记忆合金的原理及应用
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形状记忆合金的应用形状记忆合金(Shape Memory Alloy,简称SMA)是一种具有记忆能力的特殊金属材料,具有很广泛的应用前景。
形状记忆合金在各个领域都有不同的应用,包括机械工程、医疗器械、航空航天等。
本文将介绍形状记忆合金的原理和几个主要应用领域,并对其应用前景进行展望。
我们来了解一下形状记忆合金的原理。
形状记忆合金是一种能够在外界刺激下发生可逆性形状变化的材料。
其形状记忆效应是由于合金中存在的固态相变引起的。
当形状记忆合金处于高温状态时,其具有良好的塑性,可以被加工成各种形状;而当温度降低到固定温度(也称为相变温度)以下时,形状记忆合金会发生固态相变,恢复到其记忆的形状。
这种特性使得形状记忆合金在许多应用领域有着独特的价值。
形状记忆合金在机械工程领域的应用非常广泛。
例如,在汽车制造过程中,形状记忆合金可以用于制造车身零部件、发动机阀门等。
当发生碰撞时,形状记忆合金可以通过自身的形状恢复能力,使车身零部件恢复到原始形状,从而减少碰撞对车辆的损害。
此外,形状记忆合金还可以用于制造机械臂、舵机等机械装置,通过控制温度来实现精确的运动控制。
医疗器械领域也是形状记忆合金的重要应用领域之一。
例如,在牙科医疗中,形状记忆合金可以用于制作牙套和矫正器等器械,通过控制温度来调整其形状,从而实现对牙齿的矫正。
此外,形状记忆合金还可以用于制造支架和血管材料等,通过温度变化来适应人体血管的形状,从而实现更好的医疗效果。
航空航天领域也是形状记忆合金的重要应用领域之一。
在航空航天器的制造中,形状记忆合金可以用于制造舵面、襟翼等部件,通过控制温度来实现对航空器的姿态控制。
此外,形状记忆合金还可以用于制造航天器的太阳能板,通过温度变化来调整太阳能板的展开和收起,实现对太阳能的更好利用。
除了上述几个领域,形状记忆合金还有许多其他的应用。
例如,它可以用于制造眼镜架、手表带等日常用品,通过温度变化来调整其形状,提高使用的舒适度。
记忆合金原理
记忆合金是一种具有特殊形状记忆性能的金属合金材料,它可以在受到外部刺
激后恢复到原来的形状。
这种材料被广泛应用于医疗、航空航天、汽车和家居等领域,其原理和性能备受关注。
记忆合金的原理主要基于其微观结构和相变特性。
记忆合金中的微观结构包括
马氏体和奥氏体两种相,这两种相之间存在着相变转变。
当记忆合金处于高温相时,其结构呈现出奥氏体结构;而当受到外部刺激(如温度、应力等)时,记忆合金会发生相变,从奥氏体结构转变为马氏体结构。
在外部刺激消失后,记忆合金又会恢复到原来的奥氏体结构,从而恢复原来的形状。
记忆合金的这种特殊性能可以归因于其相变过程中的应变和位错运动。
在相变
过程中,记忆合金会产生应变,这种应变会导致记忆合金发生形状变化。
而位错运动则是相变过程中的关键因素,它可以影响相变的速率和形状记忆效应的稳定性。
除了形状记忆性能外,记忆合金还具有超弹性和阻尼性能。
这些性能使得记忆
合金在医疗器械和机械元件中得到了广泛的应用。
例如,在医疗器械中,记忆合金可以用于制造支架和植入物,其超弹性和形状记忆性能可以使其更好地适应人体器官的形状变化;而在机械元件中,记忆合金可以用于制造阀门和连接件,其阻尼性能可以减少振动和噪音。
总之,记忆合金是一种具有特殊形状记忆性能的金属合金材料,其原理基于微
观结构和相变特性。
记忆合金不仅具有形状记忆性能,还具有超弹性和阻尼性能,因此在医疗、航空航天、汽车和家居等领域有着广泛的应用前景。
希望通过对记忆合金原理的深入研究,可以进一步拓展其应用领域,推动材料科学和工程技术的发展。
