形状记忆合金_， 傲世皇朝登陆！(c)移动**天线和火灾检查阀门使用超弹性TiNi金属丝做蜂窝状**天线是形状记忆合金的另一个应用。过去 使用不锈钢天线，由于弯曲常常出现损坏问题。使用TiNi形状记忆合金丝移动**天线，具有高抗破坏性受到人们 普遍欢迎。因此常用来制作蜂窝状**天线和火灾检查阀门。火灾中，当局部地方升温时阀门会自动关闭，防止了 危险气体进入。这种特殊结构设计的优点是，它具有检查阀门的操作，然后又能复位到安全状态；这种火灾检查 阀门在半导体制造业中得到使用，在半导体制造的扩散过程中使用了有毒的气体；这种火灾检查阀也可在化学和 石油工厂应用。

　　1932年，瑞典人奥兰德在金镉合金中首次观察到“记忆”效应，即合金的形状被改变之后，一旦加热到一定 的跃变温度时，它又可以魔术般地变回到原来的形状，人们把具有这种特殊功能的合金称为形状记忆合金。记忆 合金的开发迄今不过20余年，但由于其在各领域的特效应用，正广为世人所瞩目，被誉为“神奇的功能材料”。

　　(b)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。

　　当形状记忆合金在高温相奥氏体状态下受到外力发生较大变形，去除外力后，大变形完全恢复。但是在变形 过程中，应力应变曲线并不是线性的，会产生耗散能。

　　形状记忆合金已应用到航空和太空装置。如用在军用飞机的液压系统中的低温配合连接件，欧洲和美国正在 研制用于直升飞机的智能水平旋翼中的形状记忆合金材料。由于直升飞机高震动和高噪声使用受到限制，其噪声 和震动的来源主要是叶片涡流干扰，以及叶片型线的微小偏差。这就需要一种平衡叶片螺距的装置，使各叶片能 精确地在同一平面旋转。已开发出一种叶片的轨迹控制器，它是用一个小的双管形状记忆合金驱动器控制叶片边 缘轨迹上的小翼片的位置，使其震动降到最低。

　　形状记忆合金（shape memory alloys，SMA）是通过热弹性与马氏体相变及其逆变而具有形状记忆效应 （shape memory effect，SME）的由两种以上金属元素所构成的材料。形状记忆合金是形状记忆材料中形状记 忆性能最好的材料。迄今为止，人们发现具有形状记忆效应的合金有50多种。 在航空航天领域内的应用有很多 成功的范例。人造卫星上庞大的天线可以用记忆合金制作。发射人造卫星之前，将抛物面天线折叠起来装进卫星 体内，火箭升空把人造卫星送到预定轨道后，只需加温，折叠的卫星天线因具有“记忆”功能而自然展开，恢复 抛物面形状。

　　(b)脊柱侧弯矫形各种脊柱侧弯症（先天性、习惯性、神经性、佝偻病性、特发性等）疾病，不仅身心受到 严重损伤，而且内脏也受到压迫，所以有必要进行外科手术矫形。这种手术采用不锈钢制哈伦敦棒矫形，在手术 中安放矫形棒时，要求固定后脊柱受到的矫正力保持在30~40kg以下，一但受力过大，矫形棒就会破坏，结果不 仅是脊柱，而且连神经也有受损伤的危险。同时存在矫形棒安放后矫正力会随时间变化，大约矫正力降到初始时 的30%时，就需要再进行手术调整矫正力，这样给患者在精神和肉体上都造成极大痛苦。采用形状记忆合金制作 的哈伦顿棒，只需要进行一次安放矫形棒固定。如果矫形棒的矫正力有变化，以通过体外加热形状记忆合金，把 温度升高到比体温约高5℃，就能恢复足够的矫正力。

　　还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。

　　另外，在卫星中使用一种可打开容器的形状记忆释放装置，该容器用于保护灵敏的锗探测器免受装配和发射 期间的污染。

　　1963年，美国海军军械研究所的比勒在研究工作中发现，在高于室温较多的某温度范围内，把一种镍-钛合 金丝烧成弹簧，然后在冷水中把它拉直或铸成正方形、三角形等形状，再放在40 ℃以上的热水中，该合金丝就 恢复成原来的弹簧形状。后来陆续发现，某些其他合金也有类似的功能。这一类合金被称为形状记忆合金。每种 以一定元素按一定重量比组成的形状记忆合金都有一个转变温度；在这一温度以上将该合金加工成一定的形状， 然后将其冷却到转变温度以下，人为地改变其形状后再加源自文库到转变温度以上，该合金便会自动地恢复到原先在转 变温度以上加工成的形状。

　　用于医学领域的 TiNi形状记忆合金，除了利用其形状记忆效应或超弹性外，还应满足化学和生物学等方面 的要求，即良好的生物相容性。TiNi可与生物体形成稳定的钝化膜。在医学上 TiNi合金主要应用有：

　　(a)牙齿矫形丝用超弹性 TiNi合金丝和不锈钢丝做的牙齿矫正丝，其中用超弹性 TiNi合金丝是最适宜的。 通常牙齿矫形用不锈钢丝 CoCr合金丝，但这些材料有弹性模量高、弹性应变小的缺点。为了给出适宜的矫正力， 在矫正前就要加工成弓形，而且结扎固定要求熟练。如果用 TiNi合金作牙齿矫形丝，即使应变高达10%也不会产 生塑性变形，而且应力诱发马氏体相变（stress-induced martensite）使弹性模量呈现非线型特性，即应变增 大时矫正力波动很少。这种材料不仅操作简单，疗效好，也可减轻患者不适感。

