形状记忆材料讲解
形状记忆材料的研究与应用
形状记忆材料的研究与应用形状记忆材料是一种新型的智能材料，它可以通过外力或温度变化来改变形状，并保持这种新形状，直到再次受到刺激恢复原状。
这种材料被广泛应用于医学、机械工程、电子学、航空航天等领域，为人类的发展带来了巨大的贡献。
形状记忆材料的来源形状记忆材料最初是由NASA的科学家发现的，他们发现镍钛合金的变形过程中有独特的记忆效果。
在进行一系列测试之后，他们发现这是由这种合金的微结构所决定的。
这项发现启发了科学家进一步探究这种材料的性质，并在后来的研究中发展了许多新的形状记忆材料。
形状记忆材料的原理形状记忆材料的主要原理是“相变记忆效应”，即在材料在变形过程中不断产生内部应力能，当材料被重新变回原来的形状时，这部分能量将被释放出来。
形状记忆材料的另一个重要特性是“变形记忆效应”，即当材料被变形时，它可以“记住”这种新形状，并在受到刺激时恢复原状。
形状记忆材料的应用医学领域形状记忆材料在医学领域中有着广泛的应用，例如使用于血管支架、心脏助辑器等医疗器械中。
这些医疗器械可以通过体内温度的变化自动进行形状变化，以适应人体的不同情况，从而实现更有效的治疗效果。
机械工程领域形状记忆材料在机械工程领域中也有着广泛的应用，例如使用于自适应尺寸组件、能量吸收器等机械部件中。
这些机械部件可以通过外力的作用来变形，从而适应不同的工作环境。
例如在汽车碰撞时，形状记忆材料可以吸收能量，保护乘客的生命安全。
电子学领域形状记忆材料在电子学领域中的应用比较新颖，例如在电池、传感器、微机器人中应用。
这些电子器件可以通过形状记忆材料的形状改变，来实现更灵活、更智能的功能，例如微机器人可以通过变形来穿过微型管道，进而实现内窥镜检查等操作。
航空航天领域形状记忆材料在航空航天领域中的应用主要体现在飞行器的结构与外形设计上。
例如在航空器的外壳材料中，形状记忆材料可以实现自主调节，适应不同的飞行速度、飞行高度等环境条件，从而实现更好的飞行效果。
形状记忆材料
形状记忆材料形状记忆材料（Shape Memory Materials，SMMs）是一类具有形状记忆效应的智能材料，其在外界作用下可以实现形状的可逆变化。
形状记忆材料广泛应用于医疗器械、航空航天、汽车、电子、纺织等领域，具有巨大的应用前景。
形状记忆材料的工作原理是基于其特殊的微观结构和相变特性。
在低温状态下，形状记忆材料处于一种固定的形状，一旦受到外界温度、应力或磁场等作用，就会发生相变，从而恢复到其原始形状。
这种形状记忆效应使得形状记忆材料具有自修复、自组装、自适应等智能特性。
形状记忆材料的应用领域非常广泛。
在医疗器械领域，形状记忆材料可以用于制作支架、缝合线、植入物等，具有良好的生物相容性和可调节的形状，可以更好地适应人体器官的形状和运动。
在航空航天领域，形状记忆材料可以用于制作飞机零部件、卫星结构等，具有轻质、高强度、耐高温等优点，可以大大减轻航空器的重量，提高飞行性能。
在汽车领域，形状记忆材料可以用于制作车身零部件、发动机零部件等，具有抗冲击、耐磨损、自修复等特性，可以提高汽车的安全性和可靠性。
在电子和纺织领域，形状记忆材料可以用于制作智能传感器、智能纺织品等，具有快速响应、多功能性、耐用性等特点，可以实现智能化、可穿戴化。
形状记忆材料的研究和应用仍面临一些挑战。
首先，形状记忆材料的制备工艺和性能优化仍需进一步提升，以满足不同领域的需求。
其次，形状记忆材料的成本较高，需要降低生产成本，提高市场竞争力。
最后，形状记忆材料的环境适应性和可持续性也需要加强，以减少对环境的影响。
总的来说，形状记忆材料作为一种新型智能材料，具有巨大的应用潜力和发展前景。
