記憶合金的原理及應用是什么
記憶合金的原理及應用是什么
隨著科技的發(fā)展，帶動了一系列新型材料的發(fā)展，記憶合金也得到快速的發(fā)展。由于其優(yōu)良的特性。像：彎曲量大，塑形高，在記憶溫度下恢復以前的形狀，達到某一溫度時內部晶體結構改變，其表現(xiàn)外部形狀也改變。在各個方面有著廣泛的用途。記憶合金的原理及應用有哪些呢？一起來看看吧！
記憶合金的原理及應用
上個世紀70年代，世界材料科學中出現(xiàn)了一種具有“記憶”形狀功能的合金。記憶合金是一種頗為特別的金屬條，它極易被彎曲，我們把它放進盛著熱水的玻璃缸內，金屬條向前沖去;將它放入冷水里，金屬條則恢復了原狀。在盛著涼水的玻璃缸里，拉長一個彈簧，把彈簧放入熱水中時，彈簧又自動的收攏了。涼水中彈簧恢復了它的原狀，而在熱水中，則會收縮，彈簧可以無限次數(shù)的被拉伸和收縮，收縮再拉開。這些都由一種有記憶力的智能金屬做成的，它的微觀結構有兩種相對穩(wěn)定的狀態(tài)，在高溫下這種合金可以被變成任何你想要的形狀，在較低的溫度下合金可以被拉伸，但若對它重新加熱，它會記起它原來的形狀，而變回去。這種材料就叫做記憶金屬(memory metal)。它主要是鎳鈦合金材料。例如，一根螺旋狀高溫合金，經(jīng)過高溫退火后，它的形狀處于螺旋狀態(tài)。在室溫下，即使用很大力氣把它強行拉直，但只要把它加熱到一定的“變態(tài)溫度”時，這根合金仿佛記起了什么似的，立即恢復到它原來的螺旋形態(tài)。這只是利用某些合金在固態(tài)時其晶體結構隨溫度發(fā)生變化的規(guī)律而已。
例如，鎳-鈦合金在40℃以上和40℃以下的晶體結構是不同的，但溫度在40℃上下變化時，合金就會收縮或膨脹，使得它的形態(tài)發(fā)生變化。這里，40℃就是鎳-鈦記憶合金的“變態(tài)溫度”。各種合金都有自己的變態(tài)溫度。上述那種高溫合金的變態(tài)溫度很高。在高溫時它被做成螺旋狀而處于穩(wěn)定狀態(tài)。在室溫下強行把它拉直時，它卻處于不穩(wěn)定狀態(tài)，因此，只要把它加熱到變態(tài)溫度，它就立即恢復到原來處于穩(wěn)定狀態(tài)的螺旋形狀了。關于記憶合金的原理現(xiàn)在還不十分清楚。一般認為，記憶合金由復雜的菱形晶體結構轉變成簡單的立方晶體結構時，就會發(fā)生形狀恢復的記憶。而當記憶合金恢復原形時伴隨產(chǎn)生極大的力，鎳鈦諾合金高達 60公斤平方毫米，遠比最初變形時加的力大。一般說來，可達原變形的十倍，這就意味著輸出的能量比輸入的能量大得多?？茖W家對此無法解釋，物理學家羅沙爾說：“熱力學定律一點沒有錯的地方，但這些定律就是不適合于鎳鈦諾……”。目前，很多學者認為，記憶合金之所以能恢復原來的形狀，是由于“記憶因子”的作用。通過相變過程自由能的研究與體積關系推導“記憶因子”。
盡管，記憶合金具體原理人不明確，但其應用已相當普遍。根據(jù)記憶合金的恢復特性人們將記憶合金分為了三類。
(1)單程記憶效應
形狀記憶合金在較低的溫度下變形，加熱后可恢復變形前的形狀，這種只在加熱過程中存在的形狀記憶現(xiàn)象稱為單程記憶效應。
(2)雙程記憶效應
某些合金加熱時恢復高溫相形狀，冷卻時又能恢復低溫相形狀，稱為雙程記憶效應。
(3)全程記憶效應
加熱時恢復高溫相形狀，冷卻時變?yōu)樾螤钕嗤∠蛳喾吹牡蜏叵嘈螤?，稱為全程記憶效應。
