镍钛形状记忆合金的材料学特征与医学应用
钛镍形状记忆合金在医学中的应用
（） ２ 复诊次数减少： 由于钛镍丝弹性好 ， 又有记
忆特性， 因此矫正器不需经常调 整， 使复诊 间隔时 间延长 １ 倍； ～２ （） ３ 钛镍丝力量柔和、 持续 ， 牙齿 能在生理范围
１ ７
～
内以最快速移动达到矫治 目的， 对牙周组织无任何
不 良影 响 ， 且无 不舒 适感 。 １ ． 形弯 脚骑 缝钉 ２波
中 图分 类号 ： ３ ８ Ｒ １ 文献 标识 码 ： Ａ 文章 编号 ：６ １４ ９ ． ０ １１ －１ ７０ １７ ．７ ２（ １） １０ ３ ．３ ２
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔｉ ｈ ｐ ｍｏ ａ ｌｙ ｉ ａｒ ｒ ｔ ｌ ｔ ｉ ｌ ｇ ｃ ｌ ｕ ｃ ｉ ｎ ． ｎ ｒ ｃ ｎ ｅ ｒ ． ｔ ａ ｅ ｆ ｓ ｒ ｃ ： Ｎｉ ａ ｅ ｍｅ ￣ ｌ ｓ ａ ｅ ｍｅ ａ ｗｉ ｂ ｏ ｏ ｉ ａ ｎ ｔ ｓ Ｉ ｅ ｅ ｔ ａ ｓ ｉ ｈ ｓ ｓ ｔｏ ａ ｓ ｏ ｈ ｆ ｏ ｙ ｃ ｉ ｘ ｏ ｅ ｃ ｉ ｉ ｐ ｌ ａｉ ｎ ｏ ｃ ｅ — ｔｎ ｕ ａｌ ｙ Ｔ ｉ ｒｉｌ ａ ｔｏ ｕ ｅ ｅｂ ｓｃｃ ａ ａ ｔｒｓｉ ｓ ｆ ｈ ｌ ｍａ ｆ ｈ ｌ ｃａ ｐ ｉ ｔ ｆ ｔ ｎ ｃ ｏ Ｎｉ ｋ ｌ ｉ ｉ ｍ ｌ ． ｈ ｓａ ｔ ｅｈ ｓ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ ｔ ａ ｉ ｈ ｒ ｃ ｅ ｔ ｅ ｔａ ｏ ｃ ｉ ｈ ｉ ｃ ｏ ｔ
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镍钛记忆合金应用
"■-—= —-m~材料科学与工程学院《材料学科前沿》文献综述题目：钛镍记忆合金在医学领域的应用学生姓名：_________ 张鑫禾I」 _________学号：090601210 _________________专业：____________ 金属材料工程 ______评阅教师：__________________________"■-—= —-m~2012年4月钛镍记忆合金在医学领域的应用摘要：目前镍钛形状记忆合金研究论文数目已居马氏体相变研究领域之首, 而且该材料的应用已涉及诸如电子、机械、医疗、能源、宇航、及日常生活等领域, 显示出强劲的发展势头。
近几年来，在国内外掀起了钛镍合金临床推广应用的高潮。
关键词：钛镍形状记忆合金；基本性质；医学应用、尸■、亠前言钛镍形状记忆合金作为一种集感知和驱动为一体的新型功能材料, 是智能材料结构的重要组员[1], 具有重要的理论及应用研究价值。
钛镍形状记忆合金是一种强度高、耐腐蚀、生物相容性好、无毒、有医学应用前景的功能性材料它在低温相变形后，只需稍加20~300C的温度就能恢复母相所记忆的形状，其伸缩率在20%以上，疲劳寿命达107 次，阻尼特性比普通的弹簧高10倍，具有一般金属无法想象的性质。
因此，普遍应用于口腔科和骨科等诸多医学领域。
近些年来，钛镍记忆合金在治疗各类骨折中更是有着无可取代的重要作用。
下面我将介绍钛镍形状记忆合金的基本特性及在医学中的应用。
1、钛镍记忆合金的生物相容性生物相容性是形状记忆合金能否用于人体的最重要因素[2]。
生物相容性良好的材料在生物体内不会引起过敏反应,不会释放任何离子到生物体的血液中去; 在生物体长久存在而不会发生有害反应。