随着科技的不断进步和创新，形状记忆材料必将在各个领域发挥重要作用，为人类社会的进步和发展做出更大的贡献。
形状记忆材料
形状记忆效应的机理
大部分合金和陶瓷等记忆材料的形状记忆效应 是通过马氏体相变而完成的。也就是热弹性马氏 体相变产生的低温相在加热时向高温相进行可逆 转变的结果。
这种可逆转换是具有一定条件的： 1.马氏体相变是热弹性的。 2.母体与马氏体相呈现有序点阵结构。 3.马氏体内部是孪晶变形的。 4.相变时在晶体学上具有完全可逆性。
形状记忆聚合物
形状记忆聚合物（Shape Memory Polymers，简称 SMP）又称为形状记忆高分子，是指具有初始形状并 固定后，通过外界条件（如热，光，电，化学感应） 等的刺激，又可恢复其初始形状的高分子材料。 引发形状记忆效应的外部环境因素： 物理因素：热能，光能，电能，声能等。 化学因素：酸碱度，螯合反应和相转变反应等。
形状记忆效应，如左图： OA段：弹性变形线性段 AB段：非线性段 B点处卸载，C点处的残余应变为 OC段，将此材料在一定温度下加热， 经CO段变形，残余应变为零，材料 恢复原来的形状。
三种形状记忆效应
形状记忆效应按照形状恢复情况可以分为三种：
1.单程形状记忆效应 2.双程形状记忆效应 3.全程形状记忆效应
形状记忆陶瓷
在陶瓷中现已发现两种机制的形状记忆效应： 1）和形状记忆合金类似的马氏体相变及逆相变有关 的形状记忆。其中，马氏体相变可以是热诱发的，应 力诱发的，也可以是外电场（磁场）诱发的。 2）粘弹性机制导致的形状恢复。
形状记忆陶瓷 形状记忆陶瓷
按照机理
按照形状记忆机理
马氏体形状 记忆陶瓷
形状记忆合金
形状记忆合金（SMA）特性
集传感，驱动，控制，换能于一身 机械性质优良，能恢复的形变可高达10%，而一般金属材料只 有0.1%以下 有确定的转变温度 在加热时能产生的回复应力非常大，可以达到500Mpa 对环境适应能力强，不受温度以外的其他因素的影响 无振动噪声，无污染 抗疲劳，回忆变形500万次不会产生疲劳变形
形状记忆材料ppt课件
第十八章 机敏材料和智能材料
第十八章 机敏材料和智能材料
二、形状记忆合金 （三）形状记忆合金的应用 （3）汽车工业 （4）兵器工业 （5）航空航天工业
第十八章 机敏材料和智能材料
二、形状记忆合金 （三）形状记忆合金的应 用 （6）医疗器械
用于矫正牙齿拱 形金属丝、血凝块 过滤器、脊椎矫正 棒、人工股关节、 接骨板、人工肾微 型泵、人工心脏收 缩活门，手术固定 器和避孕器具等。
第十八章 机敏材料和智能材料
一、形状记忆材料的概念
第十八章 机敏材料和智能材料
一、形状记忆材料的概念 形状记忆材料 （shape memory materials，简称 SMM）是指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、电等物理剌激或化学剌激的处 理又可恢复成初始形状的材料。 包括: 形状记忆合金 高聚物 陶瓷
特性 晶粒度/μm 转变温度/℃ Tas-Taf/℃ 回复应力／MPa 单向形状记忆 双向形状记忆 107次之后
NiTi 1-10 -50-100 30 400 ８％ 6.0％ 0.5%
CuZnAl 50-100 -200-170 10-20
200 ５％ 1.0％ 0.5%
CuAlNi 25-60 -200-170 20-30
发生拟弹性形变时，诱发了马氏体相变，去除外力 后，又发生马氏体逆相变，恢复原状。(为什么)
第十八章 机敏材料和智能材料
二、形状记忆合金 （三）形状记忆合金的应用 （1）机械工业
SMA弹簧逆相变 伸长? 缩短?
