居里點附近熱膨脹系數(shù)顯著減少，出現(xiàn)所謂反常熱膨脹現(xiàn)象（負反常），從而可以在室溫附近很寬的溫度范圍內(nèi)，獲得很小的甚至接近零的膨脹系數(shù)，這種合金的組成是64%的Fe和36%的Ni，呈面心里方結(jié)構(gòu)，其牌號為4J36，它的中文名字叫殷鋼，英文名字叫因瓦合金（invar），意思是體積不變。這個卓越的合金對科學進步的貢獻如此之大，致使其發(fā)現(xiàn)者法國人C.E.Guilaume為此獲得1920年的諾貝爾獎，在歷史上他是第一位也是唯一的科學家因一項冶金學成果而獲此殊榮。

因瓦合金自從十九世紀被發(fā)現(xiàn)以來，人們就被它的巨大的工業(yè)應(yīng)用潛力和所蘊含的豐富的物理內(nèi)容所吸引，因瓦效應(yīng)的研究不僅是闡明金屬及其合金、化合物磁性起源的重要途徑，而且在精密儀器儀表、微波通訊、石油運輸容器以及高科技產(chǎn)品等領(lǐng)域有廣泛的實際作用，因而因瓦合金是許多冶金材料學家力于開拓的新材料領(lǐng)域，其機理也是凝聚態(tài)物理學家尚待解決的難題。一般來說，絕大多數(shù)金屬和合金都是在受熱時體積膨脹，冷卻時體積收縮，它們的熱膨脹系數(shù)呈線性增大，但是元素周期表中的鐵、鎳、鈷等過渡族元素組成的某些合金，由于它們的鐵磁性，在一定的溫度范圍內(nèi)，熱膨脹不符合正常的膨脹規(guī)律，具有因瓦效應(yīng)的反常熱膨脹。例如，4J36因瓦合金在居里點以上的熱膨脹與一般合金相似，但在居里點以下形成反常熱膨脹，為了搞清因瓦合金的機理，科學家們作了大量的實驗，試驗表明，它的機理與化學成分及磁性有關(guān)，它在一定范圍的線膨脹系數(shù)是由低膨脹和高膨脹兩部分組成，含鎳量在一定范圍內(nèi)的增減會引起鐵、鎳合金線膨脹系數(shù)的急劇變化。當含有32%-36%的鎳合金具有很低的線膨脹系數(shù)，一般平均膨脹系數(shù)為?=1.5×10-6 oC，當含Ni量達到36%時，因瓦合金熱膨脹系數(shù)最低，達到a=1.8 10-6 oC，從而可獲得低到接近零值甚至負值的熱膨脹系數(shù)。該合金在居里溫度以上（230oC），失去了磁性，膨脹系數(shù)變大，而在居里點Tc附近熱脹系數(shù)比正常的系數(shù)小，出現(xiàn)所謂的“負反常”現(xiàn)象。為什么因瓦合金會隨化學成分及磁性的變化會出現(xiàn)“負反常”的熱膨脹系數(shù)？科學家根據(jù)試驗結(jié)果，在理論方面對其進行了廣泛的研究，研究表明因瓦效應(yīng)主要是在具有面心里方的γ-Fe中出現(xiàn)，在γ相和α相的相界，當α相為零時就出現(xiàn)因瓦效應(yīng)，象這樣關(guān)于只在γ-Fe系合金中出現(xiàn)因瓦效應(yīng)的原因，目前有各種解釋，但是大多數(shù)人認為，有兩種：（1）在fcc合金中，F(xiàn)e具有高自旋和低自旋兩種不同的能態(tài)，高自旋態(tài)使鐵磁性穩(wěn)定并使合金的體積膨脹。這樣從居里溫度以上的溫度區(qū)逐漸降低過程中Fe從低自旋向高自旋能態(tài)過渡，使合金體積逐漸膨脹。但是，隨著溫度的降低，晶格振動減弱，合金體積也同時縮小，這個效應(yīng)與Fe的磁性膨脹之間發(fā)生竟爭，結(jié)果使實際體積變化減小，產(chǎn)生正的自發(fā)體積磁致伸縮，使因瓦合金在居里點附近出現(xiàn)所謂的“負反常”。（2）invar合金的費米能級位于d能帶低能態(tài)密度附近，從而在鐵磁性極化的同時，電子動能的增長比普通合金大得多，能帶寬度減小（能態(tài)密度提高），使之力圖減少動能的增長，而能帶寬度的減小相當于晶格膨脹，即磁性膨脹，其結(jié)果和上述（1）一樣，由于晶格膨脹與晶格振動相競爭，于是出現(xiàn)低膨脹特性。考察以上兩種見解，可以發(fā)現(xiàn)，invar效應(yīng)是由Fcc立方Fe基合金的鐵磁性的能態(tài)所具有的一種特性引起的，這是上述兩種解釋都包含的共同概念。根據(jù)這個概念，可以設(shè)計其它因瓦合金。