《形狀記憶合金》ppt課件

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1、化學(xué)與材料形狀記憶合金形狀記憶合金的發(fā)現(xiàn)20世紀(jì)60年代初，美國(guó)馬里蘭州海軍軍械研究所的科學(xué)家比勒，用鎳鈦合金絲做試驗(yàn)。這些合金絲彎彎曲曲，為了使用方便，他把這些合金絲弄直了。但是，當(dāng)他無意中把合金絲靠近火的時(shí)候，奇跡發(fā)生了：已經(jīng)弄直的合金絲居然完全恢復(fù)了它們?cè)瓉韽潖澢男螤?。形狀記憶合金的特點(diǎn)形狀記憶合金材料是一種新型的功能材料，其特點(diǎn)是在一定的外力作用下可以改變其形態(tài)(形狀和體積)，但當(dāng)溫度升高到某一定值時(shí)，它又可完全恢復(fù)原來的形態(tài)。通過形狀記憶合金模仿肌肉的收縮來實(shí)現(xiàn)人工肌肉的功能。用背部的金屬纖維振動(dòng)翅膀形狀記憶合金的用途（一）在航空上的應(yīng)用——月球上的“奇葩”在室溫下用

2、形狀記憶合金制成拋物面天線，然后把它揉成直徑5厘米以下的小團(tuán)，放入阿波羅11號(hào)的艙內(nèi)，在月面上經(jīng)太陽(yáng)光的照射加熱使它恢復(fù)到原來的拋物面形狀。這樣就能用空間有限的火箭艙運(yùn)送體積龐大的天線了。形狀記憶合金的用途（二）在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用合金作為驅(qū)動(dòng)元件，具有可動(dòng)的肩、肘、腕及手指的微型機(jī)械手。手指和手腕靠TiNi合金螺旋彈簧的伸縮實(shí)現(xiàn)開閉和彎曲動(dòng)作，肘和肩是靠直線狀的TiNi合金絲的伸縮做彎曲動(dòng)作，各個(gè)形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)元件都由直接通上的脈寬可調(diào)電流加以控制。形狀記憶合金的用途歸納(1)汽車：后霧燈罩、手動(dòng)變速箱的防噪音裝置、燃料蒸發(fā)氣體排出控制閥；(2)電子設(shè)備：電子爐灶換氣門的開閉器、空調(diào)

3、風(fēng)向自動(dòng)調(diào)節(jié)器、咖啡牛奶沸騰感知器、電飯鍋壓力調(diào)節(jié)器、電磁調(diào)理器過熱感知器、溫泉浴池調(diào)理器等；(3)安全器具：過熱報(bào)警器、火災(zāi)報(bào)警器、煙灰缸滅火栓等；(4)醫(yī)療方面：人工牙根、牙齒矯正絲、導(dǎo)線等；(5)生活用品：自動(dòng)干燥庫(kù)門開閉器、衛(wèi)生間洗滌器水管轉(zhuǎn)換開關(guān)、空調(diào)進(jìn)出口風(fēng)向調(diào)節(jié)器、浴池保溫器、玩具、路標(biāo)方向指示轉(zhuǎn)換器、家庭換氣門開閉器、防火擋板、凈水器熱水防止閥、恒溫箱混合水栓溫度調(diào)節(jié)閥、眼鏡固定件、眼鏡框架、胸罩絲、釣魚線、便攜電話天線、裝飾品等。形狀記憶合金的分類（1）單程記憶效應(yīng)　　形狀記憶合金在較低的溫度下變形，加熱后可恢復(fù)變形前的形狀，這種只在加熱過程中存在的形狀記憶現(xiàn)象

4、稱為單程記憶效應(yīng)。（2）雙程記憶效應(yīng)　　某些合金加熱時(shí)恢復(fù)高溫相形狀，冷卻時(shí)又能恢復(fù)低溫相形狀，稱為雙程記憶效應(yīng)。（3）全程記憶效應(yīng)　　　　加熱時(shí)恢復(fù)高溫相形狀，冷卻時(shí)變?yōu)樾螤钕嗤∠蛳喾吹牡蜏叵嘈螤?，稱為全程記憶效應(yīng)。形狀記憶合金的原料真正實(shí)際中使用的形狀記憶合金主要是TiNi合金和CuALBe合金，以及在這兩種合金中添加微量元素所組成的合金，因而形狀記憶合金的主要材料是鎳、鈦、銅、鈹青銅等，其產(chǎn)地分別是我國(guó)西部地區(qū)的金昌、遵義、白銀、石嘴山等。合金具有“記憶”的原因據(jù)科學(xué)家推測(cè)，金屬的結(jié)晶狀態(tài)，在被加熱時(shí)和冷卻時(shí)是不同的，雖然外表沒有變化，然而在一定溫度下，金屬原子的

5、排列方式會(huì)發(fā)生突變，這稱為相變。能引起記憶合金形狀改變的條件是溫度。分析表明，這類合金存在著一對(duì)可逆轉(zhuǎn)變的晶體結(jié)構(gòu)。如含有Ti和Ni各為50％的記憶合金，有兩種晶體結(jié)構(gòu)，一種是菱形的，另一種是立方體的，這兩種晶體結(jié)構(gòu)相互轉(zhuǎn)變的溫度是一定的。高于這一溫度，它會(huì)由菱形結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎襟w結(jié)構(gòu)；低于這一溫度，又由立方體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱庑谓Y(jié)構(gòu)。晶體結(jié)構(gòu)類型改變了，它的形狀也就隨之改變。形狀記憶效應(yīng)與形狀記憶合金一般金屬材料受到外力作用后，首先發(fā)生彈性變形，達(dá)到屈服點(diǎn)，就產(chǎn)生塑性變形，應(yīng)力消除后留下永久變形。但有些材料，在發(fā)生了塑性變形后，經(jīng)過合適的熱過程，能夠回復(fù)到變形前的形狀，這種現(xiàn)象叫做形狀記

6、憶效應(yīng)（SME）。具有形狀記憶效應(yīng)的金屬一般是兩種以上金屬元素組成的合金，稱為形狀記憶合金（SMA）鐵素體、奧氏體、馬氏體組成鐵碳合金的鐵具有兩種晶格結(jié)構(gòu)：910℃以下為具有體心立方晶格結(jié)構(gòu)的α——鐵，910℃以上為具有面心立方晶格結(jié)構(gòu)的Υ——鐵。如果碳原子擠到鐵的晶格中去，而又不破壞鐵所具有的晶格結(jié)構(gòu)，這樣的物質(zhì)稱為固溶體。碳溶解到α——鐵中形成的固溶體稱鐵素體。而碳溶解到Υ——鐵中形成的固溶體則稱奧氏體。奧氏體是鐵碳合金的高溫相。???鋼在高溫時(shí)所形成的奧氏體，過冷到727℃以下時(shí)變成不穩(wěn)定的過冷奧氏體。如以極大的冷卻速度過冷到230℃以下，這時(shí)奧氏體中的碳原子已無擴(kuò)散的可能

7、，奧氏體將直接轉(zhuǎn)變成一種含碳過飽和的α固溶體，稱為馬氏體。由于含碳量過飽和，引起馬氏體強(qiáng)度和硬度提高、塑性降低，脆性增大。