SMA弹簧元件温度-位移特性测量装置原理图
SMA弹簧元件在一定负载下的温度-位移曲线
（3）去掉外力后塑性变形保留而形状 L +ε 不变。
形状记忆材料
形状记忆材料形状记忆材料是一种具有形状记忆效应的智能材料，它可以在外界刺激作用下发生可逆性相变，并恢复到原始形状。
这种材料在医疗、航空航天、汽车、电子、纺织等领域都有着广泛的应用前景。
首先，形状记忆材料在医疗领域有着重要的应用。
比如在心脏手术中，可以利用形状记忆材料制成的支架，通过体内导丝的方式将支架送达到病变血管处，然后支架会在体温的作用下恢复到原始形状，起到支撑和固定血管的作用。
此外，形状记忆材料还可以用于制作人工关节和矫形器等医疗器械，为患者提供更好的治疗和康复条件。
其次，形状记忆材料在航空航天领域也有着重要的应用。
航天器在进入大气层再次返回地面的过程中，需要经受高温和高压的影响，这就需要航天器表面的材料能够承受这些极端环境的影响。
形状记忆材料可以在外界温度和压力的作用下发生形状变化，因此可以用于制作航天器的外层材料，提高航天器的耐高温和耐高压能力。
另外，形状记忆材料还可以应用于汽车制造领域。
比如利用形状记忆合金制成的车身零部件，可以在碰撞时发生形状变化，吸收碰撞能量，提高汽车的安全性能。
此外，形状记忆材料还可以用于汽车发动机的阀门和传感器等部件，提高汽车的性能和稳定性。
此外，形状记忆材料还可以应用于电子和纺织领域。
在电子领域，形状记忆材料可以制成电子元件的外壳，提高电子元件的耐高温和耐腐蚀能力。
在纺织领域，形状记忆材料可以制成具有自修复功能的纺织品，延长纺织品的使用寿命。
总的来说，形状记忆材料作为一种智能材料，具有广泛的应用前景。
它在医疗、航空航天、汽车、电子、纺织等领域都有着重要的应用，为各行各业的发展和进步提供了有力的支持。
随着科学技术的不断进步，相信形状记忆材料会在未来发展出更多更广泛的应用。
形状记忆材料原理和制备方法总结
形状记忆材料原理和制备方法总结
形状记忆材料是一种可以根据外界刺激改变形状，并恢复原状的特殊材料。
其原理基于相变效应和形状记忆效应，通过合理的制备方法可以获得不同形状记忆材料。
原理
形状记忆材料的原理主要有以下几个方面：
1. 形状记忆效应：形状记忆材料可以在经历形状改变后恢复原来的形状。
这是由于材料中存在特殊的相变结构，通过应力诱导相变或温度诱导相变来实现形状的改变和恢复。
2. 相变效应：形状记忆材料的相变效应是材料的理想弹性成分与相互作用的结果。
在相变的过程中，晶格结构发生改变，使材料产生形状记忆效应。
3. 容积相变效应：形状记忆材料中的相变不仅限于表面形状的改变，还可以引起材料的容积变化。
这是由于相变过程中，晶格结构的变化导致材料的体积发生变化。
制备方法
形状记忆材料的制备方法主要有以下几种：
1. 合金法：通过合金化改进晶格结构，使材料具有形状记忆性能。
常用的合金有铜铝合金、镍钛合金等。
2. 多层薄膜法：利用不同材料的热膨胀系数不同，通过堆叠多层薄膜形成形状记忆材料。
如利用金属和陶瓷薄膜的结合。
3. 共沉淀法：通过共沉淀制备形状记忆材料。
将合适的元素混合溶液共沉淀形成材料的晶体结构。
4. 拉伸法：通过拉伸形状记忆材料，引起材料的相变，使其固化在新的形状上。
总之，形状记忆材料的原理基于相变效应和形状记忆效应，制备方法包括合金法、多层薄膜法、共沉淀法和拉伸法等。
这些方法可以根据具体需求选择并进行相应制备。
机器人中的形状记忆材料
机器人中的形状记忆材料一.前言形状记忆合金(SMA)不仅是一种具有潜在用途的智能材料，而且是一种新的功能材料, 其主要特征是具有形状记忆效应, 能感知温度或位移的变化, 可将热能转换为机械功，如果控制加热或冷却, 可获得重复性很好的设定的循环性动作。
由于形状记忆合金可集传感、驱动及执行机构于一体, 因而是一种很好的智能材料。
用形状记忆合金制作的机械动作元件具有独特的优点：如结构简单、体积小巧、成本低廉、控制方便等。
二.定义及原理（1）定义：形状记忆合金是经过适当的加工热处理使其记忆所要求的形状后,即使再变形，只要再加热到一定的温度，即可恢复到变形前形状。
