智能材料—形狀記憶合金

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1、高分子形狀記憶合金的發(fā)展及趨勢(shì)摘要：本論文主要討論形狀記憶合金相關(guān)內(nèi)容，論文簡單的介紹了形狀記憶合金的發(fā)現(xiàn)以及發(fā)展歷史和分類，主要內(nèi)容為英應(yīng)用，包括在航天航空領(lǐng)域，生物醫(yī)療，日常生活，機(jī)械電子產(chǎn)品等方面的應(yīng)用。記憶合金作為一?種使用價(jià)值比較廣泛額材料，我們有理由相信形狀記憶合金的發(fā)展前途是相當(dāng)廣泛的，也必將造福于人類。形狀記憶合金、形狀記憶合金效應(yīng)、應(yīng)用一、引言：形狀記憶合金(ShapeMemoryAlloy,SMA)是指具有一定初始形狀的合金在低溫下經(jīng)塑性形變并同定成另一種形狀后，通過加熱到某一臨界溫度以上乂可恢復(fù)成初始形狀的一類合金。形狀記憶合金具有的能夠記住其原始形狀的功

2、能稱為形狀記憶效應(yīng)(ShapeMemoryEffect,SME)。研究表明，很多合金材料都具有SME，但只有在形狀變化過程中產(chǎn)生較大冋復(fù)應(yīng)變和較大形狀冋復(fù)力的，才具有利用價(jià)值。到口前為止，應(yīng)用得最多的是Ni2Ti合金和銅基合金(CuZnAl和CuAlNi)o形狀記憶合金作為一種特殊的新型功能材料，是集感知與驅(qū)動(dòng)于一體的智能材料，因其功能獨(dú)特,可以制作小巧玲瓏、高度自動(dòng)化、性能可靠的元器件而備受囑冃，并獲得了廣泛應(yīng)用。二、形狀記憶合金的發(fā)展史1932年，瑞典人奧蘭德在金鎘合金中首次觀察到〃記憶〃效應(yīng)，即合金的形狀被改變Z后，一旦加熱到一定的躍變溫度時(shí)，它又可以魔術(shù)般地變回到原來的

3、形狀，人們把具有這種特殊功能的合金稱為形狀記憶合金。1938年。當(dāng)時(shí)美國的在Cu-Zn合金小發(fā)現(xiàn)了馬氏體的熱彈件轉(zhuǎn)變。隨后，前蘇聯(lián)對(duì)這種行為進(jìn)行了研究。1951年美國的Chang相Read在Au47?5Cd(%原子)合金中發(fā)現(xiàn)了行狀記憶效應(yīng)。這是最早觀察到金屬形狀記憶效應(yīng)的報(bào)道。數(shù)年后，Burkhart在In-Ti合金中觀察到同樣的現(xiàn)象。然而在當(dāng)時(shí)，這些現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)只被看作是個(gè)別材料的特殊現(xiàn)象而未能引起人們足夠的興趣和重視。直至1962年，美國海軍機(jī)械研究所t發(fā)現(xiàn)了Ni-Ti合金中的的形狀記憶效應(yīng)，才開創(chuàng)了“形狀記憶”的實(shí)用階斷。1969年，美國一家公司首次將Ni-Ti合金制成管

4、接頭應(yīng)用于美國F14戰(zhàn)斗機(jī)上；1970年，美國將Ti-Ni記憶合金絲制成宇宙飛船用天線。這些應(yīng)用大大激勵(lì)了國際上對(duì)形狀記憶合金的研究與開發(fā)。20世紀(jì)7年代，相繼開發(fā)出了Ni-Ti基、Cu-A12-Ni基和Cu-Zn-Al基形狀記憶合金;80年代開發(fā)出了Fe-Mn-Si基、不銹鋼基等鐵基形狀記憶合金，由于其成木低廉、加工簡便而引起材料工作者的極大興趣。從20世紀(jì)90年代至今，高溫形狀記憶合金、寬滯后記憶合金以及記憶合金薄膜等己成為研究熱點(diǎn)。從SMA的發(fā)現(xiàn)至今己有四十余年歷史，美國、H本等國家對(duì)SMA的研究和應(yīng)用開發(fā)已較為成熟，同時(shí)也較早地實(shí)現(xiàn)了SMA的產(chǎn)業(yè)化。我國從上世紀(jì)70年代

5、末才開始對(duì)SMA的研究工作，起步較晚，但起點(diǎn)較高。在材料冶金學(xué)方而，特別是實(shí)用形狀記憶合金的煉制水平已得到國際學(xué)術(shù)界的公認(rèn)，在應(yīng)用開發(fā)上也有一些獨(dú)到的成果。但是，由于研究條件的限制，在SMA的基礎(chǔ)理論和材料科學(xué)方面的研究我國與國際先進(jìn)水平尚有一定差距，尤其是在SMA產(chǎn)業(yè)化和工程應(yīng)用方面與國外差距較大。記憶合金主要分為以下幾種(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，這種貝在加熱過程中存在的形狀記憶現(xiàn)彖稱為單程記憶效應(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

6、溫相形狀，冷卻時(shí)變?yōu)樾螤钕嗤鴧蛳喾吹牡蜏睾托螤?，稱為全程記憶效應(yīng)。SMA的形狀記憶效應(yīng)源于熱彈性馬氏體相變，這種馬氏休一口形成，就會(huì)隨著溫度下降而繼續(xù)生長，如果溫度上升它乂會(huì)減少，以完全相反的過程消失。兩項(xiàng)￡1由能之差作為相變驅(qū)動(dòng)力。対項(xiàng)￡1由能相等的溫度T0稱為平衡溫度。只有當(dāng)溫度低于平衡溫度T0時(shí)才會(huì)產(chǎn)生馬氏體相變，反Z,只有當(dāng)溫度高丁?平衡溫度TO時(shí)才會(huì)發(fā)生逆相變。在SMA中，馬氏體相變不僅曲溫度引起，也可以出應(yīng)力引起，這種曲應(yīng)力引起的馬氏體相變叫做應(yīng)力誘發(fā)馬氏休相變，且相變溫度同應(yīng)力呈線性關(guān)系。至今為止發(fā)現(xiàn)的記憶合金體系A(chǔ)u-Cd、Ag-Cd>Cu~Zn、Cu-Zn

7、-Al、Cu-Zn-Sn、Cu-Zn-Si>Cu-Sn、Cu-Zn~Ga>In-Ti、Au-Cu-Zn>Fe-Pt、Ti-Ni、Ti-Ni-Pd、Ti-Nb、U-Nb和Fe-Mn-Si等。形狀記憶合金的歷史只有70多年，開發(fā)迄今不過20余年，但由于其在各領(lǐng)域的特效應(yīng)用，正廣為世人所囑H,被譽(yù)為〃神奇的功能材料〃，其實(shí)用價(jià)值和當(dāng)廣泛，其應(yīng)用范圍涉及機(jī)械、電子、化工、宇航、能源和醫(yī)療等許多領(lǐng)域。三、形狀記憶效應(yīng)的應(yīng)用3.1迄今為止，形狀記憶合金在空間技術(shù)、醫(yī)療器械、機(jī)械器具、電子設(shè)備、能源開發(fā)、