高中化學 記憶合金課件 新人教版選修2.ppt

化學與材料 形狀記憶合金 形狀記憶合金的發(fā)現(xiàn) 20世紀60年代初 美國馬里蘭州海軍軍械研究所的科學家比勒 用鎳鈦合金絲做試驗 這些合金絲彎彎曲曲 為了使用方便 他把這些合金絲弄直了 但是 當他無意中把合金絲靠近火的時候 奇跡發(fā)生了 已經(jīng)弄直的合金絲居然完全恢復(fù)了它們原來彎彎曲曲的形狀 形狀記憶合金的特點 形狀記憶合金材料是一種新型的功能材料 其特點是在一定的外力作用下可以改變其形態(tài) 形狀和體積 但當溫度升高到某一定值時 它又可完全恢復(fù)原來的形態(tài) 通過形狀記憶合金模仿肌肉的收縮來實現(xiàn)人工肌肉的功能 用背部的金屬纖維振動翅膀 形狀記憶合金的用途 一 在航空上的應(yīng)用 月球上的 奇葩 在室溫下用形狀記憶合金制成拋物面天線 然后把它揉成直徑5厘米以下的小團 放入阿波羅11號的艙內(nèi) 在月面上經(jīng)太陽光的照射加熱使它恢復(fù)到原來的拋物面形狀 這樣就能用空間有限的火箭艙運送體積龐大的天線了 形狀記憶合金的用途 二 在醫(yī)學上的應(yīng)用合金作為驅(qū)動元件 具有可動的肩 肘 腕及手指的微型機械手 手指和手腕靠tini合金螺旋彈簧的伸縮實現(xiàn)開閉和彎曲動作 肘和肩是靠直線狀的tini合金絲的伸縮做彎曲動作 各個形狀記憶合金驅(qū)動元件都由直接通上的脈寬可調(diào)電流加以控制 形狀記憶合金的用途歸納 1 汽車 后霧燈罩 手動變速箱的防噪音裝置 燃料蒸發(fā)氣體排出控制閥 2 電子設(shè)備 電子爐灶換氣門的開閉器 空調(diào)風向自動調(diào)節(jié)器 咖啡牛奶沸騰感知器 電飯鍋壓力調(diào)節(jié)器 電磁調(diào)理器過熱感知器 溫泉浴池調(diào)理器等 3 安全器具 過熱報警器 火災(zāi)報警器 煙灰缸滅火栓等 4 醫(yī)療方面 人工牙根 牙齒矯正絲 導(dǎo)線等 5 生活用品 自動干燥庫門開閉器 衛(wèi)生間洗滌器水管轉(zhuǎn)換開關(guān) 空調(diào)進出口風向調(diào)節(jié)器 浴池保溫器 玩具 路標方向指示轉(zhuǎn)換器 家庭換氣門開閉器 防火擋板 凈水器熱水防止閥 恒溫箱混合水栓溫度調(diào)節(jié)閥 眼鏡固定件 眼鏡框架 胸罩絲 釣魚線 便攜電話天線 裝飾品等 形狀記憶合金的分類 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)某些合金加熱時恢復(fù)高溫相形狀 冷卻時又能恢復(fù)低溫相形狀 稱為雙程記憶效應(yīng) 3 全程記憶效應(yīng)加熱時恢復(fù)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(yīng) 形狀記憶合金的原料 真正實際中使用的形狀記憶合金主要是tini合金和cualbe合金 以及在這兩種合金中添加微量元素所組成的合金 因而形狀記憶合金的主要材料是鎳 鈦 銅 鈹青銅等 其產(chǎn)地分別是我國西部地區(qū)的金昌 遵義 白銀 石嘴山等 合金具有 記憶 的原因 據(jù)科學家推測 金屬的結(jié)晶狀態(tài) 在被加熱時和冷卻時是不同的 雖然外表沒有變化 然而在一定溫度下 金屬原子的排列方式會發(fā)生突變 這稱為相變 能引起記憶合金形狀改變的條件是溫度 分析表明 這類合金存在著一對可逆轉(zhuǎn)變的晶體結(jié)構(gòu) 如含有ti和ni各為50 的記憶合金 有兩種晶體結(jié)構(gòu) 一種是菱形的 另一種是立方體的 這兩種晶體結(jié)構(gòu)相互轉(zhuǎn)變的溫度是一定的 高于這一溫度 它會由菱形結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎襟w結(jié)構(gòu) 低于這一溫度 又由立方體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱庑谓Y(jié)構(gòu) 晶體結(jié)構(gòu)類型改變了 它的形狀也就隨之改變 形狀記憶效應(yīng)與形狀記憶合金 一般金屬材料受到外力作用后 首先發(fā)生彈性變形 達到屈服點 就產(chǎn)生塑性變形 應(yīng)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)過合適的熱過程 能夠回復(fù)到變形前的形狀 這種現(xiàn)象叫做形狀記憶效應(yīng) sme 具有形狀記憶效應(yīng)的金屬一般是兩種以上金屬元素組成的合金 稱為形狀記憶合金 sma 鐵素體 奧氏體 馬氏體 組成鐵碳合金的鐵具有兩種晶格結(jié)構(gòu) 910 以下為具有體心立方晶格結(jié)構(gòu)的 鐵 910 以上為具有面心立方晶格結(jié)構(gòu)的 鐵 如果碳原子擠到鐵的晶格中去 而又不破壞鐵所具有的晶格結(jié)構(gòu) 這樣的物質(zhì)稱為固溶體 碳溶解到 鐵中形成的固溶體稱鐵素體 而碳溶解到 鐵中形成的固溶體則稱奧氏體 奧氏體是鐵碳合金的高溫相 鋼在高溫時所形成的奧氏體 過冷到727 以下時變成不穩(wěn)定的過冷奧氏體 如以極大的冷卻