由于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）。
（2）原理：大部分合金和陶瓷记忆材料是通过马氏体相变而呈现形状记忆效应的。
马氏体相变具有可逆性，将马氏体向奥氏体的转变称为逆转变。
形状记忆效应是热弹性马氏体相变产生的低温相在加热时向奥氏体进行可逆转变的结果。
马氏相变是合金形状记忆效应与超塑性的基础。
三.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。
四.形状记忆合金的应用记忆合金应用十分广泛。
近年来, 随着形状记忆合金的逐渐进入工业化生产应用阶段, 在机器人的应用如在机器人元件控制、触觉传感器、机器人手足和筋骨动作部分的应用十分引人注目。
日本在这方面的工作获得了很大成功, 在国际上处于领先水平。
早在年在日本科学城筑波举行的博览会上, 日本展出的机器人中就有台使用了形状记忆合金。
日本在海底机器人、微型机器人中采用的器件又取得了新进展。
形状记忆材料的原理及应用
形状记忆材料的原理及应用1. 引言形状记忆材料（Shape Memory Materials）是一类具有特殊性能的材料，在应变下能够发生可逆性的形状变化。
这种材料最早于20世纪50年代由斯图尔特·华尔士发现，自此以来已经在许多领域取得了广泛的应用。
本文将介绍形状记忆材料的原理及其在各个领域的应用。
2. 形状记忆材料的原理形状记忆材料的变形与恢复是由其内部微观结构的特殊性质所决定的。
其主要原理包括两方面：回弹性和相变。
2.1 回弹性形状记忆材料具有极强的回弹性，即在外力作用下能够恢复到其初始形状。
这种回弹性主要是由材料内部的晶体结构而决定的。
当形状记忆材料发生外力作用时，其晶格结构会发生畸变，但一旦外力消失，晶格结构会迅速恢复到原先的状态，从而使得材料恢复到初始形状。
2.2 相变形状记忆材料的相变性质也是其能够发生形状变化的重要原理。
形状记忆材料通常存在两种相（相I和相II），在不同温度下会发生相变。
当形状记忆材料处于相I时，它的形状是固定的。
而当材料被加热到相变温度时，会从相I转变为相II，同时材料的形状也会发生可逆的变化。
当材料被冷却到相变温度以下时，又会从相II转变回相I，形状也会再次恢复到初始状态。
这种相变性质使得形状记忆材料可以在不同温度下实现形状变化。
3. 形状记忆材料的应用形状记忆材料的独特性能使其在许多领域中具有广泛的应用价值。
以下是一些常见的应用领域：3.1 医疗器械形状记忆材料在医疗器械领域有着广泛的应用。
例如，可通过形状记忆材料制造出可以自动恢复初始形状的支架，用于血管介入手术中的支架植入。
另外，形状记忆材料还可以用于制造人工骨骼和关节，使其具有更好的适应性和可塑性。
3.2 智能材料形状记忆材料是一种智能材料，可以根据环境的变化实现自主变形。
这一特性使得它在智能建筑、智能家居等领域具有广泛的应用前景。
形状记忆材料可以用于制造智能窗帘、智能门窗等，实现自动开关和形状变化，提高生活质量和便利性。
形状记忆材料
形状记忆材料形状记忆材料是一种特殊材料，能够保持或恢复其原有形状。
它具有很多优点，如具有较高的弹性和可塑性，能够经历多次形状改变而不损坏。
这种材料可以应用于许多领域，如医疗、工程和电子等。
形状记忆材料的最重要的特性之一是其能够保持或恢复原有形状。
这意味着当受到外力变形后，材料可以自动返回其最初的形状，而不需要外力的干预。
这对于许多应用来说是非常有用的，例如，在心血管支架中使用形状记忆材料，可以将支架折叠成较小的直径，然后在患者体内展开，以减少手术切口的大小。
形状记忆材料还具有较高的弹性和可塑性。
这使得材料能够经历多次形状改变而不损坏，同时能够保持其原有的特性。
这种特性使得形状记忆材料成为制造智能材料和结构的理想选择。
例如，在航天器的降落伞中使用形状记忆材料，可以使降落伞能够适应不同的速度和高度，并提供更好的控制和安全性。
形状记忆材料还具有较高的耐腐蚀性和耐磨损性。
这使得它在恶劣环境下的应用很受欢迎，例如在海洋工程中使用形状记忆材料，可以抵抗海水的腐蚀和高压力的磨损。
