形状记忆合金
形状记忆合金
• Ti-Ni合金中有三种金属化合物：Ti2Ni，TiNi和TiNi3 • 近等原子比的Ti-Ni 合金是最早得到应用的一种记忆合金。 由于其具有优异的形状忆效应、高的耐热性、耐蚀性、高 的强度以及其他合金无法比拟的热疲劳性与良好的生物相 容性以及高阻尼特性等，因而得到广泛的应用。 •
• Ti-Ni 记忆合金的相变温度对成分最敏感，含Ni量每增加 0.1%，就会引起相变温度降低10℃，添加的第三元素对
非热弹性马氏体相变 非热弹性马氏体的热滞后现象严重，连续冷却中不断形成 马氏体，而且每个马氏体片都是以极快的速率长到最后大小， 马氏体量由成核率和马氏体片的大小来确定，与马氏体片的生 长速率无关。
热弹性马氏体相变
热弹性马氏体相变，相变温度滞后很小，马氏体相和母相
间保持着弹性平衡。马氏体片可随着（温度或外应力）驱动 力的改变而反复发生长大或缩小。具有这种特征的马氏体称 为“热弹性马氏体” 。 具有热弹性马氏体转变的合金会产生“超弹性”和“形状
Ti-Ni 合金相变温度的影响也很大。
优缺点
• 具有丰富的相变现象、优异的形状记忆和超弹性性能、良 好的力学性能、耐腐蚀性、生物相容性以及高阻尼特性； • 研究最全面、记忆性好、实用性强的形状记忆合金材料， 是目前应用最为广泛的形状记忆材料； • 缺点：制造过程较复杂，价格较昂贵。
铜系形状记忆合金 与Ti-Ni合金相比，Cu-Zn-Al制造加工容易，价格便宜， 并有良好的记忆性能，相变点可在一定温度范围内调节， 见表3-5，不同成分的Cu-Zn-Al合金相变温度不同。
双程形状记忆效应
形状记忆合金 全程形状记忆效应——当加热时恢复高温相形状，冷 却时变为形状相同而取向相反 的高温相形状的现象。只能在 富镍的Ti- Ni合金中出现。
未来潜力材料之形状记忆合金
形状记忆合金（shape memory alloys，SMA）是一种由两种以上金属元素构成、能够在温度和应力作用下发生相变的新型功能材料，通过热弹性与马氏体相变及其逆变而具有独特的形状记忆效应、相变伪弹性等特性，广泛应用于航空航天、生物医疗、机械电子、汽车工业、建筑工程等领域。
形状记忆合金按合金种类主要分为镍钛基形状记忆合金（Ni-Ti SMA）、铜基形状记忆合金（Cu SMA）、铁基形状记忆合金（Fe SMA）3类。
其中，镍钛基形状记忆合金包括Ni-Ti-Cu、Ni-Ti-Co、Ni-Ti-Fe、Ni-Ti-Nb等具有较高实用价值的记忆合金；铜基形状记忆合金主要有Cu-Zn、Cu-Zn-Al、Cu-Zn-Sn、Cu-Zn-Si、Cu-Zn-Ga、Cu-Sn等种类；铁基形状记忆合金主要有Fe-Pt、Fe-Mn-Si、Fe-Ni-Co-Ti、Fe-Mn-Al-Ni、Fe-C-Mn-Si-Cr-Ni等种类。
1/形状记忆合金的研究现状形状记忆合金因其独特的形状记忆效应一直是各主要国家的研究热点。
近年来，美国、欧洲、日本等国家和地区针对形状记忆合金制备工艺、成分配比、与先进制造技术结合的研究已取得显著的进展，尤其以4D打印技术为代表的先进制造技术使用形状记忆合金作为原材料，扩展了其在软体机器人、医疗器械、航空航天等领域的应用范围。
（一）中美欧等国开发出多种形状记忆合金制备新工艺，扩大了材料应用范围形状记忆合金/聚合物的制备方法主要有熔炼法、粉末冶金法、喷射沉积工艺、4D打印技术等，再根据应用需求配置后续的锻造、热挤压、轧制、拉拔、冷加工等成型工艺。
其中，熔炼法是传统金属冶金工艺，在真空下将金属原材料通过电子束、电弧、等离子体、高频感应等方式加热后进行熔炼，易产生杂质污染、成分不均匀、能耗高等问题，且需要经过切割加工形成合金产品。
而粉末冶金法则是利用金属或合金粉末进行热等静压和烧结，制备出最终形状的合金产品。
形状记忆合金材料
3.铁系形状记忆合金
•
与Ni-Ti基及Cu基合金相比，铁基合金价格低、
加工性好、机械强度高、使用方便。目前已发现
的铁基形状记忆合金的成分、结构和性能，其中
应用前景最好的合金是FeMnSiCrNi和FeMnCoTi
系。
铁基形状记忆合金的成分和性能
四、形状记忆合金的应用
却到Ms点以下，马氏体晶核随温度下降逐渐长大，弯度回升
是马氏体片又反过来同步地随温度上升而缩小，这种马氏体 叫热弹性马氏体。
•
•
在Ms以上某一温度对合金施加外力也可引起马氏体转变，
形成的马氏体叫应力诱发马氏体。 有些应力诱发马氏体也属弹性马氏体，应力增加时马氏 体长大，反之马氏体缩小，应力消除后马氏体消失，这种马 氏体叫应力弹性马氏体。
•
如在NiTi合金中,加入W,会产生明显的固溶 强化,提高NiTiW合金的强度和力学性能。但是W
的加入不会改变整个NiTi合金的相变温度。
2.Cu系形状记忆合金
•
Cu基记忆合金分为Cu-Al系和Cu-Zn系,比NiTi
合金生产成本低(10%),而且加工性能好,应用日益
广泛,但是相变温度稳定性差,韧性不好;但是价格
四、形状记忆合金的应用
五、形状记忆合金的发展
六、形状记忆合金的制备
一、形状记忆效应
原来弯曲的合金丝被拉直后，当温度升高到 一定值时，它又恢复到原来弯曲的形状。人们把 这种现象称为形状记忆效应（SMF），具有形状
记忆效应的金属称为形状记忆合金（SMA）。
形状记忆效应有三种形式:单程形状记忆效应，
双程形状记忆效应，全程形状记忆效应。
4.马氏体相变
•
形状记忆合金
1、形状记忆 2、超弹性 3、高阻尼特性 4、耐磨性 5、逆形状记忆特性
1、形状记忆 形状记忆合金在低于M。点的温度下进行热弹性马 2、超弹性 氏体相变，生成大量马氏体变体 (结构相同、取向 不同)，变体间界面能和马氏体内部孪晶界面能都 3、高阻尼特性 很低，易于迁移，能有效地衰减振动、冲击等外来 机械能，因此阻尼特性特别好，可用做防振材料和 4 、耐磨性 消声材料． 5、逆形状记忆特性
高温用形状记忆合金
Cu—Al—Ni合金通过降Al提高相变点的方法可以提 高使用温度，其典型成分为Cu一12AI一5Ni一2Mn—Ti， 可用做100～200℃下动作的热敏元件．Cu—11．9AI一 2．5Mn合金M。在150℃附近，有较高的抗马氏体稳定 化、抗分解能力，有望得到广泛应用¨7I．在Ti—Ni合金 中以Hf、Pd、Pt、Au、Zr等贵金属取代部分Ti(Ni)，可以 显著提高相变温度．高温用形状记忆合金在热驱动器、 继电器及核工业等高温领域具有非常广阔的应用前景
