智能材料形狀記憶合金 -

形狀記憶合金機械與材料工程學院A1141形狀記憶材料二、形狀記憶合金形狀記憶合金（shapememoryalloys簡稱SMA）是通過熱彈性與馬氏體相變及其反轉而具有形狀記憶效應（shapememoryeffect簡稱SME）的由兩種以上金屬元素所構成的材料。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擴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力學和相變產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，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是靠新馬氏體的生成，生長速度很快。熱彈性馬氏體相變的增長是靠舊馬氏體的長大，溫度下降，馬氏體增大，反之，馬氏體縮小，長大速度較慢。

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象稱為單程記憶效應。（2）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。（３）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。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可按形狀恢復情況分為三類。第一類為單程記憶效應（不可逆記憶效應），母相L冷卻為馬氏體后，受力變形為L+ε，加熱后恢復母相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，母相形狀L冷卻為馬氏體后，受力變形為L+ε，加熱后恢復母相形狀L，冷卻后又變成形狀L+ε，反復加熱和冷卻，可以可逆地發(fā)生從L變?yōu)長+ε或相反的變化。故又稱為可逆形狀記憶效應。形狀記憶合金第三類為全程記憶效應，某些合金在出現雙程記憶效應的同時，再進一步冷卻，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外，還具有擬彈性（pseudoelasticity簡寫為PE），所謂擬彈性就是當形狀記憶合金受到外力時發(fā)生變形，去除外力后就恢復原狀。和普通金屬材料的彈性變形不同，普通彈性應變一般小于0.5%，而擬彈性應變可達5%～20%。這是因為形狀記憶合金在發(fā)生擬彈性形變時，誘發(fā)了馬氏體相變，去除外力后，又發(fā)生馬氏體逆相變。從本質上看，形狀記憶效應和擬彈性是一致的。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，目前已有十多個系列，每個系列的成分配比可以在較寬的范圍內變化，形成更多的具體品種。目前，已開發(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用形狀記憶合金可作成單向形狀恢復元件和雙向形狀恢復動作元件和擬彈性元件，具有廣泛的應用前景，部分已達到實用化的程度。（1）機械工業(yè)用于各種接頭、定位器、壓板、固定器、柱塞、密封器、記憶鉚釘、特殊彈簧和機器人手等。形狀記憶合金度薄膜可望制成微彈簧和微機械手。用記憶合金制成銷釘，裝入孔內加熱，其尾端自動分開卷曲，形成單面裝配件。形狀記憶合金的應用（2）自控和儀表工業(yè)用于溫度自動調節(jié)器和報警器的控制元件、記錄筆的驅動裝置、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)動機防熱風扇離合器、排氣自動調節(jié)噴管、柴油機散熱器孔自動開關和噴氣發(fā)動機油過濾器的形狀記憶彈簧等。形狀記憶合金的應用（4）兵器工業(yè)用于導彈和制導炮彈機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構和炮彈引信遠距離解除保險機構等。

（5）航空航天工業(yè)

用于宇宙飛船天線、飛機液壓系統(tǒng)連接件和緊固件、導彈的分立導線連接器和機電執(zhí)行元件等。宇航員登月后，在月球上放置了一個半球形的直徑數米大的天線，用以向地球發(fā)送和接受信息。數米大的天線裝在小小的登月艙里送上了太空。天線就是用當時剛剛發(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定要求做好，然后降低溫度把它壓成一團，裝進登月艙帶上天去。放到月面上以后，在陽光照射下溫度升高，當達到轉變溫度時，天線又“記”起了自己的本來面貌，變成一個巨大的半球形。形狀記憶合金的應用（6）醫(yī)療器械用于矯正牙齒拱形金屬絲、血凝塊過濾器、脊椎矯正棒、人工股關節(jié)、接骨板、人工腎微型泵、人工心臟收縮活門，手術固定器等。記憶合金肋骨骨折接骨板形狀記憶合金的應用（7）智能材料

形狀記憶合金兼有感知和驅動雙重功能，在智能材料中應用最有前景。利用它可感知材料中的內應力分布、裂紋的產生和擴展，并自動改變結構外形，主動控制結構振動，抑制裂紋擴展，降