形状记忆合金在医学领域的应用
形状记忆合金在骨科的临床应用

形状记忆合金在骨科的临床应用形状记忆合金是一种材料科学领域的新型材料,具有记忆性和弹性,具有形状记忆合金的独特性能,决定了它在医学领域的广泛应用,尤其是在骨科领域的临床应用具有重要意义。
形状记忆合金具有形状记忆性,可以记住各种形状,这意味着它们可以在压力下压缩并保持最后一次的状态。
由于这种特殊性能,这种合金可以被用来制作一种各种形状的医疗器械,如植入器和支架等。
这种性能为临床应用提供了很多可能性,特别是在骨科手术中,这种材料可以被用来制作各种夹具、夹板和支架等。
形状记忆合金的另一个独特性能是具有良好的弹性模量。
弹性模量表示了这种材料在承受外力后恢复原始形状的程度,可以更好的承受重量和压力。
这意味着形状记忆合金可以用于制作高强度骨科支架等医疗器械,并适用于康复过程中的长期负荷。
在骨科手术中,术后患者需要使用正确的支架,以帮助固定骨骼或连接不同部位的骨骼。
由于其高强度和恢复能力,形状记忆合金是一种理想的材料,用于生产各种骨科支架和支持器。
另一个显著的特点是形状记忆合金在体内的生物相容性和耐腐蚀性。
生物相容性是指材料与生物组织的相互作用,耐腐蚀性是指材料在人体液体中的反应。
这些特性确保形状记忆合金可以安全地用于人体内部。
因此,形状记忆合金是设计和生产各种骨科植入体、修复材料以及支架等的最佳材料之一。
总之,形状记忆合金作为一种新型材料,凭借其独特的性能,可以在骨科领域的临床应用中发挥巨大的作用。
这是因为它们不仅能够适应多样化的形状和尺寸,而且还具有高强度、回弹力和优良的生物相容性和耐腐蚀性等特点。
形状记忆合金因其在骨科领域的广泛应用而备受关注,并且有望为未来的医疗保健提供许多创新的解决方案。
镍钛合金转变温度

镍钛合金转变温度
镍钛合金,又称为形状记忆合金,是一种特殊的金属材料。
它具有独特的性质,最引人注目的就是其转变温度。
所谓转变温度,即指镍钛合金从一个形状转变为另一个形状所需要的温度。
镍钛合金的转变温度是其独特性质的体现,也是人们对它进行研究的重要方向之一。
通过改变合金中镍和钛的比例,可以调控转变温度的范围。
而这一特性使得镍钛合金在很多领域都有着广泛的应用。
在医学领域,镍钛合金的转变温度被用于制作牙齿矫正器。
这些矫正器可以根据体温自动调整形状,使得矫正过程更加舒适和有效。
在航空航天领域,镍钛合金的转变温度被用于制作自动调节温度的机械零件。
这些零件可以根据环境温度自动调整形状,从而保证飞机或卫星在不同温度下的正常运行。
除此之外,镍钛合金的转变温度还被应用于智能材料和微机电系统等领域。
通过将这些材料应用于传感器、阀门和开关等器件中,可以实现温度自适应、形状记忆等功能,极大地拓展了人们对材料的应用范围。
镍钛合金的转变温度是其独特性质的体现,也是其广泛应用的基础。
随着科技的不断发展,人们对这种特殊材料的研究也在不断深入。
相信在不久的将来,镍钛合金将会在更多领域展现出其独特的价值。
形状记忆材料

形状记忆材料形状记忆材料是一种具有形状记忆效应的智能材料,它可以在外界刺激作用下发生可逆性相变,并恢复到原始形状。
这种材料在医疗、航空航天、汽车、电子、纺织等领域都有着广泛的应用前景。
首先,形状记忆材料在医疗领域有着重要的应用。
比如在心脏手术中,可以利用形状记忆材料制成的支架,通过体内导丝的方式将支架送达到病变血管处,然后支架会在体温的作用下恢复到原始形状,起到支撑和固定血管的作用。
此外,形状记忆材料还可以用于制作人工关节和矫形器等医疗器械,为患者提供更好的治疗和康复条件。
其次,形状记忆材料在航空航天领域也有着重要的应用。
航天器在进入大气层再次返回地面的过程中,需要经受高温和高压的影响,这就需要航天器表面的材料能够承受这些极端环境的影响。
