2025/05/08
能源開發(fā)是形狀記憶合金的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域。今天，鎳鈦合金絲材料廠為您介紹形狀記憶合金的知識，大家一起來了解一下吧!
2025/04/26
1932年,瑞典人奧蘭德在金鎘合金中首次觀察到"記憶"效應(yīng)，即合金的形狀被改變之后，一旦加熱到一定的躍變溫度時，它又可以魔術(shù)般地變回到原來的形狀，人們把具有這種特殊功能的合金稱為形狀記憶合金。記憶合金的開發(fā)迄今不過20余年，但由于其在各領(lǐng)域的特效應(yīng)用，正廣為世人所矚目，被譽為"神奇的功能材料"。 1963年，美國海軍軍械研究所的比勒在研究工作中發(fā)現(xiàn)，在高于室溫較多的某溫度范圍內(nèi)，把一種鎳-鈦合金絲燒成彈簧，然后在冷水中把它拉直或鑄成正方形、三角形等形狀，再放在40 ℃以上的熱水中，該合金絲就恢復(fù)成原來的彈簧形狀。后來陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，某些其他合金也有類似的功能。這一類合金被稱為形狀記憶合金。每種以一定元素按一定重量比組成的形狀記憶合金都有一個轉(zhuǎn)變溫度;在這一溫度以上將該合金加工成一定的形狀，然后將其冷卻到轉(zhuǎn)變溫度以下，人為地改變其形狀后再加熱到轉(zhuǎn)變溫度以上，該合金便會自動地恢復(fù)到原先在轉(zhuǎn)變溫度以上加工成的形狀 早在華夏民族秦朝就存在有記憶金屬 比如說：秦劍 越王勾踐。 1932年,瑞典人奧蘭德在金鎘合金中首次觀察到"記憶"效應(yīng)，即合金的形狀被改變之后，一旦加熱到一定的躍變溫度時，它又可以魔術(shù)般地變回到原來的形狀，人們把具有這種特殊功能的合金稱為形狀記憶合金。記憶合金的開發(fā)迄今不過20余年，但由于其在各領(lǐng)域的特效應(yīng)用，正廣為世人所矚目，被譽為"神奇的功能材料"。 1963年，美國海軍軍械研究所的比勒在研究工作中發(fā)現(xiàn)，在高于室溫較多的某溫度范圍內(nèi)，把一種鎳-鈦合金絲燒成彈簧，然后在冷水中把它拉直或鑄成正方形、三角形等形狀，再放在40 ℃以上的熱水中，該合金絲就恢復(fù)成原來的彈簧形狀。后來陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，某些其他合金也有類似的功能。這一類合金被稱為形狀記憶合金。每種以一定元素按一定重量比組成的形狀記憶合金都有一個轉(zhuǎn)變溫度;在這一溫度以上將該合金加工成一定的形狀，然后將其冷卻到轉(zhuǎn)變溫度以下，人為地改變其形狀后再加熱到轉(zhuǎn)變溫度以上，該合金便會自動地恢復(fù)到原先在轉(zhuǎn)變溫度以上加工成的形狀。 1969年，鎳--鈦合金的“形狀記憶效應(yīng)”首次在工業(yè)上應(yīng)用。人們采用了一種與眾不同的管道接頭裝置。為了將兩根需要對接的金屬管連接，選用轉(zhuǎn)變溫度低于使用溫度的某種形狀記憶合金，在高于其轉(zhuǎn)變溫度的條件下，做成內(nèi)徑比待對接管子外徑略微小一點的短管(作接頭用)，然后在低于其轉(zhuǎn)變溫度下將其內(nèi)徑稍加擴(kuò)大，再把連接好的管道放到該接頭的轉(zhuǎn)變溫度時，接頭就自動收縮而扣緊被接管道，形成牢固緊密的連接。美國在某種噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)的油壓系統(tǒng)中便使用了一種鎳-鈦合金接頭，從未發(fā)生過漏油、脫落或破損事故。 1969年7月20日，美國宇航員乘坐“阿波羅”11號登月艙在月球上首次留下了人類的腳印，并通過一個直徑數(shù)米的半球形天線傳輸月球和地球之間的信息。這個龐然大物般的天線是怎么被帶到月球上的呢?