形狀記憶合金的發(fā)展及研究(簡(jiǎn)述)講解

1、形狀記憶合金的發(fā)展及研究形狀記憶合金的發(fā)展及研究 左洋 2010012447 材料1003班 引言 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矚目,并獲得 了廣泛應(yīng)用。 下面就由我來(lái)向大家介紹一 下形狀記憶合金的發(fā)展情況。 形狀記憶合金形狀記憶合金(Shape Memory Alloy ,SMA) 是指具有一 定初始形狀的合 金在低溫下經(jīng)塑 性形變并固定成 另一種形狀后,通 過(guò)加熱到某一臨 界溫度以上又可 恢復(fù)成初始形狀 的一類(lèi)合金。 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

2、首次觀察到記憶效應(yīng) 1951年美國(guó)的Chang相Read在Au475Cd(原子)合金中發(fā)現(xiàn) 了行狀記憶效應(yīng)。 1962年美國(guó)海軍機(jī)械研究所r發(fā)現(xiàn)了Ni-Ti合金中的的形狀 記憶效應(yīng)開(kāi)創(chuàng)了“形狀記憶”的實(shí)用階斷。 1969年美國(guó)一家 公司首次將Ni-Ti合金制成管接頭應(yīng)用于 美國(guó)F14 戰(zhàn)斗機(jī)上 1970年美國(guó)將Ti-Ni記憶合金絲制成宇宙飛船用天線。 20世紀(jì)7 年代相繼開(kāi)發(fā)出了Ni-Ti 基、Cu-Al2-Ni 基和Cu- Zn-Al 基形狀記憶合金80 年代開(kāi)發(fā)出了Fe-Mn-Si 基、不 銹鋼基等鐵基形狀記憶合金 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

3、等已成為研究熱點(diǎn)。 形狀記憶合金的分類(lèi) 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(guò)程中存在 的形狀記憶現(xiàn)象稱(chēng)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(chēng)為雙程記憶效應(yīng)。 3 全程記憶效應(yīng) 加熱時(shí)恢復(fù)高溫相形狀冷卻時(shí)變?yōu)樾螤钕嗤?而取向相反的低溫相形狀稱(chēng)為全程記憶效應(yīng)。 形狀記憶效應(yīng)的應(yīng)用 (1) 自由回復(fù)。 SMA 在馬氏體相時(shí)產(chǎn)生塑性形變,溫度升高自 由回復(fù)到記憶的形狀。自由回復(fù)的典型例子是 人造衛(wèi)星的天線和血栓過(guò)濾器。美國(guó)航空航天 局(NASA) 將Ti2Ni 合金板或棒卷成竹筍狀或旋 渦狀發(fā)條,收縮

4、后安裝在衛(wèi)星內(nèi)。發(fā)射衛(wèi)星并 進(jìn)入軌道后,利用加熱器或太陽(yáng)能加熱天線,使 之向宇宙空間撐開(kāi)。血栓過(guò)濾器把Ni2Ti 合金 記憶成網(wǎng)狀,低溫下拉直,通過(guò)導(dǎo)管插入靜脈腔, 經(jīng)體溫加熱后,形狀變?yōu)榫W(wǎng)狀,可以阻止凝血塊 流動(dòng)。 強(qiáng)制回復(fù) 強(qiáng)制回復(fù)最成功的例子是SMA 管接頭。事 先把內(nèi)徑加工成比被接管外徑小4 % ,當(dāng)進(jìn)行 連接操作時(shí),首先把管接頭浸泡在液態(tài)空氣 中,在低溫保溫狀態(tài)下擴(kuò)徑后,把被接管從兩 端插入,升高溫度,內(nèi)徑回復(fù)到擴(kuò)徑前的狀態(tài), 把被接管牢牢箍緊。利用SMA 制作的腦動(dòng) 脈瘤夾可夾住動(dòng)脈瘤根部,防止血液流入,使 動(dòng)脈瘤缺血壞死。 動(dòng)力裝置 有些應(yīng)用領(lǐng)域,要求形狀記憶元件在多次循環(huán) 往復(fù)

