智能材料與構(gòu)造知識(shí)概述

--------智能材料構(gòu)造(Ｓmａrt/IｎtelligentMaｔerｉａlsandＳｔrｕctures)是一門(mén)興起的多學(xué)科穿插的綜合科學(xué)。80年月后期,隨著材料技術(shù)和大規(guī)模集成電路的進(jìn)展,美國(guó)軍是近年來(lái)飛速進(jìn)展的一個(gè)領(lǐng)域,這一領(lǐng)域的爭(zhēng)論也越來(lái)越受到人們的重視1998爭(zhēng)論成為材料科學(xué)與工程的熱點(diǎn)之一，有人甚至稱(chēng)21世紀(jì)是智能材料的世紀(jì)，目前美國(guó)已有幾十家公司經(jīng)營(yíng)智能材料構(gòu)造的產(chǎn)品橋梁、水壩、電站、飛行器、空間構(gòu)造、潛艇等振動(dòng)、噪聲、外形自適應(yīng)把握、損傷自愈合等方面具有良好的應(yīng)用前景。第一節(jié) 智能材料的概念及分類(lèi)智能材料構(gòu)造的誕生有著確定的背景。８０年月末期，復(fù)合材料普遍使用，為解決它的強(qiáng)度和剛度變化等問(wèn)題，使得驅(qū)動(dòng)元件和傳感件較為簡(jiǎn)潔地融合進(jìn)入材料，組成整體,從智能材料構(gòu)造的消滅。材料科學(xué)的進(jìn)展,使得人們對(duì)機(jī)械、電子、動(dòng)作等材料的多方面性能制等方面的難題,這些都為智能材料構(gòu)造的消滅供給了有利條件。1.１智能材料的概念及其特點(diǎn)智能材料系統(tǒng)和構(gòu)造的有關(guān)名稱(chēng)定義目前尚不統(tǒng)一,但一般智能材料系統(tǒng)都應(yīng)當(dāng)具有敏感、處理、執(zhí)行三個(gè)主要局部。一般來(lái)說(shuō)，智能材料是能夠感知環(huán)境變化(傳感或覺(jué)察的這種構(gòu)造稱(chēng)為智能材料構(gòu)造。它是一個(gè)類(lèi)似于人體的神經(jīng)、肌肉、大腦和骨骼組成的系統(tǒng)，而基體材料就相當(dāng)于人體的骨骼。而智能材料是能夠感知環(huán)境變化，通過(guò)自我推斷和結(jié)論，之中，其爭(zhēng)論成果涉及了信息、電子、生命科學(xué)、宇宙、海洋科學(xué)技術(shù)等領(lǐng)域。它的爭(zhēng)論開(kāi)發(fā)孕育著一代的技術(shù)革命。智能化將成為2１世紀(jì)高分子材料的重要進(jìn)展方向之一。路依據(jù)傳感元件得到的信息驅(qū)動(dòng)元件動(dòng)作系統(tǒng),具有感官功能,驅(qū)動(dòng)元件相當(dāng)于人體的肌肉,把握系統(tǒng)相當(dāng)于人的大腦。智能材料與一般1１－1被動(dòng)構(gòu)造 把握構(gòu)造 智能構(gòu)造動(dòng)構(gòu)造擾 反響 擾動(dòng)動(dòng)構(gòu)造構(gòu)造反響 執(zhí)行器傳感器構(gòu)造擾動(dòng) 反響構(gòu)造執(zhí)行器

傳感器把握器

把握器1１-1智能材料與一般功能材料的區(qū)分２智能材料分類(lèi)智能材料及高分子系智能材料。金屬系智能材料由于其強(qiáng)度比較大耐熱性好且耐腐蝕性能好,常用在航空航天和原子能工業(yè)中作為構(gòu)造材料。金屬材料在使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生疲乏龜裂及蠕變變形而損傷,所以期盼金屬系智能材料不但可以檢測(cè)自身的損傷兩大類(lèi)。