形状记忆材料精选PPT.ppt

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1、关于形状记忆材料第1页，讲稿共72张，创作于星期六形状记忆效应形状记忆效应 具有一定形状（初始形状）的固体材料，在某一低温状态下经过塑性变形后（另一形状），通过加热到这种材料固有的某一临界温度以上时，材料又恢复到初始形状，这种效应称为形状记忆效应。第2页，讲稿共72张，创作于星期六图11-2形状记忆效应示意图SMA4.avi对于普通金属材料，受到外力作用时，当应力超过屈服强度时，产生塑性变形，应力去除后，塑性变形永久保留下来，不能恢复原状。形状记忆效应，如左图，材料加载过程中，应变随应力增加，OA段为弹性变形的线性段，AB为非线性段，由B点卸载时，残余应变为OC，将此材料在一定温度加热，则残余

2、应变降为零，材料全部恢复原状。第3页，讲稿共72张，创作于星期六形状记忆材料形状记忆材料(shapememorymaterials，简称SMM)：是指具有一定初始形状的材料经形变并固定成另一种形状后，通过热、光、电等物理刺激或化学刺激的处理又可恢复成初始形状的材料。SMA2.aviSMA3.avi第4页，讲稿共72张，创作于星期六形状记忆效应的发现和发展：1951年，应用光学显微镜观察到：Au47.5atCd合金中，低温马氏体相和高温母相之间的界面，随温度下降向母相推移（母相-马氏体），随温度上升又向马氏体推移（逆相变：马氏体-母相），这是最早观察到形状记忆效应的极端例子。但没有命名，也没有引

3、起功能应用的重视。1964年布赫列等人发现NiTi合金具有优良的形状记忆性能，并研制出实用的形状记忆合金Nitinol。命名并发展。20世纪70年代以来已开发出NiTi基形状记忆合金、CuAlNi基和CuZnAl基形状记忆合金；80年代开发了FeNiCoTi基和FeMnSi基形状记忆合金。迄今为止，已有10多个系列的50多个品种。这些形状记忆合金广泛应用于航空、航天、汽车、能源、电子、家电、机械、医疗和建筑等行业。除合金外，也发现在一些非金属材料如高聚物和陶瓷中也有形状记忆现象。第5页，讲稿共72张，创作于星期六按形状恢复情况分为：l单程形状记忆效应l双程形状记忆效应l全程形状记忆效应第6页，

4、讲稿共72张，创作于星期六双程形状记忆效应：双程形状记忆效应：或可逆形状记忆效应，材料加热时恢复高温相形状，冷却时恢复低温相形状，即通过温度升降自发可逆地反复恢复高低温相形状的现象。第7页，讲稿共72张，创作于星期六图11-3单程（a）和双程（b）形状记忆效应第8页，讲稿共72张，创作于星期六全程形状记忆效应：全程形状记忆效应：材料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。它是一种特殊的双程形状记忆效应，只能在富镍的Ni-Ti合金中出现。第9页，讲稿共72张，创作于星期六图11-4全程记忆效应（Ti-Ni51%,400时效100h）四条互成45夹角的薄条带，在100开水中

5、呈现结扎点在上的圆球形a，从开水中缓慢提起来时的形状b，在室温时变成近似直线c，浸泡在冰水中，反方向弯曲d，在干冰-酒精液中冷却到-40时，形状变成结扎点在圆球内部下方的与a相似的圆球形e，放入100水中，则又恢复成形状a。第10页，讲稿共72张，创作于星期六形状记忆效益一般以形状恢复率来表示形状回复率：(%)=(l1-l2)/(l1-l0)100母相态的原始形状（若以长度表示）为l0，马氏体态时经形变（若为拉伸）为l1，经高温逆相变后为l2第11页，讲稿共72张，创作于星期六11.1.2 11.1.2 马氏体相变马氏体相变 远在战国和西汉，我国已将钢剑加热（呈面心立方结构的奥氏体状态），然后

