《9.2 化学与材料 ppt课件1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《9.2 化学与材料 ppt课件1（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、形状记忆合金形状记忆合金 20202020世纪世纪世纪世纪60606060年代初，美国马里兰州海军年代初，美国马里兰州海军年代初，美国马里兰州海军年代初，美国马里兰州海军 军械研究所的科学家比勒，用镍钛合金丝军械研究所的科学家比勒，用镍钛合金丝军械研究所的科学家比勒，用镍钛合金丝军械研究所的科学家比勒，用镍钛合金丝 做试验。这些合金丝弯弯曲曲，为了使用做试验。这些合金丝弯弯曲曲，为了使用做试验。这些合金丝弯弯曲曲，为了使用做试验。这些合金丝弯弯曲曲，为了使用 方便，他把这些合金丝弄直了。但是，当方便，他把这些合金丝弄直了。但是，当方便，他把这些合金丝弄直了。但是，当方便，他把这些合金丝弄直了。
2、但是，当 他无意中把合金丝靠近火的时候，奇迹发他无意中把合金丝靠近火的时候，奇迹发他无意中把合金丝靠近火的时候，奇迹发他无意中把合金丝靠近火的时候，奇迹发 生了：已经弄直的合金丝居然完全恢复了生了：已经弄直的合金丝居然完全恢复了生了：已经弄直的合金丝居然完全恢复了生了：已经弄直的合金丝居然完全恢复了 它们原来弯弯曲曲的形状。它们原来弯弯曲曲的形状。它们原来弯弯曲曲的形状。它们原来弯弯曲曲的形状。 形状记忆合金材料是一形状记忆合金材料是一 种新型的功能材料，其种新型的功能材料，其 特点是在一定的外力作特点是在一定的外力作 用下可以改变其形态用下可以改变其形态 ( ( ( (形状和体积形状和体积)
3、 ) ) )，但当温，但当温 度升高到某一定值时，度升高到某一定值时， 它又可完全恢复原来的它又可完全恢复原来的 形态。形态。 通过形状记忆合金模仿肌肉的收缩 来实现人工肌肉的功能。用背部的 金属纤维振动翅膀 在航空上的应用 月球上的“奇葩” 在室温下用形状记忆合金制在室温下用形状记忆合金制 成抛物面天线，然后把它揉成抛物面天线，然后把它揉 成直径成直径5 5 5 5厘米以下的小团，放厘米以下的小团，放 入阿波罗入阿波罗11111111号的舱内，在月号的舱内，在月 面上经太阳光的照射加热使面上经太阳光的照射加热使 它恢复到原来的抛物面形状。它恢复到原来的抛物面形状。 这样就能用空间有限的火箭这
4、样就能用空间有限的火箭 舱运送体积庞大的天线了。舱运送体积庞大的天线了。 在医学上的应用在医学上的应用在医学上的应用在医学上的应用 合金作为驱动元件，具有可动的肩、肘、腕及手合金作为驱动元件，具有可动的肩、肘、腕及手合金作为驱动元件，具有可动的肩、肘、腕及手合金作为驱动元件，具有可动的肩、肘、腕及手 指的微型机械手。手指和手腕靠指的微型机械手。手指和手腕靠指的微型机械手。手指和手腕靠指的微型机械手。手指和手腕靠TiNiTiNiTiNiTiNi合金螺旋弹合金螺旋弹合金螺旋弹合金螺旋弹 簧的伸缩实现开闭和弯曲动作，肘和肩是靠直线簧的伸缩实现开闭和弯曲动作，肘和肩是靠直线簧的伸缩实现开闭和弯曲动作，
5、肘和肩是靠直线簧的伸缩实现开闭和弯曲动作，肘和肩是靠直线 状的状的状的状的TiNiTiNiTiNiTiNi合金丝的伸缩做弯曲动作，各个形状记合金丝的伸缩做弯曲动作，各个形状记合金丝的伸缩做弯曲动作，各个形状记合金丝的伸缩做弯曲动作，各个形状记 忆合金驱动元件都由直接通上的脉宽可调电流加忆合金驱动元件都由直接通上的脉宽可调电流加忆合金驱动元件都由直接通上的脉宽可调电流加忆合金驱动元件都由直接通上的脉宽可调电流加 以控制。以控制。以控制。以控制。 (1)汽车：后雾灯罩、手动变速箱的防噪音装置、燃料 蒸发气体排出控制阀；(2)电子设备：电子炉灶换气门 的开闭器、空调风向自动调节器、咖啡牛奶沸腾感知
6、器、电饭锅压力调节器、电磁调理器过热感知器、温 泉浴池调理器等；(3)安全器具：过热报警器、火灾报 警器、烟灰缸灭火栓等；(4)医疗方面：人工牙根、牙 齿矫正丝、导线等；(5)生活用品：自动干燥库门开闭 器、卫生间洗涤器水管转换开关、空调进出口风向调 节器、浴池保温器、玩具、路标方向指示转换器、家 庭换气门开闭器、防火挡板、净水器热水防止阀、恒 温箱混合水栓温度调节阀、眼镜固定件、眼镜框架、 胸罩丝、钓鱼线、便携电话天线、装饰品等。 （1 1 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