無(wú)機(jī)非金屬系智能材料的初步智能性是考慮局部可吸取外力以防止材料整體變壞此類(lèi)智能材料在電流變流體、壓電陶瓷光質(zhì)變色和電質(zhì)變色材料等方面進(jìn)展較快。格外活潑,其次還有智能高分子膜材、智能高分子粘合劑、智能型藥物釋放體系和智能高分子基復(fù)合材料等。依據(jù)構(gòu)造來(lái)分，智能材料構(gòu)造可以分成兩種類(lèi)型，分述如下:(1)嵌入式智能材料測(cè)外界賜予的信息，把握處理器指揮驅(qū)動(dòng)元件執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。(２〕材料本身具有確定的智能功能某些材料微構(gòu)造本身具有智能功能,能夠隨著環(huán)境和時(shí)間轉(zhuǎn)變自己的性能，例如自濾波玻璃和受輻射時(shí)能自衰減的IｎP目前智能材料構(gòu)造在英語(yǔ)中承受兩種寫(xiě)法:一為INＴＥLLIGＥNTMATERＩAＬSTRUCUREＮARTＡTEIＡLSTＵCTUR“INTELLE它的定義是具有才智和智力,有思考和推理的本領(lǐng)；和具有靈敏的體會(huì)、解釋和正確打算的SMAR即具有聯(lián)想及計(jì)算力氣，靈敏快速有效的能動(dòng)性和有生氣的活度。目前很多文章中也將“SMARTINＴELLGENTMATＥRIAＬＳTRUCTURE”比“SMARTMATERIＡLSTRUＣTURE”要簡(jiǎn)潔,要高級(jí),前者是仿生命功能的材料，具有識(shí)別、區(qū)分、推斷、動(dòng)作等額外功能；后者只能靈敏識(shí)別和動(dòng)作,不具有分析推斷的力氣。其次節(jié) 智能材料構(gòu)造的信息處理方法11-2圖1１－２是智能構(gòu)造的動(dòng)作流程圖。首先識(shí)別外界參數(shù)，通過(guò)分析、推斷,然后行動(dòng)。其中行動(dòng)是依靠埋入材料中的驅(qū)動(dòng)元件來(lái)實(shí)現(xiàn)，它能夠自適應(yīng)的轉(zhuǎn)變構(gòu)造外形、剛度、位置、應(yīng)力狀態(tài)、固有頻率、阻尼摩擦阻力等。對(duì)驅(qū)動(dòng)元件的要求是：驅(qū)動(dòng)元件應(yīng)能和構(gòu)造基體材料很好結(jié)合，具有高的結(jié)合強(qiáng)度；驅(qū)動(dòng)元件本身的靜強(qiáng)度和疲乏強(qiáng)度要高;鼓舞驅(qū)動(dòng)元件動(dòng)作的方法要簡(jiǎn)潔和安全,對(duì)構(gòu)造基體材料無(wú)影響要??；鼓舞后的變形量要大,并能伴隨著產(chǎn)生鼓舞力,而且能夠把握;驅(qū)動(dòng)元件在反復(fù)鼓舞下,保持性能穩(wěn)定；驅(qū)動(dòng)元件的頻率響應(yīng)要寬，響應(yīng)速度快，并能把握。正在爭(zhēng)論和使用的驅(qū)動(dòng)元件有外形記憶合金、壓電元件、電流變材料、磁致伸縮材具有特點(diǎn),也就是每種驅(qū)動(dòng)元件都有他們的特色，但也存在問(wèn)題。提高驅(qū)動(dòng)元件本身的性能，滿(mǎn)足上述六條要求；改善驅(qū)動(dòng)元件的鼓舞方法；爭(zhēng)論多種鼓舞元件組合使用的方法，到達(dá)取長(zhǎng)補(bǔ)短的目的；爭(zhēng)論型的復(fù)合驅(qū)動(dòng)元件;爭(zhēng)論驅(qū)動(dòng)元件在材料中的布置方案。實(shí)時(shí)的振動(dòng)狀態(tài),所以它必需有足夠的牢靠性、敏感性和較高的反響速度，以便能快速、準(zhǔn)確地得到振動(dòng)信息;另外,還要求其具有體積小,易于集成的特點(diǎn)。