6、淬火（在一定介质中快冷），使剑可以“削铁如泥”。这个淬火过程是由高温面心立方相奥氏体转变为低温体心立方或体心正方相马氏体的相变过程。这个相变属于结构改变型形变，即材料由一种晶体结构改变为另一种晶体结构。第12页，讲稿共72张，创作于星期六在无机物里常见的立方晶格有三种，一种是简单立方，另一种是在简单立方的每个面的中心各插入一个粒子，这是体心立方;在一种是简单立方的每个面的中心各插入一个粒子，这是面心立方。简单立方简单立方体心立方体心立方面心立方面心立方第13页，讲稿共72张，创作于星期六 淬淬(cu)火火：将材料快速冷却至一定介质使其发生相变的过程。马氏体马氏体：是高温奥氏体快速冷却形成的体心

7、立方或体心四角(正方)相。马氏体相变马氏体相变：由高温奥氏体(面心立方相)转变为低温马氏体(体心立方或体心四角相)的无扩散性相变。逆相变逆相变：重新加热时马氏体无扩散的转变为奥氏体的相变。第14页，讲稿共72张，创作于星期六图11-1马氏体相变及其逆相变时的临界温度Ms为母相开始转变为马氏体的温度；Mf为马氏体相变完成（几乎达到100体积分数）的温度。As为马氏体经加热开始逆相变为母相的温度；Af为逆相变完成的温度。第15页，讲稿共72张，创作于星期六11.1.3 形状记忆机理形状记忆机理有序点阵结构的母相与马氏体相变的孪生结构具有共格性，在母相马氏体母相的转变循环中，母相完全可以恢复原状，这

8、就是单程记忆效应的原因。其晶体结构变化模型如图11-5。（a）将母相冷却到发生马氏体相变，形成24种马氏体变体，由于相邻变体可协调生成，微观上相变应变相互抵消，无宏观变形；（b）马氏体受外力作用时，变体界面移动，相互吞食，形成马氏体单晶，出现宏观变形；（c）由于变形前后马氏体结构没有变化，当去除外力时，无形状改变；（d）当加热发生逆相变，马氏体通过逆转变恢复到母相形状。双程和全程记忆效应机理比较复杂，有许多问题尚未搞清。第16页，讲稿共72张，创作于星期六图11-5形状记忆过程中晶体结构的变化第17页，讲稿共72张，创作于星期六11.2 11.2 形状记忆合金形状记忆合金lTi-Ni系形状记忆

9、合金l铜基系形状记忆合金l铁基系形状记忆合金l形状记忆合金的应用第18页，讲稿共72张，创作于星期六形状记忆合金形状记忆合金(shapememoryalloys简称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的由两种以上金属元素所构成的材料。形状记忆合金是目前形状记忆材料中记忆性能最好的材料。已发现10系列50多种。按照合金组成和相变特征，具有较完全形状记忆效应的合金可分为3大系列：钛-镍系 铜基系 铁基系第19页，讲稿共72张，创作于星期六11.2.1 Ti-Ni11.2.1 Ti-Ni系形状记忆合金系形状记忆合金 具有丰富的相变现象、优异的形状记忆和超弹性性能、良好的力学性

10、能、耐腐蚀性和生物相容性以及高阻尼特性，是当前研究得最全面、记忆性好、实用性强、应用最为广泛的形状记忆材料，其应用范围涉及到航天、航空、机械、电子、建筑、生物医学等领域。TiNi合金有3种金属化合物：TiNi2 Ti2Ni TiNi(高温相为体心立方晶体B2，低温相为复杂的长周期堆垛结构，属于单斜晶体)，TiNi SMA耐腐蚀、疲劳、磨损，生物相容性好，是目前唯一作为生物医学材料的形状记忆合金。第20页，讲稿共72张，创作于星期六 在Ti-Ni合金中添加少量的第三元素，将会引起合金中马氏体内部的显微组织发生显著变化，同时可能导致马氏体的晶体结构发生改变，宏观上表现为相变温度点的升高或降低。升高

