形状记忆合金.ppt

基于形状记忆合金的航空航天
形状自适应结构技术飞机在出现事故如鸟撞击飞机时，飞机能自我修复裂痕。
在地震中受到破坏的建筑物、桥梁能自行加固，裂缝会自行封合。
我们使用的各种材料像有生命的东西一样，能根据外界环境自我判断、自我适应、自我修复。形状记忆合金的发现过程形状记忆合金演示实验形状记忆合金记忆原理人们利用同一种成分的材料可以有不同的“相”，就能演出一幕幕“相”变戏，即改变外界条件如温度,使材料由一种晶体结构变成另一种晶体结构，材料的力学性能和物理或化学性能也就随之改变，当温度恢复时材料的晶体结构也恢复到原来的状态，性质也随之复原。
从微观来看，形状记忆效应是晶体结构的固有变化规律。通常金属合金在固态时，原子按照一定规律排列起来；而形状记忆合金的原子排列规律则是随着环境条件的改变而改变。比如，当温度下降到某个临界温度以下时，原子按某一种规律进行排列，此时的结构称为马氏体相；而当温度升高到某个临界温度以上，原子的排列规律就会发生改变，原子又按另一种规律进行排列，此时又称之为奥氏体相或母相。形状恢复的推动力是由在加热温度下母相和马氏体相的自由能之差产生的。
从宏观来看，材料在高温下被处理成一定形状，再急冷下来，在低温相状态下经塑性变形为另一种形状，然后加热到高温相成为稳定状态的温度时，通过马氏体逆相变恢复到低温塑性变形前的形状。具有这种效应的金属，通常是由两种以上的金属元素构成的合金，故称为形状记忆合金(ShapeMemoryAlloy，简称SMA)。形状记忆效应可分为三类
单程记忆效应：在马氏体状态下受力变形，加热时恢复高温相形状，冷却时不恢复低温相形状。
双程记忆效应：加热时恢复高温形状，冷却时恢复低温形状，即通过温度升降自发地可逆地反复恢复高低温的形状。
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高温相形状。这是一种特殊的双程记忆效应。左图是一个双程CuZnAl记忆合金弹簧，它是SMA用作驱动器的典型形式。该弹簧是随温度变化自行伸缩的感温驱动元件。采用CuZnAl记忆合金丝，表面镀锡，以热水或热风为热源，典型伸缩温度为65℃~85℃，自由状态为45mm，伸长状态为200mm。可见其形变量较大，可以产生足够的驱动力。左图是一种SMA用于温度传感的典型形式，这种控制器是把SMA丝作为电桥的一个电阻，当SMA丝感温后电阻率发生变化，从而引起电桥失去平衡，电流信号通过放大器被放大，从而激活继电器产生动作。集传感、驱动、控制、换能于一身
机械性质优良，能恢复的形变可高达10％，而一般金属材料只有0.1％以下
有确定的转变温度镍~钛50℃
在加热时产生的回复应力非常大，可达500MPa
对环境适应能力强，不受温度以外的其他因素影响
无振动噪声，无污染
抗疲劳回忆变形500万次不疲劳变形形状记忆合金在航空航天中的应用航天飞机释放的膨胀月面天线形状控制被认为是航空工业中的智能结构中非常有前景的一项应用。通过形状记忆合金复合材料的传感与驱动功能可直接导致飞行器结构形状的改变，大大地减轻飞行器的重量。同时这种飞行器自适应形状结构可以增大航程，减少摩擦，提高空气弹性变形特性。这是因为自适应智能机翼具有连续的自适应表面，可以延缓空气分叉，因此可以减少摩擦和增加爬升力。图为NASA中心制作完成了30%比例的智能机翼模型。在高速度、等角机翼后缘控制等实飞条件下取得到了成功。形状记忆合金在航空航天中的应用形状记忆元件具有感温和驱动双重功能，因此可制作用于航天空间探索的智能机械手。手指和手腕靠Ti-Ni合金螺旋弹簧的伸缩实现开闭和弯曲动作，肘和肩是靠直线状Ti-Ni合金丝的伸缩实现弯曲动作。各个形状记忆合金元件都由直接通上的脉宽可调电流加以控制。
这种机械手的最大特点是小型化，非常适于航天的无人操作活动。其另一个重要特征是动作柔软，非常接近人手的动作,可完成许多细腻的工作，如取出鸡蛋等。形状记忆合金在航空航天中的应用记忆铆钉形状记忆合金在航空航天中的应用形状记忆合金还可制成各类心脏修补器、血栓过滤器、伤骨固定器、脊柱矫正器、手术缝合线、人造骨骼等等。温度调节装置过热保护装置空调的制冷效果是靠开、关压缩机或改变电流频率来控制的。从空调送出的风温不能改变，有时冷的令人不适。解决该问题的方法是用装在空调机前部的SMA驱动器的活动导流片来控制气流的方向。冷气流被控制向上吹；暖气流被控制向下吹。在连接结构和导流片的摇摆运动模型中，SMA弹簧和偏压弹簧通过一个枢轴驱动导流片作跷跷板似的摇摆运动，从而改变气流方向。利用CuZnAl形状记忆合金双程记忆恢复特性制成的记忆合金花瓣，动作幅度为180°。采用CuZnAl记忆合金片，以热水或热风为热源，开放温度为65℃~85℃，闭合温度为室温。花蕾直径80mm,展开直径200mm。利用形状记忆效应可以制