记忆合金在航空航天领域内的应用

1、记忆合金在航空航天领域内的应用有很多成功的范例。人造卫星上庞大的 天线可以用记忆合金制作。发射人造卫星之前，将抛物面天线折叠起来装进卫 星体内，火箭升空把人造卫星送到预定轨道后，只需加温，折叠的卫星天线因 具有“记忆”功能而自然展开，恢复抛物面形状。记忆合金在临床医疗领域内有着广泛的应用，例如人造骨骼、伤骨固 定加压器、牙科正畸器、各类腔内支架、栓塞器、心脏修补器、血栓过滤 器、介入导丝和手术缝合线等等，记忆合金在现代医疗中正扮演着不可替 代的角色。记忆合金同我们的日常生活也同样休戚相关。仅以记忆合金制成的弹 簧为例，把这种弹簧放在热水中，弹簧的长度立即伸长，再放到冷水中， 它会立即恢复原状。

2、利用形状记忆合金弹簧可以控制浴室水管的水温，在 热水温度过高时通过记忆功能，调节或关闭供水管道，避免烫伤。也可 以制作成消防报警装置及电器设备的保安装置。当发生火灾时，记忆合金制 成的弹簧发生形变，启动消防报警装置，达到报警的目的。还可以把用记 忆合金制成的弹簧放在暖气的阀门内，用以保持暖房的温度，当温度过低 或过高时，自动开启或关闭暖气的阀门。作为一类新兴的功能材料，记忆合金的很多新用途正不断被开发，例 如用记忆合金制作的眼镜架，如果不小心被碰弯曲了，只要将其放在热水 中加热，就可以恢复原状。不久的将来，汽车的外壳也可以用记忆合金制 作。如果不小心碰瘪了，只要用电吹风加加温就可恢复原状，既省

3、钱又省 力，很是方便。形状记忆合金由于具有许多优异的性能，因而广泛应用于航空航天、机械电子、生物医疗、桥梁建筑、汽车工业及日常生活等多个领域。航空航天工业中的应用形状记忆合金已应用到航空和太空装置。如用在军用飞机的液压系统 中的低温配合连接件，欧洲和美国正在研制用于直升飞机的智能水平旋翼 中的形状记忆合金材料。由于直升飞机高震动和高噪声使用受到限制，其 噪声和震动的来源主要是叶片涡流干扰，以及叶片型线的微小偏差。这就 需要一种平衡叶片螺距的装置，使各叶片能精确地在同一平面旋转。目前 已开发出一种叶片的轨迹控制器，它是用一个小的双管形状记忆合金驱动 器控制叶片边缘轨迹上的小翼片的位置，使其震动降

4、到最低 6。还可用于制造探索宇宙奥秘的月球天线，人们利用形状记忆合金在高 温环境下制做好天线，再在低温下把它压缩成一个小铁球，使它的体积缩小到原来的千分之一，这样很容易运上月球，太阳的强烈的辐射使它恢复 原来的形状，按照需求向地球发回宝贵的宇宙信息。另外，在卫星中使用一种可打开容器的形状记忆释放装置，该容器用 于保护灵敏的错探测器免受装配和发射期间的污染。机械电子产品中的应用1970年美国用形状记忆合金制作 F-14战斗上的低温配合连接器，随 后有数以百万以上的连件的应用5。形状记忆合金作为低温配合连接在飞 机的液压系统中及体积较小的石油、石化、电工业产品中应用。另一种连 接件的形状是焊接的网

5、状金属丝，用于制造导体的金属丝编织层的安全接 头。这种接件已经用于密封装置、电气连接装置、电子工程机械装置，并 能在-65300C可靠地工作。已开出的密封系统装置可在严酷的环境中用作 电气件连接6。将形状记忆合金制作成一个可打开和关闭快门的弹簧，用于保护雾灯 免于飞行碎片的击坏。用于制造精密仪器或精密车床，一旦由于震动、碰 撞等原因变形，只需加热即可排除故障。在机械制造过程中，各种冲压和 机械操作常需将零件从一台机器转移到另一台机器上，现在利用形状记忆 合金开发了一种取代手动或液压夹具，这种装置叫驱动汽缸，它具有效率 高灵活，装夹力大等特点。生物医疗上的应用用于医学领域的TiNi形状记忆合金，

6、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。目前，在医学上 TiNi合金主要应用有：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

7、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。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3040kg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

8、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 5C,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。日常生活应用防烫伤阀在家庭生活中，已开发的形状记忆阀可用来防止洗涤槽 中、浴盆和浴室的热水意外烫伤；这些阀门也可用于旅馆和其他适宜的地方。如果水龙头流出的水温达到可能烫伤人的温度(大约48C)时，形状记 忆合金驱动阀门关闭，直到水温降到安全温度，阀门才重新打开。眼镜