磁控形状记忆合金执行器工作原理及其应用磁控形状记忆合金执行器是一种新型的智能材料执行器,利用形状记忆合金的特殊性质,能够实现快速、准确的运动控制。
本篇文档将介绍磁控形状记忆合金执行器的工作原理及其应用。
1. 工作原理磁控形状记忆合金执行器是由形状记忆合金丝和磁控软磁铁两部分组成。
软磁铁将磁场输送到形状记忆合金丝中,通过磁力作用控制形状记忆合金丝的形状变化,从而实现执行器的启动和控制。
具体来说,当软磁铁施加磁场时,会引起形状记忆合金丝的形状变化。
形状记忆合金丝的形状变化激发了质量重组,获得更高的能量状态。
此时,形状记忆合金丝的透磁率比软磁铁更高,磁控软磁铁施加的磁场会受到形状记忆合金丝的影响,导致磁场方向的变化,从而调节形状记忆合金丝的形状和力量。
2. 应用磁控形状记忆合金执行器的应用具有广泛的前景,可以应用于机械、电力、电子、医疗等领域。
以下是具体应用的几个方面:(1) 机器人机器人技术是近年来发展十分迅速的一门技术。
磁控形状记忆合金执行器具有迅速响应、高精度、小体积的特点,可应用于机器人关键部件的驱动与控制。
(2) 医疗器械磁控形状记忆合金执行器具有快速响应和无空气污染等特点,可应用于医疗器械的高精度控制中,例如精密手术器械、心脏起搏器等。
(3) 动力系统磁控形状记忆合金执行器可用于动力系统中,例如汽车、飞机等。
通过冷却和加热形状记忆合金来实现发动机的冷却和加热,从而增强机器工作的效率和稳定性。
(4) 电子技术磁控形状记忆合金执行器可应用于电子技术领域,例如可用于快速响应的机械开关、高精度的自动对焦装置等。
总之,磁控形状记忆合金执行器的应用十分广泛,具有不少的优势。
在未来的发展中,相信磁控形状记忆合金执行器会有更广阔的前景和更重要的地位。
记忆合金原理的应用什么是记忆合金记忆合金是一种特殊的金属材料,它可以在外界作用下发生形状记忆效应。
记忆合金之所以能够实现形状记忆,是因为其具备特殊的晶体结构。
记忆合金的一种常见形式是镍钛合金,也被称为“超弹性合金”。
记忆合金的原理记忆合金的形状记忆效应是指材料在经历塑性变形后,当温度升高到一定程度时,材料可以回复到其最初的形状。
这种形状记忆效应是由于记忆合金中存在两种不同晶体结构的相转变导致的。
在低温下,记忆合金处于一种非晶态或者低对称晶体结构,这种结构具有较强的韧性和塑性。
但当温度升高到相变温度时,记忆合金会转变为高对称晶体结构,此时合金会回复到其最初的形状。
记忆合金的应用记忆合金具有独特的性能,在许多领域都有广泛的应用,以下列举了一些常见的应用领域:1.医疗器械:记忆合金可以用于制造医疗器械,如支架和夹子。
由于记忆合金具备超弹性特性,可以在体内进行形状变化,因此可以应用于心脏血管支架、牙套等医疗器械中。
2.汽车工业:记忆合金可以用于汽车制造中,如制动系统和发动机零部件。
记忆合金具有优异的弹性和耐腐蚀性能,可以提升汽车的安全性能和使用寿命。
3.航空航天:记忆合金可以应用于航空航天领域,如飞机翼部件和卫星结构。
记忆合金具有轻质高强度的特性,可以降低飞行器的重量,提高燃料效率。
4.电子设备:记忆合金可以用于电子设备中的连接器和开关。
记忆合金具有良好的电导性和机械稳定性,可以提高设备的可靠性和性能。
5.智能材料:记忆合金可以应用于智能材料领域,如智能窗户和智能屏幕。
利用记忆合金的形状记忆效应和温度敏感性,可以实现材料的自适应变形和控制。
总结:记忆合金的应用领域广泛,从医疗器械到航空航天,从汽车工业到智能材料,都离不开记忆合金的贡献。
记忆合金通过其特殊的晶体结构和形状记忆效应,为各个领域带来了新的可能性和创新。
未来随着科技的进步,记忆合金的应用领域还将不断拓展,为社会进步做出更大的贡献。
以上是记忆合金原理的应用的相关内容。