就是用一種形狀記憶合金材料，先在其轉(zhuǎn)變溫度以上按預(yù)定要求做好，然后降低溫度把它壓成一團(tuán)，裝進(jìn)登月艙帶上天去。放置于月球后，在陽光照射下，達(dá)到該合金的轉(zhuǎn)變溫度，天線“記”起了自己的本來面貌，變成一個巨大的半球。 科學(xué)家在鎳-鈦合金中添加其他元素，進(jìn)一步研究開發(fā)了欽鎳銅、鈦鎳鐵、鈦鎳鉻等新的鎳鈦系形狀記憶合金;除此以外還有其他種類的形狀記憶合金，如:銅鎳系合金、銅鋁系合金、銅鋅系合金、鐵系合金(Fe-Mn-Si, Fe-Pd)等。 形狀記憶合金在生物工程、醫(yī)藥、能源和自動化等方面也都有廣闊的應(yīng)用前景。
2025/04/26
據(jù)外媒報道，NASA將可折疊機(jī)翼視為是未來航天的關(guān)鍵航空技術(shù)，為了讓這個目標(biāo)能夠得以實現(xiàn)，這個太空機(jī)構(gòu)開始尋找一種前沿、輕量級的記憶合金。日前就出現(xiàn)了一個合適的選擇，由Spanwise Adaptive Wing項目研發(fā)的新型合金能讓機(jī)翼在不需要重型液壓系統(tǒng)的情況下控制表面進(jìn)而改變其形狀。 飛機(jī)的機(jī)翼經(jīng)歷了一個漫長的發(fā)展歷史，從最初的云杉木和帆布變成了現(xiàn)在越來越復(fù)雜的材料。雖然在技術(shù)上獲得了重大更新，但它們的效率卻受到了一定的限制。如果機(jī)翼能變得更加“橡膠”感一些，這樣其就能變成多種形狀，這也就意味著它們能夠滿足多種不同的飛行條件。 實際上，這個想法很早就已經(jīng)出現(xiàn)，但問題是折疊機(jī)翼所需要的液壓機(jī)太笨重且能耗非常高，以致于其劣勢完全蓋過了優(yōu)勢。為此，NASA的阿姆斯特朗飛行研究中心、格倫研究中心、蘭利研究中心、波音研究與技術(shù)部門、Area-I Inc聯(lián)合研發(fā)一種能取代現(xiàn)所用液壓機(jī)和發(fā)動機(jī)的制動器，其將能讓重量減少80%并將通過形狀記憶合金運轉(zhuǎn)。 最近，NASA在加州愛德華茲空軍基地的羅杰斯干湖上展開了一系列飛行測試。在測試過程中，他們使用了通過遠(yuǎn)程控制的原型技術(shù)評估研究飛機(jī)(PTERA)。據(jù)悉，PTERA所用機(jī)翼在飛行過程中可實現(xiàn)0-70度的折疊。除了采用碳復(fù)合材料之外，這架無人機(jī)還用到了大量遙測設(shè)備和傳感器。 通常情況下，記憶合金都是通過加熱的方式進(jìn)行變形。測試中，機(jī)翼上的加熱管就讓機(jī)翼最兩側(cè)的部分向上或向下彎曲。 來自波音研究與技術(shù)部門的技術(shù)人員Jim Mabe表示，他們與NASA通力研發(fā)的新型合金性能表現(xiàn)非常出色，從一開始的測試階段到飛行測試，該材料一直表現(xiàn)穩(wěn)定且比以往研發(fā)的材料都要優(yōu)秀。 而根據(jù)NASA提供的信息了解到，具備可折疊能力的機(jī)翼未來有一天將能變得更輕、更簡單、更細(xì)長、更穩(wěn)定、更省油。另外，它還將讓超音速飛行變得更加容易。
2025/04/26
2017年12月11日，日前來自美國國家航空航天局(NASA)發(fā)布了一種由形狀記憶合金制造的非充氣式輪胎，不但更輕、更堅固、更安全，而且可以使用在各種惡劣地形上。將來這種輪胎除了應(yīng)用在火星探測任務(wù)中之外，也可以作為傳統(tǒng)輪胎的替代品，在地球上使用。 NASA表示，這種被稱為“超彈性輪胎”(Superelastic Tire)的革命性產(chǎn)品由NASA的格倫研究中心(Glenn Research center)和固特異公司(Goodyear)共同開發(fā)，其靈感來源是阿波羅計劃的月球車所使用的輪胎。 而使用形狀記憶合金作為輻射狀的材料，也能增加輪胎的承重能力。與傳統(tǒng)的輪胎相比，“超彈性輪胎”減少了爆胎的可能性，因此也改善了行車安全。