形狀記憶材料應(yīng)用

1、形狀記憶合金由于具有許多優(yōu)異的形狀記憶合金由于具有許多優(yōu)異的性能，因而廣泛應(yīng)用于航空航天、機(jī)械性能，因而廣泛應(yīng)用于航空航天、機(jī)械電子、生物醫(yī)療、橋梁建筑、汽車工業(yè)電子、生物醫(yī)療、橋梁建筑、汽車工業(yè)及日常生活等多個(gè)領(lǐng)域。及日常生活等多個(gè)領(lǐng)域。 (1)工程應(yīng)用工程應(yīng)用 形狀記憶合金在工程上的應(yīng)用很多，最早形狀記憶合金在工程上的應(yīng)用很多，最早的應(yīng)用就是作各種結(jié)構(gòu)件，如緊固件、連接件、的應(yīng)用就是作各種結(jié)構(gòu)件，如緊固件、連接件、密封墊等。另外，也可以用于一些控制元件，密封墊等。另外，也可以用于一些控制元件，如一些與溫度有關(guān)的傳感及自動(dòng)控制。如一些與溫度有關(guān)的傳感及自動(dòng)控制。形狀記憶合金形狀記憶合金 一面

2、世，就為航空工業(yè)立了一一面世，就為航空工業(yè)立了一功。如美國(guó)功。如美國(guó)F-14戰(zhàn)斗機(jī)平均每架要用戰(zhàn)斗機(jī)平均每架要用800個(gè)形個(gè)形狀記憶合金接頭。自狀記憶合金接頭。自1970年以來美國(guó)海軍飛機(jī)年以來美國(guó)海軍飛機(jī)使用了幾十萬(wàn)個(gè)這樣的管接頭，沒出現(xiàn)過一次使用了幾十萬(wàn)個(gè)這樣的管接頭，沒出現(xiàn)過一次失敗的記錄。用形狀記憶合金做管接頭的辦法：失敗的記錄。用形狀記憶合金做管接頭的辦法：先在轉(zhuǎn)變溫度以上，把鎳鈦合金管接頭按密封先在轉(zhuǎn)變溫度以上，把鎳鈦合金管接頭按密封要求尺寸進(jìn)行加工，使它的內(nèi)徑比所要連接管要求尺寸進(jìn)行加工，使它的內(nèi)徑比所要連接管子的外徑小子的外徑小4%；然后在液氮低溫下將管接頭；然后在液氮低溫下將

3、管接頭直徑擴(kuò)大，使它的內(nèi)徑比所要連接管子的外徑直徑擴(kuò)大，使它的內(nèi)徑比所要連接管子的外徑稍大點(diǎn)（大稍大點(diǎn)（大4%），并把兩根要連接的管子從），并把兩根要連接的管子從兩端對(duì)準(zhǔn)插入接頭；最后，當(dāng)管子處于工作狀態(tài)，溫度回升到轉(zhuǎn)變溫兩端對(duì)準(zhǔn)插入接頭；最后，當(dāng)管子處于工作狀態(tài)，溫度回升到轉(zhuǎn)變溫度以上，鎳鈦合金發(fā)揮形狀記憶效應(yīng)，管接頭自動(dòng)收縮，管徑變細(xì)，度以上，鎳鈦合金發(fā)揮形狀記憶效應(yīng)，管接頭自動(dòng)收縮，管徑變細(xì)，回復(fù)第一次加工的尺寸，它就把兩根管子緊緊地連在一起。回復(fù)第一次加工的尺寸，它就把兩根管子緊緊地連在一起。 還可用于制造探索宇宙奧秘的月球天線，人們利用形狀記憶合金還可用于制造探索宇宙奧秘的月球天線，