记忆合金的原理及应用小论文1. 引言记忆合金是一种具有形状记忆效应和超弹性特性的材料,可以在外界刺激下实现自我形变和恢复原状,因此被广泛应用于各个领域。
本文将介绍记忆合金的原理和各种应用。
2. 记忆合金的原理记忆合金的原理基于固体相变和晶格结构的变化。
当记忆合金处于高温相(奥氏体相)时,晶格结构规则,材料呈现典型的金属弹性行为。
当降低温度至亚相变温度时,记忆合金会发生固相相变,晶格结构由规则的高温相转变为不规则的低温相(马氏体相)。
在这个过程中,记忆合金会发生形状记忆效应,即变形储存,在外界刺激下能够快速地恢复到其原始形状。
3. 记忆合金的组成和制备方法记忆合金主要由镍、钛、铜、铝等金属元素组成。
这些金属元素在合金中具有不同的比例和含量,可以调节合金的性能和特性。
记忆合金的制备方法主要有冶金法、物理镀膜法和化学还原法。
通过不同的制备方法可以得到具有不同组织结构和性能的记忆合金材料。
4. 记忆合金的应用领域4.1 医疗领域记忆合金在医疗领域有广泛的应用,例如制造血管支架、牙线、矫形器和植入器件。
血管支架使用记忆合金的特性可以在介入治疗中帮助恢复和维护血管的通畅。
牙线和矫形器使用记忆合金的形状记忆效应可以调整和修复牙齿的位置。
植入器件则利用记忆合金的生物相容性和形状记忆效应,在植入后能够适应人体变化并起到治疗作用。
4.2 汽车工业记忆合金在汽车工业中的应用主要体现在发动机、座椅和遥控器等方面。
发动机使用记忆合金可以提高汽车的运行效率和降低燃油消耗,同时还可以减少发动机噪音和震动。
座椅和遥控器使用记忆合金的超弹性特性,可以提供更舒适的座椅和操作手感。
4.3 建筑工程记忆合金在建筑工程领域的应用主要体现在地震防护和结构控制方面。
通过使用记忆合金材料制造阻尼器,可以有效地减小结构的震动,提高建筑的抗震性能。
此外,记忆合金还可以用于结构控制系统,通过控制记忆合金的应变,可以改变结构的刚度和稳定性,使其适应不同的工况。
记忆合金的原理及应用1. 引言记忆合金是一种具有智能感知和形状记忆能力的金属材料,广泛应用于各个领域。
它具有优异的力学性能和独特的形状记忆特性,因此备受关注和研究。
本文将介绍记忆合金的原理和应用,并探讨其在工程和科学领域的前景。
2. 记忆合金的原理记忆合金的原理可归结为两个方面:固溶负载效应和相变效应。
2.1 固溶负载效应记忆合金中的固溶负载效应是指当记忆合金材料受到外界作用力时,其晶体结构中的原子重新排列,形成新的晶体结构。
这种重新排列过程中,记忆合金的形状发生改变。
2.2 相变效应记忆合金材料中的相变是实现形状记忆的关键。
记忆合金通过相变实现了在固态和相变态之间的相互转化。
在相变过程中,记忆合金材料能够恢复其之前的形状。
3. 记忆合金的应用记忆合金由于其独特的形状记忆能力和优异的力学性能,被广泛应用于各个领域,包括以下几个方面:3.1 医学领域•内衣领域:采用记忆合金制作的记忆内衣能根据身体的形状变化而调整自己的形状,提供个性化的支撑和舒适感。
•手术器械领域:记忆合金制作的手术器械可以根据医生的手势变化而调整形状,提供更精准的手术操作。
3.2 肢体辅助领域•矫形器领域:记忆合金制作的矫形器可以根据患者的肢体变化自动调整形状,提供更好的支撑和舒适度。
•助残器领域:记忆合金制作的助残器可以根据残疾人的需要调整形状,提供更好的辅助功能。
3.3 航天航空领域•飞机构件领域:采用记忆合金制作的飞机构件可以在极端的温度和压力条件下保持较好的稳定性和强度。
•航天器领域:记忆合金广泛应用于航天器的部件和机构,能够承受极端的空间环境和高速运动。
3.4 建筑工程领域•地震防灾领域:记忆合金制作的建筑材料具有一定的形变能力,在地震活跃的地区可以起到减震和稳定建筑物的作用。