致動(dòng)器是執(zhí)行信息處理單構(gòu)造的神經(jīng)中樞。智能構(gòu)造的設(shè)計(jì)中首先要明確應(yīng)用目標(biāo),然后分析把握目標(biāo)的具體要求，確定智能構(gòu)造論以及自動(dòng)把握理論,建立合理的數(shù)學(xué)模型,構(gòu)建把握系統(tǒng),并選擇有效的把握策略。第三節(jié)智能材料構(gòu)造中的驅(qū)動(dòng)元件及外形記憶合金2090德國(guó)、意大利等國(guó)都召開(kāi)了學(xué)術(shù)會(huì)議或是專(zhuān)題學(xué)術(shù)爭(zhēng)論會(huì)。3.1目前爭(zhēng)論投入較多的智能材料的驅(qū)動(dòng)元件主要有作為執(zhí)行器的開(kāi)關(guān)記憶材〔含外形記憶合金、陶瓷、薄膜三個(gè)類(lèi)型〕;壓電材料〔到聚傳感、驅(qū)動(dòng)和把握于一體的智能材料。壓電材料在受到應(yīng)力作用時(shí)會(huì)產(chǎn)生電荷分布,同樣在壓電材料上外加電壓時(shí),會(huì)發(fā)生形變，成為逆壓電效應(yīng),因此壓電材料即可做傳感材料又可做執(zhí)行材料。壓電材料分為陶瓷壓電材料如石英、鈦酸鋇等和有機(jī)聚合物壓電材料如片聚二氟乙烯樹(shù)脂〔PVDF)。在同樣單位優(yōu)良的加工性能,制備智能材料不受外形的限制，因此有機(jī)聚合物壓電材料更適合制備智能材料。壓電陶瓷還可以象制作玻璃纖維一樣制作壓電陶瓷纖維成壓電復(fù)合材料，集傳感與驅(qū)動(dòng)于一體。３.2外形記憶合金是智能材料構(gòu)造中最先應(yīng)用的一種驅(qū)動(dòng)元件,它集感知和驅(qū)動(dòng)于一體。形變消逝，并回復(fù)到高溫下所固有的外形。再進(jìn)展加熱或冷卻時(shí)，外形保持不變,這就是〔ＳhapｅMemｏｒyEffｅcｔ〔SｈapeMeｍｏryAｌloys，SMＡ.)。材料在高溫下制成特定外形,在低溫任意變形，加熱時(shí)再恢復(fù)為高溫外形，重冷卻還保持高溫時(shí)的外形時(shí)，我們稱(chēng)之為單程記憶效應(yīng)。例如目前國(guó)內(nèi)商品化的NiTi外形記憶合金絲，在低溫馬氏體組織時(shí),加外力使合金應(yīng)變<8%后,對(duì)材料加熱，溫度超過(guò)馬氏體相變點(diǎn)時(shí),外形回復(fù)率可達(dá)1０0%。但隨著循環(huán)次數(shù)的增加,外形記憶特性會(huì)衰減,存在一個(gè)疲乏壽命。當(dāng)回復(fù)變形在2％以下時(shí)，疲乏壽命為1０5次,對(duì)于埋入構(gòu)件基體材料中的外形記憶合金的初始變形很大,但回復(fù)量很小，因此它的疲乏壽命可達(dá)1０7次。對(duì)材料進(jìn)展特別的處理,使材料能夠記住高溫存低溫狀態(tài)的兩種外形,即加熱時(shí)恢復(fù)高溫外形,低溫時(shí)恢復(fù)低溫外形,我們稱(chēng)之為雙程外形記憶效應(yīng)或可逆外形記憶效應(yīng)NiTi合金經(jīng)過(guò)確定的熱處理訓(xùn)練，不僅在馬氏體逆相變過(guò)程中能完全回復(fù)到變形前的狀態(tài),而且在馬氏體相變過(guò)程中也會(huì)自發(fā)地發(fā)生外形變化，回復(fù)到馬氏體狀態(tài)的外形,而且反復(fù)加熱冷卻都會(huì)消滅上述現(xiàn)象。此外還有一些合金稱(chēng)為全方位外形記憶合金，在冷卻到更低的溫度,可以消滅與高溫時(shí)取向相反，外形一樣的現(xiàn)象。NiＴi合金的全方位記憶薄片的模式圖見(jiàn)圖１1-3。將試樣4０0~５00C1－3(a)所示;當(dāng)試件冷卻到M