目前，記憶合金已用于管道結合和自動化控制方面，用記憶合金制成套管可以代替焊接，方法是在低溫時將管端內全擴大約 4%，裝配時套接一起，一經(jīng)加熱，套管收縮恢復原形，形成緊密的接合。美國海軍飛機的液壓系統(tǒng)使用了10萬個這種接頭，多年來從未發(fā)生漏油和破損。船艦和海底油田管道損壞，用記憶合金配件修復起來，十分方便。在一些施工不便的部位，用記憶合金制成銷釘，裝入孔內加熱，其尾端自動分開卷曲，形成單面裝配件。記憶合金特別適合于熱機械和恒溫自動控制，已制成室溫自動開閉臂，能在陽光照耀的白天打開通風窗，晚間室溫下降時自動關閉。記憶合金熱機的設計方案也不少，它們都能在具有低溫差的兩種介質間工作，從而為利用工業(yè)冷卻水、核反應堆余熱、海洋溫差和太陽能開辟了新途徑。
記憶合金在醫(yī)療上的應用也很引人注目。例如接骨用的骨板，不但能將兩段斷骨固定，而且在恢復原形狀的過程中產(chǎn)生壓縮力，迫使斷骨接合在一起。齒科用的矯齒絲，結扎腦動脈瘤和輸精管的長夾，脊柱矯直用的支板等，都是在植入人體內后靠體溫的作用啟動，血栓濾器也是一種記憶合金新產(chǎn)品。被拉直的濾器植入靜脈后，會逐漸恢復成網(wǎng)狀，從而阻止 95%的凝血塊流向心臟和肺部。 人工心臟是一種結構更加復雜的臟器，用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動。現(xiàn)在泵送水已取得成功。 由于記憶合金是一種“有生命的合金”，利用它在一定溫度下形狀的變化，就可以設計出形形色色的自控器件，它的用途正在不斷擴大。
結語：記憶合金由于其特殊的記憶性質，已在軍工，醫(yī)學，機械鄰域取得了廣泛的應用。但隨著人類對高科技鄰域的突破，特別是在可重復利用鄰域的研究，記憶合金的作用有顯的特別重要。特別是在記憶合金與有機化合物的接枝其意義尤為突出。
記憶合金的原理
關于記憶合金的原理現(xiàn)在還不十分清楚。一般認為，記憶合金由復雜的菱形晶體結構轉變成簡單的立方晶體結構時，就會發(fā)生形狀恢復的記憶。而當記憶合金恢復原形時伴隨產(chǎn)生極大的力，鎳鈦諾合金高達 60公斤平方毫米，遠比最初變形時加的力大。一般說來，可達原變形的十倍，這就意味著輸出的能量比輸入的能量大得多?？茖W家對此無法解釋，物理學家羅沙爾說:“熱力學定律一點沒有錯的地方，但這些定律就是不適合于鎳鈦諾……”。
記憶合金的成分
記憶合金的特性是50年代初期被發(fā)現(xiàn)的，金鎘、銦鉈合金都有這種特性。
記憶合金的應用
記憶合金已用于管道結合和自動化控制方面，用記憶合金制成套管可以代替焊接，方法是在低溫時將管端內全擴大約 4%，裝配時套接一起，一經(jīng)加熱，套管收縮恢復原形，形成緊密的接合。美國海軍飛機的液壓系統(tǒng)使用了10萬個這種接頭，多年來從未發(fā)生漏油和破損。船艦和海底油田管道損壞，用記憶合金配件修復起來，十分方便。在一些施工不便的部位，用記憶合金制成銷釘，裝入孔內加熱，其尾端自動分開卷曲，形成單面裝配件。
記憶合金特別適合于熱機械和恒溫自動控制，已制成室溫自動開閉臂，能在陽光照耀的白天打開通風窗，晚間室溫下降時自動關閉。記憶合金熱機的設計方案也不少，它們都能在具有低溫差的兩種介質間工作，從而為利用工業(yè)冷卻水、核反應堆余熱、海洋溫差和太陽能開辟了新途徑?，F(xiàn)在普遍存在的問題是效率不高，只有 4%~6%，有待于進一步改進。
記憶合金在醫(yī)療上的應用也很引人注目。例如接骨用的骨板，不但能將兩段斷骨固定，而且在恢復原形狀的過程中產(chǎn)生壓縮力，迫使斷骨接合在一起。齒科用的矯齒絲，結扎腦動脈瘤和輸精管的長夾，脊柱矯直用的支板等，都是在植入人體內后靠體溫的作用啟動，血栓濾器也是一種記憶合金新產(chǎn)品。被拉直的濾器植入靜脈后，會逐漸恢復成網(wǎng)狀，從而阻止 95%的凝血塊流向心臟和肺部。
人工心臟是一種結構更加復雜的臟器，用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動?，F(xiàn)在泵送水已取得成功。