記憶合金在航空航天領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用

1、記憶合金在航空航天領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)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(jìn)衛(wèi) 星體內(nèi)，火箭升空把人造衛(wèi)星送到預(yù)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(fù)拋物面形狀。記憶合金在臨床醫(yī)療領(lǐng)域內(nèi)有著廣泛的應(yīng)用，例如人造骨骼、傷骨固 定加壓器、牙科正畸器、各類腔內(nèi)支架、栓塞器、心臟修補(bǔ)器、血栓過濾 器、介入導(dǎo)絲和手術(shù)縫合線等等，記憶合金在現(xiàn)代醫(yī)療中正扮演著不可替 代的角色。記憶合金同我們的日常生活也同樣休戚相關(guān)。僅以記憶合金制成的彈 簧為例，把這種彈簧放在熱水中，彈簧的長度立即伸長，再放到冷水中， 它會立即恢復(fù)原狀。

2、利用形狀記憶合金彈簧可以控制浴室水管的水溫，在 熱水溫度過高時通過記憶功能，調(diào)節(jié)或關(guān)閉供水管道，避免燙傷。也可 以制作成消防報警裝置及電器設(shè)備的保安裝置。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，記憶合金制 成的彈簧發(fā)生形變，啟動消防報警裝置，達(dá)到報警的目的。還可以把用記 憶合金制成的彈簧放在暖氣的閥門內(nèi)，用以保持暖房的溫度，當(dāng)溫度過低 或過高時，自動開啟或關(guān)閉暖氣的閥門。作為一類新興的功能材料，記憶合金的很多新用途正不斷被開發(fā)，例 如用記憶合金制作的眼鏡架，如果不小心被碰彎曲了，只要將其放在熱水 中加熱，就可以恢復(fù)原狀。不久的將來，汽車的外殼也可以用記憶合金制 作。如果不小心碰癟了，只要用電吹風(fēng)加加溫就可恢復(fù)原狀，既省

3、錢又省 力，很是方便。形狀記憶合金由于具有許多優(yōu)異的性能，因而廣泛應(yīng)用于航空航天、機(jī)械電子、生物醫(yī)療、橋梁建筑、汽車工業(yè)及日常生活等多個領(lǐng)域。航空航天工業(yè)中的應(yīng)用形狀記憶合金已應(yīng)用到航空和太空裝置。如用在軍用飛機(jī)的液壓系統(tǒng) 中的低溫配合連接件，歐洲和美國正在研制用于直升飛機(jī)的智能水平旋翼 中的形狀記憶合金材料。由于直升飛機(jī)高震動和高噪聲使用受到限制，其 噪聲和震動的來源主要是葉片渦流干擾，以及葉片型線的微小偏差。這就 需要一種平衡葉片螺距的裝置，使各葉片能精確地在同一平面旋轉(zhuǎn)。目前 已開發(fā)出一種葉片的軌跡控制器，它是用一個小的雙管形狀記憶合金驅(qū)動 器控制葉片邊緣軌跡上的小翼片的位置，使其震動降

4、到最低 6。還可用于制造探索宇宙奧秘的月球天線，人們利用形狀記憶合金在高 溫環(huán)境下制做好天線，再在低溫下把它壓縮成一個小鐵球，使它的體積縮小到原來的千分之一，這樣很容易運上月球，太陽的強(qiáng)烈的輻射使它恢復(fù) 原來的形狀，按照需求向地球發(fā)回寶貴的宇宙信息。另外，在衛(wèi)星中使用一種可打開容器的形狀記憶釋放裝置，該容器用 于保護(hù)靈敏的錯探測器免受裝配和發(fā)射期間的污染。機(jī)械電子產(chǎn)品中的應(yīng)用1970年美國用形狀記憶合金制作 F-14戰(zhàn)斗上的低溫配合連接器，隨 后有數(shù)以百萬以上的連件的應(yīng)用5。形狀記憶合金作為低溫配合連接在飛 機(jī)的液壓系統(tǒng)中及體積較小的石油、石化、電工業(yè)產(chǎn)品中應(yīng)用。另一種連 接件的形狀是焊接的網(wǎng)

5、狀金屬絲，用于制造導(dǎo)體的金屬絲編織層的安全接 頭。這種接件已經(jīng)用于密封裝置、電氣連接裝置、電子工程機(jī)械裝置，并 能在-65300C可靠地工作。已開出的密封系統(tǒng)裝置可在嚴(yán)酷的環(huán)境中用作 電氣件連接6。將形狀記憶合金制作成一個可打開和關(guān)閉快門的彈簧，用于保護(hù)霧燈 免于飛行碎片的擊壞。用于制造精密儀器或精密車床，一旦由于震動、碰 撞等原因變形，只需加熱即可排除故障。在機(jī)械制造過程中，各種沖壓和 機(jī)械操作常需將零件從一臺機(jī)器轉(zhuǎn)移到另一臺機(jī)器上，現(xiàn)在利用形狀記憶 合金開發(fā)了一種取代手動或液壓夾具，這種裝置叫驅(qū)動汽缸，它具有效率 高靈活，裝夾力大等特點。生物醫(yī)療上的應(yīng)用用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的TiNi形狀記憶合金，

