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材料选择怎样改善测量
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温度一变，量东西的尺子也变了
一根金属尺放在温暖房间里，刻线之间的距离也会变长。即使被测物完全没变，换个温度读数仍可能不同。精密测量既需要可靠的长度基准，也得知道尺子和物体各自怎样随温度变化。殷钢的用处，就在于它在一段实用温区内膨胀特别小，少给测量添一项麻烦。
十九世纪九十年代，纪尧姆在国际长度计量工作中系统研究镍钢。他在一九二〇年讲稿开头谈到，一八八九年分发的铂铱米原器精密、稳定，却十分昂贵，普通测量也需要性能可掌握的材料。殷钢没有重新定义米；它提供了一种更容易维持尺寸的实物，适合量杆、测地用尺和仪器支架。研究者先确认了材料有反常性质，才逐步追问背后机制。这种实用价值在微观机制弄清以前就已经显现。
镍含量不同，膨胀曲线出现一个深谷
把两种金属混在一起，性质不一定落在纯金属数值之间。纪尧姆研究的镍钢就是鲜明例子。接近今天殷钢三十六牌号的成分，镍约占质量的百分之三十六，其余主要是铁，膨胀比简单混合估计小得多。少量其他元素和材料经历的热处理也会改变结果。
证据要按一组曲线来读：每种成分分别测长度与温度，在同一温区比较斜率，再把斜率按镍含量排开，就会看到低膨胀区域形成深谷。一次测得特别平，可能是温度没稳或仪器漂了；换过成分、反复测量后仍出现有规律的谷底，才值得把它归为材料异常。今天厂商也要注明牌号、处理状态和适用温区。表上常列一段温区的平均系数，各个温度点的瞬时膨胀还会有差别。室温附近很稳定的合金，升到更高温度后也可能明显膨胀。
要测很小的斜率，先让整根样品温度稳定
基本实验是把样品上的一段已知间距，在几个温度下反复比较。样品支承方式要固定，还得等整根材料接近均温。长度比较仪可以找准刻线，与参考尺比较；现代仪器也可由显微镜定位刻线，用激光干涉仪测移动台走过多远。温度计应反映样品温度，不能只看房间空气。若一端热、一端冷，单独报一个室温，不能交代整根量杆的状态。
线膨胀系数表示每升高一开尔文，长度相对增加多少，单位是每开尔文。温区足够窄、系数变化不大时，用初始长度、膨胀系数和温差相乘，就能估计伸长；下式的三个量依次记作 L 下标零、希腊字母阿尔法和温差。这是假定样品自由伸缩、受热均匀的近似。把两端夹死，一部分热膨胀就转成应力。升温、降温各测一遍，穿插参考读数并留足等待时间，才能分清可逆膨胀、热滞后和仪器漂移。
一米长，十摄氏度，差多少
用一个量级例子看差别：取两根一米长的杆，假定膨胀系数分别恒为每米每开尔文十二微米和一微米。温度升高十开尔文，前者伸长一百二十微米，后者伸长十微米。这里故意用取整系数说明数量级，不是给某根钢杆或殷钢杆开性能证明。十微米已经小得多，对高精度测量仍可能太大。
知道膨胀量后可以校正，但校正也有不确定度。样品温度没测准，换算到参考温度的长度就没法完全确定。用参考长度、膨胀系数绝对值和温度不确定度相乘，可估计温度测量带来的那一项，暂把膨胀系数和参考长度视为已知。刚才两根杆若都有零点一开尔文的温度不确定度，长度贡献约为一点二微米和零点一微米。测量温度离参考温度越远，膨胀系数本身没测准的影响也越大。低膨胀材料减少了温度误差的放大，温度计仍然不可少。
晶格受热想膨胀，磁性贡献与它竞争
一般固体受热后，原子振动加剧。原子间的力并不完全像理想弹簧，平均间距往往也随之增大。殷钢还有一项与磁性状态耦合的体积变化；在低膨胀温区，它可以与晶格振动的膨胀贡献大体抵消。原子仍在热运动，两种影响相互竞争，留下很小的净膨胀。
洛豪斯等人在二〇二三年进一步用 X 射线研究原子振动，并比较不同压力下的磁性，借热力学关系分离膨胀贡献。在他们考察的低压范围，两项贡献接近抵消；越出相应范围，抵消便消失。把磁性与原子振动的相互影响算进去，能更好解释测得的变化。这是后来的机制研究。成分、温度和压力都会改变两种贡献的竞争，也决定了殷钢在哪段范围里特别稳定。
来源：[5]
今天不怕温变，不等于明年长度不漂
长度对温度的斜率小，是一种稳定；放了半年，回到同一温度长度仍不变，是另一种稳定。轧制、切削和热处理会给材料留下不同的应力与结构历史。应力逐渐松弛时，参考长度可能缓慢漂移，哪怕一次短暂温度循环看起来膨胀很小。现代厂商的尺寸稳定处理也同时讨论消除应力和时效，不能只靠名义成分选材。
要分清两件事，处理后必须回到同一参考温度再比较。如果原来的刻线间距已经变了，仅靠可逆膨胀系数解释不了。重复标定并追踪时间变化，才能把长期漂移找出来。测地用长尺尤其直观：温度、拉力、支承和操作都可能改变刻线所代表的距离。换成殷钢能减轻热变化这一项，张力引起的弹性伸长和悬垂仍要另算。
游丝的弹性也会随温度变
钟表里不只有一把尺。摆钟的周期与摆长有关，低膨胀摆杆能减少一种温度影响。摆轮配游丝又不同：摆轮有多难加速、游丝拧转后回复力矩有多强，都会影响走时。即使尺寸几乎不变，温度仍会改变材料的弹性，游丝软硬一变，钟就会走快或走慢。
纪尧姆后来的恒弹性合金研究，针对的就是弹性随温度变化很小这一性质。殷钢和恒弹性合金回答了不同问题，不能当成所有尺寸、所有力学性质都不变的同义词。一九二〇年授奖表彰镍钢异常性质对精密测量的贡献。选材料时应先问清，仪器读数究竟依赖长度、刚度还是两者；适合做支架的材料，未必就是最合适的游丝材料。
材料稳定性与温度测量一起发挥作用
微小的伸长可以借光来读。激光干涉仪把两路光重新叠在一起，一路走过的距离改变，明暗条纹便随之移动。数条纹能读出普通尺子难以分辨的位移。把这种位移读数和样品温度同步记录，再交代参考长度与支承条件，就能研究材料怎样变长。
低膨胀材料减少温度改变带来的尺寸变化，稳定处理又帮助控制较慢的长度漂移。精密测量仍要知道参考长度、实际温度和机械支承条件。纪尧姆的镍钢研究把这些要求推进到材料选择本身：仪器的准确度既来自读数方法，也来自那根承载长度的材料。