智能材料形狀記憶合金 -

形狀記憶合金機(jī)械與材料工程學(xué)院A1141形狀記憶材料二、形狀記憶合金形狀記憶合金（shapememoryalloys簡(jiǎn)稱SMA）是通過(guò)熱彈性與馬氏體相變及其反轉(zhuǎn)而具有形狀記憶效應(yīng)（shapememoryeffect簡(jiǎn)稱SME）的由兩種以上金屬元素所構(gòu)成的材料。形狀記憶合金是目前形狀記憶材料中形狀記憶性能最好的材料。（一）形狀記憶合金的基本原理1、馬氏體相變馬氏體相變是一種無(wú)擴(kuò)散相變或稱位移型相變。位移型相變中只有在原子位移以切變方式進(jìn)行，兩相間以宏觀彈性形變維持界面的連續(xù)和共格，其畸變能足以改變相變動(dòng)力學(xué)和相變產(chǎn)物形貌的才是馬氏體相變。形狀記憶合金（一）形狀記憶合金的基本原理1、馬氏體相變馬氏體相變首先在鋼中發(fā)現(xiàn)，以后在鈦、鋰、鈉等金屬，多元合金、氧化物和鉻酸鹽的晶體中也發(fā)現(xiàn)了。馬氏體相變分為

非熱彈性馬氏體相變和

熱彈性馬氏體相變兩類。非熱彈性馬氏體相變的增長(zhǎng)是靠新馬氏體的生成，生長(zhǎng)速度很快。熱彈性馬氏體相變的增長(zhǎng)是靠舊馬氏體的長(zhǎng)大，溫度下降，馬氏體增大，反之，馬氏體縮小，長(zhǎng)大速度較慢。

形狀記憶合金形狀記憶合金可以分為三種：（1）單程記憶效應(yīng)形狀記憶合金在較低的溫度下變形，加熱后可恢復(fù)變形前的形狀，這種只在加熱過(guò)程中存在的形狀記憶現(xiàn)象稱為單程記憶效應(yīng)。（2）雙程記憶效應(yīng)某些合金加熱時(shí)恢復(fù)高溫相形狀，冷卻時(shí)又能恢復(fù)低溫相形狀，稱為雙程記憶效應(yīng)。（３）全程記憶效應(yīng)加熱時(shí)恢復(fù)高溫相形狀，冷卻時(shí)變?yōu)樾螤钕嗤∠蛳喾吹牡蜏叵嘈螤睿Q為全程記憶效應(yīng)。形狀記憶合金二、形狀記憶合金（一）形狀記憶合金的基本原理3、形狀記憶合金的分類形狀記憶合金的形狀記憶效應(yīng)可按形狀恢復(fù)情況分為三類。第一類為單程記憶效應(yīng)（不可逆記憶效應(yīng)），母相L冷卻為馬氏體后，受力變形為L(zhǎng)+ε，加熱后恢復(fù)母相L相形狀，冷卻和再冷卻后保持形狀L不變。形狀記憶合金3、形狀記憶合金的分類第二類為雙程記憶效應(yīng)，母相形狀L冷卻為馬氏體后，受力變形為L(zhǎng)+ε，加熱后恢復(fù)母相形狀L，冷卻后又變成形狀L+ε，反復(fù)加熱和冷卻，可以可逆地發(fā)生從L變?yōu)長(zhǎng)+ε或相反的變化。故又稱為可逆形狀記憶效應(yīng)。形狀記憶合金第三類為全程記憶效應(yīng)，某些合金在出現(xiàn)雙程記憶效應(yīng)的同時(shí)，再進(jìn)一步冷卻，形狀L+ε可變?yōu)榕c母相L形狀完全相反的形狀L0。形狀記憶合金二、形狀記憶合金（一）形狀記憶合金的基本原理4、擬彈性形狀記憶合金除了形狀記憶效應(yīng)外，還具有擬彈性（pseudoelasticity簡(jiǎn)寫(xiě)為PE），所謂擬彈性就是當(dāng)形狀記憶合金受到外力時(shí)發(fā)生變形，去除外力后就恢復(fù)原狀。和普通金屬材料的彈性變形不同，普通彈性應(yīng)變一般小于0.5%，而擬彈性應(yīng)變可達(dá)5%～20%。這是因?yàn)樾螤钣洃浐辖鹪诎l(fā)生擬彈性形變時(shí)，誘發(fā)了馬氏體相變，去除外力后，又發(fā)生馬氏體逆相變。從本質(zhì)上看，形狀記憶效應(yīng)和擬彈性是一致的。形狀記憶合金二、形狀記憶合金（二）形狀記憶合金的種類和發(fā)展形狀記憶合金的種類很多，目前已有十多個(gè)系列，每個(gè)系列的成分配比可以在較寬的范圍內(nèi)變化，形成更多的具體品種。目前，已開(kāi)發(fā)成功的形狀記憶合金有：