此外，這種輪胎的設(shè)計也減少了對內(nèi)框的需求，這有助于輪胎組裝的簡化，也減輕了輪胎的重量。而且，它也可以在運作時，降低傳送到車輛上的能量。除了安裝在好奇號(Curiosity)這樣的火星探測車上以進(jìn)行太空任務(wù)之外，這種輪胎也可以應(yīng)用在地球上的各式車輛和飛機(jī)上，包括：軍車、一般汽車、重裝備車輛、農(nóng)用車輛、全地形車(all-terrain vehicle)等，以適應(yīng)各種地形的需求。 目前好奇號的輪胎由固態(tài)鋁所制造，雖然堅固，但還不足以預(yù)防爆胎或胎面受損。而“超彈性輪胎”則能讓好奇號之類的探測車在火星或月球上攜帶更重的裝備，并探索更廣的區(qū)域。 “超彈性輪胎”系由形狀記憶合金制造，可在崎嶇不平的地面上平穩(wěn)地行進(jìn)。當(dāng)此輪胎遇到石頭之類的突出物時，它會以暫時變形的方式因應(yīng)，隨后便會恢復(fù)原狀，而不會有永久性的損傷。
2025/04/26
形狀記憶合金研發(fā)進(jìn)展快速，醫(yī)療領(lǐng)域成主要應(yīng)用市場
形狀記憶合金產(chǎn)業(yè)鏈中，上游主要為鈦、銅、鐵等多種金屬原料;由于形狀記憶合金擁有形狀記憶效應(yīng)、超彈性、高阻尼特性與電阻特性，很難被其他材料所替代，其下游行業(yè)主要包括生物醫(yī)藥、航空航天、機(jī)械電子、橋梁建筑、汽車制造等多個行業(yè)，應(yīng)用范圍比較廣泛。 雖然形狀記憶合金用途廣泛，但各行業(yè)對于形狀記憶合金的需求量和產(chǎn)品特性要求，差異性較大。形狀記憶合金企業(yè)也會針對特定市場的需求，針對性開發(fā)相關(guān)產(chǎn)品。 從專利技術(shù)角度來看，2009年以來，我國形狀記憶合金行業(yè)的專利申請數(shù)量成上升趨勢，在2016年達(dá)到峰值，共申請了676件專利。雖然行業(yè)2017年數(shù)量有小幅下滑，但整體增幅明顯。行業(yè)處在快速的發(fā)展時期，各家企業(yè)努力研發(fā)新興產(chǎn)品來滿足下游市場的需求。 從形狀記憶合金專利領(lǐng)域分類來看，醫(yī)學(xué)/獸醫(yī)學(xué)/衛(wèi)生學(xué)為最大的研發(fā)市場，這部分專利占全部專利數(shù)量的22%左右。 目前，國內(nèi)形狀記憶合金行業(yè)市場主要應(yīng)用在醫(yī)療領(lǐng)域、汽車、機(jī)器人、航空等領(lǐng)域。2017年我國形狀記憶合金行業(yè)市場規(guī)模約56.8億元，其中醫(yī)療領(lǐng)域用形狀記憶合金規(guī)模達(dá)到了43.5億元;其他領(lǐng)域(汽車、機(jī)器人、航空等)市場規(guī)模達(dá)13.3億元。進(jìn)一步細(xì)分，生物醫(yī)療是形狀記憶合金行業(yè)最主要的市場;形狀記憶合金已被廣泛用于醫(yī)療器械領(lǐng)域，包括牙科、胸外科、肝膽科、泌尿外科、婦科、心血管科、腦血管科和骨科矯形外科等。 醫(yī)療保健消費支出、手術(shù)需求增加映射形狀記憶合金市場增長 近幾年隨著居民收入水平的提高，全國人口結(jié)構(gòu)趨向老齡化的進(jìn)程，居民對于醫(yī)療保健方面的消費支出逐年增高，2013-2017五年時間全國居民醫(yī)療保健消費支出增長59%，同期GDP增長僅39%，增速超出近二十個百分點;同時，我國住院病人手術(shù)人數(shù)增長明顯，2013-2016年四年時間增長55%，居民手術(shù)需求不斷提高，預(yù)計未來還將維持較高增速。 形狀記憶合金的醫(yī)療用途大多涉及到手術(shù)過程。因此手術(shù)數(shù)量能較好的充當(dāng)記憶合金需求的代理變量，較好的反應(yīng)行業(yè)需求變化趨勢。持續(xù)走高的醫(yī)療消費支出和手術(shù)人次，反應(yīng)出我國記憶合金生物醫(yī)療的發(fā)展空間不斷擴(kuò)大，行業(yè)投資價值顯現(xiàn)。 