•可拆装结构领域:记忆合金材料可以根据需要进行形状的变化,形成可拆装结构,方便维护和改造。
4. 结论记忆合金因其独特的形状记忆能力和优异的力学性能,被广泛应用于多个领域。
记忆合金拉伸和压缩的应用及原理记忆合金是一种能够在受到外力作用时发生形状改变并能够恢复原状的材料。
它具有普通金属所不具备的独特性能,广泛应用于机械、电子、航空航天等领域。
记忆合金的拉伸和压缩应用主要体现在以下几个方面:1. 弹性元件:记忆合金在拉伸和压缩过程中能够恢复原状,因此可以用于制作弹性元件,如弹簧、阀门等。
记忆合金的形状记忆效应使得这些弹性元件能够适应不同的拉伸和压缩应力,同时能够快速恢复形状,延长了使用寿命。
2. 智能材料:记忆合金具有形状记忆效应和超弹性等特性,因此广泛应用于智能材料领域。
例如,在医疗器械中,可以利用记忆合金制作支架和夹具,用于血管扩张和封堵等手术。
在建筑领域,记忆合金可以制作可变形的构件,实现自适应性建筑。
3. 动力传动装置:记忆合金在拉伸和压缩过程中具有较大的形变能力,因此可以用于制作动力传动装置。
例如,汽车发动机的气缸盖活塞环可以采用记忆合金制作,以便在高温和高压环境下保持稳定的密封效果。
4. 外科植入物和矫形器材:记忆合金在拉伸和压缩过程中具有高记忆塑性,因此可以用于制作外科植入物和矫形器材。
例如,记忆合金可以制作骨板和骨钉,用于治疗骨折和骨缺损。
它还可以用于制作牙套和牙箍,用于矫正牙齿。
以上是记忆合金拉伸和压缩应用的主要方面。
其原理如下:记忆合金的原理主要基于相变和晶格结构变化。
记忆合金通常由两种或多种金属元素组成,例如镍钛合金(NiTi合金)。
在记忆合金的高温相(奥氏体相)中,其晶格结构具有高度的可塑性,能够忍受较大的拉伸和压缩形变。
而在低温相(马氏体相)中,晶格结构发生变化,导致材料恢复原始形状。
记忆合金的相变过程包括两个主要步骤:相变温度降低和应力解锁。
当记忆合金受到外力作用时,例如拉伸或压缩,晶格结构中的相变区域会发生移动,使其相变温度发生改变。
当温度降低到相变温度以下时,材料变为低温相,会发生形状改变。
当外力解除时,材料会通过加热等方式回复到高温相,并恢复原始形状。
记忆合金拉伸和压缩的应用及原理1. 引言记忆合金是一种具有特殊形状记忆性和超弹性的合金材料,可以通过外界温度或应力的作用来改变其形状。
在拉伸和压缩方面,记忆合金具有独特的应用和工作原理。
本文将介绍记忆合金在拉伸和压缩方面的应用及其原理。
2. 记忆合金拉伸的应用及原理2.1. 结构应变记忆合金的结构应变是指在外力作用下,记忆合金发生变形的量。
拉伸是一种常见的外力作用方式,记忆合金在拉伸过程中表现出特殊的应变行为。
当记忆合金受到拉伸力时,它会发生结构应变,使得晶体结构产生位错和晶体形状改变。
2.2. 形状记忆效应形状记忆效应是记忆合金最重要的特性之一。
在拉伸过程中,记忆合金会发生结构相变,从而导致其形状发生改变。
一旦拉伸力消失,记忆合金将恢复原来的形状。
这种形状恢复是由于记忆合金内部的晶体结构发生相变,从一种结构转变为另一种结构。
2.3. 应用2.3.1. 扩展接头记忆合金的形状记忆效应使得它在扩展接头上的应用非常适合。
扩展接头是一种连接两个部件的装置,它可以在外界温度变化或应力作用下产生位移。
记忆合金作为扩展接头的材料,可以利用其形状记忆效应来实现材料之间的连接和位移。
2.3.2. 拉力控制器记忆合金在拉力控制器中的应用也十分广泛。
拉力控制器是一种用于控制系统拉力的装置,通过拉伸和松弛记忆合金来实现拉力控制。
记忆合金的特殊应变行为使得它可以在不同的拉力下产生不同的形变,从而实现精确的拉力控制。
3. 记忆合金压缩的应用及原理3.1. 结构应变记忆合金的结构应变在压缩方面也十分重要。