5、運(yùn)動(dòng)中對(duì)外產(chǎn)生力的作用。溫度繼電器和 溫度保持器、自動(dòng)干燥箱、電子灶、熱機(jī)、衛(wèi) 星儀器艙窗門(mén)自動(dòng)啟閉、自動(dòng)收進(jìn)煙頭的煙灰 盒及人工心臟等都屬于這種應(yīng)用類(lèi)型。1997 年美國(guó)航空航天局(NASA) 的科學(xué)家利用長(zhǎng)3cm , 直徑0115mm(01006) 的Ni-Ti SMA 驅(qū)動(dòng)火星探 測(cè)器上的太陽(yáng)能電池?fù)醢?加熱SMA ,使其收縮, 通過(guò)傳動(dòng)裝置,打開(kāi)太陽(yáng)能電池上的玻璃擋板, 電池充電。充電結(jié)束后,偏置彈簧重新使擋板 復(fù)位。擋板的有效開(kāi)合可起到防塵的目的。 精密控制 因?yàn)镾MA 的相變發(fā)生在一定溫度范圍而不 是某一固定溫度點(diǎn),我們往往只利用一部分 形狀回復(fù),使機(jī)械裝置定位于指定的位姿。 微型

6、機(jī)器人、昆蟲(chóng)型生物機(jī)械、機(jī)器人手 抓及微型調(diào)節(jié)器、筆尖記錄器及醫(yī)用內(nèi)窺 鏡都屬于這一類(lèi)。 超彈性應(yīng)用 SMA 的偽彈性在醫(yī)學(xué)上和日常生活中得到 了廣泛的應(yīng)用,市場(chǎng)上的很多產(chǎn)品都應(yīng)用了 SMA 的超彈性性質(zhì)。主要有牙齒嬌形絲、 人工關(guān)節(jié)用自固定桿、接骨用超彈性Ni2Ti 絲、玩具及塑料眼鏡鏡框等。Ni2Ti 絲用于 嬌形上,即使應(yīng)變量高達(dá)10 %也不會(huì)產(chǎn)生塑 性變形,而且應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變的過(guò)程中, 應(yīng)變?cè)龃筝^多時(shí)矯正力卻增加很少。故能 保持適宜的矯正力,既可保證療效,也可減輕 患者的不適感。 SMA 研究今后的發(fā)展方向和趨勢(shì) (1) 充分發(fā)掘、改進(jìn)和完善現(xiàn)有SMA 的性能; (2) 研究開(kāi)發(fā)新

7、的具有形狀記憶效應(yīng)的合金 材料; (3) SMA 薄膜的研究與應(yīng)用; (4) SMA 智能復(fù)合材料的研究與開(kāi)發(fā); 俄羅斯St1Petersburg 機(jī)器人及控 制技術(shù)學(xué)院在Cu-Al-Ni 基合金材 料的研究基礎(chǔ)上,研制出了擬人 機(jī)械手(115m 長(zhǎng)) ,其手爪能移動(dòng) 200kg的物體。 結(jié)語(yǔ) 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)域有著用途 而且發(fā)展趨勢(shì)十分可觀。這些研究表明 我們已經(jīng)做出了一個(gè)邁步但我們需要將 這一步邁的更大。加以時(shí)日它將大展宏 圖、造福于人類(lèi)。 參考文獻(xiàn) 崔海寧. 形狀記憶合金在建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用J. 山西建筑, 20062 高志剛. 形狀記憶合金的應(yīng)用J. 現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備, 吳根華. 形狀記憶合金及其應(yīng)用J. 安慶師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 周海鋒. 形狀記憶合金及其應(yīng)用J. 機(jī)電設(shè)備, 王永前趙連城. 高溫形狀記憶合金研究進(jìn)展J. 功能材料, 楊凱,辜承林. 形狀記憶合金的研究與應(yīng)用J. 金屬功能材料, 李建忱呂曉霞蔣青周明. 形狀記憶合金研究的回顧與前瞻J. 吉 林工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 張紅王小杰涂水華. 形狀記憶合金及其應(yīng)用J. 河