4、人們利用形狀記憶合金在高溫環(huán)境下制做好天線，再在低溫下把它壓縮成一個(gè)小鐵球，使它在高溫環(huán)境下制做好天線，再在低溫下把它壓縮成一個(gè)小鐵球，使它的體積縮小到原來的千分之一，這樣很容易運(yùn)上月球，太陽(yáng)的強(qiáng)烈的的體積縮小到原來的千分之一，這樣很容易運(yùn)上月球，太陽(yáng)的強(qiáng)烈的輻射使它恢復(fù)原來的形狀，按照需求向地球發(fā)回寶貴的宇宙信息。另輻射使它恢復(fù)原來的形狀，按照需求向地球發(fā)回寶貴的宇宙信息。另外，在衛(wèi)星中使用一種可打開容器的形狀記憶釋放裝置，該容器用于外，在衛(wèi)星中使用一種可打開容器的形狀記憶釋放裝置，該容器用于保護(hù)靈敏的鍺探測(cè)器免受裝配和發(fā)射期間的污染。保護(hù)靈敏的鍺探測(cè)器免受裝配和發(fā)射期間的污染。 用形狀記憶

5、合金作緊固件、連接件的優(yōu)點(diǎn)是：用形狀記憶合金作緊固件、連接件的優(yōu)點(diǎn)是：夾緊力大，接觸密封可靠，避免了由于焊接而夾緊力大，接觸密封可靠，避免了由于焊接而產(chǎn)生的冶金缺陷；產(chǎn)生的冶金缺陷；適于不易焊接的接頭，如嚴(yán)禁明火的管道連接、適于不易焊接的接頭，如嚴(yán)禁明火的管道連接、焊接工藝難以進(jìn)行的海底輸油管道修補(bǔ)等。焊接工藝難以進(jìn)行的海底輸油管道修補(bǔ)等。金屬與塑料等不同材料可以通過這種連接件連金屬與塑料等不同材料可以通過這種連接件連成一體；成一體；安裝時(shí)不需要熟練的技術(shù)。安裝時(shí)不需要熟練的技術(shù)。 把形狀記憶合金制成的彈簧與普通彈簧安裝，把形狀記憶合金制成的彈簧與普通彈簧安裝，可以制成自控元件，在高溫（可以制

6、成自控元件，在高溫（Af以上溫度）和低以上溫度）和低溫時(shí)，形狀記憶合金彈簧由于發(fā)生相變，母相與溫時(shí)，形狀記憶合金彈簧由于發(fā)生相變，母相與馬氏體強(qiáng)度不同，使元件向左，右不同方向運(yùn)動(dòng)。馬氏體強(qiáng)度不同，使元件向左，右不同方向運(yùn)動(dòng)。這種構(gòu)件可以作為暖氣閥門，溫室門窗自動(dòng)開啟這種構(gòu)件可以作為暖氣閥門，溫室門窗自動(dòng)開啟的控制，描筆式記錄器的驅(qū)動(dòng)，溫度的檢測(cè)、驅(qū)的控制，描筆式記錄器的驅(qū)動(dòng)，溫度的檢測(cè)、驅(qū)動(dòng)。形狀記憶合金對(duì)溫度比雙金屬片敏感得多，動(dòng)。形狀記憶合金對(duì)溫度比雙金屬片敏感得多，可代替雙金屬片用于控制和報(bào)警裝置中?？纱骐p金屬片用于控制和報(bào)警裝置中。 1970 年美國(guó)用形狀記憶合金制作年美國(guó)用形狀記憶

7、合金制作 F-14 戰(zhàn)斗上的低溫配合連接器，隨后有戰(zhàn)斗上的低溫配合連接器，隨后有數(shù)以百萬(wàn)以上的連件的應(yīng)用。形狀記憶合金作為低溫配合連接在飛機(jī)的液壓數(shù)以百萬(wàn)以上的連件的應(yīng)用。形狀記憶合金作為低溫配合連接在飛機(jī)的液壓系統(tǒng)中及體積較小的石油、石化、電工業(yè)產(chǎn)品中應(yīng)用。另一種連接件的形狀系統(tǒng)中及體積較小的石油、石化、電工業(yè)產(chǎn)品中應(yīng)用。另一種連接件的形狀是焊接的網(wǎng)狀金屬絲，用于制造導(dǎo)體的金屬絲編織層的安全接頭。這種接件是焊接的網(wǎng)狀金屬絲，用于制造導(dǎo)體的金屬絲編織層的安全接頭。這種接件已經(jīng)用于密封裝置、電氣連接裝置、電子工程機(jī)械裝置，并能在已經(jīng)用于密封裝置、電氣連接裝置、電子工程機(jī)械裝置，并能在-65300