11、相变温度的元素有：Au、Pt、Pd(钯)和Zr（锆）；降低相变温度的元素有：Fe、Al、Cr（铬）、Co、Mn、V、Nb和Ce（铈）等。合金元素作用如下例：第21页，讲稿共72张，创作于星期六例如：Ni47Ti44Nb9滞后宽度由34增到144，且As高于室温（54）。这种Ti-Ni-Nb宽滞后记忆合金在室温下既能存储又能工作，工程使用极为方便。近年来，由于高温热敏器件的大量应用，为此开发出TiNi1-xRx(R=Au、Pt、Pd等)和Ti1-xNiMx(M=Zr等)系列高温记忆合金。例如，Ti-Ni-Nb或Ti-Pd合金的Ms点可达200-500，而Ti-Ni-Pt或Ti-Pt合金的Ms点可

12、达2001000。第22页，讲稿共72张，创作于星期六11.2.2 11.2.2 铜基系形状记忆合金铜基系形状记忆合金 在提出形状记忆效应概念之前，20世纪30年代 发现CuZn合金中马氏体随温度升降而呈现消长现象，这就是热弹性马氏体相变。50年代末Kurdjumov在Cu-14.7Al-1.5Ni合金中证实了这类相变。而铜基材料中的形状记忆效应大多在70年代以后发现。尽管铜基合金的某些特性不及NiTi合金，但由于其加工容易，成本低廉(只及NiTi的1/10)，依然受到大批研究者的青睐。第23页，讲稿共72张，创作于星期六 在已发现的形状记忆材料中铜基合金占的比例最多，它们的一个共同点是母相均

13、为体心立方结构，特称之为相合金。铜基系形状记忆合金种类比较多，主要包括Cu-Zn-Al及Cu-Zn-Al-X(X=Mn、Ni)，Cu-Al-Ni及Cu-A1-Ni-X(X=Ti、Mn)和Cu-Zn-X(X=Si、Sn、Au)等系列。铜基系合金只有热弹性马氏体相变，比较单纯，在铜基系形状记忆合金中以Cu-Zn-Al和Cu-Al-Ni合金的性能较好，近年来又发展了Cu-Al-Mn系列。第24页，讲稿共72张，创作于星期六记忆性能衰退现象：记忆性能衰退现象：铜基系合金的铜基系合金的形状记忆效应明显低于Ti-Ni合金，形状记忆稳定性差，表现出记忆性能衰退现象。这种衰退可能是由于马氏体转变过程中产生范性

14、协调和局部马氏体变体产生“稳定化”所致。逆相变加热温度越高、载荷越大，衰退速率越快。改善铜基系合金的循环特性，提高记忆性能，可采取：a.加入适量稀土和Ti、Mn、V、B等元素(细化晶粒，提高滑移形变抗力；b.微晶铜基系形状记忆合金（采用粉末冶金和快速凝固法等）第25页，讲稿共72张，创作于星期六11.2.3 铁基系形状记忆合金铁基系形状记忆合金继TiNi和铜基系以后，20世纪70年代以来，在许多铁基合金中发现了形状记忆效应。铁基铁基SMASMA分为三类：分为三类：a.由面心立方体心正方（四角）(薄片状马氏体)驱动，如Fe-Ni-C，Fe-Ni-Ti-Co和Fe-25atPt(母相有序)；b.由

15、面心立方密排六方马氏体呈现形状记忆效应，如Fe-Cr-Ni和Fe-Mn-Si基合金；c.由面心立方面心正方(四角)马氏体(薄片状)，如Fe-Pd和Fe-Pt。第26页，讲稿共72张，创作于星期六 铁基合金的形状记忆效应，既有通过热弹性马氏体相变铁基合金的形状记忆效应，既有通过热弹性马氏体相变来获得，也有通过来获得，也有通过应力诱发应力诱发-马氏体相变马氏体相变(非热弹性马氏非热弹性马氏体体)而产生形状记忆效应。而产生形状记忆效应。例如，例如，Fe-Mn-Si合金经淬火处理所得的马氏体为非合金经淬火处理所得的马氏体为非热弹性马氏体，属应力诱导型记忆合金热弹性马氏体，属应力诱导型记忆合金。其双程记