Ti-Ni基形狀記憶合金Cu基形狀記憶合金Fe基形狀記憶合金形狀記憶合金的應(yīng)用形狀記憶合金可作成單向形狀恢復(fù)元件和雙向形狀恢復(fù)動(dòng)作元件和擬彈性元件，具有廣泛的應(yīng)用前景，部分已達(dá)到實(shí)用化的程度。（1）機(jī)械工業(yè)用于各種接頭、定位器、壓板、固定器、柱塞、密封器、記憶鉚釘、特殊彈簧和機(jī)器人手等。形狀記憶合金度薄膜可望制成微彈簧和微機(jī)械手。用記憶合金制成銷釘，裝入孔內(nèi)加熱，其尾端自動(dòng)分開(kāi)卷曲，形成單面裝配件。形狀記憶合金的應(yīng)用（2）自控和儀表工業(yè)用于溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)器和報(bào)警器的控制元件、記錄筆的驅(qū)動(dòng)裝置、電路連接器、各種熱敏元件和接線柱等。（3）汽車工業(yè)用于發(fā)動(dòng)機(jī)防熱風(fēng)扇離合器、排氣自動(dòng)調(diào)節(jié)噴管、柴油機(jī)散熱器孔自動(dòng)開(kāi)關(guān)和噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)油過(guò)濾器的形狀記憶彈簧等。形狀記憶合金的應(yīng)用（4）兵器工業(yè)用于導(dǎo)彈和制導(dǎo)炮彈機(jī)電操作伺服控制尾翼、可變形狀殺傷槍彈、穿甲彈彈頭、桿式穿甲彈分離彈托用變形機(jī)構(gòu)和炮彈引信遠(yuǎn)距離解除保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)等。

（5）航空航天工業(yè)

用于宇宙飛船天線、飛機(jī)液壓系統(tǒng)連接件和緊固件、導(dǎo)彈的分立導(dǎo)線連接器和機(jī)電執(zhí)行元件等。宇航員登月后，在月球上放置了一個(gè)半球形的直徑數(shù)米大的天線，用以向地球發(fā)送和接受信息。數(shù)米大的天線裝在小小的登月艙里送上了太空。天線就是用當(dāng)時(shí)剛剛發(fā)明不久的記憶合金制成的。用極薄的記憶合金材料先在正常情況下按預(yù)定要求做好，然后降低溫度把它壓成一團(tuán)，裝進(jìn)登月艙帶上天去。放到月面上以后，在陽(yáng)光照射下溫度升高，當(dāng)達(dá)到轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，天線又“記”起了自己的本來(lái)面貌，變成一個(gè)巨大的半球形。形狀記憶合金的應(yīng)用（6）醫(yī)療器械用于矯正牙齒拱形金屬絲、血凝塊過(guò)濾器、脊椎矯正棒、人工股關(guān)節(jié)、接骨板、人工腎微型泵、人工心臟收縮活門，手術(shù)固定器等。記憶合金肋骨骨折接骨板形狀記憶合金的應(yīng)用（7）智能材料

形狀記憶合金兼有感知和驅(qū)動(dòng)雙重功能，在智能材料中應(yīng)用最有前景。利用它可感知材料中的內(nèi)應(yīng)力分布、裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展，并自動(dòng)改變結(jié)構(gòu)外形，主動(dòng)控制結(jié)構(gòu)振動(dòng)，抑制裂紋擴(kuò)展，降