8、可可靠地工作。已開出的密封系統(tǒng)裝置可在嚴(yán)酷的環(huán)境中用作電氣件連接?？康毓ぷ鳌Ｒ验_出的密封系統(tǒng)裝置可在嚴(yán)酷的環(huán)境中用作電氣件連接。 將形狀記憶合金制作成一個(gè)可打開和關(guān)閉快門的彈簧，用于保護(hù)霧燈免將形狀記憶合金制作成一個(gè)可打開和關(guān)閉快門的彈簧，用于保護(hù)霧燈免于飛行碎片的擊壞。用于制造精密儀器或精密車床，一旦由于震動(dòng)、碰撞等于飛行碎片的擊壞。用于制造精密儀器或精密車床，一旦由于震動(dòng)、碰撞等原因變形，只需加熱即可排除故障。在機(jī)械制造過程中，各種沖壓和機(jī)械操原因變形，只需加熱即可排除故障。在機(jī)械制造過程中，各種沖壓和機(jī)械操作常需將零件從一臺(tái)機(jī)器轉(zhuǎn)移到另一臺(tái)機(jī)器上，現(xiàn)在利用形狀記憶合金開發(fā)作常需將零件從一

9、臺(tái)機(jī)器轉(zhuǎn)移到另一臺(tái)機(jī)器上，現(xiàn)在利用形狀記憶合金開發(fā)了一種取代手動(dòng)或液壓夾具，這種裝置叫驅(qū)動(dòng)汽缸，它具有效率高靈活，裝了一種取代手動(dòng)或液壓夾具，這種裝置叫驅(qū)動(dòng)汽缸，它具有效率高靈活，裝夾力大等特點(diǎn)。夾力大等特點(diǎn)。 1973年，美國(guó)試制成第一臺(tái)年，美國(guó)試制成第一臺(tái)Ti-Ni熱機(jī)，利用形狀記憶合金在高溫，低溫?zé)釞C(jī)，利用形狀記憶合金在高溫，低溫時(shí)發(fā)生相變，產(chǎn)生形狀的改變，并伴隨極大的應(yīng)力實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與熱能之間的時(shí)發(fā)生相變，產(chǎn)生形狀的改變，并伴隨極大的應(yīng)力實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與熱能之間的相互轉(zhuǎn)換。盡管這種熱機(jī)只產(chǎn)生了相互轉(zhuǎn)換。盡管這種熱機(jī)只產(chǎn)生了0.5w的功率（的功率（1983年功率已達(dá)年功率已達(dá)20w），但），但

10、發(fā)展前景十分誘人，可以利用這種裝置實(shí)現(xiàn)利用海水溫差發(fā)電的夢(mèng)想。發(fā)展前景十分誘人，可以利用這種裝置實(shí)現(xiàn)利用海水溫差發(fā)電的夢(mèng)想。 (2) 醫(yī)學(xué)應(yīng)用醫(yī)學(xué)應(yīng)用 利用利用Ti-Ni合金與生物體良好的相容性，可制造醫(yī)學(xué)上的凝血過濾合金與生物體良好的相容性，可制造醫(yī)學(xué)上的凝血過濾器、脊椎矯正棒、骨折固定板等。器、脊椎矯正棒、骨折固定板等。 （a）牙齒矯形絲）牙齒矯形絲 用超彈性用超彈性 TiNi 合金絲和不銹鋼絲做的牙齒矯正絲，其中用超彈合金絲和不銹鋼絲做的牙齒矯正絲，其中用超彈性性 TiNi 合金絲是最適宜的。通常牙齒矯形用不銹鋼絲合金絲是最適宜的。通常牙齒矯形用不銹鋼絲 CoCr 合金絲，合金絲，但這些