生物相容性和材料表面特性与生物体炎症及过敏反应密切相关。
许多因素, 如患者健康情况、年龄、免疫状态和材料特性（表面粗糙性、孔隙率、元素毒性）等都可影响人体炎症及过敏反应。
为了评价镍钛形状记忆合金的生物相容性, 防止应用后对机体产生危害, 许多研究对形状记忆合金的每一种元素进行了分析测试。
镍钛形状记忆合金 相变滞后
镍钛形状记忆合金相变滞后镍钛形状记忆合金是一种具有特殊性能的金属材料。
它能够在受到外界刺激时发生相变，并在消除刺激后恢复到原始形状。
这种材料的相变滞后是指在相变过程中，其形状改变的时间滞后于外界刺激的时间。
本文将探讨镍钛形状记忆合金的相变滞后现象，并探讨其应用领域和未来发展方向。
我们来了解一下镍钛形状记忆合金的基本特性。
镍钛形状记忆合金的相变是由于其晶体结构的改变所引起的。
在高温状态下，镍钛合金的晶体结构呈现为奥氏体结构，此时其形状可被任意改变。
当温度下降到一定程度时，镍钛合金会发生相变，晶体结构转变为马氏体结构。
在这个过程中，镍钛合金的形状会发生改变，并且能够记忆其原始形状。
当温度再次升高时，镍钛合金会再次发生相变，恢复到原始形状。
然而，镍钛形状记忆合金的相变滞后现象给其应用带来了一定的挑战。
相变滞后意味着镍钛合金的形状改变并不会立即发生，而是需要一段时间。
这种滞后现象对于一些应用来说可能是不可接受的。
因此，科学家们一直在努力研究如何减小相变滞后，以提高镍钛形状记忆合金的应用性能。
在研究中，科学家们发现，相变滞后现象与镍钛合金的组成和处理方式有关。
通过调整合金的成分，可以改变相变滞后的程度。
此外，通过优化材料的加工工艺和热处理条件，也可以改善相变滞后现象。
这些研究为减小相变滞后提供了理论基础和实验依据。
除了研究相变滞后现象本身，科学家们还在探索镍钛形状记忆合金的应用领域。
由于镍钛合金可以根据外界刺激改变形状，因此被广泛应用于医疗领域。
例如，它可以用于制造心脏支架，通过改变形状适应血管的变化。
此外，镍钛合金还可以用于制造矫正器、牙套等医疗器械，帮助矫正牙齿。
这些应用充分发挥了镍钛合金的相变滞后特性，为患者提供了更好的治疗效果。
未来，随着科学技术的不断进步，镍钛形状记忆合金的应用领域还将不断拓展。
例如，在机械工程领域，镍钛合金可以用于制造自适应结构，使机械设备能够根据工作状态自动调整形状，提高工作效率。
镍钛合金的材料种类
镍钛合金是一种形状记忆合金，形状记忆合金是能将自身的塑性变形在某一特定温度下自动恢复为原始形状的特种合金。
它的伸缩率在20%以上，疲劳寿命达1*10的7次方，阻尼特性比普通的弹簧高10倍，其耐腐蚀性优于目前最好的医用不锈钢，因此可以满足各类工程和医学的应用需求，是一种非常优秀的功能材料。
记忆合金除具有独特的形状记忆功能外，还具有耐磨损、抗腐蚀、高阻尼和超弹性等优异特点。
钛合金用途：钛合金具有强度高而密度又小，机械性能好，韧性和抗蚀性能很好。
另外，钛合金的工艺性能差，切削加工困难，在热加工中，非常容易吸收氢氧氮碳等杂质。
还有抗磨性差，生产工艺复杂。
钛的工业化生产是1948年开始的。
航空工业发展的需要，使钛工业以平均每年约8%的增长速度发展。
世界钛合金加工材年产量已达4万余吨,钛合金牌号近30种。
钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。