形状记忆材料可以在外界温度和压力的作用下发生形状变化,因此可以用于制作航天器的外层材料,提高航天器的耐高温和耐高压能力。
另外,形状记忆材料还可以应用于汽车制造领域。
比如利用形状记忆合金制成的车身零部件,可以在碰撞时发生形状变化,吸收碰撞能量,提高汽车的安全性能。
此外,形状记忆材料还可以用于汽车发动机的阀门和传感器等部件,提高汽车的性能和稳定性。
此外,形状记忆材料还可以应用于电子和纺织领域。
在电子领域,形状记忆材料可以制成电子元件的外壳,提高电子元件的耐高温和耐腐蚀能力。
在纺织领域,形状记忆材料可以制成具有自修复功能的纺织品,延长纺织品的使用寿命。
总的来说,形状记忆材料作为一种智能材料,具有广泛的应用前景。
它在医疗、航空航天、汽车、电子、纺织等领域都有着重要的应用,为各行各业的发展和进步提供了有力的支持。
随着科学技术的不断进步,相信形状记忆材料会在未来发展出更多更广泛的应用。
形状记忆合金的机理及其应用

形状记忆合金的机理及其应用形状记忆合金(Shape Memory Alloys,SMA)是一种具有特殊记忆性能的金属材料,它可以在经历了变形之后恢复到原来的形状。
这种具有神奇特性的材料在多个领域都有着重要的应用,比如医疗器械、航空航天、汽车工业等。
本文将从形状记忆合金的机理入手,介绍其主要的应用领域,并展望其未来的发展前景。
一、形状记忆合金的机理形状记忆合金的记忆效应是其独特之处,它主要是由晶格结构的相变和马氏体转变引起的。
在形状记忆合金中,晶体结构可以在两种状态之间切换,一种是高温下的固溶体状态,另一种是低温下的马氏体状态。
在室温下,形状记忆合金处于变形后的状态,当温度升高时,晶格结构将发生相变,使得形状恢复到原来的状态。
这种温度诱导记忆效应是形状记忆合金能够恢复原状的重要机理之一。
形状记忆合金还具有应变诱导记忆效应。
在外力作用下,形状记忆合金会发生塑性变形,当外力消失后,形状记忆合金会恢复到原来的状态。
这是因为在外力作用下,形状记忆合金的晶格结构会发生相变,从而导致形状的改变。
一旦外力消失,形状记忆合金会重新发生相变,使得形状恢复到原来的状态。
形状记忆合金的记忆效应是由晶格结构的微观变化引起的,这种特殊的记忆性能使得形状记忆合金在许多领域中都有着广泛的应用。
1. 医疗器械形状记忆合金在医疗器械中有着重要的应用,比如支架和夹具等。
由于形状记忆合金具有记忆效应,可以在体内定位、调整,因此在心脏支架、动脉支架等方面有着广泛的应用。
形状记忆合金还可以用于牙科器械、外科手术器械等领域。
2. 航空航天形状记忆合金在航空航天领域也有着重要的应用,比如用于飞机的襟翼、起落架等部件。
形状记忆合金可以用于制造复杂形状的零部件,并且具有较高的强度和韧性,因此在航空航天领域有着广泛的应用前景。
3. 汽车工业在汽车工业中,形状记忆合金可以用于发动机部件、悬架系统等零部件的制造。
形状记忆合金具有耐磨性、耐腐蚀性和高温性能,可以提高汽车零部件的使用寿命和可靠性。
2024年形状记忆合金市场前景分析

2024年形状记忆合金市场前景分析引言形状记忆合金市场是近年来备受关注的一个领域。
形状记忆合金具有记忆形状和超弹性的特点,可以根据温度的变化自动调整其形状,因此在多个行业有着广泛的应用前景。
本文将就形状记忆合金市场的发展趋势、应用领域以及未来市场前景进行分析。
形状记忆合金市场发展趋势形状记忆合金市场目前呈现出快速增长的趋势,主要原因如下:1. 技术进步推动市场增长随着科学技术的不断进步和应用领域的拓展,形状记忆合金的生产工艺得以改善,制造成本大幅降低,产品质量得到提高。
这些技术进步推动了形状记忆合金市场的增长。