11、材料有彈性模量高，彈性應(yīng)變小的缺點(diǎn)。為了給出適宜的矯正但這些材料有彈性模量高，彈性應(yīng)變小的缺點(diǎn)。為了給出適宜的矯正力，在矯正前就要加工成弓形，而且結(jié)扎固定要求熟練。如果用力，在矯正前就要加工成弓形，而且結(jié)扎固定要求熟練。如果用 TiNi 合金作牙齒矯形絲，即使應(yīng)變高達(dá)合金作牙齒矯形絲，即使應(yīng)變高達(dá)10%也不會(huì)產(chǎn)生塑性變形，而且應(yīng)也不會(huì)產(chǎn)生塑性變形，而且應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變力誘發(fā)馬氏體相變(stress-induced martensite)使彈性模量呈現(xiàn)非線使彈性模量呈現(xiàn)非線型特性，即應(yīng)變?cè)龃髸r(shí)矯正力波動(dòng)很少。這種材料不僅操作簡(jiǎn)單，療型特性，即應(yīng)變?cè)龃髸r(shí)矯正力波動(dòng)很少。這種材料不僅操作簡(jiǎn)單，療效

12、好，也可減輕患者不適感。效好，也可減輕患者不適感。 (b) 脊柱側(cè)彎矯形 各種脊柱側(cè)彎癥(先天性、習(xí)慣性、神經(jīng)性、佝僂病性、特發(fā)性等)疾病，不僅身心受到嚴(yán)重?fù)p傷，而且內(nèi)臟也受到壓迫，所以有必要進(jìn)行外科手術(shù)矯形。目前這種手術(shù)采用不銹鋼制哈倫敦棒矯形，在手術(shù)中安放矯形棒時(shí)，要求固定后脊柱受到的矯正力保持在3040kg以下，一但受力過大，矯形棒就會(huì)破壞，結(jié)果不僅是脊柱，而且連神經(jīng)也有受損傷的危險(xiǎn)。同時(shí)存 在矯形棒安放后矯正力會(huì)隨時(shí)間變化，大約矯正 力降到初始時(shí)的30%時(shí)，就需要再進(jìn)行手術(shù)調(diào)整 矯正力，這樣給患者在精神和肉體上都造成極 大痛苦。采用形狀記憶合金制作的哈倫頓棒， 只需要進(jìn)行一次安放矯形棒

13、固定。如果矯形棒的 矯正力有變化，以通過體外加熱形狀記憶合金， 把溫度升高到比體溫約高5，就能恢復(fù)足夠的 矯正力。 形狀記憶合金材料還能代替石膏夾板（如下左圖所示）形狀記憶合金材料還能代替石膏夾板（如下左圖所示） 在內(nèi)科方面，可將細(xì)的在內(nèi)科方面，可將細(xì)的Ti-NiTi-Ni絲插入血管，由于體溫使絲插入血管，由于體溫使其恢復(fù)到母相的網(wǎng)狀，阻止其恢復(fù)到母相的網(wǎng)狀，阻止95%95%的凝血塊不流向心臟。用形狀記憶合的凝血塊不流向心臟。用形狀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(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)，制造人工心臟。給患者帶來了福音。隨著形

14、狀記憶的發(fā)展，醫(yī)學(xué)應(yīng)用制造人工心臟。給患者帶來了福音。隨著形狀記憶的發(fā)展，醫(yī)學(xué)應(yīng)用將會(huì)更加廣泛將會(huì)更加廣泛。 (3)(3)日常生活應(yīng)用日常生活應(yīng)用(a) (a) 防燙傷閥防燙傷閥 在家庭生活中，已開發(fā)的形狀記憶閥在家庭生活中，已開發(fā)的形狀記憶閥 可用來防止洗滌槽中、浴盆和浴室的熱水意外燙傷；這些閥可用來防止洗滌槽中、浴盆和浴室的熱水意外燙傷；這些閥 門也可用于旅館和其他適宜的地方。如果水龍頭流出的水溫門也可用于旅館和其他適宜的地方。如果水龍頭流出的水溫 達(dá)到可能燙傷人的溫度達(dá)到可能燙傷人的溫度( (大約大約 48)48)時(shí)，形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)閥門時(shí)，形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)閥門 關(guān)閉，直到水溫降到安全溫

