形状记忆合金

组员：韩宜丹金弋博胡晚亭朱逸凡陈邵齐思尧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、体积变为小于0.5%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。形状记忆合金在航空航天中的应用宇宙飞船登月之后，为了将月球上收集到的各种信息发回地球，必须在月球上架设直径为好几米的半月面天线。要把这个庞然大物直接放入宇宙飞船的船舱中几乎是不可能。但利用形状记忆合金则能使其成为可能。先用镍钛合金在高温下制成半球形的月面天线（这种合金非常强硬，刚度很好），再让天线冷却到28℃以下。这时，合金内部发生了结晶构造转变，变得非常柔软，所以很容易把天线折叠成小球似的一团，放进宇宙飞船的船舱里。到达月球后，宇航员把变软的天线放在月面上，借助于阳光照射或其他热源的加热使环境温度超过奥氏体相变温度，这时天线犹如一把折叠伞那样自动张开，成为原先定形的抛物状天线，迅速投入正常的工作。月面天线航天飞机释放的膨胀月面天线形状记忆合金在航空航天中的应用形状记忆合金还可制成各类心脏修补器、血栓过滤器、伤骨固定器、脊柱矫正器、手术缝合线、人造骨骼等等。形状记忆合金在医学中的应用记忆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。（a）预压缩（b）受热扩张后（c）植入腔道内效果记忆食道支架电影中的形状记忆材料蝙蝠侠的披风采用尼龙材质的特殊记忆纤维，可以像任何纤维一样飘动——但是向纤维充电后，它会迅速变硬，呈现出与众不同的形状。例如，蝙蝠侠的披风造型像一台滑翔机，可以减缓降落，甚至可以让蝙蝠侠进行短程飞行。制作披风使用的记忆纤维使蝙蝠侠能够做像滑翔机那样的短程飞行。形状记忆合金在其他方面的应用谢谢观赏@WPS官方微博@kingsoftwps