在醫(yī)學(xué)中應(yīng)用最廣泛的是多孔鎳鈦記憶合金，主要用于人體骨骼的替換和修補。鎳鈦合金具有與人體骨骼強(qiáng)度相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，其多孔的特性保證植入人體后不會因為纖維組織的包覆而使植入材料產(chǎn)生松動或偏移而失效，使植入物與被修復(fù)骨組織形成牢固的結(jié)合體;其優(yōu)于其他材料的形狀記憶效應(yīng)又使得植入過程變得容易，降低手術(shù)難度，減輕病人的痛苦。人們在鎳鈦合金與人體相容性方面又做了大量的研究工作，新的材料甚至能促進(jìn)骨組織的生長，植入物與肌體組織的排異反應(yīng)也大為降低。
2025/04/25
鎳鈦合金是一種形狀記憶合金，形狀記憶合金是能將自身的塑性變形在某一特定溫度下自動恢復(fù)為原始形狀的特種合金。它的伸縮率在20%以上，疲勞壽命達(dá)1*10的7次方，阻尼特性比普通的彈簧高10倍，其耐腐蝕性優(yōu)于目前最好的醫(yī)用不銹鋼，因此可以滿足各類工程和醫(yī)學(xué)的應(yīng)用需求，是一種非常優(yōu)秀的功能材料。 記憶合金除具有獨特的形狀記憶功能外，還具有耐磨損、抗腐蝕、高阻尼和超彈性等優(yōu)異特點。 鎳鈦合金的特殊性能 1、形狀記憶特性(shape memory) 形狀記憶是當(dāng)一定形狀的母相由Af溫度以上冷卻到Mf溫度以下形成馬氏體后，將馬氏體在Mf以下溫度形變，經(jīng)加熱至Af溫度以下，伴隨逆相變，材料會自動恢復(fù)其在母相時的形狀。實際上形狀記憶效應(yīng)是鎳鈦合金的一個由熱誘發(fā)的相變過程。 2、超彈性(superelastic) 所謂的超彈性是指試樣在外力作用下產(chǎn)生遠(yuǎn)大于起彈性極限應(yīng)變量的應(yīng)變，在卸載時應(yīng)變可自動恢復(fù)的現(xiàn)象。即在母相狀態(tài)下，由于外加應(yīng)力的作用，導(dǎo)致應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變發(fā)生，從而合金表現(xiàn)出不同于普通材料的力學(xué)行為，它的彈性極限遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通材料，并且不再遵守虎克定律。和形狀記憶特性相比，超彈性沒有熱參與。總而言之，超彈性是指在一定形變范圍內(nèi)應(yīng)力不隨應(yīng)變的增大而增大，可將超彈性分為線性超彈性和非線性超彈性兩類。前者的應(yīng)力-應(yīng)變曲線中應(yīng)力與應(yīng)變接近線性關(guān)系。非線性超彈性是指在Af以上一定溫度區(qū)間內(nèi)加載和卸載過程中分別發(fā)生應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變及其逆相變的結(jié)果，因此非線性超彈性也稱相變偽彈性。鎳鈦合金的相變偽彈性可達(dá)8%左右。 鎳鈦合金的超彈性可隨著熱處理的條件的變化而改變，當(dāng)弓絲被加熱到400oC以上時，超彈性開始下降。 3、口腔內(nèi)溫度變化敏感性:不銹鋼絲和CoCr合金牙齒矯形絲的矯治力基本不受口腔內(nèi)溫度的影響。超彈性鎳鈦合金牙齒矯形絲的矯治力隨口腔溫度的變化而變化。當(dāng)變形量一定時。溫度升高，矯治力增加。一方面，它可以加速牙齒的運動，這是因為口腔內(nèi)的溫度變化會刺激由于矯治器件造成造成毛細(xì)滯息的血流停滯部位的血液流動，從而使得在牙齒移動過程中修復(fù)細(xì)胞得到充分營養(yǎng)，維持其生機(jī)和正常功能。另一方面，正畸醫(yī)生無法精確控制或測量口腔環(huán)境下的矯治力。 