6、除了利用其形狀記憶效應(yīng)或超 彈性外，還應(yīng)滿足化學(xué)和生物學(xué)等方面的要求，即良好的生物相容性。TiNi 可與生物體形成穩(wěn)定的鈍化膜。目前，在醫(yī)學(xué)上 TiNi合金主要應(yīng)用有：牙齒矯形絲用超彈性TiNi合金絲和不銹鋼絲做的牙齒矯正絲，其中用超彈性TiNi合金絲是最適宜的。通常牙齒矯形用不銹鋼絲CoCr合金絲，但這些材料有彈性模量高，彈性應(yīng)變小的缺點。為了給出適宜的 矯正力，在矯正前就要加工成弓形，而且結(jié)扎固定要求熟練。如果用 TiNi 合金作牙齒矯形絲，即使應(yīng)變高達(dá)10%也不會產(chǎn)生塑性變形，而且應(yīng)力誘發(fā) 馬氏體相變(stress-induced martensite)使彈性模量呈現(xiàn)非線型特性，即 應(yīng)變

7、增大時矯正力波動很少。這種材料不僅操作簡單，療效好，也可減輕 患者不適感。脊柱側(cè)彎矯形各種脊柱側(cè)彎癥(先天性、習(xí)慣性、神經(jīng)性、佝僂病性、特發(fā)性等)疾病，不僅身心受到嚴(yán)重?fù)p傷，而且內(nèi)臟也受到壓迫，所 以有必要進(jìn)行外科手術(shù)矯形。目前這種手術(shù)采用不銹鋼制哈倫敦棒矯形， 在手術(shù)中安放矯形棒時，要求固定后脊柱受到的矯正力保持在3040kg以下，一但受力過大，矯形棒就會破壞，結(jié)果不僅是脊柱，而且連神經(jīng)也有 受損傷的危險。同時存在矯形棒安放后矯正力會隨時間變化，大約矯正力 降到初始時的30%時，就需要再進(jìn)行手術(shù)調(diào)整矯正力，這樣給患者在精神和肉體上都造成極大痛苦。采用形狀記憶合金制作的哈倫頓棒，只需要進(jìn)行 一

8、次安放矯形棒固定。如果矯形棒的矯正力有變化，以通過體外加熱形狀 記憶合金，把溫度升高到比體溫約高 5C,就能恢復(fù)足夠的矯正力。另外，外科中用TiNi形狀記憶合金制做各種骨連接器、血管夾、凝 血濾器以及血管擴(kuò)張元件等。同時還廣泛應(yīng)用于口腔科、骨科、心血管科、 胸外科、肝膽科、泌尿科、婦科等，隨著形狀記憶的發(fā)展，醫(yī)學(xué)應(yīng)用將會 更加廣泛。日常生活應(yīng)用防燙傷閥在家庭生活中，已開發(fā)的形狀記憶閥可用來防止洗滌槽 中、浴盆和浴室的熱水意外燙傷；這些閥門也可用于旅館和其他適宜的地方。如果水龍頭流出的水溫達(dá)到可能燙傷人的溫度(大約48C)時，形狀記 憶合金驅(qū)動閥門關(guān)閉，直到水溫降到安全溫度，閥門才重新打開。眼鏡

9、框架在眼鏡框架的鼻梁和耳部裝配 TiNi合金可使人感到 舒適并抗磨損，由于TiNi合金所具有的柔韌性已使它們廣泛用于改變眼 鏡時尚界。用超彈性TiNi合金絲做眼鏡框架，即使鏡片熱膨脹，該形狀 記憶合金絲也能靠超彈性的恒定力夾牢鏡片。這些超彈性合金制造的眼鏡 框架的變形能力很大，而普通的眼鏡框則不能做到。移動電話天線和火災(zāi)檢查閥門 使用超彈性TiNi金屬絲做蜂窩狀 電話天線是形狀記憶合金的另一個應(yīng)用。過去使用不銹鋼天線，由于彎曲 常常出現(xiàn)損壞問題。使用TiNi形狀記憶合金絲移動電話天線，具有高抗破 壞性受到人們普遍歡迎。因此常用來制作蜂窩狀電話天線和火災(zāi)檢查閥門。 火災(zāi)中，當(dāng)局部地方升溫時閥門會

