智能复合材料.ppt

1、,智能复合材料,形状记忆合金Shape Memory Alloys,智能复合材料,智能复合材料与结构是在复合材料基础上发展起来的一项高新技术，它是一种由传感器、信息处理器和功能驱动器等部分构成的新型复合材料。 不同于结构材料和功能材料，它能通过自身的感知，获取外界信息，作出判断和处理，发出指令，具有执行和完成功能，所以单一材料不可能实现，往往要由多种材料组元复合构成。智能复合材料是信息科学融入材料科学的产物。,3,它的目标就是想研制出一种材料，使它成为具有类似于生物的各种功能的“活”的材料。因此智能材料必须具备感知、驱动和控制这三个基本要素。 但是现有的材料一般比较单一，难以满足智能材料的要求

2、，所以智能材料一般由两种或两种以上的材料复合构成一个智能材料系统。智能材料代表了材料科学的最活跃方面和最先进的发展方向。,智能材料的特征因为设计智能材料的两个指导思想是材料的多功能复合和材料的仿生设计，所以智能材料系统具有或部分具有智能功能和生命特征 1）传感功能（Sensor） 2）反馈功能（Feedback） 3）信息识别与积累功能 4）响应功能 5）自诊断能力（Self-diagnosis） 6）自修复能力（Self-recovery） 7）自调节能力（Self-adjusting）,一、形状记忆效应(Shape Memory Effect)二、形状记忆效应的机理(Mechanism)三

3、、形状记忆合金材料(SMA Materials) 四、形状记忆合金材料在实际中应用,形状记忆是指具有初始形状的制品变形后，通过加热等处理手段又回复初始形状的功能。 具有形状记忆功能的材料包括：1.形状记忆合金 2.形状记忆聚合物。 接下来给大家举个例子了解形状记忆,一、形状记忆效应(Shape Memory Effect),2020/7/21,形状记忆示意图,没放入热水前,放入热水后,冷却至室温后,再次放入热水后,双程CuZnAl记忆合金花的动作变化情况,想必然大家都会好奇为什么会出现这样的现象！,具体例子,9,二、形状记忆效应的机理(Mechanism),经过我们上学年都学过的金属学热处理，

4、大家都对马氏体相当熟悉。 从奥氏体到马氏体的转变叫做马氏体相变，马氏体相变是无扩散型相变。普通的马氏体相变是钢的淬火强化方法，即把钢加热到某个临界温度以上保温一段时间，然后迅速冷却，钢转变为一种马氏体结构，并使钢硬化。 马氏体相变分成非热弹性马氏体相变和热弹性马氏体相变两类。,热弹性马氏体相变,热弹性马氏体相变，相变温度滞后很小， As-Ms约10，马氏体核心以突发式成核并长到一定大小，马氏体相和母相间保持着弹性平衡。温度下降时，相变化学自由能增大，马氏体长大的推动力增大，马氏体片的厚度、大小继续增加，同时也可能形成新的马氏体核心。相变速率不仅与成核率有关，也与马氏体成长速率有关，马氏体生长速

5、率受冷却速率的控制。 反之，如果升高温度或取消外应力，则转变就向相反的方向进行，即马氏体逆转变为奥氏体，马氏体片就缩小，甚至完全消失。在这种情况下，只要马氏体界面上的共格性未被破坏，则马氏体片可随着驱动力的改变而反复发生长大或缩小。具有这种特征的马氏体称为“热弹性马氏体” 。,具有热弹性马氏体转变的合金会产生“超弹性”和“形状记忆效应”。 形状记忆效应是由于合金中发生了热弹性(或应力诱发)马氏体相变。热弹性马氏体和应力诱发马氏体统称为弹性马氏体。只有弹性马氏体相变才能产生形状记忆效应。,形状恢复完全可逆需具备以下条件：,马氏体相变是热弹性的； 母相和马氏体呈现有序的点阵结构； 马氏体点阵的不变

6、切变为孪生，亚结构为孪晶或层错； 马氏体相变在晶体学上是可逆的。,13,三、形状记忆合金材料(SMA Materials)已发现的形状记忆合金种类很多，可以分为Ti-Ni系、铜系、铁系合金三大类。目前已实用化的形状记忆合金只有Ti-Ni系合金和铜系合金。,（1）Ti-Ni基形状记忆合金,source: ,具有丰富的相变现象、优异的形状记忆和超弹性性能、良好的力学性能、耐腐蚀性、生物相容性以及高阻尼特性； 研究最全面、记忆性好、实用性强的形状记忆合金材料，是目前应用最为广泛的形状记忆材料； 应用范围：航天、航空、机械、电子、交通、建筑、能源、生物医学及日常生活等领域。 缺点：制造过程较复杂，价格

7、较昂贵。,（2）铜基形状记忆合金,由Cu-Zn和Cu-Al两个二元系发展而来； 种类较多：Cu-Zn-Al基、Cu-Al-Ni基；Cu-Al-Mn系列； 优点：价格便宜，易于加工制造； 缺点：形状记忆效应和强度较低；稳定性及耐疲劳性能 差；不具有生物相容性。,（3）Fe基记忆合金,优点：强度高、塑性好、易加工、价格低廉、使用方便。 最具价值和应用前景的系统： 1.FeMnSiCrNi系 2.FeNiCoTi系,2020/7/21,按照记忆能力形状记忆合金又可以分为三种：（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

8、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。,2020/7/21,眼镜框架 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。,四、形状记忆合金材料在实际中应用,简单了解下,2020/7/21,有人用记忆合金黄铜弹簧制成防烫伤莲蓬头，当水的温度太高时，弹簧可以自行关闭热水，以防止淋浴时意外烫伤。,2020/7/21,形状记忆合金铆钉,2020/7/21,航空航天工业中的应用,记忆金属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