形狀記憶合金課件

無機非金屬材料.記憶合金目錄一：記憶合金的介紹二：記憶合金的開展三：記憶合金的分類四：記憶合金的原理五：記憶合金的應用.形狀記憶合金記憶合金即擁有“記憶〞效應的合金，在航空航天領域內(nèi)的應用有很多成功的范例。人造衛(wèi)星上龐大的天線可以用記憶合金制作。發(fā)射人造衛(wèi)星之前，將拋物面天線折疊起來裝進衛(wèi)星體內(nèi)，火箭升空把人造衛(wèi)星送到預定軌道后，只需加溫，折疊的衛(wèi)星天線因具有“記憶〞功能而自然展開，恢復拋物面形狀。.NiTi形狀記憶合金折疊發(fā)射自動張開的宇航天線原理圖.記憶合金的開展形狀記憶效應最早發(fā)現(xiàn)于30年代，1932年,瑞典人奧蘭德在金鎘合金中首次觀察到“記憶〞效應，即合金的形狀被改變之后，一旦加熱到一定的躍變溫度時，它又可以魔術般地變回到原來的形狀。20世紀30年代，美國哈佛大學A.B.Greninger等發(fā)現(xiàn)CuZn合金在加熱與冷卻的過程中，馬氏體會隨之收縮與長大；1948年，前蘇聯(lián)學者庫爾久莫夫預測到某些具有馬氏體相變的合金會出現(xiàn)熱彈性馬氏體相變；1951年，張祿經(jīng)、Read發(fā)現(xiàn)Au-47.5%Cd具有形狀記憶效應；.1963年，美國海軍武器試驗室〔AmericalnavyOrdinanceLaboratory〕的Buehler博士等發(fā)現(xiàn)Ni-Ti合金具有形狀記憶效應，并開發(fā)了Nitinol〔Ni-Ti-Navy-Ordinance-Laboratory〕形狀記憶合金；

70年代，CuAlNi也被發(fā)現(xiàn)具有形狀記憶功能；

1975年左右，F(xiàn)eMnSi及有些不銹鋼也有形狀記憶功能，并在工業(yè)中得到應用；.形狀記憶合金的分類單程記憶效應形狀記憶合金在較低的溫度下變形，加熱后可恢復變形前的形狀，這種只在加熱過程中存在的形狀記憶現(xiàn)象稱為單程記憶效應。雙程記憶效應某些合金加熱時恢復高溫相形狀，冷卻時又能恢復低溫相形狀，稱為雙程記憶效應。.全程記憶效應

加熱時恢復高溫相形狀，冷卻時變?yōu)樾螤钕嗤∠蛳喾吹牡蜏叵嘈螤?，稱為全程記憶效應

冷卻.形狀記憶的原理一般金屬材料受到外力作用后，首先發(fā)生彈性變形，到達屈服點，就產(chǎn)生塑性變形，壓力消除后留下永久變形。但有些材料，在發(fā)生了塑性變形后，經(jīng)過適宜的熱過程，能夠回復到變形前的形狀，這種現(xiàn)象叫做形狀記憶效應〔SME〕。具有形狀記憶效應的金屬一般是由兩種以上金屬元素組成的合金，稱為形狀記憶合金〔SMA〕。普通金屬材料形狀記憶合金.馬氏體相變而呈現(xiàn)形狀記憶效應的。馬氏體相變具有可逆性，將馬氏體向高溫相〔奧氏體〕的轉變稱為逆轉變。形狀記憶效應是熱彈性馬氏體相變產(chǎn)生的低溫相在加熱時向高溫相進行可逆轉變的結果。.記憶合金應用連接件和緊固件形狀記憶合金管接頭用相變點約-150℃的TiNiFe合金制備。合金內(nèi)徑加工成比被接管徑約小4-5％，把管接頭浸泡在液態(tài)空氣中，在低溫狀態(tài)下使內(nèi)徑擴大約7-8%，擴徑后管接頭用保溫材料保持低溫，被接管從管接頭兩側插入，去掉保溫材料，管接頭溫度上升到室溫，內(nèi)徑恢復到擴徑前狀態(tài)，牢牢箍緊被接管。形狀記憶管接頭.形狀記憶合金管接頭具有高度的可靠性，不需熔焊的高溫高熱，不會損害周圍材料，在低溫下易拆卸，便于檢修檢查。這種管接頭在F-14戰(zhàn)斗機上使用了10萬個以上，從未出現(xiàn)過漏油等事故。這類管接頭在核潛艇的管路連接上也可大量應用。150mm大口徑管接頭在海底輸油管道及其修補工程上得到應用。F14戰(zhàn)斗機戰(zhàn)略核潛艇.密閉中空結構件中很難進行緊固操作，形狀記憶緊固鉚釘依靠形狀恢復可進行這種操作。Af點低于室溫的合金用來制造緊固鉚釘，尾部形狀記憶處理成開口形狀；進行緊固操作前，把緊固鉚釘浸泡在干冰或液態(tài)空氣中進行充分冷卻，然后把尾部拉直；插入被緊固孔；溫度上升后產(chǎn)生形狀恢復，鉚釘尾部叉開把物體固緊。(a)開口(b)拉直(c)插入(d)加熱形狀記憶緊固螺釘.智能機器人形狀記憶合金可制成驅(qū)動器、控制器等應用在智能機器人中。形狀記憶驅(qū)動器通過適當加熱和控制，可完成往返或旋轉運動，兼之具有感溫功能。形狀記憶控制機構同傳統(tǒng)伺服控制機構相比，一個形狀記憶元件就可起到傳統(tǒng)機構中傳感、驅(qū)動和傳遞三系統(tǒng)功能的作用。智能控制器.醫(yī)學應用1.人工心臟用人造肌肉：可以用形狀記憶合金制造人工心臟用人造肌肉，用以充當人造心臟的驅(qū)動源。2.血栓過濾器：美國用TiNi合金絲試制了用來阻止游動于靜脈中的凝血塊的過濾器。3.冠狀動脈內(nèi)支架、食管、胃腸支架4.牙齒矯形絲、Ω形脊柱人造關節(jié)、脊柱側彎矯形用哈倫頓棒等.日常生活空調(diào)排氣口上裝有百葉板，風向在制冷時向上、取暖時向下。利用形狀記憶元件傳感和驅(qū)動特性制造上下自動轉換的百葉板。安裝在排氣口的形狀記