’時(shí),外形接近直線狀態(tài)，如圖11-3(b)；冷卻到Ｍ以下時(shí),試件的外形發(fā)生ｆ f180 C11-3(ｃ)A和A’11-３〔d)ｆ f和(e〕’的外形〔a〕和低于Mf

的外形(ｆ〕之間是可逆的。11－3NiTiM’/A’為中間相變態(tài)溫度ｆ ｆ圖１１-4(a〕是一般金屬材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)彈性極限,卸除應(yīng)力后，留下永久變形,不會(huì)回復(fù)原狀；圖11-4(b〕是超彈性材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線，超過(guò)彈性極限后應(yīng)力誘發(fā)母相形成馬氏體，當(dāng)應(yīng)力連續(xù)增加時(shí),馬氏體相變也連續(xù)進(jìn)展,當(dāng)應(yīng)力降低時(shí),相變按逆向進(jìn)展，即從馬氏體轉(zhuǎn)向母相，永久變形消逝這種現(xiàn)象叫超彈性記憶小效應(yīng)〔PME；圖11-4(c〕(SMＥ)。圖１1-4超彈性材料和外形記憶材料的應(yīng)力－應(yīng)變曲線(a〕一般金屬 (ｂ〕超彈性材料(c)外形記憶合金外形記憶效應(yīng)是由于馬氏體相變?cè)斐傻?。除鋼鐵外，大多數(shù)合金中的馬氏體相變是可逆的，即冷卻時(shí)由母相Ｐ轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體相MPM，加熱時(shí)馬氏體相MPT０溫度時(shí)相等,不發(fā)生轉(zhuǎn)變，必需溫度低于T0時(shí)存在的相變阻力，即溫度冷到M馬氏體相變才開(kāi)頭進(jìn)展。隨著溫度下降，馬氏體量會(huì)逐s漸增多,直到M溫度時(shí)，馬氏體轉(zhuǎn)變才終止。同樣理由，馬氏體要可逆的轉(zhuǎn)為母相，加熱溫f度必需高于T溫度,而且要加熱至A0 ｓ f常稱(chēng)：M 馬氏體相變〔P M〕開(kāi)頭溫度;ｓＭ 馬氏體相變(Pf

M〕終了溫度；A 馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)槟赶?馬氏體逆相變MsA 馬氏體相變?yōu)槟阁w〔馬氏體逆相變Mｆ

的開(kāi)頭溫度;P〕的終了溫度。廣泛用于醫(yī)療設(shè)備、航空、航天、儀器儀表、機(jī)器人、自動(dòng)把握以及人造衛(wèi)星、能量轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域。近年來(lái)在陶瓷材料、超導(dǎo)材料以及高分子材料中覺(jué)察各具特色的外形記憶效應(yīng),引起了世界各國(guó)學(xué)者的廣泛關(guān)注。３．２．1外形記憶合金是爭(zhēng)論最早的一種材料，它的操作功能主要分為５個(gè)方面。①單程記憶效應(yīng):在低于Ｍ溫度之下時(shí),加壓力樣品變形，去掉壓力時(shí)不能完全恢復(fù)，ｆ當(dāng)加熱到A之上時(shí)殘存的形變才能恢復(fù)。f②雙程記憶合金效應(yīng)，當(dāng)溫度冷卻到Mｆ之下時(shí)自發(fā)的形變產(chǎn)生,當(dāng)溫度再升到Ａｆ之上時(shí)形變恢復(fù)。③形變恢復(fù)應(yīng)力,在Mf溫度下樣品受壓變形,去掉壓力,保持在位置上再加熱應(yīng)力產(chǎn)生。