4、抗腐蝕性能:有研究表明鎳鈦絲的抗腐蝕性能與不銹鋼絲相仿 5、抗毒性:鎳鈦形狀記憶合金特殊的化學(xué)組成,即這是一種鎳鈦等原子合金,含約50%的鎳,而已知鎳有致癌和促癌作用。一般情況情況下，表面層鈦氧化充當(dāng)了一種屏障，使Ni-Ti合金具有良好的生物相容性。表面層的TiXOy和TixNiOy能抑制Ni的釋放。 6、柔和的矯治力:目前商業(yè)上應(yīng)用的牙齒矯形金屬絲包括奧氏體不銹鋼絲、鈷-鉻-鎳合金絲、鎳鉻合金絲、澳大利亞合金絲、金合金絲和?鈦合金絲。關(guān)于這些正畸矯正金屬絲在拉伸試驗和三點彎曲試驗條件的載荷-位移曲線。鎳鈦合金的卸載曲線平臺最低也最平，說明它最能提供持久柔和的矯治力。 7、良好的減震特性:由于咀嚼及夜磨牙對于弓絲造成的震動越大，對牙根及牙周組織的損害越大。通過不同弓絲衰減實驗的結(jié)果研究發(fā)現(xiàn)，不銹鋼絲震動的振幅比超彈性鎳鈦絲大，超彈性鎳鈦弓絲初始震動振幅僅為不銹鋼絲的一半,弓絲良好的震動和減震特性對于牙齒的健康很重要，而傳統(tǒng)弓絲如不銹鋼絲，有加重牙根吸收的傾向。 鎳鈦合金絲的臨床應(yīng)用: 1、用于患者牙列的早期排齊整平由于鎳鈦合金弓絲的超彈性和形狀記憶性能以及較低的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，目前臨床上常規(guī)將鎳鈦合金弓絲作為最初期納入矯治體系的弓絲，這樣，患者的不適感會大大減低。由于目前存在幾種不同直絲弓矯治技術(shù)，MBT技術(shù)推薦使用0.016英寸熱激活鎳鈦合金弓絲(HANT絲)，DEMON自鎖托槽技術(shù)推薦使用由Omcro公司生產(chǎn)的含銅的熱激活鎳鈦合金弓絲(相變溫度大概在40度左右)，O-PAK矯治技術(shù)推薦使用0.016英寸超彈性鎳鈦合金弓絲用于早期排齊整平。 2、鎳鈦彈簧:鎳鈦推簧與拉簧是一種用于牙齒正畸的彈簧，具有鎳鈦超彈性的特別，適合于正畸矯治開拓牙齒間的間隙和向不同方向牽拉牙齒。鎳鈦螺旋彈簧伸長1mm可產(chǎn)生大約50g的力。鎳鈦螺旋彈簧具有很高的彈性性能，在拉伸狀態(tài)下可產(chǎn)生較為柔和、穩(wěn)定的持續(xù)力。力的衰減很小，能產(chǎn)生符合臨床移動牙齒所需的較理想的正畸力。符合生理要求。鎳鈦絲拉簧的高彈性、永久變形率極低,與相同直徑的不銹鋼絲相比,其釋放的矯治力相差3.5-4倍。故在正畸矯治應(yīng)用中,患者不僅疼痛輕,感覺力量柔和持久,且復(fù)診時間減少,縮短了療程,提高了療效,是正畸治療中的一種新的優(yōu)良的力學(xué)裝置。 3、L-H弓絲是日本的Dr.Soma等研究開發(fā)的，由Tomy公司生產(chǎn)。"LH"是名自"LowHysteresis",也就是說，當(dāng)此弓絲被結(jié)扎到托槽上時，即弓絲被激活時產(chǎn)生的應(yīng)力和移動牙齒時即弓絲慢慢恢復(fù)原狀時產(chǎn)生的應(yīng)力的差距很小。即滯后很小。SOMA等比較了LH弓絲和其他鎳鈦合金絲的應(yīng)力應(yīng)變曲線，L-H弓絲的滯后范圍最小，這一特性使弓絲有低載荷和持續(xù)輕力的優(yōu)勢，同時該曲線初始斜度低，說明該弓絲剛度低，其余類型的鎳鈦合金弓絲的滯后曲線表明其剛性較大，顯然L-H弓絲有明顯的機(jī)械學(xué)優(yōu)勢。由于LH絲鎳鈦成分中鈦的含量比例較一般鎳鈦弓絲高，因此將其稱之為鈦鎳絲，并有實驗證明其吸震效果較強(qiáng)。LH鎳鈦絲的另一個特點是可以彎制，并可以用熱處理儀器加熱定型，因此LH鎳鈦絲也可以從排齊整平、打開咬合到關(guān)閉間隙，以及最后的完成階段，上下各一條弓絲即可以完成治療，只要每一個階段將弓絲取出彎好所需的形狀，再用熱處理儀器將之定形，加強(qiáng)硬度即可。目前在臨床上使用L-H弓絲進(jìn)行擴(kuò)弓治療，矯治開頜、偏頜以及反頜，因其力量的持續(xù)穩(wěn)定和柔和，效果較好。同時常常配合使用J鉤來改善弓絲較軟的不足。