压缩是一种将力施加到记忆合金上,并使其体积变小的过程。
在压缩过程中,记忆合金会发生结构应变,使得晶体结构产生位错和晶体形状改变。
3.2. 超弹性效应超弹性是记忆合金在压缩时的独特特性。
当记忆合金受到压缩力时,它会发生超弹性效应,即在压缩过程中能够存储大量的应变能量。
一旦压缩力消失,记忆合金将恢复原来的形状,释放存储的能量。
形状记忆合金原理形状记忆合金(Shape Memory Alloy,SMA)是一种特殊的金属合金,其具有可以改变形状的独特属性。
这种合金能够在经过变形后恢复到其原始形状,这种能力引发了广泛的研究和应用。
本文将介绍形状记忆合金的原理及其在不同领域的应用。
一、形状记忆合金的原理形状记忆合金的主要成分是钛镍(TiNi)合金,也可以是铜铝锌(CuAlZn)合金或镍钛铝(NiTiAl)合金等。
它们具有一个共同的特点,即双相结构。
双相结构是由固溶相(A相)和细颗粒析出相(B相)组成的。
形状记忆合金的特殊性质归功于这种双相结构。
当形状记忆合金处于较低的温度时,所处于的相是B相,此时合金处于一种弹性变形的状态。
一旦形状记忆合金被加热到相变温度以上,合金会从B相转变为A相,并且在外力的作用下发生塑性变形。
当应力消失后,合金会在冷却过程中逐渐从A相回转到B相,恢复其原始的形状。
这个过程被称为形状记忆效应。
形状记忆合金的形状记忆效应主要是通过相变来实现的。
在相变过程中,合金的晶体结构会发生变化,从而改变了其机械性能。
实现形状记忆效应需要充足的形变应力和足够高的温度。
形状记忆合金的相变温度可以通过合金成分的调控来改变,以适应不同的应用要求。
二、形状记忆合金的应用领域形状记忆合金的独特特性使其在多个领域中得到了广泛的应用。
1. 医疗器械形状记忆合金在医疗器械领域中有许多应用。
例如,钛镍合金可以用于支架和夹具,用于骨折固定和骨重建手术。
利用形状记忆合金制造的支架可以在低温下引导到目标位置,然后通过加热恢复到原始形状,起到固定和支撑作用。
2. 汽车工业形状记忆合金在汽车工业中也起到了重要作用。
它们可以用于汽车座椅、门锁和变形机构等部件。
通过调节温度,形状记忆合金可以实现自动调整座椅形状,提供更高的舒适性和驾驶体验。
3. 航空航天形状记忆合金在航空航天领域中有着广泛的应用。
它们可以用于飞机外壳和涡轮发动机等部件。
形状记忆合金具有良好的耐腐蚀性和高温性能,可以承受极端的工作条件,提高飞机的安全性和性能。
形状记忆合金的应用原理什么是形状记忆合金?形状记忆合金(Shape Memory Alloy,SMA),是一种能够记住自己形状的合金材料。
它具备两种不同的临界温度:A相临界温度和M相临界温度。
在低于A相临界温度时,SMA处于马氏体相(Martensite);而在高于M相临界温度时,它处于奥氏体相(Austenite)。
因此,当受到外部力的作用或者温度变化时,SMA可以从一种相转变为另一种相。
形状记忆合金的应用形状记忆合金因其独特的形状记忆性能和超弹性,被广泛应用于多个领域。
下面是一些常见的形状记忆合金的应用:1.医疗领域形状记忆合金在医疗领域中的应用非常广泛。
例如,它可以用于制造医疗器械,如导管、支架等。
由于SMA具有记忆形状的能力,这些器械能够在进入人体后自行扩展、调整形状,提高手术的准确性和可控性。
2.航空航天领域形状记忆合金在航空航天领域的应用也非常广泛。
由于SMA具有调整形状的特性,它可以用于制造航空航天器的锁定机构、控制元件等。
这些元件能够适应不同的温度和力学环境,提升航空航天器的性能和安全性。
3.自动化领域形状记忆合金在自动化领域中的应用也越来越多。
例如,它可以用于制造自动马桶盖、自动窗帘等家居智能化产品。
通过利用SMA的形状记忆特性,这些产品能够实现自动开闭、伸缩等功能,提升用户体验。