16、忆效应甚小，用于单程形状记忆。价格较低、易加工，铁基系中工业应用首选材料。第27页，讲稿共72张，创作于星期六11.2.4 形状记忆合金的应用形状记忆合金的应用SMA可做成单向形状恢复元件和双向形状恢复动作元件和拟弹性元件，在很多领域具有广泛的应用前景。（1）连接紧固件）连接紧固件 如管接头、紧固圈、连接套管和紧固铆钉等 SMA连接件结构简单、重量轻、所占空间小，并且安全性高、拆卸方便、性能稳定可靠。其中管接头是SMA最成功的应用之一，如图11-7：第28页，讲稿共72张，创作于星期六图1l-7形状记忆合金管接头使用示意图TiNialloya待接管b记忆处理管接头c扩径后d套管e加热完成接管待

17、接管外径为，内径为(1-4)TiNi合金经过单向记忆处理后，在低温下(Mf)扩孔为(1+4)，扩孔润滑剂聚乙烯薄膜。保持低温，插入被接管，去掉保温材料，室温时，内径恢复，实现管路紧固连接。第29页，讲稿共72张，创作于星期六图11-8Ni-Ti-Nb宽滞记忆合金管接头与传统连接的比较最初管接头所采用的合金为Ni-Ti和Ni-Ti-Fe合金，安装前必须保存在液氮中，实际应用很不方便。后来开发了Ni-Ti-Nb宽滞后形状记忆合金，经适当变形处理相变滞后，制成的管接头可以在常温下储存和运输，十分方便。第30页，讲稿共72张，创作于星期六图11-9记忆合金同轴电缆紧固圈美国Rachem公司研制生产了N

18、i-Ti-Nb宽滞后记忆合金同轴电缆紧固圈。由丝材焊接而成，表面涂有一层可随温度改变颜色的化学涂料，安装前可在常温下保存，安装时用小型加热器加热到涂料改变颜色即可。这种紧固圈在美国通信工程和信号装置中已广泛应用。与其它机械紧固法相比：体积小、重量轻、安装方便、连接无漏丝、安全可靠。第31页，讲稿共72张，创作于星期六图11-10形状记忆合金紧固铆钉 工程中常用铆钉和螺栓进行紧固，但有时候操作困难，例如在密闭真空中很难进行操作，可以用SMA紧固铆钉方便的实现紧固。尾部处理成记忆开口状，紧固前，把铆钉在干冰中冷却后把尾部拉直，插入被紧固件的孔中，温度上升产生形状恢复，铆钉尾部叉开实现紧固。第32页

19、，讲稿共72张，创作于星期六（2）飞行器用天线）飞行器用天线 图11-11人造卫星天线的示意图由Ti-Ni合金板制成的天线能卷入卫星体内，当卫星进入轨道后，利用太阳能或其它热源加热就能在太空中展开。第33页，讲稿共72张，创作于星期六图11-12形状记忆合金月面天线的自动展开示意图美国字航局(NASA)利用Ti-Ni合金加工制成半球状的月面天线，先加以形状记忆热处理，压成一团，阿波罗运载火箭送上月球表面，小团天线受太阳照射加热恢复原状，即构成正常运行的半球状天线，用于通讯。第34页，讲稿共72张，创作于星期六（3）驱动元件）驱动元件利用记忆合金在加热时形状恢复的同时其恢复力可利用记忆合金在加热

