形状记忆材料

1、形状记忆材料 一、材料简介形状记忆材料是指具有形状记忆效应的工程材料，是一种智能型多功能材料，集敏感和驱动功能于一体，输入热量就可对外做功。在各工程技术、医学领域有着广阔的应用前景。该材料是具有一定形状的固体在一定条件下经一定塑性变形后，当加热至一定温度时又可完全恢复至原形状的新型材料。即它能记忆母象的形状，具有SME的合金，称为记忆合金（SMA）。形状记忆效应是1951年美国Read等人在AUCD合金中首先发现的，1953年在R8-合金中也发现了同样现象，但当时并没有过多的引人注目。直到1964年美国Buehler等人在Ti-Ni合金中发现形状记忆效应后，该新型材料才受到世界瞩目，科学家们才

2、逐步开展起对它的研发和利用。20世纪60年代中期出现了Ti-Ni合金制造的人造卫星天线和能量转换热机。1970年在形状记忆合金历史上有两项重大突破:一是Ti-Ni合金管接头在F14飞机油压管路连接上大量应用,这是形状记忆合金的第一个批量产品；二是日本大阪大学清水和大塚对所发现的形状记忆合金进行综合研究后发现这些合金有共性：它们都有热弹性马氏体相变。形状记忆合金的制造一般需要熔铸、加工、成形、形状记忆处理等几大步骤。形状记忆高分子的制法与普通高分子的制法基本相同，既可以采用浇注法直接制得制品，也可以采用双螺杆挤出机，先制得粒料然后再注射成型。对于热塑性的形状记忆高分子多采用先制成粒料再成型的方法

3、。成型前粒料必须除去水分，否则会使物性下降，外观变差。对于热固性的形状记忆高分子则多采用浇注法、固化脱模后硫化即得具有“原始形状”的制品，再经二次成型得形状记忆高分子。制造工艺图如下：铸锭 均匀化 热锻 热轧 热旋 热拉 最终热处理中间退火冷拉二、材料的类别与性能形状记忆材料目前有20多种，最引人注目的的是Ni-Ti基、Cu-Zn-Al、Fe-Mn-Si和Cu-Al-Ni合金等。他们的主要性能及特点分别概括为：1、 Ni-Ti基 具有优异的SME、高耐热性、耐蚀性、高强度以及其他材料无 可比拟的耐热疲劳性与良好生物相容性。但存在原材料价格昂贵，制造工艺困难，切削加工性能差等不足。2、 Fe基合

4、金 具备强度高，塑性好，价格便宜等优点。3、 Cu基合金 价格便宜，生产过程简单，具备良好的SME，电阻率小，加工性能好。但长期或反复使用时，形状回复率会减小。4、 形状记忆聚合材料 质轻、易成型、耐腐蚀、电绝缘。三、材料的应用领域形状记忆合金的应用实例工业上形状恢复的一次利用工业上形状恢复的反复利用医疗上形状恢复的利用紧固件管接头宇宙飞行器专用天线火灾报警器风扇人造心脏印刷电路板的结合集成电路的焊接电路的连接器夹板温度传感器调节室内温度用恒温器温室窗汽车散热器的离合器热能转变装置热电继记录器用笔驱动装置机器手消除凝固血栓过滤器管椎矫正棍脑瘤手术用夹子人造肾的瓣膜骨折部位固定夹板电器的控制元件

5、矫正牙排用拱形金属线人造牙根机器人应用领域及实例土木建筑 固定铆钉、空隙密封、异径管连接机械制造 自动启闭阀门、热收缩套管、防音辊、防震器、连接装置、衬里材料、缓冲器电子通讯 电子集束管、电电磁屏蔽材料、光记录媒体、电缆防水接头印刷包装 热收缩薄膜、夹层复盖、商标医疗卫生 绷带、夹板、矫正材料、扩张血管、四肢模型材料日常用品 便携式饮具、餐具、头套、乳罩、人造花、领带、衬衣领、残疾人专用勺文体娱乐 文具、教具、玩具、体育保护器材其 他 商品识伪、火灾报警装置应用实例 1969年“阿波罗”11号登月宇宙飞船，安装在飞船上的一小团天线，在阳关照射下迅速展开，伸展成半球状，开始了自己的工作。 地 、

6、月之间的信息就是通过它传输的。这个半球状天线就是形状记忆合金制成的。极薄Ni-Ti形状记忆合金现在正常情况下按预定要求作成半球状天线，然后减低温度把它压成一团，装进登月宇宙飞船带上天去。当到达月面后，阳关照射下在温度升高至一定温度时，天线又“记忆”起自己的本来面貌，故而恢复成一个半球状天线。四、材料的应用现状从上世纪50年代中期开始各国都积极致力于对形状记忆合金应用的开发。该合金逐步广泛用于电子、电器、汽车、机械、能源、家电、宇航、建设、医疗等领域中。上世纪70年代许多记忆合金产品相继问世：固紧力大、气密性好、可避免熔焊时焊缝区性能恶化和飞机机身损伤的管接头。这种管接头在F4战斗机油压系统和石

7、油企业输油管道系统的管材连接上已经大量得到应用。美国海军飞机上使用了96万根以上，尚未发生任何事故。记忆铆钉特别适用于不能触到部位的连接和有强烈射线源板材的连接，因此将在原子能反应堆上大量得到应用。形状记忆合金在医学上的应用实例有血栓过滤器、脊椎矫形棒、脑动脉瘤手术夹、人造心脏、人造肾脏瓣膜、骨折部位固定用接骨板、各种支架等。从地面发射带有很大天线的宇航飞行器是非常困难的，但用Ti-Ni合金丝制成的天线成功地解决了这一难题。这些是利用形状记忆合金单程形状恢复特性。热机（又称固体发动机）是双程内因性形状恢复利用的典型例子，尽管效率很低但在太阳热、工厂废热、汽车废热、地热、电站废热等低能热的回收上

8、却用处很大，可以把这些热能转换成电能。形状记忆合金的应用绝大部分是利用外因性双程形状恢复的，其中控温器和驱动器为最多，如室温控制用恒温器、温室窗户开闭器、全自动电子干燥剂用电子元件开闭器、汽车散热器、报警器TN-Ni合金耐蚀耐磨性能好，在沸水型原子反应堆和高压水型原子反应堆中用作冷却水泵耐蚀耐磨件，成功实现了反应堆冷却水净化系统重要部位的不检修。形状记忆合金还用于眼镜框边丝、特殊弹簧、牙齿矫形用唇弓丝、贮能材料、防震材料和消声材料等。五、材料未来应用的瞻望交通工具：将形状记忆材料制成自行车、汽车等交通工具，可以使它们在某个温度下记忆不同的大小外型，方便交通工具的停放问题，缓解交通压力和停车压力。住 房：运用形状记忆材料制成的住房可以方便的移动，既节省空间又有效发挥了原材料特殊功效。能量转化：利用形状记忆材料的特点，将材料制成水轮机的形状，使它记得在室温与一定温度