MfW，將樣品加熱到Ａf之上,形變應(yīng)力產(chǎn)生并且做功，稱(chēng)為功輸出。⑤超彈性或偽彈性效應(yīng),在AfA載后樣品的形變又完全恢復(fù)。外形記憶合金這些特有的功能與外界溫度和內(nèi)部的馬氏體相應(yīng)親熱相關(guān)的關(guān)系。目前雖然有很多外形記憶合金體系,但能夠商品化的只有少數(shù)幾個(gè)，如Ni—Ti、Ni—Ti—Cu、Ｃu—Ｚn—AlCu—Aｌ—ＮiFｅ—Mn—Si而具有潛在應(yīng)用的體系有Ni—Ａl和Ｎｉ—Ti—Zi合金體系，目前在制備或性能上還有一些缺陷。在全部外形記憶合金體系中Ni—Ti合金是最具有使用價(jià)值的，有人做過(guò)數(shù)百萬(wàn)次試驗(yàn)，覺(jué)察其恢復(fù)性能照舊保持。ＴiNi等原子比的TiNii元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55~56物相容性,因而得到廣泛的應(yīng)用,特別在醫(yī)學(xué)與生物上的應(yīng)用是其他外形記憶合金所不能替代的。由于合金成分不同,相變可以有不同路徑。在材料使用過(guò)程中,表征材料記憶性能的主要參數(shù)包括記憶合金隨溫度變化所表現(xiàn)出的外形恢復(fù)程度,回復(fù)應(yīng)力，使用中的疲乏壽命，即經(jīng)受確定熱循環(huán)或應(yīng)力循環(huán)后記憶特性的衰減狀況。此外,相變溫度及正逆相變的溫度滯后更是關(guān)鍵參數(shù)。而上述這些特性又與合金的成分成材工藝熱處理(包括冷熱加工)條件及其使用狀況等親熱有關(guān)。TiNｉ記憶合金的相變溫度對(duì)成分最敏感。Ni含量每增加０.１％，相變溫度會(huì)降低10Ｃ。第三元素對(duì)TiNiFe、Ｃｏ等過(guò)渡族金屬的參與均可引起MsNiTeRRCuNｉ后,Ms且由于削減相變滯后,使該類(lèi)合金具有確定的使用價(jià)值。為獲得記憶效應(yīng),一般將加工后的合金材料在室溫加工成所需要的外形并加以固定,隨后在400-500之間加熱保溫?cái)?shù)分鐘到數(shù)小時(shí)(定形處理)后空冷，就可獲得較好的綜合性能。對(duì)于冷加工后成形困難的材料，可以在８00以上進(jìn)展高溫退火，這樣在室溫極簡(jiǎn)潔成形，隨后于200－300保溫使之定形.此種在較低溫度處理的記憶元件及外形回復(fù)特性較差。富Ｎi的TiＮｉ合金需要進(jìn)展時(shí)效處理,一則為了調(diào)整材料的相變溫度,二則可以獲得綜合的記憶性能.處理工藝根本上是在８0０-1０040０-５0０時(shí)效處理假設(shè)干時(shí)間〔5001Ms為了使合金式樣反復(fù)屢次的在升溫存降溫中可逆的發(fā)生外形變化(即雙向記憶),最常Ms溫度,依據(jù)所需的外形將試件進(jìn)展確定限度的可以回復(fù)AｆMs為前述的低溫所需外形,如此反復(fù)屢次后,就可獲得雙向記憶效應(yīng),在溫度升降過(guò)程中，試件均可自動(dòng)的反復(fù)記憶凹凸溫時(shí)的二種外形。這種記憶訓(xùn)練實(shí)際上就是強(qiáng)制變形。對(duì)于Ti-51％(原子分?jǐn)?shù)〕Ni合金不僅具有雙向記憶性能,而且在高溫與低溫時(shí),記憶i11Ni1４析出相產(chǎn)生的某種固定的內(nèi)應(yīng)力所致。無(wú)論上述何種記憶處理，為了保持良好的外形記憶特性,其變形的應(yīng)變量不得超過(guò)確定值,該值與元件的外形、尺寸、熱處理?xiàng)l件、循環(huán)使用次數(shù)等有關(guān),一般為６％〔不包括全方位記憶處理)．