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2016年8月27日 (土)

いろんな材料の線膨張率

理科年表(H16)

膨張率

α / K

[*10^(-6)]

ニッケル鋼(64Fe,36Ni)

0.13

溶融石英

0.4-0.55

(-200℃)

0.8

炭素(ダイヤモンド)

1

磁器

2-6

ガラス(パイレックス)

2.8

レンガ

3-10

大理石

3-15

木材(繊維に平行)

3-6

炭素(石墨)

3.1

花崗岩

4-10

コンクリート、セメント

7-14

ガラス(平均)

8-10

ガラス(フリント)

8-9

ニッケル鋼(50Fe,50Ni)

9.4

10.3

炭素鋼

10.7

11.8

11.8

14.2

ステンレス鋼(18Cr, 8Ni)

14.7

黄銅(真鍮)[67Cu,33Zn]

17.5

ジュラルミン(アルミ合金)

21.6

アルミニウム

23.1

木材(繊維に垂直)

35-60

岩塩(40℃)

40

(0℃)

52.7

ゴム(弾性)

77

このところ、写真計測用イメージスキャナ PhotoDigitizerの商品化をきっかけにして、スキャン画像を使って寸法計測する用途について、定量的な評価を続けています。
ここで問題となってくる要因が、材料の温度による伸縮です。
丸善の理科年表(平成16年度版と古いですが)記載の主な材料の値を小さい順に並べてみました。
数字の見方は、例えば、鉄の 11.8*10^(−6) とは、
1メートル(1000mm)の定規にて、
温度が1℃変化すると、
11.8μm 伸びる。
という意味です。
冬、室温10℃の時にスキャンした鉄の定規と、
室温20℃になった時にスキャンした鉄の定規の比較では、
10倍されますので、
1メートル(1000mm)の定規にて、
温度が10℃変化すると、
118μm 伸びる。
つまり、0.118mm伸びることになります。
髪の毛の直径は70μmといわれますので、朝スキャンした画像と20℃になってからスキャンした画像の間で、定規の上に髪の毛が落ちていれば、明らかにズレたことが解る画像となる、ということですね。
・・・
今回、表を調べていて、
ニッケル鋼(64Fe,36Ni)
があまりにも小さい値であることに驚きました。
0.13*10^(−6)
つまり、10℃変化しても、1メートルあたり、1.3μmしか伸びないことになります。
天体望遠鏡の筐体を低線膨張材料で作る話は聞いたことがありますが、この合金がどのようにして開発されたのか、また何故、鉄とニッケルをこの配合比率で合金を作るとこれ程低い線膨張係数の合金となるのか、その理論的な解釈は完了しているのでしょうかね。興味有るところです。

追記)

<インバー材開発の歴史>

シャルル・エドゥアール・ギヨーム

http://bit.ly/2bNFBuC


1897年[2]室温付近の温度変化に対して体積膨張の小さい合金インバー、1899年[3]時計のギョームテンプ、1913年[4][5]弾性係数変化の少ないエリンバー(Elinvar )を発明した。1920年に「インバー合金の発見とそれによる精密測定の開発」によりノーベル物理学賞を受賞した。

<現存材料>

日立金属MMCスーパーアロイ株式会社

低膨張材一覧表

http://www.hitachi-metals-sa.co.jp/products/controlledexpansion.html

MA-S-INVER

Fe-32Ni-5Co : 0~1.5 x 10^(-6)/K

○鋳造材料

日本鋳造(株)

http://www.nipponchuzo.co.jp/pdf/news/LEX20150805.pdf

Invariablemetal

Fe-Ni 合金の熱膨張係数(縦軸α、横軸Ni含有率)

出典:PSHISICS & APPLICATIONS OF PROPERTIES OF INVAR ALLOYS, P4(丸善)

○研究開発母体 東北大学 増本量(ますもとはかる)

http://www.imr.tohoku.ac.jp/ge/public_data/archive/exhibitions01_01.pdf

<連携facebook 記事>

https://www.facebook.com/iMeasureInc/posts/1148923815179350

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