《形狀記憶合金》PPT課件

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1、形狀記憶合金演講：劉士琦成員：萬(wàn)敏、石磊、祁正淮、丁昇基于形狀記憶合金的航空航天形狀自適應(yīng)結(jié)構(gòu)技術(shù)形狀記憶合金的應(yīng)用背景形狀記憶合金的記憶原理形狀記憶合金的功能特點(diǎn)形狀記憶合金在航空航天中的應(yīng)用形狀記憶合金在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用形狀記憶合金在生活中的應(yīng)用形狀記憶合金的發(fā)展前景飛機(jī)在出現(xiàn)事故如鳥(niǎo)撞擊飛機(jī)時(shí)，飛機(jī)能自我修復(fù)裂痕。在地震中受到破壞的建筑物、橋梁能自行加固，裂縫會(huì)自行封合。我們使用的各種材料像有生命的東西一樣，能根據(jù)外界環(huán)境自我判斷、自我適應(yīng)、自我修復(fù)。形狀記憶合金應(yīng)用背景請(qǐng)你想象一下1988年4月28日波音737飛機(jī)在美國(guó)出現(xiàn)災(zāi)難性斷裂事故，如今飛機(jī)的事

2、故仍在繼續(xù)發(fā)生。2008年5月12日我國(guó)發(fā)生了舉世震驚的汶川大地震，傷亡慘重。形狀記憶合金的發(fā)現(xiàn)過(guò)程1932年瑞典人歐勒特在觀察某種金鎘合金的性能時(shí)首次發(fā)現(xiàn)形狀記憶效應(yīng)。1938年哈佛大學(xué)的研究人員在一種銅鋅合金中發(fā)現(xiàn)了一種隨溫度的升高和降低而逐漸增大或縮小的形狀變化。但當(dāng)時(shí)并未引起人們的重視。1962年美國(guó)海軍實(shí)驗(yàn)室在開(kāi)發(fā)新型艦船材料時(shí)，在Ti-Ni合金中發(fā)現(xiàn)把直條形的材料加工成彎曲形狀，經(jīng)加熱后它的形狀又恢復(fù)到原來(lái)的直條形。從此形狀記憶合金引起了極大的關(guān)注。形狀記憶合金應(yīng)用背景形狀記憶合金演示實(shí)驗(yàn)材料在一定的溫度下會(huì)恢復(fù)一定的形狀仿佛記住了溫度所賦予的

3、形狀一樣形狀記憶合金記憶原理在有些材料中，即使是同一材料組成的晶體中，也可能存在不同的晶體結(jié)構(gòu)，這種現(xiàn)象稱為同素異構(gòu)。金剛石和石墨就是炭的同素異構(gòu)體。石墨的晶體結(jié)構(gòu)金剛石的晶體結(jié)構(gòu)鐵也有兩種不同的基本晶體結(jié)構(gòu)，即體心立方鐵和面心立方鐵。這種由相同的原子組成的不同的晶體結(jié)構(gòu)，在材料學(xué)中又稱為不同的“相”。體心立方鐵和面心立方鐵屬不同的“相”，前者稱為α~Fe(鐵素體)，后者稱為γ~Fe(奧氏體)。形狀記憶合金記憶原理前者是常溫下存在，而后者是高溫下存在，它們?cè)谟捕?、密度和塑性變形能力等性質(zhì)上都不相同。人們利用同一種成分的材料可以有不同的“相”，就能演出一幕幕