20、时形状恢复的同时其恢复力可对外对外作功作功的特性，制成各种驱动元件。的特性，制成各种驱动元件。这种驱动机构结构简单，灵敏度高，可靠性好。这种驱动机构结构简单，灵敏度高，可靠性好。第35页，讲稿共72张，创作于星期六图11-13记忆合金空间有用载荷释放机构安装前，记忆合金驱动器被轴向压缩；释放时，加热记忆合金驱动器，驱动器恢复原长而产生足够的轴向拉力拉断缺口螺栓，使有用载荷释放。1994年2月3日，美国在Clementine航天器上，用该机构在15s内成功释放了4只太阳能板。第36页，讲稿共72张，创作于星期六图11-14形状记忆温控阀 记忆合金丝可以制成圆柱形螺旋弹簧作为热敏驱动元件。其特点是

21、利用形状记忆特性，在一定温度范围内，产生显著的位移或力的变化。SMA温控阀原理：当温度升到一定温度时，形状记忆弹簧克服偏压弹簧的压力，产生位移打开阀门，当温度降低时，偏压弹簧压缩形状记忆弹簧，使阀门关闭。目前，我国已在热水器等设备上装有Cu-Zn-Al记忆元件。第37页，讲稿共72张，创作于星期六机械手柔性三维运动第38页，讲稿共72张，创作于星期六（4）医学应用）医学应用医学领域的记忆合金除了具备所需要的形状记忆或超弹性外，还必须满足化学和生物学等方面的可靠性，只有那种与生物体接触后会形成稳定性很强的钝化膜的合金才可以进入生物体内。在现有的SMA中，仅有TiNi合金满足条件，是目前医学上使用

22、的惟一的记忆合金。我国率先于20世纪80年代初，成功将TiNi合金应用于临床，最早在口腔和骨科得到应用，其后推广到医学各领域。我国在临床应用上处于国际领先水平。第39页，讲稿共72张，创作于星期六图11-15Ti-Ni合金做成的薄板型牙根结构在牙齿矫形手术中，传统使用不锈钢和CoCr合金丝，后用Ti-Ni加工硬化后的合金（超弹性）取代不锈钢丝（1978年）。1984年日本采用Ti-NiSMA成功研制出薄板结构型牙根，下图。低温下使牙根端部合并，埋入颚骨后，用高频感应热或在口腔内灌入热生理盐水，使Ti-NiSMA上升到42度，这时牙根端部向两侧张开30，其结合力比原来方法提高了40。第40页，讲

23、稿共72张，创作于星期六图11-16Ti-Ni形状记忆合金锯齿臂环抱内固定器(a)环抱器由体部、臂部和锯齿部组成(b)环抱器横截面c)圆柱形环抱器(上)、圆锥形环抱器(下)1994年，有人研制出上图内固定器用于治疗长管骨折。这种环抱器具有良好的抗弯和抗扭作用，对压缩应力的对抗作用明显低于接骨板，有利于促进骨折愈合和减小固定后骨质疏松，为长骨干骨折提供了一种新的有效治疗手段。第41页，讲稿共72张，创作于星期六第42页，讲稿共72张，创作于星期六11.3 11.3 形状记忆陶瓷形状记忆陶瓷l氧化锆基陶瓷的形状记忆效应氧化锆基陶瓷的形状记忆效应l形状记忆陶瓷的应用形状记忆陶瓷的应用 第43页，讲稿

24、共72张，创作于星期六在陶瓷体系中，已发现有两种产生形状记忆效应的机制：一种是粘弹性机制导致的形状恢复；另一种和合金相类似的与马氏体相变及其拟相变有关的形状记忆。其中的马氏体相变可以是热诱发的、应力诱发的或外电场（磁场）诱发的。目前广泛研究的形状记忆陶瓷是以氧化锆为主要成分的形状记忆元件。二氧化锆陶瓷中无论是应力还是热力学，都能激发四方晶体t向单斜晶体m的转变，而且是可逆的变化，属于马氏体相变。第44页，讲稿共72张，创作于星期六11.3.1 11.3.1 氧化锆基陶瓷的形状记忆效应氧化锆基陶瓷的形状记忆效应 ZrO2：高温立方结构（高温立方结构（c c），中温四方晶体（），中温四方晶体（t）

