形状记忆合金论文
形状记忆合金文献综述
形状记忆合金性能及其应用综述引言：形状记忆合金形状记忆效应、超弹性效应、高阻尼特性、电阻突变效应以及弹性模量随温度变化等一般金属不具备的力学特性，使其在仪器仪表、自动控制、机器人、机械制造、汽车、航天航空、生物医学等工程领域都能发挥重要的作用，对其本构性能和在工程应用中的性能的研究十分必要。
本文综合了自1971年以来国内外众多科学家对形状记忆合金做出的各方面的研究，并做出简要评价，提出自己的看法和本课题研究内容，为对形状记忆合金的应用研究提供一定参考。
国内外研究现状：1、SMA材料种类研究现状自上个世纪30年代人们发现Au-Cd合金具有记忆效应以来，进过几十年的研究，发现的形状记忆合金按相变特征类，可分成如下几个系列[1]：1、由热弹性马氏体相变呈现形状记忆效应的合金1) TiNi系列，发生体心立方——无公度相——菱方R相——单斜BI9相变。
包括TiNi、TiNiFe、TiNiCu、TiNiNb(宽滞后)、TiNiCo等。
2) β铜基合金系，包括:Cu-Al-Ni(Cu-Al-X=Ti或Mn),发生体心立方—近正交γ1’（2H）或单斜β1’（18R1）, γ1’—单斜β1”（18R2），β1”--单斜α1,β1’--单斜α1相变（视应力大小而定）；Cu-Zn-Al-X（Cu-Zn-Al-X，X=Mn或Ni等），发生体心立方（β2、DO3或Lα1）--单斜9R或18R相变；其它，如Cu-Zu和Cu-Zn-X （X=Si、Sn、Au等）。
3）其它有色合金系，包括：Au-Cd、Ag-Cd、In-Ti、Ti-Nb、Co-Ni、Ni-Al等。
4) Fe3Pt（γ—α’，γ—fct）和Fe-30at%Pd（γ—fct）。
5) Fe-Ni-Co-Ti系，发生时效γ一薄片状α’(bcc和bc t)马氏体相变，如Fe-33Ni-l0Co-4Ti、Fe-31Ni一I0Co-3Ti及Fe-33Ni-l0Co-(3~4)Ti-Al等。
磁性形状记忆合金Ni2MnGa第一性原理研究
0.322(Ni) 3.359(Mn) -0.074(Ga)
其他理论计算值 实验值
0.581(FLAPWGGA)
0.5822
0.5773(GGA)
0.5683(LSDA)
4.09(FLAPW-
4.17
GGA)
4.22(GGA)
3.92(LSDA)
0.37(Ni)
0.24(Ni)
3.36(Mn)(FLAPW 2.74(Mn)
（3） 态密度 图5 Ni2MnGa在奥氏体态下的总态密度和各原子相
应的态密度
结论：
(1)总态密度的低能部分（-10.36至-5.12ev）主要由 Ga的s和p态决定，而高能部分的态密度（-5.12至 4.83ev）主要由Ni和Mn的d态决定。
(2)总态密度的自旋向下部分以费米能级（这里为0ev） 为界有两个峰值。高能部分的峰值主要来源于Mn 的d态，低能部分的峰值主要来源于Ni的d态。
（2.2）
式中 M
i
是位置在
Ri
处的原子核的质 量，Z
i
，Z j
是原子
核所带电荷，m e 是电子的质量，ri ，rj 是电子所处的位置。
哈密顿量的第一项是原子核的动能项，第二项是电子
的动能项，后面三项分别是电子和原子核，电子和电
子，以及原子核与原子核之间的相互作用。
2.2多体问题的计算方法
2.2.1 非相对论近似 认为电子质量等于其静止质量，并认为光
谢谢大家！
即 H T V V ext
两类粒子组成的多粒子体系问题
多电子
体系问题
2.2.3 单电子近似
采用玻恩一奥本海默绝热近似后，相应的 薛定谔方程仍然是一个多体薛定谔方程， 所以需要进一步对它进行简化，以便得到 单电子的薛定谔方程。