1、形状记忆 在形状记忆合金中独有Ti—Ni合金在高温相 (CsCl 型体心立方结构)状态下同时具有极好的 2 、超弹性 耐腐蚀性和耐磨性． 可用作在化工介质中接触滑动部位的机械 3、高阻尼特性 密封材料，原子能反应堆中用做冷却水泵机械 4 、耐磨性 密封件，冷却水净化系统可以长期不检修． 5、逆形状记忆特性
1、形状记忆 2、超弹性 3、高阻尼特性 4、耐磨性 5、逆形状记忆特性
3、1963年，美国海军武 器实验室布勒(Buehler) 等
合金在某一温度下受外力而变形， 1、形状记忆 当外力去除后，仍保持其变形后 2、超弹性 的形状，但当温度上升到某一温 3、高阻尼特性 度，材料会自动回复到变形前原 4 、耐磨性 有的形状，似乎对以前的形状保 5、逆形状记忆特性 持记忆
4.形状记忆合金
单斜晶体 马氏体
一定的热 处理或成 分条件 菱面体点阵 R相
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2.1 Ti-Ni基形状记忆合金
(2) 合金元素对Ti-Ni合金相变的影响 添加少量的第三元素，会引起合金中马氏体内部的显 微组织发生显著变化，同时可能导致马氏体的晶体结
构发生改变，宏观上表现为相变温度点的升高或降低。
Cu的影响(Ti-Ni-Cu合金)
形状记忆材料
制造科学与工程学院材料成型系
目录 形状记忆相关知识 形状记忆材料种类 形状记忆材料应用 形状记忆材料发展 结束语
2
1 形状记忆相关知识
形状记忆效应（特点及分类） 马氏体相变 形状记忆原理
3
1.1 形状记忆效应
形状记忆效应：
具有一定形状（初始形状）的固体材料，在某
一低温状态下经过塑性变形后（另一形状），通过
形状记忆特性比Ti-Ni合金差。
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2.4 ZrO2形状记忆陶瓷
（1）氧化锆陶瓷的基本结构与相变 随温度的变化纯ZrO2有三种晶型，按温度由高到 低，其结构分别为 立方晶系、四方晶系(t相)、单斜晶系(m相)
加热到这种材料固有的某一临界温度以上时，材料
又恢复到初始形状，这种效应称为形状记忆效应
（SME）。 (Shape Memory Effect)
4
1.1 形状记忆效应
对于普通金属材料，受到外力作用时，当 应力超过屈服强度时，产生塑性变形，应力去
除后，塑性变形永久保留下来，不能恢复原状。
塑性变形——物质在一定的条件下，在外力的作用下产 生形变，当施加的外力撤除或消失后该物体不能恢复原
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1.2 马氏体相变
在Ms 温度以上变形，因应力使Ms升高，发生M转 变，应力解除，产生逆相变，回到母相状态，在应
形状记忆合金
浅谈形状记忆合金传统观念认为，只有人和某些动物才有“记忆”的能力，非生物是不可能有这种能力的。
难道合金也会像人一样具有记忆能力吗？答案是肯定的，形状记忆合金就是这样一类具有神奇“记忆”本领的新型功能材料。
形状记忆效应是指具有一定形状的固体材料,在某种条件下经过一定的塑性变形后,加热到一定温度时,材料又完全恢复到变形前原来形状的现象，即它能记忆母相的形状。
具有形状记忆效应的金属一般是两种以上金属元素的合金，这样的合金成为形状记忆合金。
其主要技术指标如下：机械性能：拉伸强度：700－900Mpa（热处理）延伸率：15－30%形状记忆功能：单程（N=1）6－10%，双程（N=10-107）0.5-5%物理性能：密度：约6.5g/cm3.热膨胀系数：10-106/℃.熔点：约1300℃，导弹率：0.209W/cm℃（室温）. 比热：6-8Cal/mol℃电阻率：(50－110) ×10-6chm.cm。
那么形状记忆合金是如何被发现，原理是什么，有哪些具体的应用，又经历了怎样的发展呢？在接下来的文字中你将找到答案。
1963年，美国海军军械研究室在一项试验中需要一些镍钛合金丝，他们领回来的合金丝都是弯弯曲曲的。
为了使用方便，于是就将这些弯弯曲曲的细丝一根根地拉直后使用。
在后续试验中一种奇怪的现象出现了：当温度升到一定值的时候，这些已经被拉得笔直的合金丝，突然又魔术般地迅速恢复到原来弯弯曲曲的形状，而且和原来的形状丝毫不差。
再反复多次试验，每次结果都完全一致，被拉直的合金丝只要达到一定温度，便立即恢复到原来那种弯弯曲曲的模样。
就好像在从前被“冻”得失去知觉时被人们改变了形状，而当温度升高到一定值的时候，它们突然“苏醒”过来了，又“记忆”起了自己原来的模样，于是便不顾一切地恢复了自己的“本来面目”。
形状记忆合金可以分为三类：单程记忆合金、双程记忆合金、全程记忆合金。
如图1所示，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；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；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。
形状记忆合金
TiNi形状记忆合金在医学领域的应用现状：
用于医学领域中的记忆合金必须满足化学和生物学等方面可靠性的 要求。实验证明，现有记忆合金中仅有TiNi形状记忆合金满足上述条 件，因此它是目前医学上使用的唯一一种记忆合金。因其具有奇特的形 状记忆效应、生物相容性、超弹性及优良的耐磨性，所以它在临床和医 疗器械等方面获得了广泛的应用。 （1）TiNi形状记忆合金在治疗机械中的应用：从目前的研究成果来看，TiNi形 状记忆合金元件的形状恢复力与其特征尺寸2次方成正比，且特征尺寸减小后 其表面积增加，冷却加快,这些特性使得其在医疗器械领域中得到了较广泛的应 用,主要表现在以下几个方面。
SMART MATERIALS - SHAPE MEMORY ALLOY (SMA)
MUSCLE WIRE
The diagramshows a battery and switch connected to muscle wire. A small weight stretches the muscle wire approximately 3 to 5 percent of its length. However, when a current is applied to the wire, it shortens lifting the weight. This cycle of turning on and off the current has the effect of lifting and then lowering the weight.
