智能材料—形状记忆合金

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1、高分子形状记忆合金的发展及趋势摘要：本论文主要讨论形状记忆合金相关内容，论文简单的介绍了形状记忆合金的发现以及发展历史和分类，主要内容为英应用，包括在航天航空领域，生物医疗，日常生活，机械电子产品等方面的应用。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。形状记忆合金、形状记忆合金效应、应用一、引言：形状记忆合金(ShapeMemoryAlloy,SMA)是指具有一定初始形状的合金在低温下经塑性形变并同定成另一种形状后，通过加热到某一临界温度以上乂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

2、能称为形状记忆效应(ShapeMemoryEffect,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冋复应变和较大形状冋复力的，才具有利用价值。到口前为止，应用得最多的是Ni2Ti合金和铜基合金(CuZnAl和CuAlNi)o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嘱冃，并获得了广泛应用。二、形状记忆合金的发展史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Z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

3、形状，人们把具有这种特殊功能的合金称为形状记忆合金。1938年。当时美国的在Cu-Zn合金小发现了马氏体的热弹件转变。随后，前苏联对这种行为进行了研究。1951年美国的Chang相Read在Au47・5Cd(%原子)合金中发现了行状记忆效应。这是最早观察到金属形状记忆效应的报道。数年后，Burkhart在In-Ti合金中观察到同样的现象。然而在当时，这些现象的发现只被看作是个别材料的特殊现象而未能引起人们足够的兴趣和重视。直至1962年，美国海军机械研究所t发现了Ni-Ti合金中的的形状记忆效应，才开创了“形状记忆”的实用阶断。1969年，美国一家公司首次将Ni-Ti合金制成管

4、接头应用于美国F14战斗机上；1970年，美国将Ti-Ni记忆合金丝制成宇宙飞船用天线。这些应用大大激励了国际上对形状记忆合金的研究与开发。20世纪7年代，相继开发出了Ni-Ti基、Cu-A12-Ni基和Cu-Zn-Al基形状记忆合金;80年代开发出了Fe-Mn-Si基、不锈钢基等铁基形状记忆合金，由于其成木低廉、加工简便而引起材料工作者的极大兴趣。从20世纪90年代至今，高温形状记忆合金、宽滞后记忆合金以及记忆合金薄膜等己成为研究热点。从SMA的发现至今己有四十余年历史，美国、H本等国家对SMA的研究和应用开发已较为成熟，同时也较早地实现了SMA的产业化。我国从上世纪70年代

5、末才开始对SMA的研究工作，起步较晚，但起点较高。在材料冶金学方而，特别是实用形状记忆合金的炼制水平已得到国际学术界的公认，在应用开发上也有一些独到的成果。但是，由于研究条件的限制，在SMA的基础理论和材料科学方面的研究我国与国际先进水平尚有一定差距，尤其是在SMA产业化和工程应用方面与国外差距较大。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，这种貝在加热过程中存在的形状记忆现彖称为单程记忆效应。(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

6、温相形状，冷却时变为形状相同而収向相反的低温和形状，称为全程记忆效应。SMA的形状记忆效应源于热弹性马氏体相变，这种马氏休一口形成，就会随着温度下降而继续生长，如果温度上升它乂会减少，以完全相反的过程消失。两项£1由能之差作为相变驱动力。対项£1由能相等的温度T0称为平衡温度。只有当温度低于平衡温度T0时才会产生马氏体相变，反Z,只有当温度高丁•平衡温度TO时才会发生逆相变。在SMA中，马氏体相变不仅曲温度引起，也可以出应力引起，这种曲应力引起的马氏体相变叫做应力诱发马氏休相变，且相变温度同应力呈线性关系。至今为止发现的记忆合金体系Au-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。形状记忆合金的历史只有70多年，开发迄今不过20余年，但由于其在各领域的特效应用，正广为世人所嘱H,被誉为〃神奇的功能材料〃，其实用价值和当广泛，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。三、形状记忆效应的应用3.1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、