记忆金属
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材料 工艺
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1.1 记忆金属的定义 1.2 记忆金属的发展 1.3 记忆金属的应用
1.4 记忆金属的产品
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材料 工艺
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1.1 记忆金属的定义
记忆金属又叫形状记忆合金 形状记忆合金(Shape Memory Alloys，简称SMA)是一种能够 记忆原有形状的智能材料。当合金在低于相变态温度下，受到 一有限度的塑性变形后，可由加热的方式使其恢复到变形前的 原始形状，这种特殊的现象称为形状记忆效应（Shape Memory Effect，简称SME）。而当合金在高于相变态温度下， 施以一应力使其受到有限度的塑性变形（非线性弹性变形）后，
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材料 工艺
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1.4 记忆金属的产品
加热会变直的勺子
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材料 工艺
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（3）内因性双向记忆恢复。即利用双程记忆效应随温度升降 做反复动作，如热机、热敏元件等。但这类应用记忆衰减快、 可靠性差，不常用。
（4）超弹性的应用。如弹簧、接线柱、眼镜架等。
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材料 工艺
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1.4 记忆金属的产品
宇宙飞船天线
1969年7月20日，美国宇航员乘坐“阿波罗”11号登月舱在月球上首 次留下了人类的脚印，并通过一个直径数米的半球形天线传输月球 和地球之间的信息。 这个庞然大物般的天线是怎么被带到月球上的 呢?就是用一种形状记忆合金材料，先在其转变温度以上按预定要求 做好，然后降低温度把它压成一团，装进登月舱带 上天去。放置于 月球后，在阳光照射下，达到该合金的转变温度，天线“记”起了 自己的本来面貌，变成一个巨大的半球。
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材料 工艺
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1.1 记忆金属的定义
至今为止发现的记忆合金体系
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 Fe-Mn-Si
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1.4 记忆金属的产品
哈伦顿棒
脊柱侧弯矫形 各种脊柱侧弯症(先天性、习惯性、神经性、佝偻 病性、特发性等)疾病，不仅身心受到严重损伤，而且内脏也受 到压迫，所以有必要进行外科手术矫形。目前这种手术采用不 锈钢制哈伦敦棒 矫形，在手术中安放矫形棒时，要求固定后脊 柱受到的矫正力保持在30~40kg以下，一但受力过大，矫形棒 就会破坏，结果不仅是脊柱，而且连神经也有受损 伤的危险。 同时存在矫形棒安放后矫正力会随时间变化，大约矫正力降到 初始时的30%时，就需要再进行手术调整矫正力，这样给患者 在精神和肉体上都造成极大 痛苦。采用形状记忆合金制作的哈 伦顿棒，只需要进行一次安放矫形棒固定。如果矫形棒的矫正 力有变化，以通过体外加热形状记忆合金，把温度升高到比体 温约高 5℃，就能恢复足够的矫正力。
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1.1 记忆金属的定义
原理 记忆金属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。其高温相具有较高的结构对称性，通常 为有序立方结构。例如，镍-钛合 金在40oC以上和40oC 以下的晶体结构是不同的，但温度在40oC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， 40oC就是镍-钛 记忆合金的“变态温度”。各种合金都
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1.4 记忆金属的产品
牙齿矫形丝
牙齿矫形丝 用超弹性 TiNi 合金丝和不锈钢丝做的牙齿矫正 丝，其中用超弹性 TiNi 合金丝是最适宜的。通常牙齿矫形 用不锈钢丝 CoCr 合金丝，但这些材料有弹性模量高，弹性 应变小的缺点。为了给出适宜的矫正力，在矫正前就要加工 成弓形，而且结扎固定要求熟练。如果用 TiNi 合金作牙齿 矫形丝，即使应变高达10%也不会产生塑性变形，而且应力 诱发马氏体相变(stress-induced martensite)使弹性模量呈 现非线型特性，即应变增大时矫正力波动很少。这种材料不 仅操作简单，疗效好，也可减轻患者不适感。