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【摘要】形状记忆合金是一种能够记忆其原始形状并在适当条件下恢复的智能材料。
本文首先介绍了形状记忆合金的基本原理，包括其特殊的晶体结构和相变特性。
接着探讨了形状记忆合金在医疗器械和航空航天领域的广泛应用，如支架和航天器构件。
也介绍了形状记忆合金在智能材料中的应用，如自修复材料和智能纺织品。
文章总结了形状记忆合金的前景及发展趋势，指出其在未来有望在更多领域发挥重要作用，并可能带来更多创新和应用。
形状记忆合金的机理及其应用具有广阔的发展前景，将为科技领域带来更多新的可能性和机遇。
【关键词】形状记忆合金，机理，应用领域，医疗器械，航空航天，智能材料，前景，发展趋势1. 引言1.1 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性能的金属材料，其最显著的特点就是可以记忆其固有的形状并在外界条件发生变化时恢复到原来的形状。
这种特殊性能的机理主要是由于形状记忆合金内部的晶体结构和相变特性所决定的。
当形状记忆合金处于低温状态时，其晶体结构呈现出一种特定的形状；而当受热或外力作用时，形状记忆合金会发生相变，晶体结构重新排列，从而使材料发生形状变化。
形状记忆合金的应用领域非常广泛，包括医疗器械、航空航天、智能材料等。
在医疗器械领域，形状记忆合金可以被用于制作支架、植入物等医疗器械，因其具有良好的生物相容性和机械性能，可以有效帮助医生进行手术或治疗。
在航空航天领域，形状记忆合金可以被用于制作航空器件、航天器件等，因其轻便、耐高温等特点，可以大大提高航空航天设备的性能。
在智能材料领域，形状记忆合金可以被用于制作智能材料，可以根据外界条件变化自动改变形状，具有广阔的应用前景。
形状记忆合金的发展趋势是不断完善其性能，拓展其应用领域，推动其在工业生产和科研领域的广泛应用。
形状记忆合金将会在未来发挥越来越重要的作用，为人类社会的发展做出更大的贡献。
2. 正文2.1 形状记忆合金的基本原理形状记忆合金是一种具有特殊结构和性能的智能材料，其基本原理是在外界作用下能够发生可逆形变，并且恢复到其原始形状。
形状记忆合金材料在航空领域的应用探索
形状记忆合金材料在航空领域的应用探索近年来，航空领域一直以来都是科学技术的前沿领域之一，而形状记忆合金材料的出现为航空工程师们带来了全新的材料选择。
形状记忆合金材料具有独特的形状记忆效应和超弹性特性，使其在航空领域的应用前景广阔。
本文将探讨形状记忆合金材料在航空领域中的应用潜力，并着重讨论其在飞行控制、结构设计和航空器制造中的应用。
首先，形状记忆合金材料在航空领域的一个重要应用是飞行控制系统。
传统的飞机控制系统主要基于液压或电动驱动，而这些系统不仅需要额外的能源供应，而且在复杂工作环境下容易受到机械故障的影响。
相比之下，形状记忆合金材料具有自主形变和恢复能力，可以将大部分的机械结构简化为形状记忆合金材料元件，从而减少系统的复杂性和故障率。
例如，在飞行控制翼面上使用形状记忆合金材料作为驱动元件，可以实现更加灵活和可靠的翼面操作，提高飞机的操纵性和稳定性。
其次，形状记忆合金材料在航空领域的另一个重要应用是结构设计。
航空器的结构设计需要兼顾轻量化和强度的要求，而形状记忆合金材料可以满足这一需求。
形状记忆合金材料具有良好的强度和耐热性能，可在高温和高应力环境下工作，同时也具有较低的密度。
这使得航空器的结构设计可以更加轻量化，并减少燃料消耗。
此外，形状记忆合金材料还可以通过控制其形状记忆效应，实现结构的主动控制和优化。
例如，在航空器的机翼和蒙皮结构中使用形状记忆合金材料，可以实现对结构变形的主动控制，以提高气动性能和减小结构风险。
