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1、形狀記憶合金研究綜述材實(shí)驗(yàn)0901付朝麗1101090201摘要文章簡(jiǎn)述了形狀記憶合金的發(fā)現(xiàn)歷史，詳述了形狀記憶合金的特性并列舉了其在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用和研究現(xiàn)狀，最后指出了研究中存在的問(wèn)題并對(duì)今后的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞形狀記憶合金特性應(yīng)用研究現(xiàn)狀展望Abstract:Thearticlegivesabriefhistoryofthediscoveryoftheshapememoryalloy,detailsthecharacteristicsofshapememoryalloysandlistsapplicationsandresearchinvario
2、usfields,finallypointsouttheproblemsinthestudyandfuturedirectionofdevelopmentprospects.Keywords:shapememoryalloycharacteristicsapplicationsresearchprospects1前言1.1歷史背景在上世紀(jì)80年代，人們提出了智能材料的概念。所謂智能材料，即要求材料體系集感知、驅(qū)動(dòng)、信息處理于一體，形成類(lèi)似生物材料那樣具有智能屬性的材料，具備自感知、自診斷、自適應(yīng)、自修復(fù)等功能。其中形狀記憶合金(ShapeMemoryAlloy
3、，簡(jiǎn)稱SMA)由于驅(qū)動(dòng)作用顯著、性能較穩(wěn)定等特點(diǎn)，成為智能材料與結(jié)構(gòu)中研究最多的驅(qū)動(dòng)元件之一。最早關(guān)于形狀記憶效應(yīng)的報(bào)道是由Chang及Read等人在1952年作出的，他們觀察到Au-Cd合金中相變的可逆性。后來(lái)在Cu-Zn合金中也發(fā)現(xiàn)了同樣的現(xiàn)象。1962年，Buehler及其合作者在等原子比的TiNi合金中也觀察到具有宏觀形狀變化的記憶效應(yīng)，但當(dāng)時(shí)并未引起人們的廣泛注意。直到1963年美國(guó)海軍武器實(shí)驗(yàn)室的Buchler和Wiley將SMA研制出來(lái)后，由于其形狀記憶功能被很快重視并應(yīng)用起來(lái)[1]。1970年，美國(guó)首先將NiTi形狀記憶合金用于宇宙飛船天線，以
4、后又研制出形狀記憶合金的熱機(jī)、機(jī)器人、傳感器并在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的雅克、醫(yī)療器械、整形外科等方面廣泛應(yīng)用。日本每年發(fā)表的“形狀記憶合金專利調(diào)查報(bào)告書(shū)”表明，自1984年以后的幾年，每年專利約1000項(xiàng)，應(yīng)用領(lǐng)域涉及電氣、機(jī)械、運(yùn)輸、化學(xué)、醫(yī)療、能源、生活用品等[2-3]。1.2形狀記憶合金簡(jiǎn)介形狀記憶合金(ShapeMemoryAlloy,簡(jiǎn)稱SMA)是指具有一定初始形狀的合金在低溫下經(jīng)塑性形變并固定成另一種形狀后，通過(guò)加熱到某一臨界溫度以上又可恢復(fù)成初始形狀的一類(lèi)合金，這種能夠記住其原始形狀的功能稱為形狀記憶效應(yīng)(ShapeMemoryEffect,SME)。形狀記
5、憶合金是一種特殊的新型功能材料、集感知與驅(qū)動(dòng)于一體的智能材料，因其具有獨(dú)特的力學(xué)效應(yīng),可以制作小巧玲瓏、高度自動(dòng)化、性能可靠的元器件，并在儀器儀表、自動(dòng)控制、機(jī)器人、機(jī)械制造、汽車(chē)、航天航空、生物醫(yī)學(xué)等工程領(lǐng)域都獲得了廣泛應(yīng)用。至今為止發(fā)現(xiàn)的記憶合金體系：Au-Cd、Ag-Cd、Cu-Zn、Cu-Zn-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。2形狀記憶合金的特性形狀記憶合金在不同環(huán)境溫度下，最顯著的特性就是形狀記憶效
6、應(yīng)和超彈性，此外，它還具有高阻尼和高回復(fù)力等特征。形狀記憶合金所呈現(xiàn)的特征主要與四個(gè)相變的特征溫度有關(guān)：馬氏體相變開(kāi)始溫度Ms及結(jié)束溫度Mf，奧氏體相變開(kāi)始溫度As及結(jié)束溫度Af。2.1形狀記憶效應(yīng)2.1.1形狀記憶效應(yīng)的呈現(xiàn)過(guò)程在晶體材料中，形狀記憶效應(yīng)(ShapeMemoryEffect，SME)表現(xiàn)為：當(dāng)具有一定形狀的母相樣品，由Af以上冷卻到Mf以下形成馬氏體后，將馬氏體在Mf以下變形，經(jīng)加熱到Af以上，材料會(huì)自動(dòng)回復(fù)其在母相時(shí)的形狀，好像具有能夠“記憶”住原始形狀的功能，這就是形狀記憶效應(yīng)。一般來(lái)講，形狀記憶效應(yīng)可以分為三類(lèi)：(1)單程形狀記憶效應(yīng)：
7、經(jīng)受力變形，加熱時(shí)恢復(fù)高溫相形狀，冷卻時(shí)不恢復(fù)低溫相形狀的現(xiàn)象。也稱為不可逆形狀記憶效應(yīng)。(2)雙程形狀記憶效應(yīng)：經(jīng)受力變形加熱時(shí)恢復(fù)高溫相形狀，冷卻時(shí)又恢復(fù)低溫相形狀，可以通過(guò)溫度的變化白發(fā)地、反復(fù)地恢復(fù)高低溫相形狀的現(xiàn)象。也稱為可逆形狀記憶效應(yīng)。具有完全熱彈性馬氏體相變的合金如NiTi基合金、p．Cu基合金、Au．Cd、h1．Ti等同時(shí)具有程記憶效應(yīng)。(3)全程形狀記憶效應(yīng)：經(jīng)受力變形，加熱時(shí)恢復(fù)高溫相形狀，冷卻時(shí)變?yōu)樾螤钆c高溫相同而取向與之相反的現(xiàn)象，是一種特殊的形狀記憶效應(yīng)?；蚍Q全方位形狀記憶效應(yīng)。這種效應(yīng)只出現(xiàn)在經(jīng)特殊處理的富Ni的NiTi合金NiT
8、i50.5％～52％(摩爾分?jǐn)?shù))中。我