这种材料还可以在高温和低温环境下保持其性能，具有很大的应用潜力。
除了这些特性外，形状记忆材料还具有其他一些有趣的特点。
例如，当形状记忆材料处于高温状态时，可以很容易地改变其形状，而当温度降低时，材料会恢复其原来的形状。
这种性质可以在制造机械臂和机械手等应用中发挥作用，使得它们能够在各种不同的环境条件下工作。
总的来说，形状记忆材料是一种具有很多优点的特殊材料。
它的应用范围非常广泛，包括医疗、工程和电子等领域。
随着技术的进步，形状记忆材料将会变得越来越普遍，并对人类的生活和工作产生积极的影响。
形状记忆材料原理
形状记忆材料原理形状记忆材料（shape memory materials）是一类具有特殊功能的智能材料，其能够在经历外部刺激后发生可逆的形状变化。
它的独特之处在于，无论是在应力作用下还是在温度变化下，形状记忆材料都能够快速从变形状态恢复到其原始形状。
形状记忆材料的原理主要基于其内部的微观结构和相变特性。
形状记忆材料通常是由合金或聚合物组成的。
合金形状记忆材料主要是由两种或多种金属元素组成的合金，这些金属元素的相互作用导致材料具有特殊的形状记忆效应。
聚合物形状记忆材料则是由高聚物材料制成，其中引入了特定的聚合物结构和交联方式，使其具有形状记忆特性。
形状记忆材料的原理可以分为两个主要过程：相变和反馈调控。
相变是指形状记忆材料在温度或应力变化的刺激下，会发生物理或化学相变，从而导致材料形状的改变。
形状记忆材料的相变过程可以分为两个阶段：相变起始温度（Martensite）和相变终止温度（Austenite）。
当材料温度低于相变起始温度时，材料处于马氏体（Martensite）状态，具有一种低对称性结构；而当材料温度高于相变终止温度时，材料处于奥氏体（Austenite）状态，具有高对称性结构。
这两种不同的结构状态是形状记忆效应的基础。
形状记忆材料的反馈调控过程是指材料在经历相变后能够以外力作用下，实现从马氏体状态到奥氏体状态的形状恢复。
形状记忆材料的马氏体状态具有较强的变形能力，而奥氏体状态则具有较高的弹性。
当外力作用于材料时，材料的晶格结构会发生变化，从而导致相变，并使材料从马氏体状态恢复到奥氏体状态。
这种特殊的结构转变机制使得形状记忆材料能够实现快速的形状变化和恢复。
形状记忆材料通过设计合适的微观结构和调控相变过程，可以实现多种功能应用。
其中包括医疗领域的支架和植入物，如血管支架和心脏支架。
形状记忆材料的特殊性能能够使这些植入物在经历收缩、扩张等变形后能够快速恢复其原始形状，从而提高治疗效果和患者的生活质量。
形状记忆合金的机理及其应用
形状记忆合金的机理及其应用形状记忆合金，又称记忆合金，是一种具有记忆性能的特殊金属合金材料。
它能够在一定温度范围内实现弹性形变，并且在去除外力的情况下能够恢复原来的形状。
这种神奇的材料被广泛应用于医疗器械、航空航天、汽车制造等领域，具有非常重要的意义。
形状记忆合金的机理形状记忆合金是由金属元素和非金属元素的合金组成，其最著名的代表是镍钛合金（NiTi）。
这种合金具有独特的内部晶体结构，在一定温度范围内具有“记忆效应”。
形状记忆合金的记忆效应是由于其内部晶体结构的变化而产生的。
在形状记忆合金的相变温度范围内，晶体结构由低温相变为高温相，这种相变过程伴随着晶格的变化。
当形状记忆合金在高温相状态下被弯曲或拉伸，然后在低温相状态下重新加热时，晶体结构发生改变，原本被弯曲或拉伸的部分会恢复到原来的状态，这就是形状记忆合金的记忆效应。
1. 医疗器械领域形状记忆合金在医疗器械领域有着广泛的应用。
比如在心脏支架的制造中，形状记忆合金能够在体内被压缩成小体积，通过血管输送到需要的位置后再恢复成原来的形状，起到支撑作用。
在牙齿正畸治疗中，也可以使用形状记忆合金制成的矫正器，通过温度变化来调整器件的形状，从而达到矫正牙齿的目的。
2. 航空航天领域在航空航天领域，形状记忆合金也有着重要的应用。
比如在航空发动机的控制系统中，可以使用形状记忆合金制成的零件来实现精确的控制和调节。
还可以利用形状记忆合金制成的材料来制造航天器的折叠结构，以减小发射时的体积，节约空间和成本。