SMA的应用
SMA管接头：可以得到比一般接头更好的连接效果。接头内径比被 接管外径小4%。操作时，接头浸内径回复到扩径前的状态，箍紧被接管。 类似的用途还有电源连接器、自紧固螺钉、自紧固夹板、固定销、密封 垫圈、接骨板和脊柱侧弯矫形哈伦顿棒等。
形状记忆合金
形狀記憶合金形狀記憶合金，Shape Memory Alloy(SMA)，是一種加熱後能恢復其原有形狀的特殊合金。
最早是在1951年時，在Au-Cu合金中發現具有形狀記憶的特性，之後又陸續在許多合金中發現有類似的反應，目前較引人注目的有Ti-Ni系合金及Cu系合金。
而形狀記憶合金所表現出來的特性有兩種，一種是形狀記憶效應(Shape Memory Effect，SME)，一種是擬彈性效應(Pseudeoelastic Effect)。
形狀記憶合金的特色一般金屬的塑性變形乃是由於差排的移動，而差排移動之後造成的塑性變形無法用加熱方法使其恢復形狀。
在形狀記憶合金中，當材料溫度降低，一種新的結構，我們稱之為麻田散相，會自原來的結構（我們稱之為奧斯田母相）中長出。
而其過程為可逆的，當溫度升高時，會轉換成奧斯田母相。
形狀記憶效應是利用當溫度低於麻田散相轉換溫度時，若外力超過彈性極限，材料結構會重新排列，使材料產生如塑性變形的情形，當溫度升高時，麻田散相會轉換回原來的奧斯田母相，而記得原來的樣子。
當溫度高於麻田散相轉換溫度，外加應力一樣會促使奧斯田母相產生麻田散相而得到如塑?岒雱峈滷“峞A，但是若外力去除，不穩定的麻田散相將轉換回母相，此時其“塑性變形“會隨之消失，故稱此種效應為擬彈性效應。
一班來說，金屬的彈性變形量只有２％，形狀記憶合金能夠承受的彈性變形量是一般金屬的四到五倍。
而形狀記憶效應或擬彈性效應的發生，完全取決於材料的麻田散轉換溫度相對於測試溫度的變化，如（圖一）是發生此兩種效應的應力及溫度範圍相對於滑移臨界應力的關係。
（圖二）形狀記憶效應與擬彈性效應的示意圖。
如何製作形狀記憶合金使用形狀記憶合金最重要的就是它的麻田散相轉換溫度，此一轉換溫度會因經歷此寸、外加應力、熱循環次數....等因素而改變，其中以合金成份的改變對麻田散相轉換溫度的影響最劇烈，以Cu-Zn-Al記憶合金來說，增加一個重量百分比的鋅會使麻田散相轉換溫度下降51℃；增加一個重量百分比的鋁會使麻田散相轉換溫度下降134.5℃之多，因此成份的控制包括正確的百分比及均勻的品質將非常重要。
形状记忆合金
较易
相当难
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• 铁基形状记忆合金发展较晚，早期的FePt和FePd 合金由于价格昂贵未能得到应用
• 1982年有关Fe-Mn-Si记忆合金的研究论文的发表 ，引起了材料研究工作者极大兴趣，目前主要有 Fe-Mn-Si、Fe-Ni-Co-Ti等合金。
• 与TiNi合金和铜基合金相比，Fe基合金价格低， 加工性能好，力学强度高，在应用方面具有明显 的竞争优势，但其形状记忆效应不是很好。
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TiNi合金与CuZnAl合金性能对比
合金类型
TiNi合金
CuZnAl合金
恢复应变
最大8%
最大4%
恢复应力 循环寿命
耐蚀性
最大400MPa
最大200MPa
105(ε=0.02) 107(ε=0.005)
102(ε=0.02) 103(ε=0.005)
良好
不良，有应力腐蚀破坏
加工性
不良
不太好
记忆处理
分别表示为As和Af。
钢的马氏体转变
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• 为使P(母相) M(马氏体相)相变产生，M相的化学自由 能必须低于P相，
• 相变需要驱动力，如不过冷到适当低于T0(P相和M相化学 自由能达到平衡的温度)的温度Ms，相变不能进行，
• 逆相变也需驱动力，必须过热到适当高于T0的温度As。 • To和Ms之差称为过冷废，钢铁马氏体相变的过冷度为
• 热效应和弹性效应之间的平衡态就是热弹性的由来。
CuAlNi合金冷却过程中热弹性马氏体相变
(马氏体长大)
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• 温度继续下降，马氏体相变驱动力增加，马氏体 又继续长大，也可能出现新的马氏体长大。温度 升高，相变驱动力减小，马氏体出现收缩，故称 为热弹性马氏体，相变为热弹性马氏体相变。
形状记忆合金
形状记忆合金形状记忆合金简称「记忆合金」，是一种功能性金属材料，能在一定条件下恢复原来的形状。
换句话说，这种合金对形状有记忆能力，而且它的「记性」相当好，有些在反复改变500万次后，仍能在一定条件下恢复原状，普通金属就没有这个本领。
「记忆合金」具有记忆能力，这是在偶然情况下发现的。
1958年美国某海军研究员奉命研制新式武器，并领回了一些镍钛合金丝。
由于这些合金丝弯弯曲曲，研究人员就把它们一根一根拉直。
但在实验过程中却惊奇地发现，当温度升到某定值时，镍钛合金丝竟然全部恢复到原来弯弯曲曲的形状。
即使多次反复试验，结果还是相同。
「记忆合金」为什么具有记忆能力呢?金属是由相同原子紧密堆积而成的，合金则是由不同的金属原子堆积形成的。
由于金属原子的大小和结构各有不同，合金形成的条件也相异，因而形成不同的晶体结构，分为「沃斯田体结构」和「麻田散体结构」，两种结构间的转换则称为「沃斯田体相变」。
一般都认为「记忆合金」具有麻田散体相变，加热到相变温度时，就从「麻田散体结构」转变成「沃斯田体结构」，恢复原来的形状。
换句话说，具有「麻田散体相变」的合金，在相变温度时具有记忆能力，这种相变温度就称作「记忆合金」的「记忆温度」。
到目前为止，已知具有形状记忆能力的合金主要有3类:铁基合金;镍–钛合金;铜基合金，如铜–锌–铝、铜–铝–镍等。
这些「记忆合金」各有千秋，如镍–钛合金的性能好，可靠性强，但价格贵。
铜基合金价格较便宜，只有镍–钛合金的10%，但可靠性差。
至于铁基合金的价格则最便宜，刚性好，强度也大，又易加工。
此外，金–镉、铟–铊合金也具有记忆能力，但因价格太贵了，应用并不多。
记忆合金由于具有特殊的记忆功能，得以广泛应用于航空、卫星、医疗、生物工程、能源、自动化等方面。
镍–钛合金的应用比较广泛，因为它的「记忆温度」可以藉由成分来调节。
一般来说，镍含量高的记忆温度就会降低。
例如，50%镍和50%钛的合金记忆温度是摄氏40度，但55%镍和45%钛的合金在室温下就具有记忆能力了。
形状记忆合金
形状记忆合金090201 王晓刚20090573引言形状记忆合金（Shape Memory Alloys,SMA）是一种在加热升温后能完全消除其在较低的温度下发生的变形后，通过加热到某一临界温度以上又可恢复其变形前原始形状的合金材料。
除上述形状记忆效应外，这种合金的另一个独特性质是在高温（奥氏体状态）下发生的“伪弹性”（又称“超弹性”，英文pseudoelasticity）行为，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。
形状记忆合金的这些独特性质源于其内部发生的一种独特的固态相变——热弹性马氏体相变。
