《智能材料與結(jié)構(gòu)》ppt課件(文件)
【正文】 感。53? 其原因是銅基合金具有明顯的各相異性。543.尤其由于鐵基形狀記憶合金成本低廉、加工容易，如果能在回復應變量小、相變滯后大等問題上得到解決或突破，可望在未來的開發(fā)應用上有很大的進展。 例如要求性能穩(wěn)定，需要反復使用的較精密的元件，一般采用 TiNi合金，而對于象火警警報器等只需一次動作的元件就往往選用 CuZnAl合金。 當鐵電體至于電場中時，由于材料的極化導致應力的產(chǎn)生，對于反鐵電體，由于內(nèi)部含有兩個極性相反的區(qū)域，宏觀極性抵銷，當施加電場時，只有很小的應力產(chǎn)生。62? 形狀記憶陶瓷主要用于在空間光學望遠鏡的自適應調(diào)整上，圖 11－ 7為鏡面調(diào)整示意圖，可用在哈伯望遠鏡、日冕儀等，另外形狀記憶陶瓷還有希望用作能量儲存執(zhí)行元件。形狀記憶薄膜 Ni、 Cu— Zn、 Au— Cd等薄膜。形狀記憶合金的應用 選用記憶合金作管接頭可以防止用傳統(tǒng)焊接所引起的組織變化，更適合于嚴禁明火的管道連接，而且具有操作簡便，性能可靠等優(yōu)點。再配以用普通彈簧絲制成的偏壓彈簧就可使閥門往返運動。 69? （ 3）高的能 /重比，在比較了所有的執(zhí)行器機械后人們得出結(jié)論，在低重力情況下（ 100g）， 形狀記憶合金執(zhí)行器能提供最大的能 /重比，形狀記憶合金在低重量范圍內(nèi)的能 / 71? 用于醫(yī)學領域的記憶合金除了具備所需要的形狀記憶或超彈性特性外，還必須滿足化學和生物學等方面可靠性的要求。因此TiNi合金是目前使用的唯一的記憶合金。 TiNi合金的超彈性功能使應變高達 10％仍不會發(fā)生塑性變形。由對比可見，傳統(tǒng)用的不銹鋼和 CoCr合金的彈性系數(shù)大，相對于很小的變形就需要較大的負載，而且產(chǎn)生明顯的永久變形。 79第四節(jié) 美國空軍著重于航空和航天飛行器智能表層的研究，將該項目落實在美國空軍科研項目預測 Ⅱ 中，被認為是急需發(fā)展的，有創(chuàng)始性的項目，美國空軍萊特研究和發(fā)展中心的航空設備實驗室又規(guī)劃了智能表層的發(fā)展路線圖。 它們與美國聯(lián)合組成專門研究小組，特別在自適應結(jié)構(gòu)方面已取得了很大進展。智能表層功能之一是能夠自動地檢測出周圍環(huán)境的變化，并自動適應環(huán)境，一般飛機上檢測環(huán)境的傳感器如圖 11173。 85? 在航空和航天飛行器結(jié)構(gòu)方面，另一主要研究方向是翼面的氣動彈性設計。也可以利用驅(qū)動元件改變機翼前緣和后緣的角度等，傳感元件檢測動作的情況和程度，以達到自適應氣動彈性控制。智能建筑結(jié)構(gòu)的用途見圖 11－11。89? 對于承受循環(huán)應力的材料，尤其時運載工具，會由于疲勞而發(fā)生破壞。智能材料結(jié)構(gòu)在醫(yī)學上的用途更廣， 949596。例如在熱天，可以濾掉熱輻射，但又能通過可見光；在冬天能夠防止熱損耗，使室內(nèi)保溫。 88? 目前正在研究的是在結(jié)構(gòu)中埋入壓電加速計，利用驅(qū)動件制成可改變結(jié)構(gòu)層面剛度的主動抗震剪切板，以及具有控制系統(tǒng)的抗地震智能建筑物。87? 對于建筑方面，目前已解決了在鋼筋混凝土中埋置光導纖維的技術。 對于材料內(nèi)部的缺陷和損傷，智能表層能夠進行自診斷、自修復、自適應；還能夠抑制噪聲和振動；對于航空和航天飛行器座艙能夠自動通風、報暖和冷卻。 