3. 汽车制造领域在汽车制造领域，形状记忆合金被广泛用于汽车零部件的制造。
比如在汽车发动机的喷油系统中，可以使用形状记忆合金制成的喷嘴，通过温度变化来控制油水的喷射角度和强度，从而提高发动机的燃烧效率。
在汽车碰撞安全系统中，形状记忆合金也可以用来制造碰撞缓冲材料，以提高汽车的碰撞安全性能。
形状记忆合金的原理
形状记忆合金的原理形状记忆合金（SMA）是一种具有特殊性能的金属合金材料，它可以在受到外界作用力后发生形状改变，并且在去除外力后能够恢复原来的形状。
这种材料的原理是基于固态相变的特性，具有独特的记忆效应，因此在许多领域得到了广泛的应用。
形状记忆合金最早是由美国海军研究实验室在20世纪60年代发现的，最典型的形状记忆合金是镍钛合金，也称为记忆合金。
它的记忆效应是通过固态相变来实现的，即在固定的温度下，合金会从奥氏体相转变为马氏体相，从而产生形状记忆效应。
当合金处于高温状态时，它会变得柔软并且可以随意变形；而当合金被冷却到特定温度时，它会恢复原来的形状。
形状记忆合金的原理主要包括两个方面，固态相变和形状记忆效应。
固态相变是指在固态条件下，材料的结构发生可逆性的相变，而形状记忆效应是指材料在经历形变后，能够恢复原来的形状。
这两个原理共同作用，使得形状记忆合金具有了特殊的性能。
形状记忆合金的固态相变是通过温度来实现的。
在高温下，形状记忆合金处于奥氏体相，此时合金具有良好的塑性和可塑性，可以被加工成各种形状。
当合金被冷却到特定的温度时，会发生相变，从奥氏体相转变为马氏体相。
在这个过程中，合金会发生形状记忆效应，即恢复原来的形状。
这一过程是可逆的，当再次加热合金时，它会再次变为奥氏体相，形状也会再次变化。
形状记忆合金的应用非常广泛，包括医疗器械、航空航天、汽车制造等领域。
在医疗器械中，形状记忆合金可以用于制作支架、植入物等，利用其形状记忆效应可以在体内完成形状的调整和恢复。
在航空航天领域，形状记忆合金可以用于制作航天器的折叠结构，可以在太空中完成形状的调整和展开。
在汽车制造领域，形状记忆合金可以用于制作汽车零部件，可以在受到外力作用后恢复原来的形状，提高汽车的安全性和可靠性。
总的来说，形状记忆合金是一种具有特殊性能的金属合金材料，它的原理是基于固态相变和形状记忆效应。
这种材料具有广泛的应用前景，可以在许多领域发挥重要作用，为人类社会的发展做出贡献。
形状记忆合金的原理及应用
形状记忆合金的原理及应用1. 介绍形状记忆合金是一种具有特殊性能的金属合金材料，它可以在特定温度下产生可逆形状变化。
形状记忆合金的独特性能使其得到了广泛的应用，包括医疗、航空航天、汽车等领域。
本文将介绍形状记忆合金的原理及其常见的应用。
2. 原理形状记忆合金的主要原理是材料中的固态相变。
当形状记忆合金处于高温状态时，分子结构会发生改变，形成一种称为奥氏体的相。
当材料被快速冷却到低温状态时，奥氏体相会转变成一种称为马氏体的相。
马氏体相具有特殊的形状记忆性能，可以在受到外界刺激时恢复到其初始的形状。
3. 形状记忆合金的应用3.1 医疗领域形状记忆合金在医疗领域有着广泛的应用。
其中，最典型的应用之一是支架植入术中的应用。
形状记忆合金支架可以在导入体内后自动展开到预定位置，从而保持动脉通畅，治疗狭窄或闭塞的血管。
此外，形状记忆合金还可以制作成人工关节、矫正器等医疗器械。
3.2 航空航天领域形状记忆合金在航空航天领域也得到了广泛的应用。
其中一项重要的应用是利用形状记忆合金制作飞机机翼的自适应变形结构。
通过调节形状记忆合金材料的温度，可以实现飞机机翼的形状变化，从而改变飞行性能。
这种自适应变形结构可以提高飞机的机动性和控制性能。
3.3 汽车领域在汽车领域，形状记忆合金主要应用于发动机和刹车系统。
形状记忆合金可以制作成具有恢复性能的活塞环、发电机线圈和刹车片等部件。
这些部件可以在高温和高压环境下正常工作，并具有较长的使用寿命。
形状记忆合金的应用可以提高汽车发动机和刹车系统的性能和可靠性。
3.4 其他领域除了上述应用外，形状记忆合金还在其他领域展示了广泛的应用前景。
例如，形状记忆合金可以应用于智能墙壁和智能窗户等智能建筑材料中，实现自动调节温度和光照。