形状记忆合金具有的能够记住其原始形状的功能称为形状记忆效应(Shape Memory Effect SME)。
研究表明,很多合金材料都具有SME,但只有在形状变化过程中产生较大回复应变和较大形状回复力的时候,才具有利用价值。
到目前为止,应用得最多的是Ni2Ti合金和铜基合金(CuZnAl 和CuAlNi)。
形状记忆合金作为一种特殊的新型功能材料,是集感知与驱动于一体的智能材料,因其功能独特,可以制作小巧玲珑、高度自动化、性能可靠的元器件而备受瞩目,并获得了广泛应用。
形状记忆合金的发展史最早关于形状记忆效应的报道是由Chang及Read等人在1952年作出的。
他们观察到Au-Cd合金中相变的可逆性。
后来在Cu-Zn合金中也发现了同样的现象，但当时并未引起人们的广泛注意。
直到1962年，Buehler及其合作者在等原子比的TiNi合金中观察到具有宏观形状变化的记忆效应，才引起了材料科学界与工业界的重视。
到70年代初，CuZn、CuZnAl、CuAlNi等合金中也发现了与马氏体相变有关的形状记忆效应。
几十年来，有关形状记忆合金的研究已逐渐成为国际相变会议和材料会议的重要议题，并为此召开了多次专题讨论会，不断丰富和完善了马氏体相变理论。
在理论研究不断深入的同时，形状记忆合金的应用研究也取得了长足进步，其应用范围涉及机械、电子、化工、宇航、能源和医疗等许多领域。
形状记忆合金简介
•形状记忆效应：具有一定形状的固体材料(通常是具有热弹性马氏体相变的材料)，在某一温度下(处于马氏体状态M f 进行一定限度的塑性变形后，通过加热到某一温度(通常是该材料马氏体完全消失温度A f )上时，材料恢复到变形前的初板条马氏体钢的淬火5•Monoclinic Crystal StructureTwinned Martensite 自协作马氏体Detwinned Martensite非自协作马氏体8发生塑性变形后，经加热到某一温度后能够恢复变形，马氏体在外力下变形成某一特定形状，加热时已发生形变的马氏体会回到原来奥氏形状记忆效应过程的示意图马氏体相变热力学相变产生，M相的化学自由能必须，不过冷到适当低于T0(A相和M相化学自由的温度，相变不能进行，必须过热到适当高于T0的温度，相变才马氏体相和母相化学自11马氏体相变热力学低于Ms温度下，马氏体形成以后，界面上的弹性变形随着马氏体的长大而增加；当表面能、弹性变形能及共格界面能等能量消耗的增加与变化学自由能的减少相等时，马氏体和母相间达到热弹性平衡状态，马氏体停止长大。
CuAlNi合金加热过程中热弹性马氏体相变(马氏体缩小)温度继续下降，马氏体相变驱动力增加，马氏体又继续长大，也可能出现新的马氏体生长。
温度升高，相变驱动力减小，马氏体出现收缩。
CuAlNi合金加热过程中热弹性马氏体相变(马氏体缩小)16伪弹性应力应变示意图17f(a) Shape Memory Effect (b) Superelasticity[100][111]冷却形状记忆效应的三种形式(a)单程(b)双程(c)全程22（a）马氏体状态下未变形（b）马氏体状态下已变形）放入热水中，高温下恢复奥氏体状态，形状完全恢复单程TiNi记忆合金弹簧的动作变化情况24没放入热水前放入热水后冷却至室温后再次放入热水后双程CuZnAl记忆合金花的动作变化情况TiNi合金的全程记忆效应（100℃-室温）TiNi合金的全程记忆效应（低温-100℃）铁磁性形状记忆合金简介温控形状记忆铁磁性铁磁性形状记兼有磁致伸缩材料和传统温控形状记忆材料的优点响应频率快磁致应变大The magnetic easy axis changes from one twin to the other•Weak magnetic anisotropy.Effect of a magnetic fieldWeak anisotropy Strong anisotropyIn systems with strong anisotropy and highly mobile boundaries, field inducedet al. J.Appl.Phys. 92,3867 (2002);Moya et al. Phys. Rev. B 73, 64303 (2006); 74, 24109 (2006).)33(1) Via martensite variant reorientation-Ni2MnGa(2) Via magnetic field induced martensitictransformation-NiMnIn(Sn,Sb)37Ni 2MnGa -crystal structureNi 2MnGa is the most successful magnetic shape memory alloy. It transforms from the Heusler cubic structure to tetragonal on cooling. A 6% magnetic field induced tensile strain hasbeen recorded in a single crystal, by the mechanism of martensite variant reorientation.The absence of a thermal effect makes it suitable for high frequency operations. The mechanical work output, however, is muchlower than those of thermal SMAs .ΔV= -1.30%:The volume change is large. The material is an intermetallic compound and is intrinsically brittle Îtransformation induced cracking . The problem is much less severe with single crystals.Tetragonal MartensiteCubic Austenite-4.45%1.63%aac aaa[100]c expansion by 1.63%[001]c contraction by –4.45%The tetragonal structure is mechanically anisotropic. Themaximum linear strain is when axis [001] is converted to [100]: ~6%Mn Ni38c c(110)c plane of AccNi 2MnGa –structural anisotropy of M(110)c T w i n p l a n e[100]c projection plane of A [100]c projection plane of MMarioni , JMMM, 290-291 (2005) 35Now we have got a working mechanism for shape change39Ni 2MnGa –magnetic