最后，形状记忆合金材料在航空领域的制造中也扮演着重要的角色。
传统的金属制造工艺通常需要耗费大量的工时和资源，而形状记忆合金材料具有良好的可塑性和可加工性，使其成为制造复杂结构的理想材料选择。
与此同时，形状记忆合金材料还具有较高的耐腐蚀性，可以在恶劣的环境下使用。
例如，在航空器的发动机部件制造中，形状记忆合金材料可以用于制造高温部件，如涡轮叶片和喷口衬套，以提供更好的耐热性和机械性能。
形态记忆合金材料论文
题目：关于形态记忆合金的研究进展摘要：形态记忆合金是新兴的材料，本文主要讨论形状记忆合金相关内容,扼要地叙述了形状记忆合金的发现以及发展历史和分类, 介绍了形状记忆合金在工程中应用的现状以及发展前景。
记忆合金作为一种使用价值比较广泛额材料，我们有理由相信形状记忆合金的发展前途是相当广泛的，也必将造福于人类。
此外，通过这些介绍使人们能够真正的理解和认识这种新的材料——形态记忆合金。
关键字：：形状记忆合金、探索、各领域应用、形状记忆合金效应正文：一，形态记忆合金简介。
形状记忆合金(Shape Memory Alloy ,SMA) 是指具有一定初始形状的合金在低温下经塑性形变并固定成另一种形状后,通过加热到某一临界温度以上又可恢复成初始形状的一类合金。
形状记忆合金具有的能够记住其原始形状的功能称为形状记忆效应(Shape Memory Effect ,SME) 。
研究表明, 很多合金材料都具有SME ,但只有在形状变化过程中产生较大回复应变和较大形状回复力的,才具有利用价值。
到目前为止,应用得最多的是Ni2Ti 合金和铜基合金(CuZnAl 和CuAlNi) 。
形状记忆合金作为一种特殊的新型功能材料,是集感知与驱动于一体的智能材料,因其功能独特,可以制作小巧玲珑、高度自动化、性能可靠的元器件而备受瞩目,并获得了广泛关注。
二、形态记忆合金分类及原理形态记忆合金种类繁多，在现在情况来看，记忆合金主要分为以下几种：（1）单程记忆效应：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。
（2）双程记忆效应：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。
（3）全程记忆效应：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。
至今为止发现的记忆合金体系Au-Cd、Ag-Cd、Cu-Zn、Cu-Zn-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。
形状记忆合金的制备与应用研究
形状记忆合金的制备与应用研究嘿，咱们今天来聊聊形状记忆合金这个神奇的东西，特别是它的制备方法和广泛应用。
我先给您讲讲我曾经的一次经历，那可真是让我对形状记忆合金印象深刻。
有一次，我去参加一个科技展览，在那里看到了一个形状记忆合金制成的小玩意儿。
那是一个用形状记忆合金做成的花朵形状的饰品，一开始它是闭合的，就像一朵害羞的小花苞。
但当工作人员用特殊的加热装置给它加热之后，哇塞，那朵小花瞬间绽放，花瓣一片片舒展开来，简直太美了！当时我就被这神奇的变化给迷住了，从那时候起，我就对形状记忆合金产生了浓厚的兴趣。
那到底什么是形状记忆合金呢？简单来说，就是一种在一定条件下能够恢复到原来形状的特殊合金。
它具有独特的性能，这使得它在很多领域都大显身手。
咱们先来说说形状记忆合金是怎么制备的。
制备形状记忆合金可不是一件简单的事儿，需要一系列复杂而精细的工艺。
一般来说，常用的制备方法有熔炼法、粉末冶金法等等。
熔炼法呢，就像是在打造一把宝剑，需要把各种金属原料按照一定的比例放进高温熔炉里，让它们充分融合。
