淺談形狀記憶合金

時(shí)代的發(fā)展離不開材料的發(fā)展?？茖W(xué)技術(shù)的進(jìn)步，越來越體現(xiàn)出材料研究的重要性?，F(xiàn)如今材料的研究逐漸傾向于功能化、多樣性。形狀記憶材料就是一種典型的新型功能材料。形狀記憶材料是指具有形狀記憶效應(yīng)的金屬、陶瓷和高分子等材料，在高溫下材料形成一種形狀，在冷卻到低溫時(shí)會(huì)塑性變形成為另外一種形狀，如果對(duì)材料進(jìn)行加熱，通過馬氏體的逆相變，又可以恢復(fù)到高溫時(shí)的形狀，這就是形狀記憶效應(yīng)。單程記憶、雙程記憶和全方位記憶是形狀記憶效應(yīng)按形狀恢復(fù)形式進(jìn)行的三種分類，如下圖所示。

單向記憶效應(yīng)是指當(dāng)材料被加熱后能恢復(fù)到原始形態(tài)，但是只能單程，不可逆，也就是說繼續(xù)加熱冷卻，材料形狀都不再發(fā)生變化。能夠根據(jù)加熱冷卻的不同，反復(fù)出現(xiàn)低溫狀態(tài)和高溫狀態(tài)的材料則具有雙程記憶效應(yīng)。全方位記憶效應(yīng)的材料除了具有雙程記憶效應(yīng)外，最顯著的特點(diǎn)就是可以出現(xiàn)和高溫時(shí)完全相反的形狀，這只需要將材料冷卻到更低的溫度就可以做到。

一、形狀記憶合金的發(fā)展歷史

“形狀記憶”這一名稱的提出是在20世紀(jì)60年代，但是人們?cè)缭?0年代就發(fā)現(xiàn)了形狀記憶這一奇特的現(xiàn)象，遺憾的是當(dāng)時(shí)沒有引起人們足夠的重視。最初形狀記憶只被人們當(dāng)成某些材料的個(gè)例，根本無法在實(shí)際應(yīng)用中運(yùn)用。記憶材料之所以能在生產(chǎn)、生活中廣泛應(yīng)用，還是得益于TiNi合金的研究與發(fā)展?，F(xiàn)在形狀記憶合金已多達(dá)幾十種。我國是在20世紀(jì)70年代后期才開始研究記憶合金的。形狀記憶合金材料的發(fā)現(xiàn)，改變了一直以來形成的金屬熱脹冷縮等傳統(tǒng)觀念。

二、形狀記憶合金的特點(diǎn)

形狀記憶合金具有優(yōu)良的延展性，一般只要不超過8％至10％的變形量，均可恢復(fù)原有形狀。此外它還具有不次于不銹鋼的耐腐蝕性能和抗疲勞性能。并且高溫下記憶合金仍有較大的剛度。這些異于普通材料的特點(diǎn)決定了形狀記憶合金的廣闊發(fā)展前景。但是由于形狀記憶效應(yīng)需要電源加熱，溫度過高又會(huì)影響它的記憶性能，這就大大縮小了形狀記憶合金材料的使用范圍，并且在長期使用后它的工作穩(wěn)定性較差，因此，在一定程度上制約了形狀記憶合金的應(yīng)用。

三、形狀記憶合金的用途

形狀記憶合金由于良好的力學(xué)性能以及優(yōu)良的生物相容性，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域正扮演著不可替代的角色，尤其NiTi 形狀記憶合金應(yīng)用最為廣泛。例如心臟修補(bǔ)器、血栓過濾器、牙科正畸器、人造骨骼、傷骨固定加壓器、各類腔內(nèi)支架、栓塞器、介入導(dǎo)絲和手術(shù)縫合線等涉及心血管，牙科，整形外科，耳鼻喉科，放射科，介入醫(yī)學(xué)等。

利用結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、所占空間小，并且安全性高、拆卸方便等特點(diǎn)，形狀記憶合金可做連接緊固件如管接頭、緊固圈、緊固螺釘?shù)?。人造衛(wèi)星飛行器的天線則是利用了記憶合金的形狀記憶效應(yīng)。由于記憶合金在加熱時(shí)形狀恢復(fù)的同時(shí)其恢復(fù)力可對(duì)外做功的特性，可將其制成各種驅(qū)動(dòng)元件。形狀記憶的發(fā)展為機(jī)器人機(jī)械手的發(fā)明提供了理想的材料。

形狀記憶合金除廣泛用于醫(yī)學(xué)和工業(yè)領(lǐng)域，在建筑、生活中也日益嶄露頭角。如利用形狀記憶合金進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的監(jiān)測和自修復(fù)，制造管道系統(tǒng)，防火門和自動(dòng)控制開關(guān)電路以及免熨燙防皺的襯衣等等。記憶合金目前已發(fā)展到幾十種，在航空、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域有著廣泛用途，而且發(fā)展趨勢十分可觀?？梢灶A(yù)計(jì)，越來越多形狀記憶材料的研發(fā)，將有力地促進(jìn)形狀記憶材料的應(yīng)用。

（作者單位：棗莊科技職業(yè)學(xué)院）