60年代中期，钛及其合金已在一般工业中应用，用于制作电解工业的电极，发电站的冷凝器，石油精炼和海水淡化的加热器以及环境污染控制装置等。
钛及其合金已成为一种耐蚀结构材料。
此外还用于生产贮氢材料和形状记忆合金等。
镍钛合金丝的临床应用：1、用于患者牙列的早期排齐整平由于镍钛合金弓丝的超弹性和形状记忆性能以及较低的应力-应变曲线，目前临床上常规将镍钛合金弓丝作为最初期纳入矫治体系的弓丝，这样，患者的不适感会大大减低。
由于目前存在几种不同直丝弓矫治技术，MBT技术推荐使用0.016英寸热激活镍钛合金弓丝（HANT丝），DEMON自锁托槽技术推荐使用由Omcro 公司生产的含铜的热激活镍钛合金弓丝（相变温度大概在40度左右），O-PAK矫治技术推荐使用0.016英寸超弹性镍钛合金弓丝用于早期排齐整平。
2、镍钛弹簧：镍钛推簧与拉簧是一种用于牙齿正畸的弹簧，具有镍钛超弹性的特别，适合于正畸矫治开拓牙齿间的间隙和向不同方向牵拉牙齿。
镍钛螺旋弹簧伸长1mm可产生大约50g的力。
TiNi形状记忆合金接骨板治疗锁骨中段粉碎性骨折
TiNi形状记忆合金接骨板治疗锁骨中段粉碎性骨折【摘要】本文主要介绍了TiNi形状记忆合金接骨板在治疗锁骨中段粉碎性骨折中的应用。
首先介绍了锁骨中段粉碎性骨折的概述，然后详细解释了TiNi形状记忆合金的特点。
接着阐述了TiNi形状记忆合金接骨板的设计原理和临床应用，以及对其临床疗效的观察和副作用与并发症的预防措施。
最后总结了TiNi形状记忆合金接骨板治疗锁骨中段粉碎性骨折的疗效，展望了未来的前景。
本文旨在为医学工作者提供关于该治疗方法的全面信息，以帮助提高治疗效果和减少并发症的发生率。
TiNi形状记忆合金接骨板有望成为治疗锁骨中段粉碎性骨折的首选方案，为患者带来更好的康复效果。
【关键词】锁骨中段粉碎性骨折、TiNi形状记忆合金、接骨板、设计原理、应用、临床疗效、副作用、并发症、手术操作技巧、疗效分析、展望、前景、结语。
1. 引言1.1 锁骨中段粉碎性骨折概述锁骨是人体的一个重要骨骼结构，连接着肩胛骨和胸骨，起着支撑上肢和保护内脏器官的作用。
锁骨中段粉碎性骨折是一种常见的骨折类型，通常是由于直接暴力作用导致的，比如跌倒、交通事故等。
锁骨中段粉碎性骨折的临床表现主要包括疼痛、肿胀、局部压痛、活动受限等症状，严重的情况下可能伴有皮下出血、皮下气肿等并发症。
锁骨中段粉碎性骨折一旦发生，除了保持局部休息外，通常需要及时进行诊断和治疗，以避免留下后遗症。
1.2 TiNi形状记忆合金介绍钛镍形状记忆合金（TiNi合金），又称超弹性合金，是一种具有特殊形状记忆效应和超弹性的金属合金材料。
它具有形状记忆性和超弹性的独特特性，使其在医疗器械领域得到广泛应用。
TiNi合金的最大特点是可以在一定温度范围内实现变形和恢复两种不同形态之间的转换。
在医疗领域中，TiNi形状记忆合金被广泛应用于骨科领域，特别是在骨折治疗中。
其应用于接骨板设计中，可以在外科手术中更好地恢复骨折处的功能。
相比传统的金属接骨板，TiNi形状记忆合金接骨板更适合长期植入，因为它不会引起排异反应或炎症反应。
镍钛合金是一种形状记忆合金
镍钛合金在医学上的应用材料科学与工程学院08级热处理1班单珺 080102010005一、镍钛合金的发展历史可分为3 个阶段:1、1963 年～1986 年, 开展了初步的基础研究, 包括相变行为、晶体结构、显微组织、力学性能和冶炼加工制备技术等。