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1.4 记忆金属的产品
记忆合金框架眼镜
在眼镜框架的鼻梁和耳部装配 TiNi 合金可使人感到舒适并抗磨 损，由于 TiNi 合金所具有的柔韧性已使它们广泛用于改变眼镜 时尚界。用超弹性 TiNi 合金丝做眼镜框架，即使镜片热膨胀， 该形状记忆合金丝也能靠超弹性的恒定力夹牢镜片。这些超弹性 合金制造的眼镜框架的变形能力很大，而普通的眼镜框则不能做 到。
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材料 工艺
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1.3 记忆金属的应用
工业应用： （1）利用单程形状记忆效应的单向形状恢复。如管接头、天 线、套环等。 （2）外因性双向记忆恢复。即利用单程形状记忆效应并借助 外力随温度升降做反复动作，如热敏元件、机器人、接线柱 等。
1.3 记忆金属的应用
医学应用： TiNi合金的生物相容性很好，利用其形状记忆效应和超 弹性的医学实例相当多。如血栓过滤器、脊柱矫形棒、牙齿 矫形丝、脑动脉瘤夹、接骨板、髓内针、人工关节、避孕器、 心脏修补元件、人造肾脏用微型泵等。
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材料 工艺
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。
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材料 工艺
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材料 工艺
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1.4 记忆金属的产品
防烫伤阀
防烫伤阀 在家庭生活中，已开发的形状记忆阀可用来防止 洗涤槽中、浴盆和浴室的热水意外烫伤；这些阀门也可用 于旅馆和其他适宜的地方。如果水龙头流出的水温达到可 能烫伤人的温度(大约 48℃)时，形状记忆合金驱动阀门关 闭，直到水温降到安全温度，阀门才重新打开。
可利用直接释放应力的方式使其恢复 到变形前的原始形状，此
种特殊的现象又称为拟弹性（Pseudo Elasticity，简称PE） 或超弹性（Super Elasticity），表现为这种合金能承载比一 般金属大几倍甚至几十倍的可恢复应变。这两种形状记忆合金 所拥有的独特性质在普通金属或合金材料上是无法发现的。
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材料 工艺
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1.2 记忆金属的发展
早在1951年美国人在一次试验中偶然发现了金-镉合金有 形状记忆特性，当时并未引起重视， 1953年又在铟-铊合金发现这类效应， 1963年发现镍-钛合金具有形状记忆特性后，掀起了这类 合金研究的热潮，并产生了多种实用化的新思想，新的形状 记忆合金应运而生，后来还发现了具有双向记忆效应，即铆 钉如用双向记忆合金制作时，把铆好的铆钉重新降温后，铆 钉又会变直，
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1.4 记忆金属的产品
火灾检查阀门
火灾中，当局部地方升温时阀门会自动关闭，防止了危险气 体进入。这种特殊结构设计的优点是，它具有检查阀门的操 作，然后又能复位到安全状态；这种火灾检查阀门在半导体 制造业中得到使用，在半导体制造的扩散过程中使用了有毒 的气体；这种火灾检查阀也可在化学和石油工厂应用。
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1.3 记忆金属的应用
工业应用： （1）利用单程形状记忆效应的单向形状恢复。如管接头、天 线、套环等。 （2）外因性双向记忆恢复。即利用单程形状记忆效应并借助 外力随温度升降做反复动作，如热敏元件、机器人、接线柱 等。
（3）内因性双向记忆恢复。即利用双程记忆效应随温度升降 做反复动作，如热机、热敏元件等。但这类应用记忆衰减快、 可靠性差，不常用。
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1.1 记忆金属的定义
特点总结
1.弯曲量大，塑性高 2.在记忆温度以上恢复以前形状。 3.物理特性：当温度达到某一数值时，材料内部的 晶体结 构会发生变化，从而导致了外形的变化。 4.无磁性、耐磨耐蚀、无毒性
1.1 记忆金属的定义
形状记忆合金可以分为三种：
（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。 目前已开发成功的形状记忆合金有TiNi基形状记忆合金、 铜基形状记忆合金、铁基形状记忆合金等。