雖然MEAW技術(shù)對于矯治以上錯頜也有理想的效果，但繁復(fù)的弓絲彎制常使許多醫(yī)師望而卻步。因此有些醫(yī)師改采用與力學(xué)系統(tǒng)類似的搖椅型鎳鈦弓絲加上前牙垂直牽引，雖然這樣也有類似的效果，但總覺得與MEAW比較時，各個獨立的牙移動的方面不如MEAW技術(shù)，原因在于搖椅型鎳鈦絲是一條連續(xù)的弓絲，并且亦沒有辦法彎折。因此，托槽粘接的角度與弓絲的搖椅曲度決定了每一顆牙齒的角度，不像MEAW技術(shù)中每一個牙齒的角度較有個別調(diào)整的空間。使用LH鎳鈦彎上搖椅，再用弓絲成形器在口內(nèi)彎折后傾彎或者前傾彎，效果相當(dāng)理想。
2025/04/24
記憶合金，由于她有著百萬次以上的回復(fù)能力，所以很多人叫它為“有生命的合金”正是因為記憶合金是一種“有生命的合金”，利用它在一定溫度下形狀的變化，就可以設(shè)計出形形色色的自控器件，它的用途正在不斷擴(kuò)大。 機(jī)械上的用途 記憶合金應(yīng)用十分廣泛。比如機(jī)械上的固緊銷、管接頭，電子儀器設(shè)備上的火災(zāi)報警器、插接件、集成電路的釬焊，醫(yī)療上的人造心瓣膜、脊椎矯正棍、頭顱骨修補整形、口腔牙齒矯形和頜骨修補手術(shù)等。它還將在通訊衛(wèi)星、彩色電視機(jī)、溫度控制器以及玩具等方面發(fā)揮神奇的效能，也將成為現(xiàn)代航海、航空、航天、交通運輸、輕紡等各條戰(zhàn)線上的新型材料記憶合金已用于管道結(jié)合和自動化控制方面，用記憶合金制成套管可以代替焊接，方法是在低溫時將管端內(nèi)全擴(kuò)大約 4%，裝配時套接一起，一經(jīng)加熱，套管收縮恢復(fù)原形，形成緊密的接合。美國海軍飛機(jī)的液壓系統(tǒng)使用了10萬個這種接頭，多年來從未發(fā)生漏油和破損。船艦和海底油田管道損壞，用記憶合金配件修復(fù)起來，十分方便。在一些施工不便的部位，用記憶合金制成銷釘，裝入孔內(nèi)加熱，其尾端自動分開卷曲，形成單面裝配件。 醫(yī)療上的用途 記憶合金在醫(yī)療上的應(yīng)用也很引人注目。例如接骨用的骨板，不但能將兩段斷骨固定，而且在恢復(fù)原形狀的過程中產(chǎn)生壓縮力，迫使斷骨接合在一起。齒科用的矯齒絲，結(jié)扎腦動脈瘤和輸精管的長夾，脊柱矯直用的支板等，都是在植入人體內(nèi)后靠體溫的作用啟動，血栓濾器也是一種記憶合金新產(chǎn)品。被拉直的濾器植入靜脈后，會逐漸恢復(fù)成網(wǎng)狀，從而阻止 95%的凝血塊流向心臟和肺部。 人工心臟是一種結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜的臟器，用記憶合金制成的肌纖維與彈性體薄膜心室相配合，可以模仿心室收縮運動?，F(xiàn)在泵送水已取得成功。 由于記憶合金是一種“有生命的合金”，利用它在一定溫度下形狀的變化，就可以設(shè)計出形形色色的自控器件，它的用途正在不斷擴(kuò)大。 航天技術(shù)應(yīng)用 記憶合金最令人鼓舞的應(yīng)用是在航天技術(shù)中。1969年7月20日，“阿波羅”11號登月艙在月球著陸，實現(xiàn)了人類第一次登月旅行的夢想。宇航員登月后，在月球上放置了一個半球形的直徑數(shù)米大的天線，用以向地球發(fā)送和接受信息。數(shù)米大的天線裝在小小的登月艙里送上了太空。天線就是用當(dāng)時剛剛發(fā)明不久的記憶合金制成的。用極薄的記憶合金材料先在正常情況下按預(yù)定要求做好，然后降低溫度把它壓成一團(tuán)，裝進(jìn)登月艙帶上天去。放到月面上以后，在陽光照射下溫度升高，當(dāng)達(dá)到轉(zhuǎn)變溫度時，天線又“記”起了自己的本來面貌，變成一個巨大的半球形。 更多用途 目前，形狀記憶效應(yīng)和超彈性已廣泛用于醫(yī)學(xué)和生活各個領(lǐng)域。