形状记忆材料的应用简介.ppt

形状记忆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，备受世界瞩目。1951年美国Read等人在Au—Cd合金中首先发现形状记忆效应(Shape Memory Effect，简SME)。1953年在In—T1合金中也发现了同样的现象，但当时未能引起人们的注意！直到1964年布赫列等人发现Ti—Ni合金具有优良的形状记忆性能，并研制成功实用的形状记忆合金“Nitinol”,引起了人们的极大关注，世界各国科学工作者和工程技术人员进行了广泛的理论研究和应用开发。 第十一章 形状记忆材料材料 具有一定形状的固体材料，在某一低温状态下经过塑性变形后，通过加热到这种材料固有的某一临界温度以上时，材料又恢复到初始形状的现象，称为形状记忆效应。 形状记忆效应有 3种类型。单程、 双程、全程形状 记忆效应 形状记忆效应 形状记忆合金（钛-镍系形状记忆合金，铜基系形状记忆合金和铁系形状记忆合金） 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) 形状记忆材料的分类 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。 形状记忆材料的应用 形状记忆合金应用最典型的例子是制造人造卫星天线。由Ti—Ni 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。 高技术中的应用 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，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。 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。 智能方面的应用 把形状记忆合金制成的弹簧与普通弹簧安装在一起，可以制成自控元件。在高温(Af以上温度)和低温时，形状记忆合金弹簧由于发生相变，母相与马氏体强度不同，使元件向左、右不同方向运动。这种构件可以作为暖气阀门，温室门窗自动开启的控制，描笔式记录器的驱动，温度的检测、驱动，代替双金属片用于控制和报警装置中。 形状记忆台金可作为能量转换材料一热发动机。它是利用状记忆合金在高温和低温时发生相变，伴随形状的改变，产生极大的应力，从而实现热能=机械能的相互转换。 在能量转换中的应用 1973年，美国试验制成第一台Ti-Ni热发动机，当时只产生o.5W功率。原联邦德国克虏伯研究院也制作了形状记忆发动机，其中大部分元件由Ti-Ni合金管制成，热水和冷水交替流过这些管子，管子由于收缩而把扭转运动传到飞轮上，推动飞轮旋转。日本研制的涡轮型发动机的最大输出功率约为600w。尽管目前这些热机的输出功率还很小，但发展前景非常诱人，它可以把低质能源(如工厂废气、废水中的热量)转变成机械能或电能，也可用于海水温差发电，其意义是十分深远的。 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，疗效较好。 医学上的应用  “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，“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。 。 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