4.机械领域形状记忆合金在机械领域中的应用也不容忽视。
例如,它可以用于制造高精密度的微调组件,如调焦机构、机械臂等。
利用SMA的形状记忆特性,这些组件能够实现精确的位置调节和灵活的动作控制。
形状记忆合金的工作原理形状记忆合金的工作原理是基于固相相变的特性,在变温或变形的作用下实现形状的记忆。
一个常见的形状记忆合金元件通常由两个相互转变的组织相组成:马氏体相(Martensite)和奥氏体相(Austenite)。
当形状记忆合金处于低于A相临界温度时,它处于马氏体相(Martensite)。
在这个相中,原子排列比较紧密,形成了一种略微畸变的结构。
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记忆合金的原理及应用论文引言记忆合金是一种具有记忆性能的新材料,其具有独特的形状记忆效应和超弹性特性,引起了广泛的研究兴趣。
本文将介绍记忆合金的基本原理以及其在各个领域的应用。
记忆合金的原理记忆合金的原理基于其晶体结构中的固溶元素或间隙元素的位错运动。
主要有以下几个方面的原理:1.基底状态:记忆合金有两个基本状态,即高温相和低温相。
在高温相中,合金处于高温状态,原子结构呈均匀排列;而在低温相中,合金处于低温状态,原子结构产生畸变。
这种基底状态的改变是记忆合金实现形状记忆效应的核心。
2.形状记忆效应:当记忆合金从高温相变为低温相时,其晶体结构发生变化,产生外形的记忆效应。
这种形状记忆效应使得记忆合金能够在外力或温度作用下变形,并恢复到其原始形状,具有自修复的功能。
3.超弹性特性:记忆合金具有超弹性特性,即当外力作用于记忆合金时,合金会发生可逆变形,随着外力的撤离,合金能够恢复其原始形状。
这种超弹性使得记忆合金在弹性材料领域具有广泛的应用前景。
记忆合金的应用记忆合金在各个领域都有不同的应用,下面将介绍几个具有代表性的应用领域。
医疗器械记忆合金可用于医疗器械中的夹持器、骨钉等器械部件。
通过形状记忆效应和超弹性特性,可以实现器械在体内的准确定位,并有助于手术的顺利进行。
航空航天记忆合金在航空航天领域有广泛的应用。
它可以用于制造飞机和航天器的结构部件,例如可自修复的稳定器、可变形的发动机喷嘴等。
记忆合金的低密度和高强度使得它成为航空航天领域的理想材料。
汽车制造记忆合金在汽车制造领域的应用也越来越广泛。
它可以用于汽车的减震器、车身结构等部件,通过超弹性特性可以提高汽车的乘坐舒适性和安全性。
其他领域此外,记忆合金还有许多其他的应用,例如智能材料、电子器件、机器人技术等。
它们在这些领域的应用主要基于其形状记忆效应和超弹性特性,为相关技术提供了新的可能性。
结论记忆合金是一种具有独特性能的材料,其原理基于晶体结构中的固溶元素或间隙元素的位错运动。
记忆合金的原理及应用
摘要:随着科技的发展,带动了一系列新型材料的发展,记忆合金也得到快速的发展。
由于其优良的特性。
像:弯曲量大,塑形高,在记忆温度下恢复以前的形状,达到某一温度时内部晶体结构改变,其表现外部形状也改变。
在各个方面有着广泛的用途。
关键字:记忆合金原理分类应用
上个世纪70年代,世界材料科学中出现了一种具有“记忆”形状功能的合金。
记忆合金是一种颇为特别的金属条,它极易被弯曲,我们把它放进盛着热水的玻璃缸内,金属条向前冲去;将它放入冷水里,金属条则恢复了原状。
在盛着凉水的玻璃缸里,拉长一个弹簧,把弹簧放入热水中时,弹簧又自动的收拢了。
凉水中弹簧恢复了它的原状,而在热水中,则会收缩,弹簧可以无限次数的被拉伸和收缩,收缩再拉开。
这些都由一种有记忆力的智能金属做成的,它的微观结构有两种相对稳定的状态,在高温下这种合金可以被变成任何你想要的形状,在较低的温度下合金可以被拉伸,但若对它重新加热,它会记起它原来的形状,而变回去。