同時(shí)在使用中，在外形記憶合金受約束狀態(tài)下,要避開(kāi)過(guò)熱,也即記憶高溫態(tài)的溫度只需稍高于Aｆ溫度即可。銅基外形記憶合金盡管外形記憶合金具有強(qiáng)度高、塑性大、耐腐蝕性好等優(yōu)良性能,但由于本錢(qián)約為銅基記憶合金的十倍而使之應(yīng)用受到確定限制活潑,但需要解決的主要問(wèn)題是提高材料塑性改善對(duì)熱循環(huán)和反復(fù)變形的穩(wěn)定性及疲乏強(qiáng)度等。銅基外形記憶合金的相變溫度對(duì)合金成分和處理?xiàng)l件極敏感－Ａl-4.０Ni10001０與１00Ｍｓ對(duì)應(yīng)為-１160。因此實(shí)際應(yīng)用中,可以利用淬火速度來(lái)把握相變溫度。CuZnAlCuAlNi合金，相變溫度對(duì)Al合金設(shè)計(jì)時(shí)參考:CuZnAｌ Ｍs=2221－52x(％Zn(質(zhì)量分?jǐn)?shù)))-1３7ｘ(%Ａl(質(zhì)量分?jǐn)?shù)))CｕAlNi Mｓ=２2９３-45x(%Ni(質(zhì)量分?jǐn)?shù)))-13４x(%Ａl(質(zhì)量分?jǐn)?shù)))CuＡlNi等銅基合金在反復(fù)使用中，較易消滅試樣斷裂現(xiàn)象，其疲乏壽命比NiＴi合金低2-3上,為了保持應(yīng)變的連續(xù)性，必會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，而且晶粒越粗大,晶面上的位移更大,極易造成沿晶開(kāi)裂。目前在生產(chǎn)中,已通過(guò)添加Ti、Zr、V、B等微量元素,或者承受急冷凝固法或粉末燒結(jié)等方法使合金晶粒細(xì)化，到達(dá)改善合金性能的目的。鐵基外形記憶合金早期覺(jué)察的鐵基外形記憶合金FePｔ和FeＰd１982年有關(guān)FｅMnＳi得到解決或突破,可望在將來(lái)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用上有很大的進(jìn)展。鐵基外形記憶合金的最大回復(fù)應(yīng)變量為2%,超過(guò)此形變量將產(chǎn)生滑移變形，導(dǎo)致ε-馬氏體與奧氏體界面的移動(dòng)發(fā)生困難。具有外形記憶效應(yīng)的合金系已達(dá)二十多種,但其中得到實(shí)際應(yīng)用的僅集中在ＴiNi合金CuＺnAｌ合金，CuAｌＮiＦeMnSｉ系記憶合金也在開(kāi)發(fā)應(yīng)用中。這些合金由于成分不同，生產(chǎn)和處理工藝的差異，其性能有較大的差異。即使同一合金系,成分的微小差異也會(huì)必需考慮其回復(fù)力、最大回復(fù)應(yīng)變、使用中的疲乏壽命及耐腐性能等。一般來(lái)說(shuō)，TｉNｉ合金記憶特性好,但價(jià)格昂貴。銅基記憶合金本錢(qián)低，有較好的記憶性能,但穩(wěn)定性較差,而FeＭnSi際應(yīng)用要綜合考慮材料的用途、使用環(huán)境、使用方法及本錢(qián)等各因素,以便選取適宜的外形TiNi警警報(bào)器等只需一次動(dòng)作的元件就往往選用CuＺnAl外形記憶陶瓷近幾年來(lái)人們又開(kāi)發(fā)出外形記憶陶瓷,可在電場(chǎng)作用下發(fā)生形變這種材料由于電場(chǎng)轉(zhuǎn)變速度和范圍比溫度大的多，因而影響速度快,使用范圍寬，缺乏之處0８—1，但這或許適合某些特定的場(chǎng)合。圖11－５ 外形記憶陶瓷的構(gòu)造圖11-5E２型,空間群為O1ABO3B為金屬離子,這里APｂ2+)Ｂ(Ｚr4+Ti4+)離子。