如制造血栓過濾器、脊柱矯形棒、接骨板、人工關(guān)節(jié)、婦女胸罩、人造心臟等等。還可以廣泛地應(yīng)用于各種自動調(diào)節(jié)和控制裝置。形狀記憶薄膜和細(xì)絲可能成為未來超微型機(jī)械手和機(jī)器人的理想材料。特別是它的質(zhì)輕、高強(qiáng)度和耐蝕性使它備受各個領(lǐng)域青睞。。 將一個預(yù)先作好“ICE”形狀之鎳鈦合金，不小心拉壞其形狀后，只要在熱水中浸泡一下，立即恢復(fù)原來形狀。 預(yù)先作好形狀鎳鈦各一半混合之合金，在攝氏四百度高溫下很慢的鍛燒十分鐘，即可永久保持此一形狀(此時稱為高溫相沃斯田鐵態(tài)austenite form)。 主要原因為其結(jié)晶在慢慢的加溫過程中，每一個金屬原子會有充分的時間填滿每一個空隙，此時它的排列組合是最緊密的，這樣的合金固體商業(yè)名稱即為記憶合金。記憶合金如果因為任何外在因素而產(chǎn)生變形(可任意扭曲變形的組態(tài)稱為麻田散鐵態(tài)martensitic)，亦即產(chǎn)生結(jié)晶形狀空隙，稍微加熱超過相變溫度(transformation temperature)時即可填滿空隙，亦即恢復(fù)原狀，此過程稱為形狀記憶。 形狀記憶金屬脊柱矯形內(nèi)固定器
2025/04/24
20世紀(jì)是機(jī)電學(xué)的時代。傳感—集成電路—驅(qū)動是最典型的機(jī)械電子控制系統(tǒng)，但復(fù)雜而龐大。形狀記憶材料兼有傳感和驅(qū)動的雙重功能，可以實現(xiàn)控制系統(tǒng)的微型化和智能化，如全息機(jī)器人、毫米級超微型機(jī)械手等。21世紀(jì)將成為材料電子學(xué)的時代。形狀記憶合金的機(jī)器人的動作除溫度外不受任何環(huán)境條件的影響，可望在反應(yīng)堆、加速器、太空實驗室等高技術(shù)領(lǐng)域大顯身手。 記憶合金談到合金，當(dāng)然要講最有趣的合金--記憶合金。金屬具有記憶，是一個偶然的發(fā)現(xiàn)：60年代初，美國海軍的一個研究小組從倉庫領(lǐng)來一些鎳鈦合金絲做實驗，他們發(fā)現(xiàn)這些合金絲彎彎曲曲，使用起來很不方便，于是就把這些合金絲一根根拉直。在試驗過程中，奇怪的現(xiàn)象發(fā)生了，他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度升到一定的數(shù)值時，這些已經(jīng)拉直的鎳鈦合金絲突然又恢復(fù)到原來的彎曲狀態(tài)，他們是善于觀察的有心人，又反復(fù)做了多次試驗，結(jié)果證實了這些細(xì)絲確實具有"記憶"。 美國海軍研究所的這一發(fā)現(xiàn)，引起了科學(xué)界的極大興趣，大量科學(xué)家對此進(jìn)行了深入的研究。發(fā)現(xiàn)銅鋅合金、銅鋁鎳合金、銅鉬鎳合金、銅金鋅合金等也都具有這種奇特的本領(lǐng)。人們可以在一定的范圍內(nèi)，根據(jù)需要改變這些合金的形狀，到了某一特定的溫度，它們就自動恢復(fù)到自己原來的形狀，而且這“改變--恢復(fù)”可以多次重復(fù)進(jìn)行，不管怎么改變，它們總是能記憶自己當(dāng)時的形狀，到了這一溫度，就絲毫不差地原形再現(xiàn)。人們把這種現(xiàn)象叫作形狀記憶效應(yīng)，把具有這種形狀記憶效應(yīng)的金屬叫作形狀記憶合金，簡稱記憶合金。 為什么這些合金能具有這種形狀記憶效應(yīng)?它們是怎樣記住自己的原形?用一般金屬鍵理論、自由電子理論是難以解釋合金的這種記憶效應(yīng)的。記憶合金在一定的溫度條件下能回復(fù)到原形，為核外電子的運動--隨溫度變化的運動，提供了絕佳的例證。