形状记忆材料shapememorymaterials李岩北京航空航天大学材料科学与工程学院2016年春季材料科学与工程前沿之形状记忆材料主要内容一．形状记忆合金二．形状记忆陶瓷三．形状记忆聚合物一．形状记忆合金形状记忆效应：合金在低温马氏体态即使变形超过弹性极限，在加热后仍然能够恢复到原来的形状。形状记忆效应回复应变可达8%。形状记忆合金马氏体奥氏体马氏体一种具有形状记忆效应和超弹性的金属智能材料1963年美国海军武器实验室W.J.Burhler等发现近等原子比的NiTi（Nitinol,NavalOrdnanceLaboratory)合金具有良好的形状记忆效应：形状记忆合金超弹性：合金在奥氏体态变形超过弹性极限，卸载后仍能回到原来形状。超弹性回复应变可达8%。一种具有形状记忆效应和超弹性的金属智能材料形状记忆合金的发展1970年代初，发现Cu基合金也具有良好形状记忆效应。80年代末，在铁基合金，如FeMnSi合金中发现形状记忆效应。后来，相续发现的形状记忆合金达20多种1996年美国MIT首先报道了NiMnGa单晶在磁场下诱发了0.2%的磁致应变。随后，这类磁场驱动形状记忆合金在世界范围内获得了广泛的关注和研究。之后，各种磁驱动形状记忆合金不断出现：NiFeGa、CoNiGa、NiCoMnIn等.2000年以后，以TiNb为代表的新型无镍形状记忆合金成为新的研究热点NiTi基形状记忆合金Cu基形状记忆合金Fe基形状记忆合金NiAl基形状记忆合金AuCd贵金属形状记忆合金Ti合金系列:Ti-X(X=Nb,Mo,Zr,Ta）NiMnGa磁驱动形状记忆合金形状记忆合金的种类形状记忆合金之所以具有形状记忆效应,是因为这些合金在温度变化时发生了马氏体相变！形状记忆效应与马氏体相变马氏体变体的光学显微照片形状记忆的机理－马氏体相变形状记忆效应结构变化图解NiTi合金电阻－温度曲线1502002503003501.52.02.53.03.54.0MfAfAsMsResistance()Temperature(OC)马氏体相变的非线性滞后特性超弹性效应示意图超弹性－应力诱发马氏体相变力学行为伪弹性记忆效应约束回复280300320340360380400420440460480050100150200250300350400450¼ÓÈÈ973K退火TiNi合金丝10%0=8%6%4%回复力(MPa)ζÈ(K)TiNi形状记忆合金的回复力——温度曲线约束回复力回复力NiTi基:~400MPaCu基:~200MPa280290300310320330340350360370380012345FBAO¼ÓÈÈ0=5.5%Ó¦±ä(%)ζÈ(K)形状记忆合金的形状记忆回复应变——温度曲线回复应变形状记忆回复做功示意图TiNi基记忆合金•马氏体结构•相变特点•力学...
