固体热膨胀的反常现象的介绍

绝大多数金属和合金的真实膨胀系数α随温度T变化的规律，如图4-15所示。随温度升高，α值先是很快地增加（α∝T³），以后增加速度减慢以至近于恒值。这种情况称为正常热膨胀。但对于某些铁磁性的金属和合金，如镍和一系列铁镍合金，膨胀系数随温度的变化不符合上述规律，出现如图4-18的现象，即在正常热膨胀曲线上出现附加的膨胀峰，这些变化有时是非常急剧的称为反常热膨胀。镍的热膨胀峰为正，称为正反常；而35Ni-Fe（Ni原子的摩尔分数，%）的热膨胀峰为负，称为负反常。具有负反常膨胀特性的合金，膨胀系数可低到接近零值（甚至可达负值），或在一定温度范围内膨胀系数基本不变，故有重大的实用意义。

图4-18 Ni和35Ni-Fe合金的线胀系数α随温度t变化的曲线（图上虚线表示正常热膨胀时α值，阴影区表示反常热膨胀的范围和大小，Ni为正反常热膨胀，35Ni-Fe为负反常热膨胀，箭头指居里点，Δl/l代表最大的反常线胀系数）(www.xing528.com)

反常热膨胀现象最早是1897年吉罗姆（Guillaume）在具有面心立方晶型的Ni35-Fe合金中发现的，该合金在室温附近线胀系数很小（α=1.2×10^-6K^-1）。后来在具有和铁镍合金状态图类似的Fe-Pt、Fe-Pd二元和三元Fe-Ni-Co、Fe-Co-Cr系合金中以及其他晶系和非晶态、反铁磁、亚铁磁的材料中都发现有这种反常热膨胀现象。人们把固体材料的这种膨胀系数很小或趋于零或为负值的现象叫做热膨胀反常，又称因瓦反常（Invar），它是英文Invariation（不变）的缩写。除此之外，人们还把与此相关连的其他物理特性的反常行为也统称因瓦效应。