淺談形狀記憶合金

時代的發(fā)展離不開材料的發(fā)展。科學技術(shù)的進步，越來越體現(xiàn)出材料研究的重要性。現(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，在冷卻到低溫時會塑性變形成為另外一種形狀，如果對材料進行加熱，通過馬氏體的逆相變，又可以恢復到高溫時的形狀，這就是形狀記憶效應。單程記憶、雙程記憶和全方位記憶是形狀記憶效應按形狀恢復形式進行的三種分類，如下圖所示。

單向記憶效應是指當材料被加熱后能恢復到原始形態(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。全方位記憶效應的材料除了具有雙程記憶效應外，最顯著的特點就是可以出現(xiàn)和高溫時完全相反的形狀，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60年代，但是人們早在30年代就發(fā)現(xiàn)了形狀記憶這一奇特的現(xiàn)象，遺憾的是當時沒有引起人們足夠的重視。最初形狀記憶只被人們當成某些材料的個例，根本無法在實際應用中運用。記憶材料之所以能在生產(chǎn)、生活中廣泛應用，還是得益于TiNi合金的研究與發(fā)展。現(xiàn)在形狀記憶合金已多達幾十種。我國是在20世紀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

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需要電源加熱，溫度過高又會影響它的記憶性能，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用。

三、形狀記憶合金的用途

形狀記憶合金由于良好的力學性能以及優(yōu)良的生物相容性，在生物醫(yī)學領域正扮演著不可替代的角色，尤其NiTi 形狀記憶合金應用最為廣泛。例如心臟修補器、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，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)取Ｈ嗽煨l(wèi)星飛行器的天線則是利用了記憶合金的形狀記憶效應。由于記憶合金在加熱時形狀恢復的同時其恢復力可對外做功的特性，可將其制成各種驅(qū)動元件。形狀記憶的發(fā)展為機器人機械手的發(fā)明提供了理想的材料。

形狀記憶合金除廣泛用于醫(yī)學和工業(yè)領域，在建筑、生活中也日益嶄露頭角。如利用形狀記憶合金進行建筑結(jié)構(gòu)的監(jiān)測和自修復，制造管道系統(tǒng)，防火門和自動控制開關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)療等領域有著廣泛用途，而且發(fā)展趨勢十分可觀。可以預計，越來越多形狀記憶材料的研發(fā)，將有力地促進形狀記憶材料的應用。

（作者單位：棗莊科技職業(yè)學院）