这过程就像一场激烈的化学反应，各种元素相互碰撞、融合，最终形成我们想要的合金。
这个过程中，温度、时间、搅拌速度等因素都得控制得恰到好处，稍有不慎，可能就会前功尽弃。
粉末冶金法也很有意思。
先把金属粉末准备好，然后通过压制、烧结等步骤，让这些粉末变成一块坚固的合金。
这就像是在做一个拼图游戏，只不过这个拼图的每一块都特别小，而且要拼得严丝合缝，才能得到完美的作品。
说完了制备，咱们再看看形状记忆合金都有哪些令人惊叹的应用。
在医疗领域，它可是立下了汗马功劳。
比如说，有一种用形状记忆合金制成的心脏支架。
在植入人体之前，它被压缩成很小的尺寸，方便医生通过导管将其送到病变部位。
一旦到达指定位置，通过体温或者外部的刺激，它就能自动展开，支撑起血管，恢复血管的通畅。
这就像是一个小小的“超级英雄”，默默地守护着我们的健康。
在航空航天领域，形状记忆合金也发挥着重要作用。
智能材料论文
智能材料论文智能材料是一种具有自主感知、自适应、自修复和自组装等功能的新型材料，它能够对外界环境做出响应并产生相应的变化。
智能材料的研究和应用已经成为当前材料科学领域的热点之一，其在航空航天、医疗保健、智能机器人等领域具有广阔的应用前景。
智能材料的种类繁多，其中形状记忆合金是一种应用较为广泛的智能材料之一。
形状记忆合金具有记忆形状的特性，可以在外界作用下发生相变，恢复到其记忆形状，因此在医疗器械、航空航天等领域有着重要的应用价值。
除了形状记忆合金，智能聚合物也是一种备受关注的智能材料。
智能聚合物具有响应外界刺激而改变其形态、性能的特点，可以被广泛应用于智能传感器、智能涂料等领域。
另外，碳纳米管也是一种研究热点的智能材料。
碳纳米管具有优异的导电性和力学性能，可以被应用于柔性电子器件、纳米传感器等领域。
在智能材料的研究中，仿生材料也是一个备受关注的方向。
仿生材料以生物体的结构和功能为蓝本，具有优异的生物相容性和生物相似性，可以被应用于人工器官、组织修复等领域。
总的来说，智能材料的研究和应用已经取得了一系列的重要进展，但与传统材料相比，智能材料的研究仍面临着诸多挑战。
例如，智能材料的制备工艺需要更高的精密度和稳定性；智能材料的性能测试和评价方法亟需标准化和规范化；智能材料的环境适应性和耐久性需要进一步提高等。
因此，未来在智能材料领域的研究中，需要加强跨学科交叉合作，推动智能材料的基础理论研究和应用技术创新，为智能材料的发展开辟新的道路。
综上所述，智能材料作为一种新型材料，在材料科学领域具有重要的研究和应用价值。
随着科技的不断进步和创新，相信智能材料必将在未来取得更大的突破和发展，为人类社会的进步和发展做出更大的贡献。
记忆合金的原理及应用小论文
记忆合金的原理及应用小论文1. 引言记忆合金是一种具有形状记忆效应和超弹性特性的材料，可以在外界刺激下实现自我形变和恢复原状，因此被广泛应用于各个领域。
本文将介绍记忆合金的原理和各种应用。
2. 记忆合金的原理记忆合金的原理基于固体相变和晶格结构的变化。
当记忆合金处于高温相（奥氏体相）时，晶格结构规则，材料呈现典型的金属弹性行为。
当降低温度至亚相变温度时，记忆合金会发生固相相变，晶格结构由规则的高温相转变为不规则的低温相（马氏体相）。
在这个过程中，记忆合金会发生形状记忆效应，即变形储存，在外界刺激下能够快速地恢复到其原始形状。
3. 记忆合金的组成和制备方法记忆合金主要由镍、钛、铜、铝等金属元素组成。
这些金属元素在合金中具有不同的比例和含量，可以调节合金的性能和特性。
记忆合金的制备方法主要有冶金法、物理镀膜法和化学还原法。
通过不同的制备方法可以得到具有不同组织结构和性能的记忆合金材料。