2. 应用领域不断扩大形状记忆合金在医疗、航空航天、汽车等领域有着广泛的应用。
在医疗领域,形状记忆合金被用于支架、植入器械等医疗器械中,提供更好的治疗效果。
在航空航天领域,形状记忆合金用于制造轻量化、高强度的零部件,提高飞行器的性能。
在汽车领域,形状记忆合金被应用于传感器、缓冲装置等部件中,提高车辆的安全性和舒适性。
随着形状记忆合金在更多领域的应用,市场需求将进一步增加。
形状记忆合金市场应用领域形状记忆合金市场的应用领域多样,以下为主要应用领域的简要介绍:1. 医疗领域形状记忆合金在医疗领域有着广泛的应用。
它可以用于制造支架、植入器械、矫正器等医疗器械,提供更好的治疗效果。
形状记忆合金具有良好的生物相容性和耐腐蚀性,适用于体内应用。
2. 航空航天领域形状记忆合金在航空航天领域有着重要的应用。
它可以用于制造飞机、卫星等航空航天器材的零部件,如发动机叶片、铰链等。
形状记忆合金具有轻量化和高强度的特点,可以提高飞行器的性能。
3. 汽车领域形状记忆合金在汽车领域的应用也逐渐增多。
它可以用于制造传感器、缓冲装置、阀门等部件,提高车辆的安全性和舒适性。
形状记忆合金的高弹性和低温驱动特性使其在汽车领域有着广阔的前景。
形状记忆合金市场前景形状记忆合金市场前景广阔,主要表现在以下几个方面:1. 市场规模持续扩大形状记忆合金市场的规模将持续扩大。
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。
形状记忆合金的应用
形状记忆合金的应用形状记忆合金(SMA)是一种具有特殊形状记忆特性的金属合金材料,它能够记住并恢复其原始形状,即使在经历了弯曲、扭曲等变形之后。
这种特殊的性质为SMA在多个领域的应用提供了巨大的潜力,包括医疗器械、航空航天、汽车工业和建筑工程等领域。
本文将深入探讨SMA在这些领域的具体应用,并分析其未来的发展趋势。
SMA在医疗器械领域的应用十分广泛。
由于其具有形状记忆特性,SMA可以被用于制造支架、植入物和外科器械等医疗器械。
利用SMA制造的支架能够在植入血管中后根据体温自行展开,从而减少手术风险和提高手术效率。
SMA还可以被用于制造可变形的植入物,可以使患者在手术后更快地康复。
随着医疗技术的不断进步,SMA在医疗器械领域的应用前景十分广阔。
航空航天领域也是SMA的重要应用领域之一。
在航空航天工程中,SMA可以被用于制造飞机零部件、航天器配件和卫星机构。
利用SMA制造的飞机零部件能够在高温和高压环境下自行调整形状,提高了航空器的安全性和可靠性。
SMA还可以被用于制造太阳能帆板和卫星折叠结构,提高了太空探索的效率和成本效益。
随着太空科技的不断发展,SMA在航空航天领域的应用前景将会更加广阔。
SMA在汽车工业领域也有着重要的应用价值。
在汽车制造过程中,SMA可以被用于制造变形记忆合金悬挂系统、智能车身件和碰撞缓冲器等关键部件。
利用SMA制造的变形记忆合金悬挂系统可以自动调节悬挂高度和刚度,提高了汽车的行驶稳定性和舒适性。
SMA还可以被用于制造智能车身件,能够自动调整车身形态,减少空气阻力,提高汽车的燃油经济性。
在碰撞缓冲器方面,SMA能够在碰撞时迅速回复原始形状,提高汽车的 passivo安全性。
随着汽车工业的快速发展,SMA在汽车工业领域的应用潜力十分巨大。
SMA还在建筑工程领域展现出了巨大的应用前景。
利用SMA制造的形状记忆合金构件可以用于支撑大型建筑和桥梁结构,能够在地震或强风等自然灾害发生时自动调整形状,保障了建筑的安全性和稳定性。
形状记忆合金的应用现状与发展趋势
总的来说,形状记忆合金的独特性质和广泛的应用前景使得它们成为未来科 技发展的重要方向之一。随着新的科研成果和技术进步的出现,我们可以期待在 未来看到更多的创新和应用。