此外，形状记忆合金还可以用于制作柔性显示屏、智能传感器等电子器件。
4. 结论形状记忆合金是一种具有特殊性能的金属合金材料，其原理是基于固态相变。
形状记忆合金在医疗、航空航天、汽车等领域都有广泛的应用。
第十一章 形状记忆材料
形状回复率η ：
η (%)=(l1-l2)/( l1-l0)×100％
母相态的原始形状（若以长度表示）为l0，马氏体态 时经形变（若为拉伸）为l1，经高温逆相变后为l2
11.1.2
马氏体相变
淬火：将材料快速冷却至一定介质使其发生相
变的过程。
马氏体：是高温奥氏体快速冷却形成的体心立
方或体心四角(正方)相。
图11-8 Ni-Ti-Nb宽滞记忆合金管接头与传统连接的比较
最初管接头所采用的合金为Ni-Ti和Ni-Ti-Fe合金，安装前必须保存在液氮中， 实际应用很不方便。
图11-9 记忆合金同轴电缆紧固圈
图11-10 形状记忆合金紧固铆钉
尾部开口状，紧固前，把铆钉在干冰中冷却后把尾部拉直，插入被紧固 件的孔中，温度上升产生形状恢复，铆钉尾部叉开实现紧固。
图11-20 应用形状记忆叠层装置的机械夹持器 20层，200V，4ms的脉冲使4mm的陶瓷位移4um，尖 端位移30um
11.4
形状记忆聚合物
• 聚合物形状记忆机理 • 几种主要的形状记忆聚合物 • 形状记忆高聚物的应用
形状记忆高聚物(shape memory polymers，简写SMP)：
（2）飞行器用天线
图11-11 人造卫星天线的示意图
图11-12 形状记忆合金月面天线的自动展开示意图
美国字航局(NASA) 利用Ti-Ni合金加工制成半球状的月面天线，先加以 形状记忆热处理，压成一团，阿波罗运载火箭送上月球表面，小团天线 受太阳照射加热恢复原状，即构成正常运行的半球状天线，
（3）驱动元件
利用记忆合金在加热时形状恢复的同时其恢复力
可对外作功的特性，制成各种驱动元件。
结构简单，灵敏度高，可靠性好。
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• 人们发现的具有形状记忆效应的合金有50多 种。按组成和相变特征可分为三大类：
形状记忆材料的发现
1962
1963
1970
美国海军军械研 究所成员研究镍 钛合金时无意发 现被弯曲的镍钛 合金丝靠近雪茄 火焰的部分自己 伸直了。
军械研究所宣布 在镍钛合金丝中 发现了形状记忆 效应。
人们在铜铝镍合 金中也发现了形 状记忆现象，并 明确这种现象是 能产生热弹性马 氏体相变的合金 所共有的特性。
形状记忆过程中晶体结构的变化
• 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是随着环境 条件的改变而改变的。
• 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。
二、
形状记忆合金
• 具有形状记忆效应的合金叫形状记忆合金(Shape Memory Alloy，简称SMA)。它是通过热弹性与马 氏体相变及其逆相变而具有形状记忆效应的由两 种以上金属元素所构成的材料。
形状记忆效应示意图
按形状恢复情况可分为：
单程形状记忆效应 双程形状记忆效应 全程形状记忆效应
形状记忆效应
• 单程形状记忆效应
材料在高温（奥氏体状态）下制成某种形状， 在低温（马氏体状态）时将其任意变形，再加热 时恢复高温相形状，而重新冷却时不能恢复低温 相的形状。
• 双程形状记忆效应
又称可逆形状记忆效应。材料加热时恢复高 温相形状，冷却时恢复低温相形状，即通过温度 升降自发可逆地反复地恢复高低温相的形状。
报告人：孙桂山 学 号：151610010023
记忆毛毯
人们盖上用记忆合金丝混合羊毛织成的毛 毯后，如毛毯温度过热，它就会自动掀开一部 分，适当降低温度，使人睡得更安稳。
汽车
用这种“记忆金属”造出汽车，万一 被撞瘪，只要浇上一桶热水就可恢复到原 来的形状。
记忆钉子
菲力浦公司研制了一种由“记忆金属”制成 的钉子,把它安在汽车外胎上，当气温降低、公 路结冰时，钉子会“自动”从外胎里伸出来， 防止车轮打滑。
