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形状记忆材料及其应用 形状记忆材料 具有形状记忆效应的材料 形状记忆效应是指将材料在一定条件下进行一定限度以内的变形后 在对材料施加适当的外界条件 材料的变形随之消失而恢复到变形前的形状的现象 它通常是由两种以上的金属元素构成 所以也叫形状记忆合金 1 2 单程记忆 低温下塑性变形加热时恢复高温时形状再冷却时不恢复低温形状 3 双程记忆 4 全程记忆 5 6 航空航天 NiTI形状记忆合金折叠发射自动张开的宇航天线原理图 7 宇航天线可由NiTi合金丝制成 将TiNi合金天线冷至低温 使其转变为马氏体 将TiNi合金板或棒变形加工成竹笋状或旋涡状发条 收缩后安装在卫星内 卫星进入轨道后 团状天线弹出 在太阳照射下 温度升高到As以上 团状天线自动张开 恢复到原来形状 温度升高到Af温度以上时 完全恢复到原来的形状 天线向宇宙空间撑开 美国宇航局根据达一想法研制了安放在月球表面上的抛物面天线组件 8 形状记忆合金管接头具有高度的可靠性 不需熔焊的高温高热 不会损害周围材料 在低温下易拆卸 便于检修检查 这种管接头在F 14战斗机上使用了10万个以上 从未出现过漏油等事故 这类管接头在核潜艇的管路连接上也可大量应用 150mm大口径管接头在海底输油管道及其修补工程上得到应用 9 机械工业 形状记忆合金管接头用相变点约 150 的TiNiFe合金制备 合金内径加工成比被接管径约小4 5 把管接头浸泡在液态空气中 在低温状态下使内径扩大约7 8 扩径后管接头用保温材料保持低温 被接管从管接头两侧插入 去掉保温材料 管接头温度上升到室温 内径恢复到扩径前状态 牢牢箍紧被接管 形状记忆管接头 10 智能机器人 形状记忆合金可制成驱动器 控制器等应用在智能机器人中 形状记忆驱动器通过适当加热和控制 可完成往返或旋转运动 兼之具有感温功能 形状记忆控制机构同传统伺服控制机构相比 一个形状记忆元件就可起到传统机构中传感 驱动和传递三系统功能的作用 智能控制器 11 下图为具有相当于肩 肘 腕 指等的5维自由度的微型机器人试制品 形状记忆合金可应用于其中 靠形状记忆合金动作的微型机器人结构图 12 电子仪器仪表 用形状记忆合金制造的温度保险器不同于熔断保险丝 可产生很强的力拉断接点 消弧效应明显 适合于作大功率 高电压用保险器 形状记忆合金温度保险器 13 形状记忆合金可制造电接触器的接触棒 当冷却剂喷到接触棒上时 作开关的记忆合金与电路触点无接触 将棒加热到室温时 合金棒因形状记忆改变形状 产生与电路触点接触 这种接触器可通过控制温度使其自动断路或通路 同时还可远距离操作 广泛用于接触器很小或人员难以接近的场合 形状记忆电接触器 14 医疗应用 治疗粉碎性髌骨骨折比较困难 我国设计了一种用于治疗髌骨骨折的形状记忆NiTi聚髌器 现已成功用于临床治疗之中 聚髌器由功能爪和连接腰组成 能从多个方向产生恢复力并作用于髌骨 持续地以纵向聚合加压 将粉碎的髌骨聚合于解剖位置直至骨折愈合 聚髌器 15 当心脏出现毛病 不可能用手术治疗时 不得