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一、形状记忆合金的基本特性
形状记忆合金的主要成分是钛、锆或镍,它们在微观结构上具有两个不同的 晶体结构,称为母相和马氏体。在较低的温度下,材料处于母相,此时对其进行 塑性变形,然后在较高的温度下进行加热,使其发生马氏体转变,此时材料恢复 到其原始形状。
二、形状记忆合金的应用
1、医疗领域:在医疗领域,形状记忆合金被广泛应用于矫形外科和口腔科。 例如,利用其形状记忆特性,可以制造出用于治疗骨折的固定器和用于牙齿矫正 的弓丝。此外,形状记忆合金还被用于药物载体和生物医学传感器。
二、形状记忆合金的应用优势
1、高温、高压下的稳定性
形状记忆合金具有优异的高温、高压下的稳定性,能够在极端环境下保持稳 定的性能。这一特点使得形状记忆合金在高温、高压环境下具有广泛的应用前景, 如在航空航天、石油化工等领域。
2、机械性能
形状记忆合金具有优异的机械性能,如高强度、高硬度、良好的耐磨性和抗 疲劳性等。这些特点使得形状记忆合金在承受大的力学作用时仍能保持优异的性 能,为各种领域的应用提供了强有力的保障。
随着人工智能和物联网技术的不断发展,智能化应用将逐渐普及。形状记忆 合金作为一种具有智能响应特性的材料,将在智能化应用中发挥重要作用。研究 人员将致力于研究如何将形状记忆合金与传感器、执行器等相结合,实现智能化 控制和应用。
4、多领域交叉合作
随着形状记忆合金在各个领域的广泛应用,多领域交叉合作将成为未来发展 的重要趋势。研究人员将来自不同领域的研究人员和工程师进行合作交流,共同 推动形状记忆合金在不同领域的应用研究和发展。
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。
形状记忆合金的机理及其应用
形状记忆合金的机理及其应用形状记忆合金是一种具有特殊记忆性能的金属材料,它可以在经历形变后恢复到原来的形状。
这种金属材料具有许多独特的特性,因此在许多领域具有广泛的应用。
本文将介绍形状记忆合金的机理及其在工程、医疗、航空航天等领域的应用。
形状记忆合金的机理形状记忆合金最常见的例子是钛镍合金,它是一种由钛和镍组成的合金材料。
形状记忆合金的记忆效应是其最显著的特性之一,这是由其特殊的晶体结构和相变特性所决定的。
在常温条件下,形状记忆合金处于其高温相状态,即奥氏体相。
在这种状态下,合金具有良好的塑性和可形变性,可以通过外力进行形变而不会发生破裂。
当形状记忆合金被加热到一定温度时,会发生相变,转变为低温相状态,即马氏体相。
在这种状态下,合金会恢复到原来的形状,消除之前的形变痕迹。
形状记忆合金的相变过程是通过应力诱导和温度诱导两种方式进行的。
应力诱导相变是指在受到外力作用时,合金会发生相变,从而产生形变,而温度诱导相变则是指在特定温度下发生相变,使合金恢复原来的形状。
由于其特殊的记忆性能,形状记忆合金在许多领域具有广泛的应用。
在工程领域,形状记忆合金被广泛应用于机械和汽车领域。
可以将形状记忆合金用于制造汽车零部件,如车身结构和发动机零件,以提高汽车的安全性能和耐久性。
形状记忆合金还可以用于制造高性能阀门、管道连接件等,以应对极端工况下的压力和温度变化。
在医疗领域,形状记忆合金被广泛应用于医疗器械和植入物。
可以将形状记忆合金用于制造支架和植入内置器件,如心脏起搏器和血管支架,以治疗心血管疾病和其他疾病。
形状记忆合金还可以用于制造牙齿矫正器和关节假体,以改善患者的生活质量。
形状记忆合金具有独特的记忆性能和优异的物理特性,使其在工程、医疗、航空航天等领域具有广泛的应用前景。
随着材料科学和工程技术的不断发展,形状记忆合金将会有更加广泛的应用和推广,为人类社会的发展和进步做出更大的贡献。