15、度，閥門才重新打開。關(guān)閉，直到水溫降到安全溫度，閥門才重新打開。(b) (b) 眼鏡框架眼鏡框架 在眼鏡框架的鼻梁和耳部裝配在眼鏡框架的鼻梁和耳部裝配 TiNi TiNi 合金可使人感到舒適并抗磨損，由合金可使人感到舒適并抗磨損，由于于 TiNi TiNi 合金所具有的柔韌性已使它們廣泛用于改變眼鏡時(shí)尚界。用超彈性合金所具有的柔韌性已使它們廣泛用于改變眼鏡時(shí)尚界。用超彈性 TiNi TiNi 合金絲做眼鏡框架，即使鏡片熱膨脹，該形狀記憶合金絲也能靠超彈合金絲做眼鏡框架，即使鏡片熱膨脹，該形狀記憶合金絲也能靠超彈性的恒定力夾牢鏡片。這些超彈性合金制造的眼鏡框架的變形能力很大，而性的恒定力夾牢鏡片

16、。這些超彈性合金制造的眼鏡框架的變形能力很大，而普通的眼鏡框則不能做到。普通的眼鏡框則不能做到。(c) (c) 移動(dòng)電話天線和火災(zāi)檢查閥門移動(dòng)電話天線和火災(zāi)檢查閥門 使用超彈性使用超彈性TiNiTiNi金屬絲做蜂窩狀電話天線是形狀記憶合金的另一個(gè)應(yīng)用。金屬絲做蜂窩狀電話天線是形狀記憶合金的另一個(gè)應(yīng)用。過去使用不銹鋼天線，由于彎曲常常出現(xiàn)損壞問題。使用過去使用不銹鋼天線，由于彎曲常常出現(xiàn)損壞問題。使用TiNiTiNi形狀記憶合金形狀記憶合金絲移動(dòng)電話天線，具有高抗破壞性受到人們普遍歡迎。因此常用來制作蜂窩絲移動(dòng)電話天線，具有高抗破壞性受到人們普遍歡迎。因此常用來制作蜂窩狀電話天線和火災(zāi)檢查閥門。

17、火災(zāi)中，當(dāng)局部地方升溫時(shí)閥門會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，狀電話天線和火災(zāi)檢查閥門。火災(zāi)中，當(dāng)局部地方升溫時(shí)閥門會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，防止了危險(xiǎn)氣體進(jìn)入。這種特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是，它具有檢查閥門的操作，防止了危險(xiǎn)氣體進(jìn)入。這種特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是，它具有檢查閥門的操作，然后又能復(fù)位到安全狀態(tài)；這種火災(zāi)檢查閥門在半導(dǎo)體制造業(yè)中得到使用，然后又能復(fù)位到安全狀態(tài)；這種火災(zāi)檢查閥門在半導(dǎo)體制造業(yè)中得到使用，在半導(dǎo)體制造的擴(kuò)散過程中使用了有毒的氣體；這種火災(zāi)檢查閥也可在化學(xué)在半導(dǎo)體制造的擴(kuò)散過程中使用了有毒的氣體；這種火災(zāi)檢查閥也可在化學(xué)和石油工廠應(yīng)用。和石油工廠應(yīng)用。 近年來，日本研制出一種形狀記憶塑料近年來，日本研制出一種形狀