25、，低温，低温单斜对称结构（单斜对称结构（m）。加热到加热到950随后冷却：随后冷却：tm转变；转变；再加热至再加热至1150：mt逆转变；（记忆效应）逆转变；（记忆效应）tm马氏体相变中，回复应变较大，相变能吸收裂纹尖马氏体相变中，回复应变较大，相变能吸收裂纹尖端能量，具有显著的增韧作用端能量，具有显著的增韧作用第45页，讲稿共72张，创作于星期六三种迄今为止具有tm相变增韧作用的经典ZrO2基陶瓷：PSZ：部分稳定的四方氧化锆，通过在ZrO2中加入适量的稳定剂，如MgO、Y2O3、CeO2、CaO等，使部分立方相和四方相保留到室温而得到。TZP：四方氧化锆多晶，全部四方相保留至室温而得到。Z

26、DC：氧化锆弥散陶瓷，把增韧的Zr02均匀分散地加入到其他陶瓷中去(例如A1203)，构成的复合相陶瓷，又称为ZrO2增韧的A12O3陶瓷(ZTA)。第46页，讲稿共72张，创作于星期六图11-17三种增韧的Zr02基陶瓷的显微组织示意图(a)PSZ；(b)TZP；(c)ZTA第47页，讲稿共72张，创作于星期六图11-189.4molMgO-PSZ的形状记忆效应(示意图)200MPa拉应力载荷，100/h加热至800保温2h，然后同速冷却后发现：a)烧结态试样；b)热处理试样(11009h)；将b）在无载荷作用下重新加热到800得到c)最先报道具有形状记忆效应的陶瓷（澳大利亚Swain，19

27、86年）：氧化镁部分稳定氧化锆（Mg-PSZ）的弯曲试验第48页，讲稿共72张，创作于星期六11.3.2 11.3.2 形状记忆陶瓷的应用形状记忆陶瓷的应用图11-19用PNZST陶瓷为驱动器的闭锁继电器50um的位移可触动开关，尺寸紧凑，仅为通常电磁继电器的110，用脉冲电压操纵，节省能量；在350V电压下4ms接通，在-50V断开。第49页，讲稿共72张，创作于星期六图11-20应用形状记忆叠层装置的机械夹持器20层形状记忆材料制成，可用于夹持显微试样。200V，4ms的脉冲电压使4mm的叠层陶瓷位移4um，经杠杆放大作用，尖端位移30um，可稳定夹持几个小时。第50页，讲稿共72张，创作

28、于星期六11.4 11.4 形状记忆聚合物形状记忆聚合物l聚合物形状记忆机理聚合物形状记忆机理l几种主要的形状记忆聚合物几种主要的形状记忆聚合物l形状记忆高聚物的应用形状记忆高聚物的应用 第51页，讲稿共72张，创作于星期六形状记忆高聚物形状记忆高聚物(shapememorypolymers，简写SMP)或称形状记忆高分子形状记忆高分子：由固定相或称硬相由固定相或称硬相(hard domain)和软化和软化-硬化可逆相或硬化可逆相或称软相称软相(soft domain)构成，通过可逆相的可逆变化而具有形状构成，通过可逆相的可逆变化而具有形状记忆效应。记忆效应。于20世纪80年代开始对SMP的研

29、究。1984法国的CdFChimie公司成功开发出世界首例形状记忆聚合物聚降冰片烯以后，SMP进入高速发展阶段。第52页，讲稿共72张，创作于星期六SMP与与SMA相比相比：优点是形变量大，形变加工方便，形状恢复温度易优点是形变量大，形变加工方便，形状恢复温度易于调节，保温和绝缘性能好，易着色，不锈蚀，质轻和于调节，保温和绝缘性能好，易着色，不锈蚀，质轻和价廉；价廉；缺点是强度低，形变恢复驱动力小，刚性和硬度低，稳缺点是强度低，形变恢复驱动力小，刚性和硬度低，稳定性较差，易燃烧，耐热性差，易老化和使用寿命短。定性较差，易燃烧，耐热性差，易老化和使用寿命短。第53页，讲稿共72张，创作于星期六表