4. 记忆合金的应用领域4.1 医疗领域记忆合金在医疗领域有广泛的应用，例如制造血管支架、牙线、矫形器和植入器件。
血管支架使用记忆合金的特性可以在介入治疗中帮助恢复和维护血管的通畅。
牙线和矫形器使用记忆合金的形状记忆效应可以调整和修复牙齿的位置。
植入器件则利用记忆合金的生物相容性和形状记忆效应，在植入后能够适应人体变化并起到治疗作用。
4.2 汽车工业记忆合金在汽车工业中的应用主要体现在发动机、座椅和遥控器等方面。
发动机使用记忆合金可以提高汽车的运行效率和降低燃油消耗，同时还可以减少发动机噪音和震动。
座椅和遥控器使用记忆合金的超弹性特性，可以提供更舒适的座椅和操作手感。
4.3 建筑工程记忆合金在建筑工程领域的应用主要体现在地震防护和结构控制方面。
通过使用记忆合金材料制造阻尼器，可以有效地减小结构的震动，提高建筑的抗震性能。
此外，记忆合金还可以用于结构控制系统，通过控制记忆合金的应变，可以改变结构的刚度和稳定性，使其适应不同的工况。
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形状记忆合金摘要：扼要地叙述了形状记忆合金及其机理, 介绍了形状记忆合金在工程中应用的现状以及发展前景。
关键词：形状记忆合金、形状记忆合金效应、应用引言：有一种特殊的金属材料,经适当的热处理后即具有回复形状的能力,这种材料被称为形状记忆合金( Shape Memory Alloy ,简称为SMA) ,这种能力亦称为形状记忆效应(Shape Memory Effect , 简称为SME) 。
通常,SMA 低温时因外加应力产生塑性变形,温度升高后,克服塑性变形回复到所记忆的形状。
研究表明, 很多合金材料都具有SME ,但只有在形状变化过程中产生较大回复应变和较大形状回复力的,才具有利用价值。
到目前为止,应用得最多的是Ni2Ti 合金和铜基合金(CuZnAl 和CuAlNi) 。
形状记忆合金（Shape Memory Alloys, SMA）是一种在加热升温后能完全消除其在较文 pseudoelasticity）行为，表现为这种合金能承载比一般金属大几倍甚至几十倍的可恢氏体相变。
一、形状记忆合金的发展史最早关于形状记忆效应的报道是由Chang及Read等人在1952年作出的。
他们观察到Au-Cd合金中相变的可逆性。
后来在Cu-Zn合金中也发现了同样的现象，但当时并未引起人们的广泛注意。
直到1962年，Buehler及其合作者在等原子比的TiNi合金中观察到具有宏观形状变化的记忆效应，才引起了材料科学界与工业界的重视。
到70年代初，CuZn、CuZnAl、CuAlNi等合金中也发现了与马氏体相变有关的形状记忆效应。
几十年来，有关形状记忆合金的研究已逐渐成为国际相变会议和材料会议的重要议题，并为此召开了多次专题讨论会，不断丰富和完善了马氏体相变理论。
在理论研究不断深入的同时，形状记忆合金的应用研究也取得了长足进步，其应用范围涉及机械、电子、化工、宇航、能源和医疗等许多领域。
二、形状记忆效应机理a) 单程SME b) 双程SME btpsfa 为SME cdcjc 为伪弹性图1 形状记忆效应示意图图2 形状记忆合金应力—应变—温度关系示意图图1 直观地示意出合金的形状记忆效应。
在T1 温度下,将原来SMA直棒弯曲变形后,加热至T2 ,弯曲棒便逐渐自动变直回冷至T1 ,棒仍保持直的形状。
合金的这种在某种条件下经任意方式的塑性变形,然后加热至该种合金固有的某一温度以上,又完全恢复其原来形状的现象, 称为形状记忆效应( SME) 。
图1a 中所示为单程SME;如果由T2 冷至T1 时,SMA 棒复又自动弯曲,从而随T 2≒T1 热循环,棒的形状亦发生直≒弯循环现，象,这种现象称为双程SME ,如图2b 所示。
