形状记忆材料.doc

形状记忆材料 一、材料简介 形状记忆材料是指具有形状记忆效应的工程材料，是一种智能型多功能材料，集敏感和驱动功能于一体，输入热量就可对外做功。在各工程技术、医学领域有着广阔的应用前景。 该材料是具有一定形状的固体在一定条件下经一定塑性变形后，当加热至一定温度时又可完全恢复至原形状的新型材料。即它能记忆母象的形状，具有SME的合金，称为记忆合金（SMA）。 形状记忆效应是1951年美国Read等人在AUCD合金中首先发现的，1953年在R8-合金中也发现了同样现象，但当时并没有过多的引人注目。直到1964年美国Buehler等人在Ti-Ni合金中发现形状记忆效应后，该新型材料才受到世界瞩目，科学家们才逐步开展起对它的研发和利用。20世纪60年代中期出现了Ti-Ni合金制造的人造卫星天线和能量转换热机。1970年在形状记忆合金历史上有两项重大突破:一是Ti-Ni合金管接头在F14飞机油压管路连接上大量应用,这是形状记忆合金的第一个批量产品；二是日本大阪大学清水和大塚对所发现的形状记忆合金进行综合研究后发现这些合金有共性：它们都有热弹性马氏体相变。 形状记忆合金的制造一般需要熔铸、加工、成形、形状记忆处理等几大步骤。形状记忆高分子的制法与普通高分子的制法基本相同，既可以采用浇注法直接制得制品，也可以采用双螺杆挤出机，先制得粒料然后再注射成型。对于热塑性的形状记忆高分子多采用先制成粒料再成型的方法。成型前粒料必须除去水分，否则会使物性下降，外观变差。对于热固性的形状记忆高分子则多采用浇注法、固化脱模后硫化即得具有“原始形状”的制品，再经二次成型得形状记忆高分子。 制造工艺图如下： 铸锭 均匀化 热锻 热轧 热旋 热拉 最终热处理 中间退火 冷拉 二、材料的类别与性能 形状记忆材料目前有20多种，最引人注目的的是Ni-Ti基、Cu-Zn-Al、Fe-Mn-Si和Cu-Al-Ni合金等。 他们的主要性能及特点分别概括为： Ni-Ti基 具有优异的SME、高耐热性、耐蚀性、高强度以及其他材料无 可比拟的耐热疲劳性与良好生物相容性。但存在原材料价格昂贵，制造工艺困难，切削加工性能差等不足。 Fe基合金 具备强度高，塑性好，价格便宜等优点。 Cu基合金 价格便宜，生产过程简单，具备良好的SME，电阻率小，加工性能好。但长期或反复使用时，形状回复率会减小。 形状记忆聚合材料 质轻、易成型、耐腐蚀、电绝缘。 三、材料的应用领域 形状记忆合金的应用实例 工业上形状恢复的 一次利用 工业上形状恢复的 反复利用 医疗上形状恢复的 利用 紧固件 管接头 宇宙飞行器专用天线 火灾报警器 风扇 人造心脏 印刷电路板的结合 集成电路的焊接 电路的连接器夹板 温度传感器调节 室内温度用恒温器 温室窗 汽车散热器的离合器 热能转变装置 热电继 记录器用笔驱动装置 机器手 消除凝固血栓过滤器 管椎矫正棍 脑瘤手术用夹子 人造肾的瓣膜 骨折部位固定夹板 电器的控制元件矫正牙排用拱形金属线 人造牙根 机器人 应用领域及实例 土木建筑 固定铆钉、空隙密封、异径管连接 机械制造 自动启闭阀门、热收缩套管、防音辊、防震器、连接装置、衬里材料、缓冲器 电子通讯 电子集束管、电电磁屏蔽材料、光记录媒体、电缆防水接头 印刷包装 热收缩薄膜、夹层复盖、商标 医疗卫生 绷带、夹板、矫正材料、扩张血管、四肢模型材料 日常用品 便携式饮具、餐具、头套、乳罩、人造花、领带、衬衣领、残疾人专用勺 文体娱乐 文具、教具、玩具、体育保护器材 其 他 商品识伪、火灾报警装置 应用实例 1969年“阿波罗”11号登月宇宙飞船，安装在飞船上的一小团天线，在阳关照射下迅速展开，伸展成半球状，开始了自己的工作。 地 、月之间的信息就是通过它传输的。这个半球状天线就是形状记忆合金制成的。极薄Ni-Ti形状记忆合金现在正常情况下按预定要求作成半球状天线，然后减低温度把它压成一团，装进登月宇宙飞船带上天去。当到达月面后，阳关照射下在温度升高至一定温度时，天线又“记忆”起自己的本来面貌，故而恢复成一个半球状天线。 四、材料的应用现状 从上世纪50年代中期开始各国都积极致力于对形状记忆合金应用的开发。该合金逐步广泛用于电子、电器、汽车、机械、能源、家电、宇航、建设、医疗等领域中。 上世纪70年代许多记忆合金产品相继问世： 固紧力大、气密性好、可避免熔焊时焊缝区性能恶化和飞机机身损伤的管接头。这种管接头在F4战斗机油压系统和石油企业输油管道系统的管材连接上已经大量得到应用。美国海军飞机上使用了96万根以上，