10、自動關(guān)閉，防止了危險氣體進(jìn)入。這種特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)點是，它具有檢查閥門的操作，然后又能復(fù)位到安全狀 態(tài)；這種火災(zāi)檢查閥門在半導(dǎo)體制造業(yè)中得到使用，在半導(dǎo)體制造的擴(kuò)散 過程中使用了有毒的氣體；這種火災(zāi)檢查閥也可在化學(xué)和石油工廠應(yīng)用。其他方面的應(yīng)用在工程和建筑領(lǐng)域用TiNi形狀記憶合金作為隔音材料及探測地震損 害控制的潛力已顯示出來。已試驗了橋梁和建筑物中的應(yīng)用，因此作為隔 音材料及探測損害控制的應(yīng)用已成為一個新的應(yīng)用領(lǐng)域。隨著薄膜形狀記憶合金材料的出現(xiàn)和開發(fā)利用，形狀記憶合金在智能 材料系統(tǒng)中受到高度重視，應(yīng)用前景更廣闊。工業(yè)應(yīng)用：利用單程形狀記憶效應(yīng)的單向形狀恢復(fù)。如管接頭、天線、套環(huán)等。外因

11、性雙向記憶恢復(fù)。即利用單程形狀記憶效應(yīng)并借助外力隨溫度升降做 反覆動作，如熱敏元件、機(jī)器人、接線柱等。內(nèi)因性雙向記憶恢復(fù)。即利用雙程記憶效應(yīng)隨溫度升降做反覆動作，如熱 機(jī)、熱敏元件等。但這類應(yīng)用記憶衰減快、可靠性差，不常用。超彈性的應(yīng)用。如彈簧、接線柱、眼鏡架等。醫(yī)學(xué)應(yīng)用：TiNi合金的生物相容性很好，利用其形狀記憶效應(yīng)和超彈性的醫(yī)學(xué)實例相當(dāng)多。 如血栓過濾器、脊柱矯形棒、牙齒矯形絲、腦動脈瘤夾、接骨板、髓內(nèi)針、人工 關(guān)節(jié)、避孕器、心臟修補(bǔ)元件、人造腎臟用微型泵等。21世紀(jì)將成為材料電子學(xué)的時代。形狀記憶合金的機(jī)器人的動作除溫度外不受 任何環(huán)境條件的影響，可望在反應(yīng)堆、加速器、太空實驗室等高技

12、術(shù)領(lǐng)域大顯身 手。利用記憶合金在特定溫度下的形變功能，可以制作多種溫控器件，可以制作溫控 電路、溫控閥門，溫控的管道連接。人們已經(jīng)利用記憶合金制作了自動的消防龍 頭-失火溫度升高，記憶合金變形，使閥門開啟，噴水救火。制作了機(jī)械零件的 連接、管道的連接，飛機(jī)的空中加油的接口處就是利用了記憶合金-兩機(jī)油管套 結(jié)后，利用電加熱改變溫度，接口處記憶合金變形，使接口緊密滴水（油）不漏。 制作了宇宙空間站的面積幾百平米的自展天線-先在地面上制成大面積的拋物 線形或平面天線，摺疊成一團(tuán)，用飛船帶到太空，溫度轉(zhuǎn)變，自展成原來的大面 積和形狀。記憶合金目前已發(fā)展到幾十種，在航空、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域有著

13、用 途，而且發(fā)展趨勢十分可觀，它將大展宏圖、造福於人類。根據(jù)熱聲效應(yīng)原理，人們已經(jīng)掌握了聲制冷/制熱技術(shù)英國一所大學(xué)的研究小組即將研發(fā)出一款首次采用熱聲技術(shù)轉(zhuǎn)化生物質(zhì)能 的集炊具、發(fā)電機(jī)和冰箱于一體的設(shè)備。這套設(shè)備的發(fā)明基于低成本、高效率、 低污染，將不僅幫助提高發(fā)展中國家居民的生活水平，緩解貧困人口的壓力，還 將降低大氣污染。該設(shè)備的發(fā)電和冷卻功能應(yīng)用了聲波產(chǎn)生的熱聲效應(yīng)，能將聲波轉(zhuǎn)化成熱 能，反之亦然。例如將木材轉(zhuǎn)化為能源：燃燒木材會產(chǎn)生熱量，然后將熱量導(dǎo)入 一條特殊管道，制造高或低的氣壓，以類似汽笛水壺的原理制造聲波，這些聲波 再由交流發(fā)電機(jī)（一種能吸收聲波的巨大麥克風(fēng)）轉(zhuǎn)化為電能。這項技術(shù)比使用 明火高效得多，而且也降低了污染。目前，全世界有20億居民還在使用傳統(tǒng)的 燒柴爐烹飪。人們發(fā)現(xiàn)，在地球的兩極，傅科擺的擺動平面24小時轉(zhuǎn)一圈，而在赤道上， 傅科擺沒有方向旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象；在兩極與赤道之間的區(qū)域，傅科擺方向的旋轉(zhuǎn)速度 介于兩者之間。地球每24小時自轉(zhuǎn)一周，由于赤道的周長約