7、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 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 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 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 同而取向相反的低温相形状，称为全程记忆 效应。 效应。 真正实际中使用的形状记忆合金主要是真正实际中使用的形状记忆合金
8、主要是 TiNiTiNiTiNiTiNi合金和合金和CuALBeCuALBeCuALBeCuALBe合金，以及在这两种合合金，以及在这两种合 金中添加微量元素所组成的合金，因而形金中添加微量元素所组成的合金，因而形 状记忆合金的主要材料是镍、钛、铜、铍状记忆合金的主要材料是镍、钛、铜、铍 青铜等，其产地分别是我国西部地区的金青铜等，其产地分别是我国西部地区的金 昌、遵义、白银、石嘴山等。昌、遵义、白银、石嘴山等。 据科学家推测，金属的结晶状态，在被加热时和冷却 时是不同的，虽然外表没有变化，然而在一定温度 下，金属原子的排列方式会发生突变，这称为相变。 能引起记忆合金形状改变的条件是温度。分析
9、表明， 这类合金存在着一对可逆转变的晶体结构。如含有 Ti 和Ni各为50的记忆合金，有两种晶体结构，一种是 菱形的，另一种是立方体的，这两种晶体结构相互转 变的温度是一定的。高于这一温度，它会由菱形结构 转变为立方体结构；低于这一温度，又由立方体结构 转变为菱形结构。晶体结构类型改变了，它的形状也 就随之改变。 一般金属材料受到外力作用后，首先发生一般金属材料受到外力作用后，首先发生 弹性变形，达到屈服点，就产生塑性变弹性变形，达到屈服点，就产生塑性变 形，应力消除后留下永久变形。但有些材形，应力消除后留下永久变形。但有些材 料，在发生了塑性变形后，经过合适的热料，在发生了塑性变形后，经过合
10、适的热 过程，能够回复到变形前的形状，这种现过程，能够回复到变形前的形状，这种现 象叫做形状记忆效应（象叫做形状记忆效应（SMESMESMESME）。）。 具有形状记忆效应的金属一般是两种以上具有形状记忆效应的金属一般是两种以上 金属元素组成的合金，称为形状记忆合金金属元素组成的合金，称为形状记忆合金 （SMASMASMASMA） 组成铁碳合金的铁具有两种晶格结构：组成铁碳合金的铁具有两种晶格结构：组成铁碳合金的铁具有两种晶格结构：组成铁碳合金的铁具有两种晶格结构： 910910910910以下为以下为以下为以下为 具有体心立方晶格结构的具有体心立方晶格结构的具有体心立方晶格结构的具有体心立方
11、晶格结构的铁，铁，铁，铁，910910910910以上为具以上为具以上为具以上为具 有面心立方晶格结构的有面心立方晶格结构的有面心立方晶格结构的有面心立方晶格结构的铁。如果碳原子挤到铁铁。如果碳原子挤到铁铁。如果碳原子挤到铁铁。如果碳原子挤到铁 的晶格中去，而又不破坏铁所具有的晶格结构，这样的晶格中去，而又不破坏铁所具有的晶格结构，这样的晶格中去，而又不破坏铁所具有的晶格结构，这样的晶格中去，而又不破坏铁所具有的晶格结构，这样 的物质称为固溶体。碳溶解到的物质称为固溶体。碳溶解到的物质称为固溶体。碳溶解到的物质称为固溶体。碳溶解到铁中形成的固溶铁中形成的固溶铁中形成的固溶铁中形成的固溶 体称铁
12、素体。而碳溶解到体称铁素体。而碳溶解到体称铁素体。而碳溶解到体称铁素体。而碳溶解到铁中形成的固溶体则铁中形成的固溶体则铁中形成的固溶体则铁中形成的固溶体则 称奥氏体。奥氏体是铁碳合金的高温相。称奥氏体。奥氏体是铁碳合金的高温相。称奥氏体。奥氏体是铁碳合金的高温相。称奥氏体。奥氏体是铁碳合金的高温相。 钢在高温时所形成的奥氏体，过冷到钢在高温时所形成的奥氏体，过冷到钢在高温时所形成的奥氏体，过冷到钢在高温时所形成的奥氏体，过冷到 727727727727以下时以下时以下时以下时 变成不稳定的过冷奥氏体。如以极大的冷却速度过冷变成不稳定的过冷奥氏体。如以极大的冷却速度过冷变成不稳定的过冷奥氏体。如
13、以极大的冷却速度过冷变成不稳定的过冷奥氏体。如以极大的冷却速度过冷 到到到到230230230230以下，这时奥氏体中的碳原子已无扩散的可以下，这时奥氏体中的碳原子已无扩散的可以下，这时奥氏体中的碳原子已无扩散的可以下，这时奥氏体中的碳原子已无扩散的可 能，奥氏体将直接转变成一种含碳过饱和的能，奥氏体将直接转变成一种含碳过饱和的能，奥氏体将直接转变成一种含碳过饱和的能，奥氏体将直接转变成一种含碳过饱和的 固溶固溶固溶固溶 体，称为马氏体。由于含碳量过饱和，引起马氏体强体，称为马氏体。由于含碳量过饱和，引起马氏体强体，称为马氏体。由于含碳量过饱和，引起马氏体强体，称为马氏体。由于含碳量过饱和，引起马氏体强 度和硬度提高、塑性降低，脆性增大。度和硬度提高、塑性降低，脆性增大。度和硬度提高、塑性降低，脆性增大。度和硬度提高、塑性降低，脆性增大。
