形状记忆材料全解课件.ppt

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1、形状记忆材料,参与人员：郭星宇、凌娟娟,形状记忆材料(Shape Memory Effect，简称SME)：指具有形状记忆效应的材料。形状记忆材料通常是两种以上的金属元素构成，所以也叫形状记忆合金。形状记亿材料是一种特殊功能材料，这种集感知和驱动于一体的新型材料可以成为智能材料结构，而备受世界瞩目。,形状记忆效应,将材料在一定条件下进行一定限度以内的变形后，再对材料施加适当的外界条件，材料的变形随之消失而回复到变形前的形状的现象，称为形状记忆效应。,对于普通金属材料，受到外力作用时，当应力超过屈服强度时，产生塑性变形，应力去除后，塑性变形永久保留下来，不能恢复原状。而形状记忆材料，在加载过程中

2、，应变随应力增加，OA段为弹性变形的线性段，AB为非线性段，由B点卸载时，残余应变为OC，将此材料在一定温度加热，则残余应变降为零，材料全部恢复原状。,形状记忆效应示意图,形状记忆效应的发现和发展：,1951年，应用光学显微镜观察到：Au47.5atCd合金中，低温马氏体相和高温母相之间的界面，随温度下降向母相推移（母相-马氏体），随温度上升又向马氏体推移。但没有引起功能应用的重视。直至1964年布赫列等人发现Ni Ti合金具有优良的形状记忆性能，并研制出实用的形状记忆合金Nitinol,命名并发展。,20世纪70年代以来已开发出NiTi基形状记忆合金、CuAlNi基和CuZnAl基形状记忆合

3、金；80年代开发了FeNiCoTi基和FeMnSi基形状记忆合金。迄今为止，已有10多个系列的50多个品种。这些形状记忆合金广泛应用于航空、航天、汽车、能源、电子、家电、机械、医疗和建筑等行业。除合金外，也发现在一些非金属材料如高聚物和陶瓷中也有形状记忆现象。,单程形状记忆效应,按形状恢复形式，形状记忆效应可分为：,双程形状记忆效应,全程形状记忆效应,在低温下塑性变形，加热时恢复高温时形状，在冷却时不回复低温形状,加热时恢复高温形状，冷去时恢复低温形状，即随温度升降，高、低温形状反复出现,在实现双程记忆的同时，冷却到更低温时出现与形状完全相反的形状,单程（a）和双程（b）形状记忆效应,四条互成

4、 45夹角的薄条带，在100开水中呈现结扎点在上的圆球形a，从开水中缓慢提起来时的形状b，在室温时变成近似直线c，浸泡在冰水中，反方向弯曲d，在干冰-酒精液中冷却到-40时，形状变成结扎点在圆球内部下方的与a相似的圆球形e，放入 100水中，则又恢复成形状a。,全程记忆效应,形状记忆合金 钛-镍系形状记忆合金 铜基系形状记忆合金 铁系形状记忆合金,形状记忆材料的分类,形状记忆陶瓷,形状记忆聚合物SMP(聚降冰片烯、反式聚异戊二烯（TPI）、苯乙烯-丁二烯共聚物以及聚氨酯(PU)等),形状记忆材料的应用,形状记忆材料作为新型功能材料在航空航天、自动控制系统、医学、能源等领域具有重要的应用。形状记

5、忆合金已广泛用于人造卫星天线、机器人和自动控制系统、仪器仪表、医疗设备和能量转换材料。近年来，又在高分子聚合物、陶瓷材料、超导材料中发现形状记忆效应，而且在性能上各具特色，更加促进了形状记忆材料的发展相应用。,高技术中的应用,形状记忆合金应用最典型的例子是制造人造卫星天线。由TiNi 合金板制成的天线能卷入卫星体内，当卫星进入轨道后，利用太阳能或其他热源加热就能在太空中展开。,大量使用形状记忆合金材料的是各种管件的接头。将Ti-Ni合金加工成内径稍小于欲接管外径的套管，使用前将此套管在低温下加以扩管，加热后，套管接头的内径即恢复到扩管前的口径，将两根管子紧密地连接在一起。由于形状记忆恢复力大，

6、故连接得很牢固，装配时间短，操作方便。美国自1970年在F14喷气战斗机的油压系统上采用这种管接头10万个，迄今末发生一例泄漏事故。这类接头还可用于核潜艇的配管、海底管道、电缆系统的连接等。我国已研制成Ti-Ni-5Co、Ti-Ni-2.5Fe形状记忆合金管接头。,智能方面的应用,形状记忆合金兼有感知和驱动功能，若复合在工作机构中并配上微处理器，便成为智能材料，可广泛用于各种自动调节和控制装置。如农艺温室窗户的自动开闭装置，自动电子干燥箱，自动启闭的电源开关，火灾自动报警器，消防自动喷水龙头。尤其是形状记忆合金薄膜可能成为未来机械手和机器人的理想材料，它们除了温度外不受任何外界环境条件的影响可

7、望在太空实验室、核反应堆、加速器等尖端科学技术中发挥重要作用。,医学上的应用,作医用生物材料使用的主要是Ti-Ni合金。Ti-Ni合金强度高，耐腐蚀，抗疲劳，无毒副作用，生物相容性好，可以埋入人体作生物硬组织的修复材料。例如，Ti-Ni合金丝插入血管，由于体温使其恢复到母相的网状，作为消除凝固血栓用的过滤器。用Ti-Ni合金制成的肌纤维与弹性体薄膜心室相配合，可模仿心室收缩运动、制造人工心脏。用Ti-Ni合合制成的人造肾脏微型泵、人造关节、骨骼、牙床、脊椎矫形棒、骨折固定连接用的加压骑缝钉、颅骨修补盖板、以及假肢的连接等。,“记忆金属”食道架能在喉部膨胀成新的食道。必要时只要向食道里加上冰块，

8、“食道”又会遇冷收缩，从而可轻易取出，使失去进食功能的食道癌患者提高了生活质量。,可应用到夹板、矫形器、扩张血管器和固定器等。将SMP树脂加工成创伤部位的形状，用热风加热使其软化，在外力作用下变形为易装配的形状，冷却固化后装配到创伤部位，再加热便恢复原状起固定作用。取下时也极为方便，只需热风加热软化。,缓冲材料,汽车：用这种“记忆金属”造出汽车，万一被撞瘪，只要浇上一桶热水就可恢复到原来的形状。SMP材料用于汽车的缓冲器、保险杠、安全帽等，当汽车突然受到冲撞保护装置变形后，只需加热，就可恢复原状。,将SMP树脂用来制作火灾报警感温装置、自动开闭阀门、残疾病人行动使用的感温轮椅等。采用分子设计和材料改性技术，提高SMP的综合性能，赋予SMP的优良特性，必将在更广阔的领域内拓宽其应用。记忆钉子：菲力浦公司研制了一种由“记忆金属”制成的钉子,把它安在汽车外胎上，当气温降低、公路结冰时，钉子会“自动”从外胎里伸出来，防止车轮打滑。,记忆照明灯：法国巴黎用形状记忆合金制造的城市照明灯，有两瓣随着灯的亮灭而逐渐张开或合上的金属叶片。白天，路灯熄灭，叶片合上；傍晚，路灯亮起灯泡发热，叶片受热而逐渐张开，使灯泡显露出来。记忆毛毯：人们盖上用记忆合金丝混合羊毛织成的毛毯后，如毛毯温度过热，它就会自动掀开一部分，适当降低温度，使人睡得更安稳。,谢谢观看,