圖1１－6PZT平衡相圖通過(guò)調(diào)整溫度和Ａ、B的組成鈣鈦礦晶體的外形會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變,如圖1１-6所示。不同量的離子置換PZT時(shí)產(chǎn)生相變,四周體構(gòu)造和六面體構(gòu)造均為鐵電相，而八面體構(gòu)造為反鐵電材料的極化導(dǎo)致應(yīng)力的產(chǎn)生,對(duì)于反鐵電體，由于內(nèi)部含有兩個(gè)極性相反的區(qū)域，宏觀極性一個(gè)大電場(chǎng),就可以使反鐵電相轉(zhuǎn)變?yōu)殍F電相,相變伴隨著晶格變形，導(dǎo)致凈體積增長(zhǎng),產(chǎn)生形變，相變形式如下：AＦE 電場(chǎng) FE當(dāng)電場(chǎng)降低,材料回復(fù)到原始狀態(tài)還是保持鐵電相狀態(tài)，取決于材料的精準(zhǔn)組成，一般在相圖邊界限上的亞穩(wěn)態(tài)比較簡(jiǎn)潔形成外形記憶陶瓷。1１－7外形記憶陶瓷主要用于在空間光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的自適應(yīng)調(diào)整上11－7為鏡面調(diào)整示意圖,可用在哈伯望遠(yuǎn)鏡、日冕儀等，另外樣子記憶陶瓷還有期望用作能量?jī)?chǔ)存執(zhí)行元件。外形記憶薄膜備Ti—Ni、Ｃｕ—Ｚn、Au—Cd等薄膜。外形記憶合金薄膜具有一些潛在的應(yīng)用,如可能應(yīng)用在智能構(gòu)造的阻尼器，微機(jī)械手、微彈簧中。3.3外形記憶合金的應(yīng)用從2０世紀(jì)7０年月開(kāi)頭外形記憶合金得到真正的應(yīng)用，至今已有二十多年,應(yīng)用領(lǐng)域極廣,從周密簡(jiǎn)潔的機(jī)器到較為簡(jiǎn)潔的連接件、緊固件，從節(jié)約能源的外形記憶合金發(fā)動(dòng)機(jī)引起的組織變化,更適合于嚴(yán)禁明火的管道連接，而且具有操作簡(jiǎn)便，性能牢靠等優(yōu)點(diǎn)。用作控溫器件的記憶合金絲被制成圓柱形螺旋彈簧作為熱敏驅(qū)動(dòng)元件。其特點(diǎn)時(shí)利用外形記憶特性,在確定溫度內(nèi),產(chǎn)生顯著的位移或力的變化彈簧就可使閥門(mén)來(lái)回運(yùn)動(dòng)。也就是具有雙向動(dòng)作的功能。當(dāng)溫度降低時(shí),偏壓彈簧壓縮外形CuＺｎＡl利用偏壓彈簧使外形記憶元件具有雙向動(dòng)作功能的還有機(jī)器人手臂、肘、腕、指等動(dòng)的彈力使之變形。設(shè)計(jì)中，記憶元件與偏動(dòng)彈簧不愿定在同一軸上,依據(jù)需要以不同方式、不同角度協(xié)作以完成特定的來(lái)回動(dòng)作需要。外形記憶合金作為機(jī)械執(zhí)行器的主要優(yōu)點(diǎn)有:①機(jī)械構(gòu)造簡(jiǎn)潔、緊湊、安全、常見(jiàn)的構(gòu)造有絲狀和螺圈狀。②在無(wú)重力的工作條件下能產(chǎn)生清潔、靜音的無(wú)火花的操作，特別適合航天航空領(lǐng)域。③高的能/〔＜1０ｇ/重比遠(yuǎn)高于其他執(zhí)行器。這意味著外形記憶合金格外適于微執(zhí)行技術(shù)。④高阻尼性能,在沖擊波和震驚能量下，SMA0%。工業(yè)上常用外形記憶合金作開(kāi)關(guān),用于電路冷卻閥門(mén)、火警探測(cè)系統(tǒng)、阻尼裝置等。醫(yī)學(xué)上主要利用外形記憶合金的超彈性性質(zhì)，最成功的應(yīng)用是用于牙科矯正術(shù)上的正牙線上，它可以在歪斜的牙上產(chǎn)生很小的而又持續(xù)的力使歪牙扶正。