（4）超弹性的应用。如弹簧、接线柱、眼镜架等。
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1.3 记忆金属的应用
航天应用：
形状记忆合金已应用到航空和太空装置。如用在军用飞机的 液压系统中的低温配合连接件，欧洲和 美国正在研制用于直 升飞机的智能水平旋翼中的形状记忆合金材料。由于直升飞 机高震动和高噪声使用受到限制，其噪声和震动的来源主要 是叶片涡流干扰，以及叶 片型线的微小偏差。这就需要一种 平衡叶片螺距的装置，使各叶片能精确地在同一平面旋转。 目前已开发出一种叶片的轨迹控制器，它是用一个小的双管 形状记忆合 金驱动器控制叶片边缘轨迹上的小翼片的位置， 使其震动降到最低。
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1.1 记忆金属的定义 1.2 记忆金属的发展 1.3 记忆金属的应用
1.4 记忆金属的产品
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1.1 记忆金属的定义
记忆金属又叫形状记忆合金 形状记忆合金(Shape Memory Alloys，简称SMA)是一种能够 记忆原有形状的智能材料。当合金在低于相变态温度下，受到 一有限度的塑性变形后，可由加热的方式使其恢复到变形前的 原始形状，这种特殊的现象称为形状记忆效应（Shape Memory Effect，简称SME）。而当合金在高于相变态温度下， 施以一应力使其受到有限度的塑性变形（非线性弹性变形）后，
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（3）内因性双向记忆恢复。即利用双程记忆效应随温度升降 做反复动作，如热机、热敏元件等。但这类应用记忆衰减快、 可靠性差，不常用。
（4）超弹性的应用。如弹簧、接线柱、眼镜架等。
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宇宙飞船天线
1969年7月20日，美国宇航员乘坐“阿波罗”11号登月舱在月球上首 次留下了人类的脚印，并通过一个直径数米的半球形天线传输月球 和地球之间的信息。 这个庞然大物般的天线是怎么被带到月球上的 呢?就是用一种形状记忆合金材料，先在其转变温度以上按预定要求 做好，然后降低温度把它压成一团，装进登月舱带 上天去。放置于 月球后，在阳光照射下，达到该合金的转变温度，天线“记”起了 自己的本来面貌，变成一个巨大的半球。
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1.1 记忆金属的定义
至今为止发现的记忆合金体系
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 Fe-Mn-Si
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1.4 记忆金属的产品
哈伦顿棒
脊柱侧弯矫形 各种脊柱侧弯症(先天性、习惯性、神经性、佝偻 病性、特发性等)疾病，不仅身心受到严重损伤，而且内脏也受 到压迫，所以有必要进行外科手术矫形。目前这种手术采用不 锈钢制哈伦敦棒 矫形，在手术中安放矫形棒时，要求固定后脊 柱受到的矫正力保持在30~40kg以下，一但受力过大，矫形棒 就会破坏，结果不仅是脊柱，而且连神经也有受损 伤的危险。 同时存在矫形棒安放后矫正力会随时间变化，大约矫正力降到 初始时的30%时，就需要再进行手术调整矫正力，这样给患者 在精神和肉体上都造成极大 痛苦。采用形状记忆合金制作的哈 伦顿棒，只需要进行一次安放矫形棒固定。如果矫形棒的矫正 力有变化，以通过体外加热形状记忆合金，把温度升高到比体 温约高 5℃，就能恢复足够的矫正力。
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1.1 记忆金属的定义
原理 记忆金属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。其高温相具有较高的结构对称性，通常 为有序立方结构。例如，镍-钛合 金在40oC以上和40oC 以下的晶体结构是不同的，但温度在40oC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， 40oC就是镍-钛 记忆合金的“变态温度”。各种合金都
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1.4 记忆金属的产品
牙齿矫形丝
牙齿矫形丝 用超弹性 TiNi 合金丝和不锈钢丝做的牙齿矫正 丝，其中用超弹性 TiNi 合金丝是最适宜的。通常牙齿矫形 用不锈钢丝 CoCr 合金丝，但这些材料有弹性模量高，弹性 应变小的缺点。为了给出适宜的矫正力，在矫正前就要加工 成弓形，而且结扎固定要求熟练。如果用 TiNi 合金作牙齿 矫形丝，即使应变高达10%也不会产生塑性变形，而且应力 诱发马氏体相变(stress-induced martensite)使弹性模量呈 现非线型特性，即应变增大时矫正力波动很少。这种材料不 仅操作简单，疗效好，也可减轻患者不适感。
