hy-第四章形状记忆材料与智能材料.ppt

,单击此处编辑母板标题样式,单击此处编辑幻灯片母版样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,形状记忆材料,制作人,:,第六组全体成员,2010,年,5,月,11/13/2026,1,第八章,第六节 形状记忆材料,一,.,形状记忆材料的定义,二,.,形状记忆合金及其应用,三,.,形状记忆高分子材料,11/13/2026,2,具有,形状记忆效应,的材料,形状记忆材料,形状记忆效应,它是指具有一定形状的固体材料,在某种条件下经过一定的塑性变形后,加热到一定温度时,材料又完全恢复到变形前原来形状的现象。即它能记忆母相的形状。,形状记忆材料,Ti-Ni,形状记忆合金制造的人造卫星天线,形状记忆材料,一,.,形状记忆材料的定义,11/13/2026,3,形状记忆效应可分为,3,种类型：,单程形状记忆效应,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,单程形状记忆效应,。,双程形状记忆效应,某些合金加热时恢复到高温状态下的形状，冷却时又能恢复到低温状态下的形状，称为,双程形状记忆效应,。,全程形状记忆效应,加热时恢复高温状态下的形状，冷却时变为形状相同而取向相反的低温状态下的形状，称为,全程形状记忆效应,。,只能在,富镍的,Ti-Ni,合金,中出现。,形状记忆材料,11/13/2026,4,二,.,形状记忆合金,最初发现具有形状记忆效应的材料是一些合金材料，通常是由,2,种以上的金属元素构成的合金，故称为,形状记忆合金,(Shape Memory Alloys,，,简称,SMA),。,特点：弯曲量大,可塑性高并且能在记忆温度以上恢复以前形状。,目前以开发成功的形状记忆合金,Ti-Ni,基形状记忆合金,铜基形状记忆合金,鉄基形状记忆合金等。,形状记忆材料,11/13/2026,5,1,、,Ti-Ni,基形状记忆合金,优点：记忆效应优良、性能稳定、生物相容性好,缺点：制造过程较复杂，价格高昂,Ti-Ni,合金通过在,1000,左右固溶后，在,400,进行时效处理，再淬火得到马氏体。,形状记忆材料,11/13/2026,6,在某些合金中发现,热弹性马氏体相变,：,马氏体一旦生成可以随着温度降低继续长大，当温度回升时，长大的马氏体又可以缩小，直至恢复到原来的母相状态，即,马氏体随着温度的变化可以可逆地长大或缩小,热弹性马氏体,A,M,可逆性,冷却,加热,形状记忆材料,11/13/2026,7,Ms,冷却时产生热弹性马氏体的起始温度,M,f,冷却时转变的终止温度,As,升温时逆转变的起始温度,A,f,逆转变终止温度,热弹性马氏体随温度变化的相变过程,0,温度,马氏体,低温相,奥氏体,母相,As,A,f,Ms,M,f,电,阻,图,7,随温度变化发生马氏体相变时电阻的变化,降温,升温,11/13/2026,8,2,、,Cu,基形状记忆合金,主要由,Cu-Zn,和,Cu-Al,两个二元系发展而来。,通过第三元素可以有效地,提高,形状记忆合金的,相变温度,，发展了一系列的,Cu-Zn-X,(X=Al,Ge,Si,Sn,锡,Be,铍,Ni),三元合金。,Cu-Zn-Al,基形状记忆合金,Cu-Al-Ni,基形状记忆合金,形状记忆材料,性能特点,优点：制造加工容易，价格便宜，具有良好的记忆,性能，相变点可在一定温度范围内调节，不,同成分的,Cu-Zn-Al,合金相变温度不同。,缺点：强度较低，稳定性及耐疲劳性能差，不具有,生物相容性。,11/13/2026,9,3,、,Fe,基形状记忆合金,分为两类：,（,1,）热弹性马氏体相变,Fe-Pt,铂,Fe-Pd,钯,Fe-Ni-Co-,Ti,合金等；,（,2,）应力诱发马氏体相变（非热弹性马氏体），,Fe-,Mn,-Si,Fe-Cr-Ni-,Mn,-Si-Co,钴合金等。,形状记忆材料,性能特点：,价格较,Ti-Ni,系和,Cu,基系合金便宜，原料易得，可以采用现有的钢铁工艺进行冶炼和加工，强度高，刚性好，适用作结构材料，也可作特种用途材料，在应用方面具有明显的竞争优势。,形状记忆特性比,Ti-Ni,合金差。,11/13/2026,10,记忆合金的应用,.,航空航天,记忆合金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。,形状记忆材料,11/13/2026,11,.,日常生活,记忆合金同我们的日常生活也同样休戚相关。仅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。,形状记忆材料,加热后变直的勺子,11/13/2026,12,形状记忆材料,三,.,形状记忆高分子材料,形状记忆高分子材料,(SMP),属于智能材料，它的形状记忆机理与形状记忆金属不同，它具有良好的机敏性、价格低廉、易加工成型、适应范围广等特点。目前开发的形状记忆高分子材料具有两相结构,即固定成品形状的,固定相,和在某种温度下能可逆的发生软化和固化的,可逆相,.,11/13/2026,13,固定相和可逆相,固定相,的作用是记忆初始形状,固定相可以使高分子化合物的交联结构,部分晶体结构,高分子化合物的玻璃态或分子链的缠绕等,.,可逆相,可以是产生结晶与结晶熔融可逆变化部分的结晶相,或发生玻璃态与橡胶态可逆转变的相结构,.,通常是通过热刺激,光,电或化学物质等方法的刺激产生形状记忆功能,.,形状记忆材料,11/13/2026,14,形状记忆高分子材料与形状记忆合金材料相比较,有质量轻,加工容易,变形率大,成本低等优点,.,凡是有固定相和软化 固化可逆结构的高分子化合物都可做形状记忆高分子材料,.,根据固定相的种类,分为热固性和热塑性两类,.,形状记忆材料,形状记忆高分子材料与形状记忆合金材料的比较,11/13/2026,15,形状记忆高分子材料的应用,形状记忆高分子材料以应用在医疗、包装材料、建筑、玩具、运动用品、及传感元件等方面。形状记忆高分子材料也可使变形物复原,:,形状记忆高分子材料用于汽车的缓冲器、保护罩等材料时，当汽车受冲击保护装置变形后，只需加热即可恢复原形装。诸如此类的形状记忆高分子材料应用还应用于更多的方面。,形状记忆材料,11/13/2026,16,形状记忆高分子材料的缺点与前景,形状记忆高分子材料形变回复力小，回复精度不够高，且为单向记忆等，因而在形状记忆聚合物的分子设计，具有形状记忆功能的聚合物基复合材料的研究等方面仍有很多工作要做在应用开发方面还有很多工作要做，有待进一步的市场开发。随着研究的进一步深入，形状记忆聚合物的性能会不断提高，成本会不断降低：形状记忆聚合物作为一种新型的功能高分子材料必将在汽车，电子，化工，包装，玩具，日用品等领域等到更广泛的应用，并产生良好的经济效益和社会效益。,形状记忆材料,11/13/2026,17,THANKS,形状记忆材料,11/13/2026,18,