这种材料就叫做记忆金属(memory metal)。
它主要是镍钛合金材料。
例如,一根螺旋状高温合金,经过高温退火后,它的形状处于螺旋状态。
在室温下,即使用很大力气把它强行拉直,但只要把它加热到一定的“变态温度”时,这根合金仿佛记起了什么似的,立即恢复到它原来的螺旋形态。
这只是利用某些合金在固态时其晶体结构随温度发生变化的规律而已。
例如,镍-钛合金在40℃以上和40℃以下的晶体结构是不同的,但温度在40℃上下变化时,合金就会收缩或膨胀,使得它的形态发生变化。
这里,40℃就是镍-钛记忆合金的“变态温度”。
各种合金都有自己的变态温度。
上述那种高温合金的变态温度很高。
在高温时它被做成螺旋状而处于稳定状态。
在室温下强行把它拉直时,它却处于不稳定状态,因此,只要把它加热到变态温度,它就立即恢复到原来处于稳定状态的螺旋形状了。
关于记忆合金的原理现在还不十分清楚。
一般认为,记忆合金由复杂的菱形晶体结构转变成简单的立方晶体结构时,就会发生形状恢复的记忆。
而当记忆合金恢复原形时伴随产生极大的力,镍钛诺合金高达 60公斤平方毫米,远比最初变形时加的力大。
一般说来,可达原变形的十倍,这就意味着输出的能量比输入的能量大得多。
科学家对此无法解释,物理学家罗沙尔说:“热力学定律一点没有错的地方,但这些定律就是不适合于镍钛诺……”。
目前,很多学者认为,记忆合金之所以能恢复原来的形状,是由于“记忆因子”的作用。
通过相变过程自由能的研究与体积关系推导“记忆因子”。
尽管,记忆合金具体原理人不明确,但其应用已相当普遍。
根据记忆合金的恢复特性人们将记忆合金分为了三类。
(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。
目前,记忆合金已用于管道结合和自动化控制方面,用记忆合金制成套管可以代替焊接,方法是在低温时将管端内全扩大约 4%,装配时套接一起,一经加热,套管收缩恢复原形,形成紧密的接合。
美国海军飞机的液压系统使用了10万个这种接头,多年来从未发生漏油和破损。
船舰和海底油田管道损坏,用记忆合金配件修复起来,十分方便。
在一些施工不便的部位,用记忆合金制成销钉,装入孔内加热,其尾端自动分开卷曲,形成单面装配件。
记忆合金特别适合于热机械和恒温自动控制,已制成室温自动开闭臂,能在阳光照耀的白天打开通风窗,晚间室温下降时自动关闭。
记忆合金热机的设计方案也不少,它们都能在具有低温差的两种介质间工作,从而为利用工业冷却水、核反应堆余热、海洋温差和太阳能开辟了新途径。
记忆合金在医疗上的应用也很引人注目。
例如接骨用的骨板,不但能将两段断骨固定,而且在恢复原形状的过程中产生压缩力,迫使断骨接合在一起。
齿科用的矫齿丝,结扎脑动脉瘤和输精管的长夹,脊柱矫直用的支板等,都是在植入人体内后靠体温的作用启动,血栓滤器也是一种记忆合金新产品。
被拉直的滤器植入静脉后,会逐渐恢复成网状,从而阻止 95%的凝血块流向心脏和肺部。
人工心脏是一种结构更加复杂的脏器,用记忆合金制成的肌纤维与弹性体薄膜心室相配合,可以模仿心室收缩运动。
现在泵送水已取得成功。
由于记忆合金是一种“有生命的合金”,利用它在一定温度下形状的变化,就可以设计出形形色色的自控器件,它的用途正在不断扩大。
结语:记忆合金由于其特殊的记忆性质,已在军工,医学,机械邻域取得了广泛的应用。
但随着人类对高科技邻域的突破,特别是在可重复利用邻域的研究,记忆合金的作用有显的特别重要。
特别是在记忆合金与有机化合物的接枝其意义尤为突出。
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