4、“相”變戲，即改變外界條件如溫度,使材料由一種晶體結(jié)構(gòu)變成另一種晶體結(jié)構(gòu)，材料的力學(xué)性能和物理或化學(xué)性能也就隨之改變，當(dāng)溫度恢復(fù)時(shí)材料的晶體結(jié)構(gòu)也恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)，性質(zhì)也隨之復(fù)原。形狀記憶合金就是利用一些材料的晶體結(jié)構(gòu)的相互轉(zhuǎn)變來(lái)使其具有形狀記憶功能的。形狀記憶合金記憶原理從微觀來(lái)看，形狀記憶效應(yīng)是晶體結(jié)構(gòu)的固有變化規(guī)律。通常金屬合金在固態(tài)時(shí)，原子按照一定規(guī)律排列起來(lái)；而形狀記憶合金的原子排列規(guī)律則是隨著環(huán)境條件的改變而改變。比如，當(dāng)溫度下降到某個(gè)臨界溫度以下時(shí)，原子按某一種規(guī)律進(jìn)行排列，此時(shí)的結(jié)構(gòu)稱為馬氏體相；而當(dāng)溫度升高到某個(gè)臨界溫度以上，原子的排列規(guī)

5、律就會(huì)發(fā)生改變，原子又按另一種規(guī)律進(jìn)行排列，此時(shí)又稱之為奧氏體相或母相。形狀恢復(fù)的推動(dòng)力是由在加熱溫度下母相和馬氏體相的自由能之差產(chǎn)生的。從宏觀來(lái)看，材料在高溫下被處理成一定形狀，再急冷下來(lái)，在低溫相狀態(tài)下經(jīng)塑性變形為另一種形狀，然后加熱到高溫相成為穩(wěn)定狀態(tài)的溫度時(shí)，通過(guò)馬氏體逆相變恢復(fù)到低溫塑性變形前的形狀。具有這種效應(yīng)的金屬，通常是由兩種以上的金屬元素構(gòu)成的合金，故稱為形狀記憶合金(ShapeMemoryAlloy，簡(jiǎn)稱SMA)。形狀記憶合金記憶原理>Af形狀記憶效應(yīng)可分為三類單程記憶效應(yīng)：在馬氏體狀態(tài)下受力變形，加熱時(shí)恢復(fù)高溫相形狀，冷卻時(shí)不恢復(fù)低溫

6、相形狀。雙程記憶效應(yīng)：加熱時(shí)恢復(fù)高溫形狀，冷卻時(shí)恢復(fù)低溫形狀，即通過(guò)溫度升降自發(fā)地可逆地反復(fù)恢復(fù)高低溫的形狀。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∠蛳喾吹母邷叵嘈螤睢＿@是一種特殊的雙程記憶效應(yīng)。形狀記憶合金記憶原理左圖是一個(gè)雙程CuZnAl記憶合金彈簧，它是SMA用作驅(qū)動(dòng)器的典型形式。該彈簧是隨溫度變化自行伸縮的感溫驅(qū)動(dòng)元件。采用CuZnAl記憶合金絲，表面鍍錫，以熱水或熱風(fēng)為熱源，典型伸縮溫度為65℃~85℃，自由狀態(tài)為45mm，伸長(zhǎng)狀態(tài)為200mm?？梢?jiàn)其形變量較大，可以產(chǎn)生足夠的驅(qū)動(dòng)力。利用記憶合金在加熱時(shí)形狀恢復(fù)的同時(shí)其回復(fù)力

7、可對(duì)外作功的特性，能夠制成各種驅(qū)動(dòng)元件。這種驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高，可靠性好。形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器左圖是一種SMA用于溫度傳感的典型形式，這種控制器是把SMA絲作為電橋的一個(gè)電阻，當(dāng)SMA絲感溫后電阻率發(fā)生變化，從而引起電橋失去平衡，電流信號(hào)通過(guò)放大器被放大，從而激活繼電器產(chǎn)生動(dòng)作。形狀記憶合金傳感器(3)在一定條件下利用電阻特性將NiTi超彈絲用作智能材料與結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的傳感元件來(lái)檢測(cè)結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力、應(yīng)變時(shí)，應(yīng)使其初始狀態(tài)處于應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變完成后的馬氏體彈性變形階段，以減小溫度變化對(duì)其傳感性能的影響。形狀記憶合金本質(zhì)上是金屬，因此它具有金屬的導(dǎo)電性，即表

8、現(xiàn)為電阻特性。但SMA的電阻率受應(yīng)力影響，其應(yīng)力-電阻率特性曲線在