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记忆合金的应用

  机械上的用途

  记忆合金应用十分广泛。比如机械上的固紧销、管接头,电子仪器设备上的火灾报警器、插接件、集成电路的钎焊,医疗上的人造心瓣膜、脊椎矫正棍、头颅骨修补整形、口腔牙齿矫形和颌骨修补手术等。它还将在通讯卫星、彩色电视机、温度控制器以及玩具等方面发挥神奇的效能,也将成为现代航海、航空、航天、交通运输、轻纺等各条战线上的新型材料记忆合金已用于管道结合和自动化控制方面,用记忆合金制成套管可以代替焊接,方法是在低温时将管端内全扩大约 4%,装配时套接一起,一经加热,套管收缩恢复原形,形成紧密的接合。美国海军飞机的液压系统使用了10万个这种接头,多年来从未发生漏油和破损。船舰和海底油田管道损坏,用记忆合金配件修复起来,十分方便。在一些施工不便的部位,用记忆合金制成销钉,装入孔内加热,其尾端自动分开卷曲,形成单面装配件。


 

  记忆合金特别适合于热机械和恒温自动控制,已制成室温自动开闭臂,能在阳光照耀的白天打开通风窗,晚间室温下降时自动关闭。记忆合金热机的设计方案也不少,它们都能在具有低温差的两种介质间工作,从而为利用工业冷却水、核反应堆余热、海洋温差和太阳能开辟了新途径。现在普遍存在的问题是效率不高,只有 4%~6%,有待于进一步改进。

  医疗上的用途

  记忆合金在医疗上的应用也很引人注目。例如接骨用的骨板,不但能将两段断骨固定,而且在恢复原形状的过程中产生压缩力,迫使断骨接合在一起。齿科用的矫齿丝,结扎脑动脉瘤和输精管的长夹,脊柱矫直用的支板等,都是在植入人体内后靠体温的作用启动,血栓滤器也是一种记忆合金新产品。被拉直的滤器植入静脉后,会逐渐恢复成网状,从而阻止 95%的凝血块流向心脏和肺部。

  人工心脏是一种结构更加复杂的脏器,用记忆合金制成的肌纤维与弹性体薄膜心室相配合,可以模仿心室收缩运动。现在泵送水已取得成功。

  由于记忆合金是一种“有生命的合金”,利用它在一定温度下形状的变化,就可以设计出形形色色的自控器件,它的用途正在不断扩大。

  最早适用

  形状记忆合金的最早应用是在管接头和紧固件上。用形状记忆合金加工成内径比欲连接管的外径小4%的套管,然后在液氮温度下将套管扩径约8%,装配时将这种套管从液氮取出,把欲连接的管子从两端插入。当温度升高至常温时,套管收缩即形成紧固密封。这种连接方式接触紧密能防渗漏,远胜于焊接,特别适合用于航空、航天、核工业及海底输油管道等危险场合。

  航天技术应用

  记忆合金最令人鼓舞的应用是在航天技术中。1969年7月20日,“阿波罗”11号登月舱在月球着陆,实现了人类第一次登月旅行的梦想。宇航员登月后,在月球上放置了一个半球形的直径数米大的天线,用以向地球发送和接受信息。数米大的天线装在小小的登月舱里送上了太空。天线就是用当时刚刚发明不久的记忆合金制成的。用极薄的记忆合金材料先在正常情况下按预定要求做好,然后降低温度把它压成一团,装进登月舱带上天去。放到月面上以后,在阳光照射下温度升高,当达到转变温度时,天线又“记”起了自己的本来面貌,变成一个巨大的半球形。

  更多用途

  目前,形状记忆效应和超弹性已广泛用于医学和生活各个领域。如制造血栓过滤器、脊柱矫形棒、接骨板、人工关节、妇女胸罩、人造心脏等等。还可以广泛地应用于各种自动调节和控制装置。形状记忆薄膜和细丝可能成为未来超微型机械手和机器人的理想材料。特别是它的质轻、高强度和耐蚀性使它备受各个领域青睐。。

  将一个预先作好“ICE”形状之镍钛合金,不小心拉坏其形状后,只要在热水中浸泡一下,立即恢复原来形状。

  预先作好形状镍钛各一半混合之合金,在摄氏四百度高温下很慢的锻烧十分钟,即可永久保持此一形状(此时称为高温相沃斯田铁态austenite form)。

  主要原因为其结晶在慢慢的加温过程中,每一个金属原子会有充分的时间填满每一个空隙,此时它的排列组合是最紧密的,这样的合金固体商业名称即为记忆合金。记忆合金如果因为任何外在因素而产生变形(可任意扭曲变形的组态称为麻田散铁态martensitic),亦即产生结晶形状空隙,稍微加热超过相变温度(transformation temperature)时即可填满空隙,亦即恢复原状,此过程称为形状记忆。

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