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智能复合材料智能复合材料形状形状记忆记忆合金合金——Shape Memory AlloysShape Memory Alloys智能复合材料 智能复合材料与结构是在复合材料基础上发展起来的一项高新技术，它是一种由传感器、信息处理器和功能驱动器等部分构成的新型复合材料 不同于结构材料和功能材料，它能通过自身的感知，获取外界信息，作出判断和处理，发出指令，具有执行和完成功能，所以单一材料不可能实现，往往要由多种材料组元复合构成智能复合材料是信息科学融入材料科学的产物 它的目标就是想研制出一种材料，使它成为具有类似于生物的各种功能的“活”的材料因此智能材料必须具备感知、驱动和控制这三个基本要素 但是现有的材料一般比较单一，难以满足智能材料的要求，所以智能材料一般由两种或两种以上的材料复合构成一个智能材料系统智能材料代表了材料科学的最活跃方面和最先进的发展方向3智能材料的特征因为设计智能材料的两个指导思想是材料的多功能复合和材料的仿生设计，所以智能材料系统具有或部分具有智能功能和生命特征 1）传感功能（Sensor） 2）反馈功能（Feedback） 3）信息识别与积累功能 4）响应功能 5）自诊断能力（Self-diagnosis） 6）自修复能力（Self-recovery） 7）自调节能力（Self-adjusting）一、形状记忆效应一、形状记忆效应(Shape Memory Effect)(Shape Memory Effect)二、形状记忆效应的机理二、形状记忆效应的机理(Mechanism)(Mechanism)三三、形状记忆合金材料、形状记忆合金材料(SMA (SMA Materials)Materials) 四、四、形状记忆合金材料形状记忆合金材料在实际中应用在实际中应用 形状记忆是指具有初始形状的制品变形后，通过加热等处理手段又回复初始形状的功能。

具有形状记忆功能的材料包括：1.形状记忆合金 2.形状记忆聚合物 接下来给大家举个例子了解形状记忆一、形状记忆效应一、形状记忆效应(Shape Memory Effect)(Shape Memory Effect)形状记忆形状记忆示意图示意图没放入热水前没放入热水前放入热水后放入热水后冷却至室温后冷却至室温后再次放入热水后再次放入热水后双程双程CuZnAlCuZnAl记忆合金花的动作变化情况记忆合金花的动作变化情况想必然大家都会好奇为什么会出现这样的现象！想必然大家都会好奇为什么会出现这样的现象！二、形状记忆效应的机理二、形状记忆效应的机理(Mechanism)(Mechanism) 经过我们上学年都学过的《金属学热处理》，大家都对马氏体相当熟悉从奥氏体到马氏体的转变叫做马氏体相变，马氏体相变是无扩散型相变普通的马氏体相变是钢的淬火强化方法，即把钢加热到某个临界温度以上保温一段时间，然后迅速冷却，钢转变为一种马氏体结构，并使钢硬化马氏体相变分成非热弹性马氏体相变和热弹性马氏体相变两类9热弹性马氏体相变 热弹性马氏体相变，相变温度滞后很小， As-Ms约10℃，马氏体核心以突发式成核并长到一定大小，马氏体相和母相间保持着弹性平衡。

温度下降时，相变化学自由能增大，马氏体长大的推动力增大，马氏体片的厚度、大小继续增加，同时也可能形成新的马氏体核心相变速率不仅与成核率有关，也与马氏体成长速率有关，马氏体生长速率受冷却速率的控制 反之，如果升高温度或取消外应力，则转变就向相反的方向进行，即马氏体逆转变为奥氏体，马氏体片就缩小，甚至完全消失在这种情况下，只要马氏体界面上的共格性未被破坏，则马氏体片可随着驱动力的改变而反复发生长大或缩小具有这种特征的马氏体称为“热弹性马氏体”  具有热弹性马氏体转变的合金会产生具有热弹性马氏体转变的合金会产生““超弹性超弹性””和和““形形状记忆效应状记忆效应”” 形形状状记记忆忆效效应应是是由由于于合合金金中中发发生生了了热热弹弹性性( (或或应应力力诱诱发发) )马马氏氏体体相相变变热热热热弹弹弹弹性性性性马马马马氏氏氏氏体体体体和和和和应应应应力力力力诱诱诱诱发发发发马马马马氏氏氏氏体体体体统统统统称称称称为为为为弹弹弹弹性马氏体只有弹性马氏体相变才能产生形状记忆效应性马氏体只有弹性马氏体相变才能产生形状记忆效应性马氏体只有弹性马氏体相变才能产生形状记忆效应性马氏体。