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记忆合金框架眼镜
在眼镜框架的鼻梁和耳部装配 TiNi 合金可使人感到舒适并抗磨 损，由于 TiNi 合金所具有的柔韧性已使它们广泛用于改变眼镜 时尚界。用超弹性 TiNi 合金丝做眼镜框架，即使镜片热膨胀， 该形状记忆合金丝也能靠超弹性的恒定力夹牢镜片。这些超弹性 合金制造的眼镜框架的变形能力很大，而普通的眼镜框则不能做 到。
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1.3 记忆金属的应用
工业应用： （1）利用单程形状记忆效应的单向形状恢复。如管接头、天 线、套环等。 （2）外因性双向记忆恢复。即利用单程形状记忆效应并借助 外力随温度升降做反复动作，如热敏元件、机器人、接线柱 等。
1.3 记忆金属的应用
医学应用： TiNi合金的生物相容性很好，利用其形状记忆效应和超 弹性的医学实例相当多。如血栓过滤器、脊柱矫形棒、牙齿 矫形丝、脑动脉瘤夹、接骨板、髓内针、人工关节、避孕器、 心脏修补元件、人造肾脏用微型泵等。
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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。
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防烫伤阀
防烫伤阀 在家庭生活中，已开发的形状记忆阀可用来防止 洗涤槽中、浴盆和浴室的热水意外烫伤；这些阀门也可用 于旅馆和其他适宜的地方。如果水龙头流出的水温达到可 能烫伤人的温度(大约 48℃)时，形状记忆合金驱动阀门关 闭，直到水温降到安全温度，阀门才重新打开。
可利用直接释放应力的方式使其恢复 到变形前的原始形状，此
种特殊的现象又称为拟弹性（Pseudo Elasticity，简称PE） 或超弹性（Super Elasticity），表现为这种合金能承载比一 般金属大几倍甚至几十倍的可恢复应变。这两种形状记忆合金 所拥有的独特性质在普通金属或合金材料上是无法发现的。
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1.2 记忆金属的发展
早在1951年美国人在一次试验中偶然发现了金-镉合金有 形状记忆特性，当时并未引起重视， 1953年又在铟-铊合金发现这类效应， 1963年发现镍-钛合金具有形状记忆特性后，掀起了这类 合金研究的热潮，并产生了多种实用化的新思想，新的形状 记忆合金应运而生，后来还发现了具有双向记忆效应，即铆 钉如用双向记忆合金制作时，把铆好的铆钉重新降温后，铆 钉又会变直，
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火灾检查阀门
火灾中，当局部地方升温时阀门会自动关闭，防止了危险气 体进入。这种特殊结构设计的优点是，它具有检查阀门的操 作，然后又能复位到安全状态；这种火灾检查阀门在半导体 制造业中得到使用，在半导体制造的扩散过程中使用了有毒 的气体；这种火灾检查阀也可在化学和石油工厂应用。
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1.3 记忆金属的应用
工业应用： （1）利用单程形状记忆效应的单向形状恢复。如管接头、天 线、套环等。 （2）外因性双向记忆恢复。即利用单程形状记忆效应并借助 外力随温度升降做反复动作，如热敏元件、机器人、接线柱 等。
（3）内因性双向记忆恢复。即利用双程记忆效应随温度升降 做反复动作，如热机、热敏元件等。但这类应用记忆衰减快、 可靠性差，不常用。
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特点总结
1.弯曲量大，塑性高 2.在记忆温度以上恢复以前形状。 3.物理特性：当温度达到某一数值时，材料内部的 晶体结 构会发生变化，从而导致了外形的变化。 4.无磁性、耐磨耐蚀、无毒性
1.1 记忆金属的定义
形状记忆合金可以分为三种：
（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。 目前已开发成功的形状记忆合金有TiNi基形状记忆合金、 铜基形状记忆合金、铁基形状记忆合金等。
（4）超弹性的应用。如弹簧、接线柱、眼镜架等。
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航天应用：
形状记忆合金已应用到航空和太空装置。如用在军用飞机的 液压系统中的低温配合连接件，欧洲和 美国正在研制用于直 升飞机的智能水平旋翼中的形状记忆合金材料。由于直升飞 机高震动和高噪声使用受到限制，其噪声和震动的来源主要 是叶片涡流干扰，以及叶 片型线的微小偏差。这就需要一种 平衡叶片螺距的装置，使各叶片能精确地在同一平面旋转。 目前已开发出一种叶片的轨迹控制器，它是用一个小的双管 形状记忆合 金驱动器控制叶片边缘轨迹上的小翼片的位置， 使其震动降到最低。