可见,合金的SME 是在应力(σ) ———应变(ε) ———温度( T)三维空间中的一种特殊机械行为。
这种空间行为见图2 。
由于SME 的微观机制与母相P 及马氏体M之间发生的P ≒M 正逆相变密切相关,所以,图2 中的相变温度及应变量等均为重要的SMA 设计参数。
其中Ms、Mf 为P →M 正相变开始与终了温度;As、Af 为M →P 逆相变开始与终了温度。
Md 温度为在外力作用下,能够诱发P →M 相变的最高温度,高于此温度变形, SMA 的变形行为与普通合金相同,因而,SME 的变形温度Td ≤Md。
对于Ni —Ti 、Cu 基等多数SMA ,当满足Af <Td < Md 时,其应力———应变行为如图2 中cdijc 所示,即在σ作用下,尽管合金呈现宏观屈服现象,并发生较大的范性变形(cdi 段) ,但是,一旦卸载后,如同普通合金的弹性变形一样,其范性变形减小至0 ,即合金形状随加载变化,随卸载恢复。
因为σ—ε呈非线性,SMA 的这种机械行为称为伪弹性。
SMA 的伪弹性与SME 取决于变形温度Td。
如果Af < Td < Md ,呈现伪弹性;As < Td < Af 为伪弹性与SME 共有区; Td < As 呈现SME。
然而,近年来研制的一些SMA 不论任何温度变形,都不呈现伪弹性。
应予指出,与钢在马氏体状态相反,SMA 在马氏体状态很软,故变形非常容易。
三、形状记忆效应的分类最先在合金相变过程中观察到形状记忆效应的是Chang 和Read ,他们通过对AuCd的相变可逆性研究发现相变过程中发生了电阻率的变化。
1958 年,在铜(CuZn) 中也发现了类似的现象。
直到1962 年, 当Buehlerh和其同事们在等原子的Ni2Ti 合金中发现了SME 后,对SMA 冶金学和应用的研究才蔚然兴起。
随后的十年中,市场上出现了大量的利用SMA 制造的产品。
经过广泛研究,到目前为止,具有SME 的合金可归纳为以下几类:a) Ni2Ti 系,包括等原子Ni-Ti , Ti-Ni-X(X = Fe ,Al ,Co) ;b) 铜系, 包括Cu-Zn 系, 如Cu-Zn , Cu-Zn-X(X = Si ,Al , Sn) ; Cu-Al 系, 如Cu-Al2 , Cu2Al2Ni ;c) 其他有色金属系, 如Co-Ni , Ti-Nb ,Au-Cu-Zn ,Au-Cd ,Ag-Cd , In-Ti 等;d) 铁基合金,如Fe-Pt ,Fe-Ni-Co ,Fe-Mn-Si ,Fe-Ni-Co-Ti ,Fe-Mn-C 及不锈钢等。
虽然目前已经发现的形状记忆合金有30 余种。
但正式作为商品生产的只有Ni 系和Cu 基两大类。
一般来说,Ni2Ti 合金反复使用的稳定性、耐蚀性、对生物体的适应性(界面相互作用) 、以及超弹性和制备加工性等都比Cu 基合金优越,但成本较高。
Cu 基合金尽管在这些方面略微逊色,但价格便宜,在反复使用频率不太高、条件不太苛刻情况下,应用前景非常广泛。
四、形状记忆效应的应用迄今为止,形状记忆合金在空间技术、医疗器械、机械器具、电子设备、能源开发、汽车工业及日常生活各方面都得到了广泛的应用,总的来说,按使用特性的不同,可归纳为下面几类:(1)自由回复。
SMA 在马氏体相时产生塑性形变,温度升高自由回复到记忆的形状。
自由回复的典型例子是人造卫星的天线和血栓过滤器。
美国航空航天局(NASA) 将Ti2Ni 合金板或棒卷成竹笋状或旋涡状发条,收缩后安装在卫星内。
发射卫星并进入轨道后,利用加热器或太阳能加热天线,使之向宇宙空间撑开。
血栓过滤器把Ni2Ti 合金记忆成网状,低温下拉直,通过导管插入静脉腔,经体温加热后,形状变为网状,可以阻止凝血块流动。