只有弹性马氏体相变才能产生形状记忆效应形状恢复完全可逆需具备以下条件：形状恢复完全可逆需具备以下条件：马氏体相变是马氏体相变是热弹性热弹性的；的；母相和马氏体呈现母相和马氏体呈现有序的点阵结构有序的点阵结构；；马氏体点阵的不变切变为孪生，马氏体点阵的不变切变为孪生，亚结构为孪晶或层错亚结构为孪晶或层错；；马氏体相变在晶体学上是马氏体相变在晶体学上是可逆的可逆的三三、形状记忆合金材料、形状记忆合金材料(SMA Materials)(SMA Materials)已发现的形状记忆合金种类很多，可以分为Ti-Ni系、铜系、铁系合金三大类目前已实用化的形状记忆合金只有Ti-Ni系合金和铜系合金13（（1 1））Ti-NiTi-Ni基形状记忆合金基形状记忆合金source: 具有丰富的相变现象、优异的形状记忆和超弹性性能、具有丰富的相变现象、优异的形状记忆和超弹性性能、良好的力学性能、耐腐蚀性、生物相容性以及高阻尼良好的力学性能、耐腐蚀性、生物相容性以及高阻尼特性；特性； 研究最全面、记忆性好、实用性强的形状记忆合金研究最全面、记忆性好、实用性强的形状记忆合金材料，是目前应用最为广泛的形状记忆材料；材料，是目前应用最为广泛的形状记忆材料； 应用范围：航天、航空、机械、电子、交通、建筑、应用范围：航天、航空、机械、电子、交通、建筑、能源、生物医学及日常生活等领域。

能源、生物医学及日常生活等领域 缺点：制造过程较复杂，价格较昂贵缺点：制造过程较复杂，价格较昂贵（（2 2）铜基形状记忆合金）铜基形状记忆合金由由Cu-ZnCu-Zn和和Cu-AlCu-Al两个二元系发展而来；两个二元系发展而来；种类较多：种类较多：Cu-Zn-AlCu-Zn-Al基、基、Cu-Al-NiCu-Al-Ni基；基；Cu-Al-MnCu-Al-Mn系列；系列；优点：价格便宜，易于加工制造；优点：价格便宜，易于加工制造；优点：价格便宜，易于加工制造；优点：价格便宜，易于加工制造；缺缺缺缺点点点点：：：：形形形形状状状状记记记记忆忆忆忆效效效效应应应应和和和和强强强强度度度度较较较较低低低低；；；；稳稳稳稳定定定定性性性性及及及及耐耐耐耐疲疲疲疲劳劳劳劳性性性性能能能能 差；不具有生物相容性差；不具有生物相容性差；不具有生物相容性差；不具有生物相容性（（3 3））FeFe基记忆合金基记忆合金优点：强度高、塑性好、易加工、价格低廉、使用方便优点：强度高、塑性好、易加工、价格低廉、使用方便最具价值和应用前景的系统：最具价值和应用前景的系统： 1. 1.FeMnSiCrNiFeMnSiCrNi系系 2.2.FeNiCoTiFeNiCoTi系系按照记忆能力按照记忆能力形状记忆合金形状记忆合金又又可以分为三种：可以分为三种：（（1 1）单程记忆效应）单程记忆效应　　形状记忆合金在较低的温度下变形，加热后可恢　　形状记忆合金在较低的温度下变形，加热后可恢复变形前的形状，这种只在加热过程中存在的形状记复变形前的形状，这种只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程记忆效应。

忆现象称为单程记忆效应2 2）双程记忆效应）双程记忆效应　　某些合金加热时恢复高温相形状，冷却时又能恢　　某些合金加热时恢复高温相形状，冷却时又能恢复低温相形状，称为双程记忆效应复低温相形状，称为双程记忆效应3 3）全程记忆效应）全程记忆效应　　加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而　　加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而取向相反的低温相形状，称为全程记忆效应取向相反的低温相形状，称为全程记忆效应 眼镜框架 在眼镜框架的鼻梁和耳部装配 TiNi 合金可使人感到舒适并抗磨损，由于 TiNi 合金所具有的柔韧性已使它们广泛用于改变眼镜时尚界用超弹性 TiNi 合金丝做眼镜框架，即使镜片热膨胀，该形状记忆合金丝也能靠超弹性的恒定力夹牢镜片这些超弹性合金制造的眼镜框架的变形能力很大，而普通的眼镜框则不能做到四、四、形状记忆合金材料形状记忆合金材料在实际中应用在实际中应用 有人用记忆合金黄铜弹簧制成防烫伤莲蓬头，有人用记忆合金黄铜弹簧制成防烫伤莲蓬头，当水的温度太高时，弹簧可以自行关闭热水，当水的温度太高时，弹簧可以自行关闭热水，以防止淋浴时意外烫伤以防止淋浴时意外烫伤形状记忆合金铆钉形状记忆合金铆钉航空航天工业中的应用航空航天工业中的应用 记忆金属可用于制造探索宇宙奥秘的月球天线，人们利用形状记忆合金在高温环境下制做好天线，再在低温下把它压缩成一个小铁球，使它的体积缩小到原来的千分之一，这样很容易运上月球，太阳的强烈的辐射使它恢复原来的形状，按照需求向地球发回宝贵的宇宙信息。

月球上使用的雷达天月球上使用的雷达天线谢谢观赏解说：1008067 制作：1008051。