18、記憶塑料苯苯 乙烯和丁二烯聚合物。當(dāng)加熱至乙烯和丁二烯聚合物。當(dāng)加熱至6060時(shí)，丁二烯部時(shí)，丁二烯部 分開始軟化，而苯乙烯仍保持堅(jiān)硬，以此來保分開始軟化，而苯乙烯仍保持堅(jiān)硬，以此來保 持形狀記憶功能?，F(xiàn)狀記憶塑料制成的連接器持形狀記憶功能?，F(xiàn)狀記憶塑料制成的連接器 加熱變軟，連接兩段管子，冷卻后變硬恢復(fù)原有直加熱變軟，連接兩段管子，冷卻后變硬恢復(fù)原有直 徑，這種連接器可產(chǎn)生很高的結(jié)合度，可以在家庭內(nèi)使用。徑，這種連接器可產(chǎn)生很高的結(jié)合度，可以在家庭內(nèi)使用。日本幾家汽車甚至設(shè)想把形狀記憶塑料制成汽車的保險(xiǎn)杠和易日本幾家汽車甚至設(shè)想把形狀記憶塑料制成汽車的保險(xiǎn)杠和易撞傷部位，一旦汽車撞癟，只要稍

19、加熱（如用電吹風(fēng)），就會(huì)撞傷部位，一旦汽車撞癟，只要稍加熱（如用電吹風(fēng)），就會(huì)恢復(fù)原形?；謴?fù)原形。 總之，聚合物形狀記憶材料具有廣闊的應(yīng)用前景?？傊酆衔镄螤钣洃洸牧暇哂袕V闊的應(yīng)用前景。 形狀記憶材料是形狀記憶材料是一種集感知和驅(qū)動(dòng)雙一種集感知和驅(qū)動(dòng)雙重功能為一體的新型重功能為一體的新型材料。材料。 你還能想到能用你還能想到能用形狀記憶材料來做什形狀記憶材料來做什么有益于人們的生產(chǎn)么有益于人們的生產(chǎn)和生活嗎？和生活嗎？ 試想一下，酷暑難當(dāng)，揮汗如雨之際，如果你的襯衣居然善解人試想一下，酷暑難當(dāng)，揮汗如雨之際，如果你的襯衣居然善解人意地自動(dòng)把袖子卷起來讓你涼快一下，是不是一件很酷的事？意大利意

20、地自動(dòng)把袖子卷起來讓你涼快一下，是不是一件很酷的事？意大利一家公司新近就用形狀記憶合金纖維造出了一件這樣的襯衫。據(jù)報(bào)道，一家公司新近就用形狀記憶合金纖維造出了一件這樣的襯衫。據(jù)報(bào)道，這種襯衣使用鎳鈦記憶合金纖維和尼龍混織而成，比例為五根尼龍絲這種襯衣使用鎳鈦記憶合金纖維和尼龍混織而成，比例為五根尼龍絲配一根鎳鈦合金絲。在周圍溫度升高時(shí)，這件襯衣的袖子會(huì)立即自動(dòng)配一根鎳鈦合金絲。在周圍溫度升高時(shí)，這件襯衣的袖子會(huì)立即自動(dòng)卷起。據(jù)稱，這襯衣還不怕起皺，即使揉成亂糟糟的一團(tuán)，用電吹風(fēng)卷起。據(jù)稱，這襯衣還不怕起皺，即使揉成亂糟糟的一團(tuán)，用電吹風(fēng)吹一下，馬上就能復(fù)原，甚至人的體溫也可以自動(dòng)把它吹一下，馬上就能復(fù)原，甚至人的體溫也可以自動(dòng)把它“燙平燙平”。此。此外，它還可水洗，不易引起皮膚過敏。但由于含有合金纖維，衣服不外，它還可水洗，不易引起皮膚過敏。但由于含有合金纖維，衣服不可避免地帶著一些金屬特有的灰色。鑒于這件襯衣樣品的制作成本高可避免地帶著一些金屬特有的灰色。鑒于這件襯衣樣品的制作成本高達(dá)達(dá)25002500英鎊，愛好追逐時(shí)尚的消費(fèi)者在短期內(nèi)不太可能在服裝店里見英鎊，愛好追逐時(shí)尚的消費(fèi)者在短期內(nèi)不太可能在服裝店里見到它。到它。 用它做成用它做成“金屬食道支架金屬食道支架”，能在患者喉部膨脹成新，能在患者喉部膨脹成新的食道，