20 世纪70 年代初, 美国Raychem 公司成功研制了NiTiFe 航空用液压管路接头和紧固件, 并应用于F14 战斗机中, 成为镍钛合金第一个成功的工业应用实例。
、2、1987 年～1994 年, 深入细致地研究了基础理论, 包括马氏体的三变体自协作形状恢复机制、线性超弹性和非线性超弹性的影响因素等 , 这个阶段是镍钛合金工程的鼎盛时期。
3、1995 年至今, 一些新的镍钛合金加工技术和基础理论问题不断出现, 如镍钛合金的表面改性技术、激光加工技术和脉动疲劳寿命测试等。
二、NiTi合金形状记忆效应的原理和特性所谓"形状记忆效应"是指NiTi合金对它的金相几何形状有“记忆”本领，宏观而言，将一定形状的合金试样，低温塑形形变后，再将试样加热，试样又回复到它原来的形状，同时，产生巨大的回复力，例如横截面积为lcm²的合金棒，相变时产生850Okg的力。
记忆效应分三种:(1)单向记忆:低温金相受力变形，高温金相回到原状。
C2)双向记忆:能记住高温与低温金相，随温度而发生顺、逆性变化。
(3)全程记忆:机理不甚明了，可能是金相中的一种内应力场起了主要作用。
形状记忆效应的应变量依合金的种类而各有所异，约5-20%之间(一般金属小于0.5%),NiTi合金为8%。
形状记忆合金具有“热弹性马氏体型”相变。
NiTi合金为例，高温奥氏体相为体心立方有序晶体结构CaCl型B2晶格，低温马氏体相(M)为单斜畸变结构Bl9晶格，从B→M，存在一个对双程记忆效应起着重要作用的R相变。
在B2=R，R=M和R2=M的顺、逆相变中，母和子相中相邻原子位置不变，只是界面上原子发生协作位移-晶体切变。
NiTi形状记忆合金的超弹性及医学应用研究
NiTi形状记忆合金的超弹性及医学应用研究一、本文概述本文旨在深入探讨NiTi形状记忆合金的超弹性特性及其在医学应用领域的广泛影响。
NiTi，即镍钛合金，以其独特的形状记忆效应和超弹性，在众多工程领域中占据了举足轻重的地位。
尤其在医学领域，NiTi形状记忆合金的应用已逐渐成为研究热点，其在牙科、骨科、心血管科等领域的应用前景广阔。
本文将首先介绍NiTi形状记忆合金的基本特性，包括其形状记忆效应和超弹性的原理及其产生机制。
随后，将重点讨论NiTi合金在医学领域的应用现状，包括其在牙科正畸、骨科植入物、心血管支架等方面的实际应用案例。
本文还将探讨NiTi合金在医学应用中的优势和挑战，以及未来可能的发展方向。
通过对NiTi形状记忆合金超弹性特性的深入研究，以及对其在医学应用领域的系统梳理，本文旨在为相关领域的研究者提供有价值的参考，为推动NiTi合金在医学领域的进一步发展提供理论支持和实践指导。
二、NiTi形状记忆合金的基本性质NiTi形状记忆合金，也被称为镍钛合金，是一种独特的金属合金，其特性源于其独特的晶体结构和相变行为。
NiTi合金由大约50%的镍（Ni）和50%的钛（Ti）组成，其原子比例接近等原子比，这使得它具有非凡的形状记忆效应和超弹性。
形状记忆效应：NiTi合金的形状记忆效应是指合金在经历一定的塑性变形后，通过加热到某一特定温度（即Af温度以上），能够恢复其原始形状的特性。
这种效应源于合金内部发生的可逆马氏体相变。
在低温下，合金处于马氏体相，具有较高的塑性；而在高温下，合金转变为奥氏体相，具有较低的塑性。
当合金在马氏体相下发生塑性变形后，再加热至奥氏体相，合金就能通过相变恢复其原始形状。
超弹性：NiTi合金的超弹性是指合金在受到外力作用时，能够发生大的弹性变形而不产生永久塑性变形的特性。
