Aanpassing: vrijwel alle vaste stoffen en vloeistoffen zetten uit door de temperatuur te verhogen en krimpen door de temperatuur te verlagen, ook wel thermische uitzetting genoemd. Het fenomeen thermische uitzetting treedt op omdat de atomen van een materiaal krachtiger worden bij hogere temperaturen. De atomen worden krachtiger naarmate ze zich meer van elkaar scheiden en zo de ruimte tussen elk atoom vergroten, en hoe minder hun collectieve dichtheid, waardoor de omvang van het materiaal groter wordt. In één oogopslag gehoorzamen alle andere materialen min of meer de thermische veranderingen. Maar een of twee uitzonderingen zijn het metaal in poedervorm, bekend als Invar.
Invar-legering, ook wel de legering met lage expansie of Yin-staal genoemd, is een legering die bestaat uit ijzer (Fe) en nikkel (Ni) en staat ook bekend als een magnetische metaallegering. Het heeft een samenstelling van respectievelijk 36% en 64% met Ni en Fe, bij een temperatuur van 1150 graden s in een vlak-gecentreerde kubusvormige structuur. De invar-legering is structureel erg belangrijk, wat de grootste eigenschappen zijn, waaronder een extreem lage thermische uitzettingscoëfficiënt, lage thermische uitzetting, hoge taaiheid, hoge oppervlaktereductie, ductiliteit en redelijke plasticiteit.
Wanneer ze thermisch worden gemengd, behouden ijzer en nikkel afzonderlijk een positieve thermische uitzetting, maar wanneer ze in specifieke interne verhoudingen worden gecombineerd, vormen ze een materiaal dat, over een groot temperatuur- en drukbereik, bijna -nul thermische uitzetting vertoont. Dit is het zogenaamde-Invar-effect. Invar-legeringen zijn het nuttigst in toepassingen die extreme precisie vereisen, bijvoorbeeld bij de productie van klokken en telescopen. Deze toepassingen zijn een direct gevolg van het Invar-effect. In 1896 ontdekte de Zwitserse natuurkundige en metallurg Charles Edouard Guillaume de uitzetting van de CTE van een Fe-Ni-legering en concludeerde dat deze een minimum bereikte toen de Ni-massafractie ongeveer 36% bedroeg. Vervolgens ontving hij in 1920 de Nobelprijs voor de Natuurkunde voor het ontdekken van de Invar-legering en het ontwikkelen van precisiemetingen daaruit, waarmee hij de eerste metallurg werd die de Nobelprijs in de geschiedenis ontving.
Invar-legeringen worden in een groot aantal industrieën toegepast omdat ze, in tegenstelling tot de meeste materialen, een extreme thermische uitzetting kennen. Dit is het resultaat van hun extreem lage CTE. Dit gedrag kan als volgt worden verklaard: naarmate de temperatuur van de legering in de magnetische vloeistof stijgt, verdwijnt het magnetisme dat voorheen aanwezig was geleidelijk. Er heerst dus een evenwicht tussen krimp en expansie.
Momenteel worden traditionele Invar-legeringen vervaardigd in de vorm van gieten, walsen, machinaal bewerken en etsen. Bovendien brengt de productie van Invar-legeringen, die in gespecialiseerde toepassingen worden gebruikt, ook een reeks hoge technische uitdagingen met zich mee. Invar-legeringen zijn niet alleen moeilijk te maken, maar ook moeilijk te verwerken. Invar-legeringen kunnen bijvoorbeeld geen enkele vorm van warmtebehandeling ondergaan. De lage hardheid, grote taaiheid en plasticiteit vergroten allemaal de snijmoeilijkheden aanzienlijk. Vooral het snijproces vergt veel mechanische energie en genereert naast overmatige slijtage van het gereedschap een onhoudbare hoeveelheid warmte. Om te voldoen aan de standaard voor het bewerken van werkstukken met hoge-precisie, zijn buitengewoon veel proceseisen en hoogwaardige-gereedschappen vereist.
Uit gegevens blijkt dat Invar-legeringen worden gebruikt bij de productie van een reeks instrumentatie-, elektronica- en communicatieproducten zoals optische apparaten, microscopen, beeldbuizen, lengteschalen, resonantieholtes, golfgeleiders, standaardfrequentiegeneratoren, gyroscopen, klokken, condensatoren, kabelkernen, elektronenbuizen, thermokoppels en metalen maskers. Het gebruik ervan strekt zich uit tot de lucht- en ruimtevaartsector, waar ze worden gebruikt in satellieten, ruimtesensoren op afstand en astronomische telescopen. Naast de bovengenoemde gebieden van instrumentatie, elektronica en communicatie zijn er Invar-legeringen in uiterst nauwkeurige matrijzen, LNG-scheepsopslagtanks, LNG-transportpijpleidingen en vloeibare waterstof/vloeibare zuurstofco.