有人设想,利用形状记忆合金制作宇宙空间站的可展机构,即以小体积发射,于空间展开成所需的形状,这是很有吸引力的机构。
(2)强制回复。
强制回复最成功的例子是SMA 管接头。
事先把内径加工成比被接管外径小4 % ,当进行连接操作时,首先把管接头浸泡在液态空气中,在低温保温状态下扩径后,把被接管从两端插入,升高温度,内径回复到扩径前的状态,把被接管牢牢箍紧。
利用SMA 制作的脑动脉瘤夹可夹住动脉瘤根部,防止血液流入,使动脉瘤缺血坏死。
本田等人用厚度为015mm 的Ti2Ni 板制作的Ag2TiNi 复合夹满足小而轻、装卸简便等要求,效果良好。
此外,类似的用途还有电源连接器、自紧固螺钉、自紧固夹板、固定销、密封垫圈、接骨板和脊柱侧弯娇形哈伦顿棒等。
(3) 动力装置。
有些应用领域,要求形状记忆元件在多次循环往复运动中对外产生力的作用。
温度继电器和温度保持器、自动干燥箱、电子灶、热机、卫星仪器舱窗门自动启闭、自动火警警报器、热敏阀门、液氨泄漏探测器、煤气安全阀、通风管道紧急启动闸门、自动收进烟头的烟灰盒及人工心脏等都属于这种应用类型。
1997 年美国航空航天局(NASA) 的科学家利用长3cm ,直径0115mm(01006″) 的Ni-Ti SMA 驱动火星探测器上的太阳能电池挡板,加热SMA ,使其收缩,通过传动装置,打开太阳能电池上的玻璃挡板,电池充电。
充电结束后,偏置弹簧重新使挡板复位。
挡板的有效开合可起到防尘的目的。
(4) 精密控制。
因为SMA 的相变发生在一定温度范围而不是某一固定温度点,我们往往只利用一部分形状回复,使机械装置定位于指定的位姿。
微型机器人、昆虫型生物机械、机器人手抓及微型调节器、笔尖记录器及医用内窥镜都属于这一类。
形状记忆合金用作机器智能人的执行器,集传感、控制、换能、制动于一身,具有仿真性好、控制灵活、动作柔顺、无振动噪声、易于结构微型集成化等优点。
日本的日立公司已研制出具有13个自由度的能拣取鸡蛋的机器人。
俄罗斯St1Petersburg 机器人及控制技术学院在Cu-Al-Ni 基合金材料的研究基础上,研制出了拟人机械手(115m 长) ,其手爪能移动200kg的物体。
该研究小组还给出了手爪的精确控制系统。
医学上用到的具有多自由度能弯曲转入肠道内诊断疾病,进行手术的机器人也属于这一类型(图3) 。
现有的大肠镜的直径为10～20mm ,这种内窥镜的直径为13mm ,因此它特别适用于作大肠镜。
诊断过程中,医生一边看纤维镜中的图象,一边移动操纵杆给出前端的第1 ,2 节弯曲角指令和内窥镜前进、后退指令,通过计算机进行柔性控制, 使内窥镜能够平滑地沿着通路前进或后退,大大减小了患者的痛苦,也增加了诊断的准确性。
随着目前超大规模集成电路技术的飞速发展,可进一步制成微米级甚至更小的超微仿生物。
(5)超弹性应用。
SMA 的伪弹性在医学上和日常生活中得到了广泛的应用,市场上的很多产品都应用了SMA 的伪弹性(超弹性) 性质。
主要有牙齿娇形丝、人工关节用自固定杆、接骨用超弹性Ni2Ti 丝、玩具及塑料眼镜镜框等。
Ni2Ti 丝用于娇形上,即使应变量高达10 %也不会产生塑性变形,而且应力诱发马氏体相变的过程中,应变增大较多时矫正力却增加很少。
故能保持适宜的矫正力,既可保证疗效,也可减轻患者的不适感。
五、前景展望在形状记忆合金的实用化进程中,急需积累并分析关于材料特性、功能可靠性、生物相容性和细胞毒性等方面的基础数据资料。
可以预言,随着对SMA 研究的进一步深化,传统的机电一体化系统完全有可能发展成为材料电子一体化系统。
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