这种特性使得NiTi 合金在受到外力后，能够迅速恢复到原始状态，具有良好的回复性。
超弹性的产生与合金内部的应力诱发马氏体相变有关。
形状记忆合金在医学上的应用
形状记忆合⾦在医学上的应⽤论⽂名：形状忆合⾦在医学上的应⽤学院：材料与化⼯学院专业：⾦属材料⼯程班级：学号：姓名：内容摘要形状记忆合⾦的研究是近⼏年⼯程技术界颇为关注的⼀项⾼新尖技术，其在航空航天、机械电⼦、⼯程建筑、医学医疗等相关领域已取得了⼀些应⽤性研究成果.本⽂介绍了形状记忆合⾦特点、功能、以及在现代医学中的研究与应⽤的现状与发展趋势.关键词形状记忆合⾦医学领域1.前⾔在⼈类⽂明发展史上，材料是科学技术进步的重要⽀柱，也是社会进步的物质基础。
在科技⽇新⽉异的今天，新材料更是⾼科技发展的先导。
形状记忆合⾦正是新科技领域的⼀朵奇葩，正在灿烂的绽放。
1932年，瑞典⼈奥兰德在⾦镉合⾦中⾸次观察到"记忆"效应，即合⾦的形状被改变之后，⼀旦加热到⼀定的跃变温度时，它⼜可以魔术般地变回到原来的形状，⼈们把具有这种特殊功能的合⾦称为形状记忆合⾦。
记忆合⾦的开发迄今不过20余年，但由于其在各领域的特效应⽤，正⼴为世⼈所瞩⽬，被誉为"神奇的功能材料"。
1963年，美国海军军械研究所的⽐勒在研究⼯作中发现，在⾼于室温较多的某温度范围内，把⼀种镍-钛合⾦丝烧成弹簧，然后在冷⽔中把它拉直或铸成正⽅形、三⾓形等形状，再放在40 ℃以上的热⽔中，该合⾦丝就恢复成原来的弹簧形状。
后来陆续发现，某些其他合⾦也有类似的功能。
这⼀类合⾦被称为形状记忆合⾦。
每种以⼀定元素按⼀定重量⽐组成的形状记忆合⾦都有⼀个转变温度；在这⼀温度以上将该合⾦加⼯成⼀定的形状，然后将其冷却到转变温度以下，⼈为地改变其形状后再加热到转变温度以上，该合⾦便会⾃动地恢复到原先在转变温度以上加⼯成的形状。
1969年，镍--钛合⾦的“形状记忆效应”⾸次在⼯业上应⽤。
⼈们采⽤了⼀种与众不同的管道接头装置。
为了将两根需要对接的⾦属管连接，选⽤转变温度低于使⽤温度的某种形状记忆合⾦，在⾼于其转变温度的条件下，做成内径⽐待对接管⼦外径略微⼩⼀点的短管(作接头⽤)，然后在低于其转变温度下将其内径稍加扩到该接头的转变温度时，接头就⾃动收缩⽽扣紧被接管道，形成牢固紧密的连接。
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１ 镍钛形状记忆合金的记忆原理及基本特性
将在高温下处理成一定形状的金属急冷 下来， 在低温相状态下经塑性变形成另一种形 状，然后再加热到高温相，即能成为稳定状态的 温度时， 通过马氏体逆相变恢复到低温塑性变 形前形状的现象称为形状记忆效应。具有这种 效应的金属通常是由 ２ 种或 ２ 种以上的金属元 素构成的合金故称为形状记忆合金［５］。形状记忆
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赵 维 彪 ．镍 钛 形 状 记 忆 合 金 的 材 料 学 特 征 与 医 学 应 用
赵 维 彪 ．镍 钛 形 状 记 忆 合 金 的 材 料 学 特 征 与 医 学 应 用 ［Ｊ］．中 国 组 织 工 程 研 究 与 临 床 康 复 ，２ ０ ０ ７ ，１ １ （２ ２ ）：４ ３ ７ ６ －４ ３ ７ ９ ［ｗ ｗ ｗ ．ｚｇｌｃｋｆ．ｃｏｍ ／ｚｇｌｃｋｆ／ｅｊｏｕｒｎａｌ／ｕｐｆｉｌｅｓ／０７－２２／２２ｋ－４３７６（ｐｓ）．ｐｄｆ］