正是由于合金的形成是在高溫條件下液態(tài)金屬的互熔，由于液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)元排異，導(dǎo)致了這種元素的結(jié)構(gòu)元與另一種金屬的結(jié)構(gòu)元相互均布，凝固后，其微觀結(jié)構(gòu)是不同種類的結(jié)構(gòu)元成比例的有序排列，電磁力是構(gòu)成合金物體的主要內(nèi)聚力。 電磁力是由價和電子的運轉(zhuǎn)所形成，而電子的運轉(zhuǎn)速率隨溫度條件而變化的，所以，物體內(nèi)的電磁力(大小、方向、作用點)也是隨溫度條件而變化。由此導(dǎo)致了金屬物體的內(nèi)力隨溫度條件而變化，只是這些變化在小溫差范圍內(nèi)不明顯，只有在較大溫度變化(幾百攝氏度)時才有表現(xiàn)。一般金屬在受力后，能產(chǎn)生塑性變形，如一根鐵絲被折彎了，在折彎部位，電磁力受到外力的干擾，導(dǎo)致產(chǎn)生電磁力的價和電子的運轉(zhuǎn)平面作出微量調(diào)整，一次塑性變形就完成了。 記憶合金由于是不同種類的結(jié)構(gòu)元相互摻和均布，盡管結(jié)構(gòu)元的個子、電磁力的大小不同，但各自都加快了自身的價和運轉(zhuǎn)，在一定的溫度條件下相鄰相安。在受到外力后，電磁力受到外力的干擾，價和電子的運轉(zhuǎn)平面作出微量角度調(diào)整，物體產(chǎn)生塑性變形，在此塑性變形中，部分調(diào)整后的價和電子的運轉(zhuǎn)是不舒展的。當(dāng)溫度條件變化時價和電子的速率隨之變化，當(dāng)溫度回復(fù)到相安舒展的(轉(zhuǎn)變溫度)條件時，不舒展的價和電子的運轉(zhuǎn)立即回復(fù)到當(dāng)時的速率，電磁力隨之發(fā)生變化，使相鄰結(jié)構(gòu)元的價和運轉(zhuǎn)也都作出相應(yīng)的調(diào)整，全部回復(fù)到原來的舒展?fàn)顟B(tài)，于是整個物體也都回復(fù)到了原來的狀態(tài)。這就是記憶合金的記憶過程。 其實，金屬的記憶早就被發(fā)現(xiàn)：把一根直鐵絲彎成直角(90°)，一松開，它就要回復(fù)一點，形成大于90°的角度。把一根彎鐵絲調(diào)直，必須把它折到超過180°后再松開，這樣它就能正好回復(fù)到直線狀態(tài)，這就是中國成語中所講的矯枉過正。還有記憶力更好的合金就是彈簧，(這里所說的是鋼制彈簧，鋼是鐵碳合金)彈簧牢牢地記住了自己的形狀，外力一撤除，馬上回復(fù)到自己的原來的樣子，只是彈簧的記憶溫度很寬，不像記憶合金這樣有一個特定的轉(zhuǎn)變溫度，從而有了一些特別的功用。 利用記憶合金在特定溫度下的形變功能，可以制作多種溫控器件，可以制作溫控電路、溫控閥門，溫控的管道連接。人們已經(jīng)利用記憶合金制作了自動的消防龍頭--失火溫度升高，記憶合金變形，使閥門開啟，噴水救火。制作了機(jī)械零件的連接、管道的連接，飛機(jī)的空中加油的接口處就是利用了記憶合金--兩機(jī)油管套結(jié)后，利用電加熱改變溫度，接口處記憶合金變形，使接口緊密滴水(油)不漏。制作了宇宙空間站的面積幾百平米的自展天線--先在地面上制成大面積的拋物線形或平面天線，折疊成一團(tuán)，用飛船帶到太空，溫度轉(zhuǎn)變，自展成原來的大面積和形狀。 記憶合金目前已發(fā)展到幾十種，在航空、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域有著用途，而且發(fā)展趨勢十分可觀，它將大展宏圖、造福于人類。形狀記憶合金的研究、發(fā)現(xiàn)至今為止已有十幾種記憶合金體系。包括Au-Cd、Ag-Cd、Cu-Zn、Cu-Zn-Al、Cu-Zn-Sn、Cu-Zn-Si、Cu-Sn、Cu-Zn-Ga、In-Ti、Au-Cu-Zn、NiAl、Fe-Pt、Ti-Ni、Ti-Ni-Pd、Ti-Nb、U-Nb和Fe-Mn-Si等。
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