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形状记忆合金在医学领域的应用
1.形状记忆合金的特性
1.1形状记忆合金的结构特性
形状记忆效应(Shape memory effec,t SME)是由于马氏体相变而产生的。
具有热弹性(半热弹性)或应力诱发马氏体相变(Stress inducedMartensitic
trans-formation, SIM)的形状记忆合金(Shape memory al-loys, SMAs),在马氏体状态下进行一定限度的塑性变形,则在随后的加热过程中,当温度超过马氏体逆相变温度时,材料就能恢复到变形前的体积和形状。
1.2形状记忆合金的分类
形状记忆合金主要分为Ti-Ni基、Cu基及Fe基形状记忆合金。
前两种合金主要为热弹性形状记忆合金,Fe基形状记忆合金为半热弹性形状记忆合金,其中用于医学领域的 TiNi 形状记忆合金,除了利用其形状记忆效应或超弹性外,还应满足化学和生物学等方面的要求,即良好的生物相容性。
TiNi 可与生物体形成稳定的钝化膜。
形状记忆效应主要分为:单程记忆效应,双程记忆效应和全程记忆效应。
形状记忆合金在较低的温度下变形,加热后可恢复变形前的形状,这种只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程记忆效应。
某些合金加热时恢复高温相形状,冷却时又能恢复低温相形状,称为双程记忆效应。
加热时恢复高温相形状,冷却时变为形状相同而取向相反的低温相形状,称为全程记忆效应。
2.形状记忆合金的发展
首次被发现并公开报道某些合金中具有形状记忆效应这一现象的发现,可以追溯至1938年,美国哈佛大学的A.B.Greningerh和Mooradian在Cu-Zn合金中发现了马氏体的热弹性转变,即在加热与冷却过程中,马氏体会随之收缩与长大。
1918年前苏联学者Kerdjumov曾预测到有一部分具有马氏体相变的合金会出现热弹性马氏体相变。
1951年张禄经和T.A.Read报道了原子比为1∶1的CsCl 型AuCd合金在热循环中会反复出现可逆相变。
数年后.T.A.Read又和M.W.Burkard在InTi合金中发现了同样纳可逆相变。
一直到20世纪60年代初,这种观察到的形状记忆效应只看作是个别材料的特殊现象。
甚至在1958年布鲁塞尔国际博览会上展出过用AuCd合金制作的重物升降机,都未引起足够的注意。
1963年,美国海军武器实验室W.J.Buchler等人在等原子比NiTi合金中发现了形状记忆效应后,才引起人们的重视,从此形状记忆合金进入了研究和应用的新阶段。
到1975年左右,全世界相继开发出具有形状记忆效应的合金达20
多种。
近几年在不少铁基合金、尤其是FeMnSi基合金和不锈钢中也发现了形状记忆效应。
1980年,世界规模的研究发现,有的合金可以实现双程形状记忆效应,有的可以实现全方位形状记忆效应,还有的可以实现逆向形状记忆效应,这些都为形状记忆合金的应用开拓了更广阔的前景。
1981年,中国骨科学和骨科生物力学专家,中国工程院戴尅戎院士在国际上首先将形状记忆合金制品用于人体内部,发明了一系列骨科固定器和假体,获得国家发明二等奖和上海市首届发明家称号,在国际形状记忆合金学术会议上被授予“形状记忆合金医学应用奠基人金杯”在1999年国际形状记忆合金年会专家公认美、日、中分别以形状记忆合金在航空航天、日用产品、医疗器械的应用为代表处于国际形状记忆合金的前沿领域。
3.形状记忆合金在医疗领域的应用
临床上用的最普遍的是镍钛(NiTi)形状记忆合金(SMA),简称NT—SMA。
