文档介绍：组员:韩宜丹
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形状记忆合金
形状记忆合金演示实验
材料在一定的温度下会恢复一定的形状仿佛记住了温度所赋予的形状一样
形状记忆合金
简介、起源和分类
工作原理
研究现状及应用总述
在航空航天方面的应用
在医学中的应用
电影中的形状记忆材料
记忆合金是一种原子排列很有规则、%的马氏体相变合金。这种合金在外力作用下会产生变形,当把外力去掉,在一定的温度条件下,能恢复原来的形状。由于它具有百万次以上的恢复功能,因此叫做“记忆合金”。当然它不可能像人类大脑思维记忆,更准确地说应该称之为“记忆形状的合金”。此外,记忆合金还具有无磁性、耐磨耐蚀、无毒性、超弹性的优点,因此应用十分广泛。科学家们现在已经发现了几十种不同记忆功能的合金,比如钛-镍合金,金-镉合金,铜-锌合金等。
简介
1932年,瑞典人奥兰德在金镉合金中首次观察到"记忆"效应,即合金的形状被改变之后,一旦加热到一定的跃变温度时,它又可以魔术般地变回到原来的形状,人们把具有这种特殊功能的合金称为形状记忆合金。记忆合金的开发迄今不过20余年,但由于其在各领域的特效应用,正广为世人所瞩目,被誉为"神奇的功能材料"。
1963年,美国海军军械研究所的比勒在研究工作中发现,在高于室温较多的某温度范围内,把一种镍-钛合金丝烧成弹簧,然后在冷水中把它拉直或铸成正方形、三角形等形状,再放在40 ℃以上的热水中,该合金丝就恢复成原来的弹簧形状。后来陆续发现,某些其他合金也有类似的功能。这一类合金被称为形状记忆合金。
1969年,镍--钛合金的“形状记忆效应”首次在工业上应用。美国在某种喷气式战斗机的油压系统中便使用了一种镍-钛合金(记忆合金)接头,从未发生过漏油、脱落或破损事故。
起源
(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。
分类
工作原理
在有些材料中,即使是同一材料组成的晶体中,也可能存在不同的晶体结构,这种现象称为同素异构。金刚石和石墨就是炭的同素异构体。
石墨的晶体结构
金刚石的晶体结构
铁也有两种不同的基本晶体结构,即体心立方铁和面心立方铁。
这种由相同的原子组成的不同的晶体结构,在材料学中又称为不同的“相”。
体心立方铁和面心立方铁属不同的“相”,前者称为α~Fe ( 铁素体),后者称为γ~Fe(奥氏体)。
工作原理
前者是常温下存在,而后者是高温下存在,它们在硬度、密度和塑性变形能力等性质上都不相同。
工作原理
人们利用同一种成分的材料可以有不同的“相”, 就能演出一幕幕“相”变戏,即改变外界条件如温度,使材料由一种晶体结构变成另一种晶体结构,材料的力学性能和物理或化学性能也就随之改变,当温度恢复时材料的晶体结构也恢复到原来的状态,性质也随之复原。
形状记忆合金就是利用一些材料的晶体结构的相互转变来使其具有形状记忆功能的。
工作原理
从微观来看,形状记忆效应是晶体结构的固有变化规律。通常金属合金在固态时,原子按照一定规律排列起来;而形状记忆合金的原子排列规律则是随着环境条件的改变而改变。比如,当温度下降到某个临界温度以下时,原子按某一种规律进行排列,此时的结构称为马氏体相;而当温度升高到某个临界温度以上,原子的排列规律就会发生改变,原子又按另一种规律进行排列,此时又称之为奥氏体相或母相。形状恢复的推动力是由在加热温度下母相和马氏体相的自由能之差产生的。
研究现状
至今为止,已经研究、开发出十几种记忆合金体系。包括Ag-Cd、Au-Cd、Cu-Al-Ni、Cu-Al-Be、Cu-Au-Zn、Cu-Sn、Cu-Zn、Cu-Zn-X(X=Si、Sn、Al、Ga)、In-Ti、Ni-Al、Ti-Ni、Fe-Pt、Fe-Pd、Mn-Cu、Ti-Ni-Nb、Ti-Ni-X(X=Hf、Pd、Pt、Au、Zr)、Ni-Mn-Ga、Ni-Al-Mn、Ni-Co-Al、Co-Mn、Co-Ni、Co-Ni-Ga、和Fe-Mn-Si等。
应用总述
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。
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。