智能材料與結(jié)構(gòu)ppt課件-文庫(kù)吧資料
2025-05-18 12:11本頁(yè)面
【正文】 質(zhì)中 ,其合金的 Ms對(duì)應(yīng)為 173。例如 Cu173。 ? 盡管形狀記憶合金具有強(qiáng)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(yīng)用受到一定限制。 這是由于與基體共格的 Ti11Ni14析出相產(chǎn)生的某種固定的內(nèi)應(yīng)力所致。48? 對(duì)于 Ti173。這種記憶訓(xùn)練實(shí)際上就是強(qiáng)制變形。 首先如同單向記憶處理那樣獲得記憶效應(yīng) ,但此時(shí)僅可記憶高溫相的形狀。 500時(shí)效處理若干時(shí)間 (通常為 50045? 富 Ni的 TiNi合金需要進(jìn)行時(shí)效處理 ,一則為了調(diào)節(jié)材料的相變溫度 ,二則可以獲得綜合的記憶性能 .處理工藝基本上是在800173。300保溫使之定形 .此種在較低溫度處理的記憶元件及形狀回復(fù)特性較差。500之間加熱保溫?cái)?shù)分鐘到數(shù)小時(shí) (定形處理 )后空冷，就可獲得較好的綜合性能。 用 Cu置換 Ni后，Ms變化不太大，但形狀記憶效應(yīng)卻十分顯著，因而可以節(jié)約合金成本。 Fe、 Co等過(guò)渡族金屬的加入均可引起 Ms下降。 Ni含量每增加 %，相變溫度會(huì)降低10?C。43? 而上述這些特性又與合金的成分成材工藝熱處理 (包括冷熱加工 )條件及其使用情況等密切有關(guān)。42? 在材料使用過(guò)程中，表征材料記憶性能的主要參數(shù)包括記憶合金隨溫度變化所表現(xiàn)出的形狀恢復(fù)程度，回復(fù)應(yīng)力，使用中的疲勞壽命，即經(jīng)歷一定熱循環(huán)或應(yīng)力循環(huán)后記憶特性的衰減情況。由于合金成分不同，相變可以有不同路徑。根據(jù)使用目的不同可選用適當(dāng)?shù)暮辖鸪煞帧iNi形狀記憶合金 40? 目前雖然有許多形狀記憶合金體系，但能夠商品化的只有少數(shù)幾個(gè)，如 Ni—Ti、 Ni—Ti—Cu 、 Cu—Zn—Al 合金體系，接近商品化的 Cu—Al—Ni 和 Fe— Mn— Si合金體系，而具有潛在應(yīng)用的體系有 Ni—Al 和 Ni—Ti— Zi合金體系，目前在制備或性能上還有一些缺陷。例如從高溫到低溫的滯回線，應(yīng)力 — 溫度的關(guān)系，應(yīng)力 — 壓力的關(guān)系，以及應(yīng)力 —壓力 — 溫度三者之間的關(guān)系。 ? （ 4）做功狀態(tài)，在 Mf溫度之下樣品受壓變形，卸掉壓力，再加上重量 W， 將樣品加熱到 Af之上，形變應(yīng)力產(chǎn)生并且做功，稱為功輸出。 ? （ 1）單程記憶效應(yīng)：在低于 Mf溫度之下時(shí)，加壓力樣品變形，去掉壓力時(shí)不能完全恢復(fù)，當(dāng)加熱到 Af之上時(shí)殘存的形變才能恢復(fù)。形狀記憶合金 37近年來(lái)在陶瓷材料、超導(dǎo)材料以及高分子材料中發(fā)現(xiàn)各具特色的形狀記憶效應(yīng)，引起了世界各國(guó)學(xué)者的廣泛關(guān)注。36? 形狀記憶材料分三類：形狀記憶合金，形狀記憶陶瓷和形狀記憶薄膜。馬氏體相變?yōu)槟阁w（馬氏體逆相變M?P） 的終了溫度。馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)槟赶啵R氏體逆相變 M?P） 的開(kāi)始溫度；? Af馬氏體相變（ P?M） 終了溫度；? As馬氏體相變（ P?M） 開(kāi)始溫度；? Mf35? 通常稱：? Ms同樣理由，馬氏體要可逆的轉(zhuǎn)為母相，加熱溫度必須高于 T0溫度，而且要加熱至As溫度時(shí)，母相才開(kāi)始形成，直至 Af溫度逆變才完成。 除鋼鐵外，大多數(shù)合金中的馬氏體相變是可逆的，即冷卻時(shí)由母相 P轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體相 M， 即 P?M， 加熱時(shí)馬氏體相M又逆向轉(zhuǎn)變?yōu)槟赶?P， 即 M?P。 