NT—SMA是集耐磨、耐腐蚀、形状记忆效应伪弱性和声阻尼等性能于一体的新材料,有热弹力型的马氏体变态,有种种难以想象的性质。
即用记忆处理,使之变为另外的形状,如在加热到一定温度时,可以完全恢复到使其记忆的原来状态,即具有形状记忆效应。
这种奇怪的现象是1963年美国的海军军械部实验室发现的。
产生这种形状记忆的温度,可由变更镍的浓度,添加微量的铁、钴等而下降到所需要的温度。
这种形状记忆合金效果,除NiTi合金以外,Gu-Zn、Gu-Al-Ni、Ag-Cd等合金也有此性质,因这些都是附带马氏体变态而显示形状记忆效果的,故把这些合金称为马氏体记忆,简称Marmen合金,因这些SMA的生物相容性差,故临床上很少应用。
SMA经过特殊的工艺处理,具有单向或双向记忆功能。
所谓单向记忆功能,是在低温时给合金制品一定的变形,当环境温度升高时,它又会恢复发哦原先定型的几何形状。
双向记忆,则是在高、低两种交替变化时,合金制品在两种设定的形状中自动变化。
目前,在医学上 TiNi 合金主要应用有:
(a)牙齿矫形丝用超弹性 TiNi 合金丝和不锈钢丝做的牙齿矫正丝,其中用超弹性 TiNi 合金丝是最适宜的。
通常牙齿矫形用不锈钢丝 CoCr 合金丝,但这些材料有弹性模量高,弹性应变小的缺点。
为了给出适宜的矫正力,在矫正前就要加工成弓形,而且结扎固定要求熟练。
如果用 TiNi 合金作牙齿矫形丝,即使应变高达10%也不会产生塑性变形,而且应力诱发马氏体相变
(stress-induced martensite)使弹性模量呈现非线型特性,即应变增大时矫正力波动很少。
这种材料不仅操作简单,疗效好,也可减轻患者不适感。
(b) 脊柱侧弯矫形各种脊柱侧弯症(先天性、习惯性、神经性、佝偻病性、特发性等)疾病,不仅身心受到严重损伤,而且内脏也受到压迫,所以有必要进行外科手术矫形。
目前这种手术采用不锈钢制哈伦敦棒矫形,在手术中安放矫形棒时,要求固定后脊柱受到的矫正力保持在30~40kg以下,一但受力过大,矫形棒就会破坏,结果不仅是脊柱,而且连神经也有受损伤的危险。
同时存在矫形棒安放后矫正力会随时间变化,大约矫正力降到初始时的30%时,就需要再进行手术调整矫正力,这样给患者在精神和肉体上都造成极大痛苦。
采用形状记忆合金制作的哈伦顿棒,只需要进行一次安放矫形棒固定。
如果矫形棒的矫正力有变化,以通过体外加热形状记忆合金,把温度升高到比体温约高5℃,就能恢复足够的矫正力。
另外,外科中用 TiNi 形状记忆合金制做各种骨连接器、血管夹、凝血滤器以及血管扩张元件等。
同时还广泛应用于口腔科、骨科、心血管科、胸外科、肝胆科、泌尿科、妇科等,随着形状记忆的发展,医学应用将会更加广泛。
4.形状记忆合金的发展趋势及展望
记忆合金的产业发展离不开基础及应用研究的有力支撑,未来记忆合金的材料研究将向高温、低温、宽滞后、窄滞后、双程、全程、磁控响应、色调记忆等方向发展;工艺研究将向低成本、高质量、多品种的目标迈进,开发研制忆合金多孔材料、薄膜、超细丝、纤维等具有全新用途的功能材料。
记忆合金元件的小型化、智能化、大型化是元件设计的不同方向。
随着应用研究和产业的不断发展,我国记忆合金的技术水平、产品质量、生产规模都取得了长足的进步,记忆合金生产成本也相应的有了很大程度的降低,原本因为价格因素而局限应用于军工、医疗和高档民用领域产品的记忆合金得以在更多的领域得到更为广泛的应用,这给记忆合金的产业发展提供了新的机遇。
可以预见的是,记忆合金丝棒板材、医用产品、紧固连接件、解锁驱动件和智能复合材料等方面将是今后记忆合金产业化发展的趋势。
参考文献
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学报第25卷第1期。