anisotropy(110)c[001]c(the c -axis of M)[001]c(the c -axis of M)Structure anisotropy Magnetic anisotropyThe tetragonal structure is a uniaxial structure magnetically. Its c -axis is theeasy direction of magnetization40Li et al, APL, 84, 3594 (2004).Ni 2MnGa –magnetic anisotropyWu et al: APL. 75, 2990 (1999).MartensiteAustenite[001]-3-23015.8x10J/g=4.5x10J/cm 2E H M μΔ=Δ=For a phase transformation at room temperature, the T ΔS energy is typically~80 J/cm 3The driving force is too small to induce austenite -martensite transformationCo 2NiGaNi 2MnGa41Possibility of magnetic fieldinduced deformation viamartensite reorientationMagnetization curves along easy ([001]) and hard([100]) axes of Ni 48Mn 30Ga 22constrained in single variant martensite. The magnetic driving force (energy) is ~0.08 J/cm 3. Likhachev: Phys. Lett. A 275 (2000) 142.Ni 2MnGa deformed along [100] direction at 300 K in martensitic state. Chernenko et al: Phys. Rev.B 69134410 (2004)The mechanical resistive force is ~1.5 MPa and the mechanical frictional energy is 0.09 J/cm 3Ni 2MnGa –magnetic anisotropycaac42Heczko et al. JMMM 226-230 (2001) 996NiMnGa43Heczko et al. JMMM 242–245 (2002) 1446Ni 2MnGa –magnetic field induced martensite reorientation6% strain is induced bymagnetic field via martensite reorientation. The strain is irreversible.NiMnGaFerromagnetic martensite/austeniteparamagnetic austenite/martensite47TiNi 形状记忆合金的应力应变曲线。
形状记忆合金
生物医疗
用于医学领域的 TiNi形状记忆合金，除了利用其形状记忆效应或超弹性外，还应满足化学和生物学等方面 的要求，即良好的生物相容性。TiNi可与生物体形成稳定的钝化膜。在医学上 TiNi合金主要应用有：
(a)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。
还可用于制造探索宇宙奥秘的月球天线，人们利用形状记忆合金在高温环境下制做好天线，再在低温下把它 压缩成一个小铁球，使它的体积缩小到原来的千分之一，这样很容易运上月球，太阳的强烈的辐射使它恢复原来 的形状，按照需求向地球发回宝贵的宇宙信息。
另外，在卫星中使用一种可打开容器的形状记忆释放装置，该容器用于保护灵敏的锗探测器免受装配和发射 期间的污染。
分类
形状记忆效应
伪弹性
形状记忆效应
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。
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。
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。
其它
在工程和建筑领域用 TiNi形状记忆合金作为隔音材料及探测地震损害控制的潜力已显示出来。已试验了桥 梁和建筑物中的应用，因此作为隔音材料及探测损害控制的应用已成为一个新的应用领域。
形状记忆合金
形状记忆合金shape memory alloy定义：具有形状记忆效应的合金。
一般金属材料受到外力作用后，首先发生弹性变形，达到屈服点，就产生塑性变形，压力消除后留下永久变形。
但有些材料，在发生了塑性变形后，经过合适的热过程，能够回复到变形前的形状，这种现象叫做形状记忆效应（SME）。
具有形状记忆效应的金属一般是由两种以上金属元素组成的合金，称为形状记忆合金（SMA）。
起源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"。
20世纪30年代，美国哈佛大学A. B. Greninger等发现CuZn合金在加热与冷却的过程中，马氏体会随之收缩与长大；1948年，前苏联学者库尔久莫夫预测到某些具有马氏体相变的合金会出现热弹性马氏体相变；1951年，张禄经、Read发现Au-47.5%Cd具有形状记忆效应；1963年，美国海军武器试验室（Americal navy Ordinance Laboratory）的Buehler博士等发现Ni-Ti合金具有形状记忆效应，并开发了Nitinol（Ni-Ti-Navy-Ordinance-Laboratory）形状记忆合金；70年代，CuAlNi也被发现具有形状记忆功能；1975年左右，FeMnSi及有些不锈钢也有形状记忆功能，并在工业中得到应用；1975年至1980年左右，双程形状记忆效应（Two Way Shape Memory Effect）、全程形状记忆效应（All Round Shape Memory Effect）、逆向形状记忆效应（Inverse Shape Memory Effect）相继被发现。
《形状记忆合金》PPT课件
形状记忆合金的用途归纳
<1>汽车：后雾灯罩、手动变速箱的防噪音装置、燃 料蒸发气体排出控制阀；<2>电子设备：电子炉灶换 气门的开闭器、空调风向自动调节器、咖啡牛奶沸腾 感知器、电饭锅压力调节器、电磁调理器过热感知器、 温泉浴池调理器等；<3>安全器具：过热报警器、火 灾报警器、烟灰缸灭火栓等；<4>医疗方面：人工牙 根、牙齿矫正丝、导线等；<5>生活用品：自动干燥 库门开闭器、卫生间洗涤器水管转换开关、空调进出 口风向调节器、浴池保温器、玩具、路标方向指示转 换器、家庭换气门开闭器、防火挡板、净水器热水防 止阀、恒温箱混合水栓温度调节阀、眼镜固定件、眼 镜框架、胸罩丝、钓鱼线、便携天线、装饰品等.