　　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。

　　双程记忆效应。某些合金加热时恢复高温相形状，冷却时又能恢复低温相形状，称为双程记忆效应。

　　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取向相反的低温相形状，称为全程记忆效应。

　　1969年，镍-钛合金的“形状记忆效应”首次在工业上应用。人们采用了一种与众不同的管道接头装置。为 了将两根需要对接的金属管连接，选用转变温度低于使用温度的某种形状记忆合金，在高于其转变温度的条件下， 做成内径比待对接管子外径略微小一点的短管（作接头用），然后在低于其转变温度下将其内径稍加扩大，再把 连接好的管道放到该接头的转变温度时，接头就自动收缩而扣紧被接管道，形成牢固紧密的连接。

　　加热会变直的勺子形状记忆合金（shape memory alloy）在临床医疗领域内有着广泛的应用，例如人造骨 骼、伤骨固定加压器、牙科正畸器、各类腔内支架、栓塞器、心脏修补器、血栓过滤器、介入导丝和手术缝合线 等等，记忆合金在现代医疗中正扮演着不可替代的角色。记忆合金同我们的日常生活也同样休戚相关。

　　1970年美国用形状记忆合金制作 F-14战斗上的低温配合连接器，随后有数以百万以上的连件的应用。形状 记忆合金作为低温配合连接在飞机的液压系统中及体积较小的石油、石化、电工业产品中应用。另一种连接件的 形状是焊接的网状金属丝，用于制造导体的金属丝编织层的安全接头。这种接件已经用于密封装置、电气连接装 置、电子工程机械装置，并能在-65~300℃可靠地工作。已开发出的密封系统装置可在严酷的环境中用作电气件 连接。

　　SMA的形状记忆效应源于热弹性马氏体相变，这种马氏体一旦形成，就会随着温度下降而继续生长，如果温 度上升它又会减少，以完全相反的过程消失。两项自由能之差作为相变驱动力。两项自由能相等的温度T0称为平 衡温度。只有当温度低于平衡温度T0时才会产生马氏体相变；反之，只有当温度高于平衡温度T0时才会发生逆相 变。

　　将形状记忆合金制作成一个可打开和关闭快门的弹簧，用于保护雾灯免于飞行碎片的击坏。用于制造精密仪 器或精密车床，一旦由于震动、碰撞等原因变形，只需加热即可排除故障。在机械制造过程中，各种冲压和机械 操作常需将零件从一台机器转移到另一台机器上，利用形状记忆合金开发了一种取代手动或液压夹具，这种装置 叫驱动汽缸，它具有效率高灵活，装夹力大等特点。

　　在工程和建筑领域用 TiNi形状记忆合金作为隔音材料及探测地震损害控制的潜力已显示出来。已试验了桥 梁和建筑物中的应用，因此作为隔音材料及探测损害控制的应用已成为一个新的应用领域。

　　随着薄膜形状记忆合金材料的出现和开发利用，形状记忆合金在智能材料系统中受到高度重视，应用前景更 广阔。

　　利用形状记忆合金的伪弹性性能和动阻尼特性，形状记忆合金被用于被动控制结构受地震影响，起到抗震的 作用。应运于结构振动的主动阻尼控制等。

　　(a)防烫伤阀在家庭生活中，已开发的形状记忆阀可用来防止洗涤槽中、浴盆和浴室的热水意外烫伤；这些 阀门也可用于旅馆和其他适宜的地方。如果水龙头流出的水温达到可能烫伤人的温度（大约 48℃）时，形状记 忆合金驱动阀门关闭，直到水温降到安全温度，阀门才重新打开。

　　形状记忆合金具有形状记忆效应（shape memory effect），以记忆合金制成的弹簧为例，把这种弹簧放在 热水中，弹簧的长度立即伸长，再放到冷水中，它会立即恢复原状。利用形状记忆合金弹簧可以控制浴室水管的 水温：在热水温度过高时通过“记忆”功能，调节或关闭供水管道，避免烫伤。也可以制作成消防报警装置及电 器设备的保险装置。当发生火灾时,记忆合金制成的弹簧发生形变，启动消防报警装置，达到报警的目的。还可以 把用记忆合金制成的弹簧放在暖气的阀门内，用以保持暖房的温度，当温度过低或过高时，自动开启或关闭暖气 的阀门。形状记忆合金的形状记忆效应还广泛应用于各类温度传感器触发器中。

　　形状记忆合金另一种重要性质是伪弹性（pseudoelasticity）（又称超弹性，superelasticity），表现 为在外力作用下，形状记忆合金具有比一般金属大的多的变形恢复能力，即加载过程中产生的大应变会随着卸载 而恢复。这一性能在医学和建筑减震以及日常生活方面得到了普遍应用。例如前面提到的人造骨骼、伤骨固定加 压器、牙科正畸器等 。用形状记忆合金制造的眼镜架，可以承受比普通材料大得多的变形而不发生破坏（并不 是应用形状记忆效应，发生变形后再加热而恢复） 。

　　在SMA中，马氏体相变不仅由温度引起，也可以由应力引起，这种由应力引起的马氏体相变叫做应力诱发马 氏体相变，且相变温度同应力呈线性关系。