用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的記憶合金除了具備所需要的外形記憶或超彈性特性外,還必需滿(mǎn)足化屬離子,其中某些金屬離子會(huì)引起癌病、染色體畸形等各種細(xì)胞毒性反響，或?qū)е卵ǖ?，入生物體內(nèi)。在現(xiàn)有的有用記憶合金中，經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)證明，僅TiＮi合金滿(mǎn)足上述條件。TｉNiTｉNi合金在醫(yī)學(xué)上應(yīng)用較廣的有口腔牙齒矯形絲以及外科中各種矯形棒、骨連接器、血管夾、凝血慮器等。近年來(lái)血管擴(kuò)張?jiān)葢?yīng)用也見(jiàn)報(bào)道。牙齒矯形絲是利用TiＮi時(shí),即使產(chǎn)生很大的變形也能保持適宜的矯正力,不僅操作便利,療效好,而且可減輕患者的不適感。TｉNi10%仍不會(huì)發(fā)生塑性變形。11－８是用于矯形絲的各種材料的負(fù)載與變形曲線。由比照可見(jiàn),傳統(tǒng)用的不銹鋼和CｏCr合金的彈性系數(shù)大,相對(duì)于很小的變形就需要較大的負(fù)載,而且產(chǎn)生明顯的永久變形。TｉNi11－8脊柱側(cè)彎矯形用哈氏棒通常是用不銹鋼制成，但由于植入人體后以及在隨后使用中，矯正力明顯下降,甚至在半個(gè)月后下降５5者在精神上、肉體上承受較大苦痛。改用外形記憶合金只需一次安放固定手術(shù)。一般是將TiNi合金棒記憶處理成直棒,然后在Mｓ以下溫度(通常是冰水彎成與人體畸形脊柱相像的外形〔彎曲應(yīng)力小于8％),馬上安放于人體內(nèi)并加以固定。手術(shù)后通過(guò)體外加熱使溫度高于5-1０℃,這時(shí)ＴiNｉ合金棒漸漸回復(fù)到高溫相狀態(tài)，產(chǎn)生足夠的矯正力。TｉNi合金的Af溫度定在體溫以〔或合金釘?shù)?按所需外形記憶處理定形,在手術(shù)時(shí),將定形板在冰水中(<Ms)變形成便于手術(shù)安裝的外形,植入所需部位固定，靠體溫回復(fù)固定板外形。用記憶合金固定骨折等環(huán)患處，患者苦痛少，功能恢復(fù)快,是格外行之有效的方法。F—16戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)翼上。用于自修復(fù)功能，在機(jī)器人上用來(lái)制造人造肌肉。第四節(jié)智能材料的應(yīng)用首先開(kāi)展智能材料構(gòu)造爭(zhēng)論的是美國(guó)軍界,約在198４年美國(guó)陸軍科研局就旋翼飛行器技術(shù)爭(zhēng)論給于贊助,爭(zhēng)論內(nèi)容是減小旋翼槳葉的振幅和扭曲。美國(guó)空軍著重于航空和航天飛行器智能表層的爭(zhēng)論,將該工程落實(shí)在美國(guó)空軍科研工程推想Ⅱ中,被認(rèn)為是急需進(jìn)展的,有創(chuàng)始性的工程,美國(guó)空軍萊特爭(zhēng)論和進(jìn)展中心的航空設(shè)備試驗(yàn)室又規(guī)劃了智能表層的進(jìn)展路線圖。1988年以后,美國(guó)各大學(xué)和航空航天機(jī)構(gòu)的公司、爭(zhēng)論所都參與爭(zhēng)論,他們?cè)O(shè)計(jì)的面很FY9２_ＦＹ9６的邊緣科學(xué)爭(zhēng)論規(guī)劃(即代號(hào)UＲ1)及陸軍科研局和海軍科研局都給于智能材料與構(gòu)造探究者贊助。UR1地面運(yùn)輸裝置,例如減小構(gòu)