形状记忆合金的分类
〔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
形状记忆效应与形状记忆合金
一般金属材料受到外力作用后,首先发生弹性 变形,达到屈服点,就产生塑性变形,应力消除后 留下永久变形.但有些材料,在发生了塑性变形 后,经过合适的热过程,能够回复到变形前的形 状,这种现象叫做形状记忆效应〔SME〕.
具有形状记忆效应的金属一般是两种以上金属 元素组成的合金,称为形状记忆合金〔SMA〕
在室温下用形状记忆合金制 成抛物面天线,然后把它揉成 直径5厘米以下的小团,放入 阿波罗11号的舱内,在月面上 经太阳光的照射加热使它恢 复到原来的抛物面形状.这样 就能用空间有限的火箭舱运 送体积庞大的天线了.
形状记忆合金的用途〔二〕
形状记忆合金
形状记忆合金定义形状记忆合金，又称为记忆合金，是一种具有记忆功能的金属材料。
被称为“材料的巨人”或“智能材料”，由于其独特的物理特性，已经成为现代工业中的重要材料之一。
它不仅可以自主改变形状，而且可以记忆原来的形状并在一定温度范围内进行形态识别和变形。
原理形状记忆合金主要是通过改变材料内部晶体结构来实现形状记忆功能。
其中最常见的形状记忆合金是一种双相合金，由晶体起始相和晶体终止相两个相组成，分别具有不同的形状和热特性。
当形状记忆合金受到作用力或温度改变时，晶格结构重新排列，相互作用能随之变化，从而导致形状和热特性的变化，从而实现形状的记忆和变形。
这种材料具有良好的形状记忆性和超弹性，可以广泛应用于机器人、人工心脏瓣膜、汽车零部件、航空航天等领域。
应用形状记忆合金的应用范围广泛，可以用于各种机械、电子、核能、航空和航天等领域。
其中曾被应用于航天飞机发射过程中的支撑结构系统中。
近年来，由于其优良的形状记忆性能，超弹性和良好的机械性能，在医疗设备中的应用越来越受到关注。
由于其出色的抗腐蚀性能和轻质化特性，这种材料也被广泛用于制造管道和储氢器。
值得一提的是，形状记忆合金不仅可以用于实体制造，还可以用于制造智能材料和微纳米器件。
因此，它有着广阔的发展前景和潜力。
发展趋势形状记忆合金是目前发展最快的材料之一，其研究领域广泛，应用领域也越来越广泛。
未来，随着国家对新型材料研究的不断重视和投入，形状记忆合金的应用领域将不断扩大，促进其技术的创新和发展。
预计未来数年内，形状记忆合金的市场需求将呈现逐年增长的趋势。
结论形状记忆合金作为一种具有独特属性和广泛应用领域的新型材料，拥有着广泛的市场前景和潜力。
随着现代工业的发展，它将在各个领域发挥越来越重要的作用，推动新型材料行业的蓬勃发展。
形状记忆合金
陶瓷材料可借顺电-铁电或反铁电-铁电相变呈现驱动，其应变远较合 金为小，但反应较迅速。磁控形状记忆材料在磁场作用下，使马氏体再取 向呈现驱动。高分子材料，在玻璃态转变温度Tg以上，呈橡皮状行为，在 Tg温度，冻结的高分子链段变为可动。在Tg以下，应变消失，形状回复至 原始态。高分子记忆材料重量轻、价廉、易控制，可由热、光和化学反应 控制形状改变等优点，但回复应力极小(仅1~2.5MPa，是合金的百分之 一)。
T0
1 2
( As
Ms)
6
非热弹性马氏体相变热滞大、As-Ms温差大，相变时，母相晶体产生塑性 变形，两相界面不具有协调性，相界面不能随温度变化可逆往复迁动。无
形状记忆效应或仅显示有限记忆效应，如一般钢中的马氏体。
2) 热弹性马氏体 马氏体和母相的晶体点阵呈完全的晶体学可逆性
的马氏体相变称为热弹性马氏体相变。分成两类：第一类是Ms-Mf的间隔 温度小，而且As>Ms，如AuCd(镉)合金、CuAlNi等合金；第二类是MsMf的间隔温度大，而且As<Ms，如Fe3Pt、AuZn、CuZn、AgCd、NiAl 等合金。第一类热弹性马氏体，除温度滞后的大小外，相变特征温度和各
形状记忆合金(Shape memory alloy)
1.马氏体相变与形状记忆效应 2. Ni-Ti系形状记忆合金 3.铜-基形状记忆合金 4.铁基形状记忆合金 5.其他形状记忆合金 6. 形状记忆陶瓷 7. 形状记忆合金的应用
形状记忆合金
形状记忆合金的驱动性能形状记忆合金材料兼有传感和驱动的双重功能，是一种智能结构中技术成熟性很高的功能材料，可以实现机械结构的微型化和智能化。
形状记忆效应(SME)即某种材料在高温定形后，冷却到低温(或室温)，并施加变形，使它存在残余变形[1,2]。
当温加热超过材料的相变点，残余变形即可消失，恢复到高温时的固有形状，如同记住了高温下的状态。
SMA及其驱动控制系统具有许多的优点，如高功率重量比，适于微型化；集传感、控制、换能、致动于一身，结构简单，易于控制；对环境适应能力强，不受温度以外的其他因素影响等，有着传统驱动器不可比拟的性能优点。