30、11-6SMP与SMA物理性能的比较第54页，讲稿共72张，创作于星期六11.4.1 聚合物形状记忆机理聚合物形状记忆机理聚合物的形状记忆功能是由其特殊的内部结构决定的。聚合物构成：聚合物构成：固定相固定相(保持固定成品形状）保持固定成品形状）可逆相可逆相（某种温度下能可逆地发生软化（某种温度下能可逆地发生软化-硬化现象）硬化现象）1.1.固定相的作用是初始形状的记忆和恢复，第二次变形和固固定相的作用是初始形状的记忆和恢复，第二次变形和固定则是由可逆相来完成。定则是由可逆相来完成。第55页，讲稿共72张，创作于星期六2.2.固定相可以是聚合物的交联结构、部分结晶结构、聚固定相可以是聚合物的交联

31、结构、部分结晶结构、聚合物的玻璃态或分子链的缠绕等。可逆相则为产生结晶合物的玻璃态或分子链的缠绕等。可逆相则为产生结晶与结晶熔融可逆变化的部分结晶相或发生玻璃态与橡与结晶熔融可逆变化的部分结晶相或发生玻璃态与橡胶态可逆转变（玻璃化温度胶态可逆转变（玻璃化温度Tg）的相结构。）的相结构。3.3.固定相和可逆相具有固定相和可逆相具有不同的软化温度不同的软化温度。第56页，讲稿共72张，创作于星期六4.4.聚合物通常是借助热刺激产生形状记忆，以聚合物通常是借助热刺激产生形状记忆，以聚降冰片烯聚降冰片烯为为例：例：在高温下加工一次成型，分子链之间的相互缠绕，使一次成型固定下来；接着在低于Tf高于Tg的

32、温度下施加外应力，分子链沿外应力方向取向变形；再冷却至Tg温度以下使可逆相硬化，强迫取向的分子链冻结，二次成型形状固定；若再加热到Tg温度以上，可逆相熔融软化，分子链取向解除，并在固定相恢复应力作用下恢复到一次成形品的形状。第57页，讲稿共72张，创作于星期六11.4.2 几种主要的形状记忆聚合物几种主要的形状记忆聚合物（1）聚降冰片烯）聚降冰片烯 乙烯环戊二烯-催化-降冰片烯-开环聚合为聚降冰片烯性能特点如下：第58页，讲稿共72张，创作于星期六a.平均相对分子质量达300万以上，固定相为高分子链的缠绕交联，可逆相为以玻璃态与橡胶态可逆变化的结构。b.聚降冰片烯属热塑性树脂，可通过压延、挤出

33、、注塑等工艺加工成型；Tg为35，接近人体温度，室温下为硬质，适于用作人用织物制品；而且强度高，有减震作用；具有较好的耐湿气性和滑动性。第59页，讲稿共72张，创作于星期六（2）苯乙烯）苯乙烯-丁二烯共聚物丁二烯共聚物 日本旭化成公司于1988年开发成功，由 聚苯乙烯结晶聚丁二烯-混合聚合物 商品名为：阿斯玛 性能特点如下：第60页，讲稿共72张，创作于星期六a.固定相是高熔点(120)的聚苯乙烯单元，可逆相为低熔点(50)的聚丁二烯单元的结晶相。b.120以上加工成型-6090（高于聚丁二烯熔点）变形-40以下固定二次形变-再加热到高于60恢复一次成型时形状c.属热塑性SMP，优点是形变量可