9、框架在眼镜框架的鼻梁和耳部装配 TiNi合金可使人感到 舒适并抗磨损，由于TiNi合金所具有的柔韧性已使它们广泛用于改变眼 镜时尚界。用超弹性TiNi合金丝做眼镜框架，即使镜片热膨胀，该形状 记忆合金丝也能靠超弹性的恒定力夹牢镜片。这些超弹性合金制造的眼镜 框架的变形能力很大，而普通的眼镜框则不能做到。移动电话天线和火灾检查阀门 使用超弹性TiNi金属丝做蜂窝状 电话天线是形状记忆合金的另一个应用。过去使用不锈钢天线，由于弯曲 常常出现损坏问题。使用TiNi形状记忆合金丝移动电话天线，具有高抗破 坏性受到人们普遍欢迎。因此常用来制作蜂窝状电话天线和火灾检查阀门。 火灾中，当局部地方升温时阀门会

10、自动关闭，防止了危险气体进入。这种特殊结构设计的优点是，它具有检查阀门的操作，然后又能复位到安全状 态；这种火灾检查阀门在半导体制造业中得到使用，在半导体制造的扩散 过程中使用了有毒的气体；这种火灾检查阀也可在化学和石油工厂应用。其他方面的应用在工程和建筑领域用TiNi形状记忆合金作为隔音材料及探测地震损 害控制的潜力已显示出来。已试验了桥梁和建筑物中的应用，因此作为隔 音材料及探测损害控制的应用已成为一个新的应用领域。随着薄膜形状记忆合金材料的出现和开发利用，形状记忆合金在智能 材料系统中受到高度重视，应用前景更广阔。工业应用：利用单程形状记忆效应的单向形状恢复。如管接头、天线、套环等。外因

11、性双向记忆恢复。即利用单程形状记忆效应并借助外力随温度升降做 反覆动作，如热敏元件、机器人、接线柱等。内因性双向记忆恢复。即利用双程记忆效应随温度升降做反覆动作，如热 机、热敏元件等。但这类应用记忆衰减快、可靠性差，不常用。超弹性的应用。如弹簧、接线柱、眼镜架等。医学应用：TiNi合金的生物相容性很好，利用其形状记忆效应和超弹性的医学实例相当多。 如血栓过滤器、脊柱矫形棒、牙齿矫形丝、脑动脉瘤夹、接骨板、髓内针、人工 关节、避孕器、心脏修补元件、人造肾脏用微型泵等。21世纪将成为材料电子学的时代。形状记忆合金的机器人的动作除温度外不受 任何环境条件的影响，可望在反应堆、加速器、太空实验室等高技

12、术领域大显身 手。利用记忆合金在特定温度下的形变功能，可以制作多种温控器件，可以制作温控 电路、温控阀门，温控的管道连接。人们已经利用记忆合金制作了自动的消防龙 头-失火温度升高，记忆合金变形，使阀门开启，喷水救火。制作了机械零件的 连接、管道的连接，飞机的空中加油的接口处就是利用了记忆合金-两机油管套 结后，利用电加热改变温度，接口处记忆合金变形，使接口紧密滴水（油）不漏。 制作了宇宙空间站的面积几百平米的自展天线-先在地面上制成大面积的抛物 线形或平面天线，摺叠成一团，用飞船带到太空，温度转变，自展成原来的大面 积和形状。记忆合金目前已发展到几十种，在航空、军事、工业、农业、医疗等领域有著

13、用 途，而且发展趋势十分可观，它将大展宏图、造福於人类。根据热声效应原理，人们已经掌握了声制冷/制热技术英国一所大学的研究小组即将研发出一款首次采用热声技术转化生物质能 的集炊具、发电机和冰箱于一体的设备。这套设备的发明基于低成本、高效率、 低污染，将不仅帮助提高发展中国家居民的生活水平，缓解贫困人口的压力，还 将降低大气污染。该设备的发电和冷却功能应用了声波产生的热声效应，能将声波转化成热 能，反之亦然。例如将木材转化为能源：燃烧木材会产生热量，然后将热量导入 一条特殊管道，制造高或低的气压，以类似汽笛水壶的原理制造声波，这些声波 再由交流发电机（一种能吸收声波的巨大麦克风）转化为电能。这项技术比使用 明火高效得多，而且也降低了污染。目前，全世界有20亿居民还在使用传统的 烧柴炉烹饪。人们发现，在地球的两极，傅科摆的摆动平面24小时转一圈，而在赤道上， 傅科摆没有方向旋转的现象；在两极与赤道之间的区域，傅科摆方向的旋转速度 介于两者之间。地球每24小时自转一周，由于赤道的周长约