1 形状记忆合金的驱动原理形状记忆合金的特点主要有：形状记忆效应(Shape Memory Effect，缩写为SME)相变超性性能(Super Elasticity)，弹性模量随温度变化特性和阻尼特性。
其中起驱动作用的主要是形状记忆效应和弹性模量随温度变化特性。
形状记忆效应是指SMA具有的记忆并回复至它在奥氏体状态下的形状的能力。
如果在低温马氏体状态下拉伸SMA并留下较大的塑性变形，那么将SMA 加热至一定温度后，马氏体就会转为奥氏体，SMA将回复到它刚刚开始时的形状，随后再进行冷却或加热，合金形状都将保持不变。
上述过程可以周而复始，称为单程形状记忆。
此外还有双群形状记忆合金和全方位记忆合金。
这种回复应力可用作结构控制时的驱动力，也可以用来直接控制结构的刚度。
弹性模量随温度变化特性是指，奥氏体SMA在高温下它的弹性模量是低温下马氏体SMA的弹性模量的3倍以上[7]。
这种特性主要可以用米改变的固有频率，从而避免共振。
2 形状记忆合金驱动器件在结构智能控制中，高性能驱动器件是实现控制的基础。
利用形状记忆合金在加热变形时其回复力可以对外做功的特点，能够做成各种形式的驱动器。
这类驱动机构结构简单，灵敏度高，可靠性好，能够满足智能控制的要求。
记忆合金驱动器的驱动力源于合金内部的固态相交，因而易于结构设计，可以在拉伸、压缩、扭转状态下操作。
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（4）日常应用：
：
有人用记忆合金黄铜弹簧制成防烫伤莲蓬头， 当水的温度太高时，弹簧可以自行关闭热水， 以防止淋浴时意外烫伤。 可以放在暖气的阀门内，用以保持室内的温度， 当温度过低或过高时，自动开启或关闭暖气的 阀门； 消防报警灭火器—失火时，记忆合金变形，使 阀门开启，喷水救火； 汽车的外壳也可以用记忆合金制作。如果碰瘪 了，只要用电吹风加加温就可恢复原状； 用形状记忆合金研制的发动机不需燃料，也不 耗费电力，仅仅需要相关几十度的水。且其工 作全过程既不排放废液又不消耗能源。
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4.2.4
ZrO2形状记忆陶瓷
纯ZrO2有三种晶型，按温度由高到低，分别为 立方晶系、四方晶系(t相)、单斜晶系(m相)。常 温下氧化锆只以单斜相出现，加热到1170℃左 右转变为四方相，加热到更高温度2370℃左右 会转化为立方相。 由于在单斜相向四方相转变的时候会产生较大 的体积变化，冷却的时候又会向相反的方向发 生较大的体积变化，容易造成产品的开裂，限 制了纯氧化锆在高温领域的应用。 但是添加稳定剂CaO、MgO、Y2O3、CeO2(氧 化铈)以后，四方相可以在常温下稳定，因此在 加热以后不会发生体积的突变，大大拓展了氧 化锆的应用范围。
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（c）由于变形前后马氏体结构没有变 化，当去除外力时， 无形状改变； （d）当加热发生逆相变，马氏体通过逆 转变恢复到母相形状。
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4.2 形状记忆材料种类
形状记忆材料是通过马氏体相变及其逆变而具 有形状记忆效应的由两种以上元素所构成的材 料。是具有一定初始形状的材料经形变并固定 成另一种形状后，通过热、光、电等物理刺激 或化学刺激的处理又可恢复成初始形状的材料。 主要的形状记忆材料有： Ti-Ni基形状记忆合金、Cu基形状记忆合金、 Fe基形状记忆合金和ZrO2形状记忆陶瓷。
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(C) 磁性形状记忆合金(MSMA)，不但具有传统 形状记忆合金受温度场控制的热弹性形状记忆 效应，而且具有受磁场控制的磁性形状记忆效 应，因此有望成为压电陶瓷和磁致伸缩材料之 后的新一代驱动传感材料。
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4.5 结束语
形状记忆材料在我国的研究开发历史 不长，但其发展，特别近10年来的发 展十分迅速，成为一种十分重要的功 能材料。随着形状记忆合金应用范围 的日益扩大，对于材料特性和形状要 求也日益提高，新的制造工艺的开发 将会十分活跃，新品开发和材料的微 形状记忆相关知识 4.1.1形状记忆效应 形状记忆效应（SME，Shape Memory Effect）: 具有一定形状（初始形状）的固体材料，在某一 低温状态下经过塑性变形后（另一形状），通 过加热到这种材料固有的某一临界温度以上时， 材料又恢复到初始形状的现象.