34、高达400，形变恢复速度快，重复形变可达200次以上，耐酸碱性和着色性好，易溶于甲苯等溶剂，便于涂布和流涎加工；缺点是恢复精度不够高。第61页，讲稿共72张，创作于星期六（3）聚氨酯）聚氨酯 1988年日本三菱重工业公司研制成功，由异氰酸酯、多元醇和链增长剂聚合而成。a.固定相为部分结晶相，可逆相为在Tg发生玻璃态与橡胶态可逆变化的聚氨酯软段。形状恢复温度为-3070，选择适宜的原料种类和配比就可以调节Tg。目前已制得Tg分别为25、35、45和55的形状记忆聚氨酯材料。b.可以制成热塑性的，也可以制成热固性的；前者形变量大，可达400，重复形变效果和耐候性也较好，而且质轻价廉，加工和着色容易

35、。第62页，讲稿共72张，创作于星期六11.4.3 形状记忆高聚物的应用形状记忆高聚物的应用(1)土土木木建建筑筑：用用于于固固定定铆铆钉钉、空空隙隙密密封封和和异异径径管管连连接接等。等。异径管连接异径管连接：先先将将SMP树树脂脂加加热热软软化化制制成成管管状状，趁趁热热向向内内插插入入直直径径比比该该管管子子内内径径稍稍大大的的棒棒状状物物，以以扩扩大大口口径径，然然后后冷冷却却成成型型抽抽出出棒棒状状物物，得得到到热热收收缩管缩管制品。制品。使使用用时时，将将直直径径不不同同的的金金属属管管插插入入热热收收缩缩管管中中，用用热热水水或或热热风风加热，套管收缩紧固，使各种异径的金属管或塑

36、料管有机地结合。加热，套管收缩紧固，使各种异径的金属管或塑料管有机地结合。第63页，讲稿共72张，创作于星期六(2)机机械械制制造造：用用于于自自动动启启闭闭阀阀门门、防防音音辊辊、防防震震器器、连接装置、衬里和缓冲器等。连接装置、衬里和缓冲器等。SMP树树脂脂可可用用来来制制作作火火灾灾报报警警感感温温装装置置、自自动动开开闭闭阀门、残疾病人行动使用的感温轮椅等。阀门、残疾病人行动使用的感温轮椅等。当当汽汽车车突突然然受受到到冲冲撞撞，SMP树树脂脂制制作作的的保保护护装装置置变形后，只需加热就可恢复原状。变形后，只需加热就可恢复原状。第64页，讲稿共72张，创作于星期六(3)医疗卫生医疗卫

37、生：夹板、矫形器、扩张血管器和固定器等。：夹板、矫形器、扩张血管器和固定器等。将将SMP树树脂脂加加工工成成创创伤伤部部位位的的形形状状，用用热热风风加加热热使使其其软软化化，在在外外力力作作用用下下变变形形为为易易装装配配的的形形状状，冷冷却却固固化化后后装装配配到到创创伤伤部部位位，再再加加热热便便恢恢复复原原状状起起固固定定作作用用。取取下下时时也也极极为为方方便便，只只需需热风加热软化。热风加热软化。图11-21医疗固定器具示意图第65页，讲稿共72张，创作于星期六(4)印刷包装：印刷包装：用于热收缩膜和商标等。(5 5)智能材料：智能材料：用于传感和执行元件等。第66页，讲稿共72张

38、，创作于星期六FerromagnetSMAMagnetic Field Controlled Shape Memory AlloyFerromagnetic shape memory alloys(FSMA)第67页，讲稿共72张，创作于星期六Magnetic domains rotation in GMM第68页，讲稿共72张，创作于星期六Twins reorientation第69页，讲稿共72张，创作于星期六R.C.OHandley,et al,J.Appl.Phys.,(83)2000:4712Diagram of the magnetostrain in FSMA第70页，讲稿共72张，创作于星期六Magnetostrain in NiMnGa alloy第71页，讲稿共72张，创作于星期六感谢大家观看第72页，讲稿共72张，创作于星期六