陸軍科研局的規(guī)劃則著重于旋翼飛行器和地面運輸裝置，例如減小結(jié)構(gòu)件的振動和增大氣動力學穩(wěn)定性，加強旋翼飛行器的控制能力和損傷的檢測，減輕和修理損傷部分。 80? 1988年以后，美國各大學和航空航天機構(gòu)的公司、研究所都參與研究，他們設計的面很廣，并且取得創(chuàng)造性的進展。智能材料的應用 用于自修復功能，在機器人上用來制造人造肌肉。先將合金板（或合金釘?shù)龋┌此栊螤钣洃浱幚矶ㄐ危谑中g時，將定形板在冰水中（ Ms） 變形成便于手術安裝的形狀，植入所需部位固定，靠體溫回復固定板形狀。一般是將 TiNi合金棒記憶處理成直棒，然后在 Ms以下溫度（通常是冰水）彎成與人體畸形脊柱相似的形狀（彎曲應力小于 8％），立即安放于人體內(nèi)并加以固定。 74? 圖 11－ 8由于應力誘發(fā)馬氏體相變使彈性模量成非線性變化，當應變增大時，矯正力卻增加不多。72? TiNi合金在醫(yī)學上應用較廣的有口腔牙齒矯形絲以及外科中各種矯形棒、骨連接器、血管夾、凝血慮器等。只有那種與生物體接觸后會形成穩(wěn)定性很強的鈍化膜的合金才可以植入生物體內(nèi)。? 醫(yī)學上主要利用形狀記憶合金的超彈性性質(zhì)，最成功的應用是用于牙科矯正術上的正牙線上，它可以在歪斜的牙上產(chǎn)生很小的而又持續(xù)的力使歪牙扶正。這意味著形狀記憶合金非常適于微執(zhí)行技術。? （ 2）在無重力的工作條件下能產(chǎn)生清潔、靜音的無火花的操作，特別適合航天航空領域。上述元件都是利用形狀記憶合金在回復到高溫態(tài)時強度高，而在低溫馬氏體相態(tài)下較軟的特性，在低溫時，借助偏動彈簧的彈力使之變形。當溫度降低時，偏壓彈簧壓縮形狀記憶彈簧，使閥門關閉，從而產(chǎn)生周而復始的循環(huán)。66? 用作控溫器件的記憶合金絲被制成圓柱形螺旋彈簧作為熱敏驅(qū)動元件。 主要采用濺射或電化學方法制備 Ti— 173。63FE? 當電場降低，材料回復到原始狀態(tài)還是保持鐵電相狀態(tài)，取決于材料的確切組成，一般在相圖邊界線上的亞穩(wěn)態(tài)比較容易形成形狀記憶陶瓷。電場 61? 如果反鐵電體相的組成接近鐵電相的組成，施加一個大電場，就可以使反鐵電相轉(zhuǎn)變?yōu)殍F電相，相變伴隨著晶格變形，導致凈體積增長，產(chǎn)生形變，相變形式如下：? AFE6所示。5所示。? 近幾年來人們又開發(fā)出形狀記憶陶瓷，可在電場作用下發(fā)生形變。 58銅基記憶合金成本低，有較好的記憶性能，但穩(wěn)定性較差，而 FeMnSi系合金雖然價格便宜、加工容易，但記憶特性稍差，特別是可回復應變量小。即使同一合金系，成分的微小差別也會導致使用溫度的較大起伏。55? 鐵基形狀記憶合金的最大回復應變量為2％，超過此形變量將產(chǎn)生滑移變形，導致 ε－ 馬氏體與奧氏體界面的移動發(fā)生困難。? 早期發(fā)現(xiàn)的鐵基形狀記憶合金 FePt和FePd等由于價格昂貴而未能得到應用。目前在生產(chǎn)中，已通過添加 Ti、 Zr、 V、 B等微量元素，或者采用急冷凝固法或粉末燒結(jié)等方法使合金晶粒細化，達到改善合金性能的目的。3個數(shù)量級。因此實際應用中 ,可以利用淬火速度來控制相變溫度。例如 Cu173。? 盡管形狀記憶合金具有強度高、塑性大、耐腐蝕性好等優(yōu)良性能 ,但由于成本約為銅基記憶合金的十倍而使之應用受到一
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