1
OA段为弹性变形的线性段， AB为非线性段，由B点卸载时， 残余应变为OC，将此材料在一 定温度加热，则残余应变降为零， 材料全部恢复原状。
2
形状记忆效应的发展
最早关于形状记忆效应的报道是由Chang及 Read等人在1952年得出的。他们观察到Au-Cd 合金中相变的可逆性。 后来在Cu-Zn合金中也发现了同样的现象，但 当时并未引起人们的广泛注意。 直到1962年，Buehler及其合作者在等原子比的 TiNi合金中，观察到具有宏观形状变化的记忆 效应，才引起了材料科学界与工业界的重视。 到70年代初，CuZn、CuZnAl、CuAlNi等合金 中也发现了与马氏体相变有关的形状记忆效应。
3
形状记忆效应分三种：
(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，即通过温度升降自发可逆地反复恢复高低湿相 形状的现象称为双程记忆效应。 （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。它是一种特殊的 双程形状记忆效应，只能在富镍的Ni-Ti合金中出现。
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第三元素可以有效地提高形状记忆合金 的相变温度，发展了一系列的Cu-Zn-X (X= Al，Ge，Si，Sn锡，Be铍，Ni)三元 合金。
a. 加入适量稀土和Ti、Mn、V、B等元 素(细化晶粒，提高滑移形变抗力； b. 微晶铜基系形状记忆合金（采用粉末 冶金和快速凝固法等）
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4.2.3 Fe基形状记忆合金
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可分为两类：（1）热弹性马氏体相变， 有Fe-Pt，Fe-Pd， Fe-Ni-Co-Ti合金等； （2）应力诱发马氏体相变（非热弹性马 氏体），有Fe-Mn-Si， Fe-Cr-Ni-Mn-SiCo合金等。
例如，Fe-Mn-Si合金经淬火处理所得的马 氏体，属应力诱导型记忆合金。用于单程 形状记忆。价格较低、易加工，铁基系中 工业应用首选材料。
小，马氏体相的数量随温度的变化而发生变化 . 应力诱发马氏体: 在某一温度对合金施加外力也可以引起马氏体相 转变，所形成的马氏体.(伪弹性，即超弹性)
7
合金具有形状记忆效应的材料应该具备 如下条件：
研究表明，马氏体相变是弹性的； 母相与马氏体相呈现有序点阵结构； 马氏体内部是孪晶变形的； 相变时在晶体学上具有完全可逆性。
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添加少量的第三元素，合金中马氏体内部的显 微组织发生显著变化，宏观上表现为相变温度 点的升高或降低。 ①Cu的影响(Ti-Ni-Cu合金)
②Nb的影响(Ti-Ni-Nb合金)
③Fe的影响(Ti-Ni-Fe合金)
④杂质元素的影响
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4.2.2 Cu基形状记忆合金
主要由Cu-Zn和Cu-A1两个二元系发展而来。比
铁基合金的形状记忆效应，既有通过热弹性马
氏体相变来获得，也有通过应力诱发马氏体相
变(非热弹性马氏体)而产生形状记忆效应。
性能特点：价格较Ti-Ni系和Cu基系合金便宜，
原料易得，可以采用现有的钢铁工艺进行冶炼
和加工，强度高，刚性好，适用作结构材料， 也可作特种用途材料，在应用方面具有明显的 竞争优势。但形状记忆特性比Ti-Ni合金差。
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(a) 铁基形状记忆合金，因其很好的可加工性和 低廉的价格而备受关注。最近的研究工作，包 括相变机制、影响因素，主要是通过选择合适 的合金成分配比和摸索恰当的制备工艺提高和 改善Fe-Mn-Si系合金性能。
(b) 高 温 用形状记忆合金，Cu-Al-Ni合金通过 降Al提高相变点的方法可以提高使用温度，其 典型成分为Cu-12Al-5Ni-2Mn-Ti，可用做10200℃下动作的热敏元件。
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4.4 形状记忆材料发展
未来记忆合金的材料研究将向高温、低温、双 程、全程、磁控响应、色调记忆等方向发展； 工艺研究将向低成本、高质量、多品种的目标 迈进，开发研制记忆合金多孔材料、薄膜、超 细丝、纤维等具有全新用途的功能材料。 记忆合金元件的小型化、智能化、大型化是元 件设计的不同方向。 记忆合金丝棒板材、医用产品、紧固连接件、 解锁驱动件和智能复合材料等方面将是今后记 忆合金产业化发展的趋势。
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陶瓷的形状记忆效应与合金相比存在的主 要差别： （1）形状记忆变形的量较小； （2）每次记忆循环中都有较大的不 可恢复变形，随循环次数的增加，累 积变形增加，最终导致裂纹出现； （3）没有双程记忆效应
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4.3 形状记忆材料应用
应用范围涉及机械、电子、宇航、能源、医疗 和日常生活等许多领域。美国:航空航天，日本: 日用产品，而中国:医疗器械. （1）工程应用： 紧固件、连接件、密封垫、管件接头等。 形状记忆合金材料的是各种管件的接头。 美国古德伊尔公司,Ti—Ni合金,内径稍小于欲接管 外径的套管, 还可用于核潜艇的配管、海底管道，电缆系统的 连接等。我国:Ti-Ni-5Co，Ti-Ni-2.5Fe形状记忆 合金管接头； 试验表明，它们具有双向形状记忆，密封性好， 耐压强度高，抗腐蚀，安装方便。
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4.2.1 Ti-Ni基形状记忆合金
在Ti-Ni二元合金系中有TiNi、Ti2Ni和Ti3Ni三 种金属间化合物。
目前研究得最全面、记忆性能最好、实用性强
的合金材料。其记忆效应优良、性能稳定、生
物相容性好是目前唯一作为生物医学材料的形
状记忆合金。
不足之处在于制造过程较复杂，价格高昂。
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三种结构的ZrO2基陶瓷(添加剂数量与种类的不 同)： ①完全稳定化的ZrO2陶瓷：立方相在冷却过程 不发生相变，稳定保留到低温。 ②部分稳定化的ZrO2陶瓷： 由立方相和四方 相组成的混合结构，立方相不发生相变， 稳定 保留到低温。四方(t)相在冷却时或应力作用下 可转变为单斜(m)相。 ③四方ZrO2多晶体： 在室温下全部为四方(t) 相，四方(t)相在冷却时或应力作用下可转变为 单斜(m)相。 陶瓷相变增韧：利用了②③中发生的应力诱发 马氏体相变
例最多，母相均为体心立方结构。
性能特点：制造加工容易，价格便宜，相变点
可在一定温度范围内调节，不同成分的Cu-ZnA1合金相变温度不同。
不足之处在于强度较低，形状记忆稳定性及耐
疲劳性能差，不具有生物相容性。明显低于TiNi合金，形状记忆稳定性差，表现出记忆性能 衰退现象。逆相变加热温度越高、载荷越大， 衰退速率越快。
形状记忆效应的实质： 是在温度的作用下，材料内部热弹性马氏体形成、 变化、消失的相变过程的宏观表现。
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单程记忆效应的原因。
有序点阵结构的母相与马氏体相变的
孪生结构具有共格性，在母相——马 氏体——母相的转变循环中，母相完
全可以恢复原状。
9
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图4.4 形状记忆时晶体结构变化模型
（a）将母相冷却到发生马氏体相变，形成24种马氏体变体 （b）马氏体受外力作用时，变体界面移动，相互吞食， 形成马氏体单晶，出现宏观变形；