• SMA的特性
–集传感、驱动、控制、换能于一身 –机械性质优良，能恢复的形变可高达10％， 而一般金属材料只有0.1％以下 –有确定的转变温度 –在加热时产生的回复应力非常大，可达 500MPa –对环境适应能力强，不受温度以外的其他 因素影响 –无振动噪声，无污染 –抗疲劳，回忆变形500万次不疲劳变形
形状记忆材料的发现
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1984
1988
1989
法国CDFChimie 公司开发出了一种 新型材料聚降冰片 烯，该材料的分子 量很高（300万以 上），是一种典型 的热致型形状记忆 聚合物
日本的可乐丽公司 合成出了形状记忆 聚异戊二烯。同年 ，日本三菱重工开 发出了由异氰酸酯 ，多元醇和扩链剂 三元共聚而成的形 状记忆聚合物PUR 。
形状记忆材料(Shape Memory Materials)：
是指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。
(a) 原始形状
(b) 拉 直
(c) 加热后恢复
形状记忆效应简易演示实验
形状记忆材料的发现
1932
1938
1951
意大利一家公司利用形状记忆合金纤维 造出一件能“善解人意”的衬衫。据报道这 种衬衣使用镍钛合金纤维和尼龙混织而成， 比例为五根尼龙丝配一根镍钛合金丝。当周 围温度升高时，这件衬衣的袖子会自动卷起 来。而且这种衬衣还不怕起皱，即使揉成乱 糟糟的一团，用电吹风一吹，马上就能恢原 样，甚至人的体温也能把它熨平。
瑞典人欧勒特在 观察某种金镉合 金的性能时首次 发现形状记忆效 应。
哈佛大学的研究 人员在一种铜锌 合金中发现了一 种随温度ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ升高 和降低而逐渐增 大或缩小的形状 变化，但当时并 未引起人们的重 视。
美国里德等人在 金镉合金的研究 中发现该合金的 形状记忆效应， 随后在铟钛合金 中也发现了形状 记忆效应。
Ti-Ni系形状记忆合金：TiNi、Ti2Ni、TiNi3，近年又开发 了Ti-Ni-Cu、Ti-Ni-Fe、Ti-Ni-Cr、Ti-Ni-Pb、Ti-NiNb等新型合金；
铜基系形状记忆合金：主要有Cu-Zn-Al、Cu-Al-Ni、CuAu-Zn；
铁基系形状记忆合金：应用前景最好的是Fe-Mn-Si-Cr-Ni、 Fe-Mn-Co-Ti。
日本杰昂公司 开发出了以聚 酯为主要成分 的聚酯——合 金类形状记忆 聚合物。
形状记忆材料的种类
形状记忆合金 形状记忆陶瓷 形状记忆聚合物
形状记忆材料
1.1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。
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。
形状记忆效应，如左 图，材料加载过程中，应 变随应力增加，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。
• 全程形状记忆效应
材料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。 它是一种特殊的双程形状记忆效应，只能在 富镍的Ti-Ni合金中出现。
1.2 形状记忆机理
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，这就是单程记忆效应的原因。其晶体结构变化模型如图 11-5。 （a）将母相冷却到发生马氏体相变，形成24种马氏体变体， 由于相邻变体可协调生成，微观上相变应变相互抵消，无宏观 变形； （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； （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。 双程和全程记忆效应机理比较复杂，有许多问题尚未搞清。