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中国组织工程研究与临床康复 第 １１ 卷 第 ２２ 期 ２００７－ ０６－０３ 出版 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣ ｌｉｎｉｃａｌＲ ｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｖｅ Ｔ ｉｓｓｕｅ Ｅ ｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒ ｅｓｅａｒｃｈ Ｊｕｎｅ ３，２００７ Ｖ ｏｌ．１１，Ｎ ｏ．２２
综述
镍钛形状记忆合金的材料学特征与医学应用
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Ｄ ｅｐａｒｔｍ ｅｎｔ
ｏｆ
Ｏ ｒｔｈｏｐａｅｄｉｃ Ｓ ｕｒｇｅｒｙ，
Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｐ ｒｏｖｉｎｃｅ
Ｊｉｎｑｉｕ Ｈ ｏｓｐｉｔａｌ，
Ｓ ｈｅｎｙａｎｇ １１００１６，
Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｐ ｒｏｖｉｎｃｅ，
Ｃ ｈｉｎａ
ｇｕｙａｎｚｈａｏｗ ｅｉｂｉａｏ＠
ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ ．ｃｎ
Ｒ ｅｃｅｉｖｅｄ：２００７－０３－１３ Ａ ｃｃｅｐｔｅｄ：２００７－０４－１８
ＣＲＴＥＲ
效应是由马氏体相变导致的参与马氏体相变的高温相 和低温相分别称为母相和马氏体相。形状恢复的驱动 力是在加热温度下母相和马氏体相的自由能之差［６］。
镍钛形状记忆合金的形状记忆效应与马氏体的可逆 相变有密切关系。普通钢铁中的马氏体是一种无扩散相 变的产物，由于碳在 α－Ｆ ｅ 中的扩散速度大，加热时马氏 体首先发生分解， 因而马氏体的相变一般是不可逆的即 马氏体加热时不会逆向再变成奥氏体［７ ］。 但 是 镍 钛 形 状 记忆合金马氏体相变是可逆的，即冷却时由母相转变成 为马氏体。而加热时，马氏体又逆向转变为母相。镍钛形 状记忆合金的本质是合金中热弹性马氏体相变［８］。
收 稿 日 期 ：２００７－０３－１３ 修 回 日 期 ：２００７－０４－１８ （０７－５０－３－１４６５／Ｙ·Ｙ ）
的是镍钛记忆合金和 Ｃｕ 基记忆合金，如 Ｃ ｕ－Ｚ ｎ－Ａ ｌ或 Ｃ ｕ－Ａ ｌ－Ｎ ｉ。而最具有医用开发前景
的只有镍钛记忆合金， 镍钛记忆合金除具有其 他形状记忆合金共有的特性外， 还具有优良的 生 物 相 容 性 ， 耐 磨 性 、耐 腐 蚀［４ ］。本 文 就 镍 钛 形 状记忆合金的原理、发展概况、生 物 相 容 性 及 在骨科的应用进行综述。
形状记忆合金是一种经历合适的热力过 程后能够回复到原来形状的材料［１］。因其有超 弹性和形状记忆效应等特性，且生物相容性良 好，已被广泛应用于制作骨科内固定器材。形 状记忆合金包括一组金属材料，给予形状记忆 合金施加适当的热力载荷， 它们能够恢复原 来的长度或形状， 当回复到原来形状的过程 受 阻 时 能 够 产 生 很 大 的 回 复 力［２ ］。虽 然 很 多 合 金都有形状记忆效应，但只有能产生很大回复 力 的 合 金 才 有 潜 在 的 商 用 价 值［３ ］。 其 中 最 重 要