4（ c） 是合金母相在應(yīng)力作用下誘發(fā)馬氏體，并發(fā)生形狀變化，去除應(yīng)力后，除彈性部分外，形狀并不回復(fù)原狀，但通過(guò)加熱產(chǎn)生逆變，便能恢復(fù)原形。4（ b） 是超彈性材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線，超過(guò)彈性極限后應(yīng)力誘發(fā)母相形成馬氏體，當(dāng)應(yīng)力繼續(xù)增加時(shí)，馬氏體相變也繼續(xù)進(jìn)行，當(dāng)應(yīng)力降低時(shí)，相變按逆向進(jìn)行，即從馬氏體轉(zhuǎn)向母相，永久變形消失這種現(xiàn)象叫超彈性記憶小效應(yīng)（PME）； 31? 圖 11173。的形狀 (f)之間是可逆的。3(d)和 (e)的形狀。3(c)所示；加熱到 Af和 當(dāng)試件冷卻到 Mf’ 時(shí)，形狀接近直線狀態(tài)，如圖 11173。3(a)所示； 3。29? 此外還有一些合金稱為全方位形狀記憶合金，在冷卻到更低的溫度，可以出現(xiàn)與高溫時(shí)取向相反，形狀相同的現(xiàn)象。例如對(duì) NiTi合金經(jīng)過(guò)一定的熱處理訓(xùn)練，不僅在馬氏體逆相變過(guò)程中能完全回復(fù)到變形前的狀態(tài)，而且在馬氏體相變過(guò)程中也會(huì)自發(fā)地發(fā)生形狀變化，回復(fù)到馬氏體狀態(tài)的形狀，而且反復(fù)加熱冷卻都會(huì)出現(xiàn)上述現(xiàn)象。 27? 但隨著循環(huán)次數(shù)的增加，形狀記憶特性會(huì)衰減，存在一個(gè)疲勞壽命。例如目前國(guó)內(nèi)商品化的 NiTi形狀記憶合金絲，在低溫馬氏體組織時(shí)，加外力使合金應(yīng)變 8%后，對(duì)材料加熱，溫度超過(guò)馬氏體相變點(diǎn)時(shí)，形狀回復(fù)率可達(dá) 100％。 Alloys,具有形狀記憶效應(yīng)的金屬通常是兩種以上金屬的合金，稱為形狀記憶合金 (ShapeEffect),25? 再進(jìn)行加熱或冷卻時(shí)，形狀保持不變，這就是所謂的形狀記憶效應(yīng) (Shape當(dāng)材料加熱時(shí)，材料的殘余形變消失，并回復(fù)到高溫下所固有的形狀。? 形狀記憶合金是智能材料結(jié)構(gòu)中最先應(yīng)用的一種驅(qū)動(dòng)元件 ,它集感知和驅(qū)動(dòng)于一體。 23? 壓電陶瓷還可以象制作玻璃纖維一樣制作壓電陶瓷纖維。同時(shí)具有較優(yōu)良的加工性能，制備智能材料不受形狀的限制，因此有機(jī)聚合物壓電材料更適合制備智能材料。壓電材料分為陶瓷壓電材料如石英、鈦酸鋇等和有機(jī)聚合物壓電材料如片聚二氟乙烯樹(shù)脂（ PVDF）。 ? 目前研究投入較多的智能材料的驅(qū)動(dòng)元件主要有作為執(zhí)行器的開(kāi)關(guān)記憶材料（含形狀記憶合金、陶瓷、薄膜三個(gè)類型）；壓電材料（含壓電陶瓷、壓電聚合物）、電致流變體磁致流變體；作為敏感器的光釬傳感器等。 ? 20世紀(jì) 90 19? 智能結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中首先要明確應(yīng)用目標(biāo)，然后分析控制目標(biāo)的具體要求，確定智能結(jié)構(gòu)中復(fù)合材料的控制輸入和輸出的形式。控制器位于結(jié)構(gòu)之中，由具有控制功能的硬件電路或電腦芯片與軟件組成，是智能結(jié)構(gòu)的神經(jīng)中樞。 17? 傳感器、致動(dòng)器和控制器是智能結(jié)構(gòu)的重要部分。研究多種激勵(lì)元件組合使用的方法，達(dá)到取長(zhǎng)補(bǔ)短的目的；? （ 4） 述六條要求；? （ 2） 16? （ 1）提高驅(qū)動(dòng)元件本身的性能，滿足上 當(dāng)前的驅(qū)動(dòng)元件還不能全部滿足上述要求，只能在幾個(gè)方面具有特點(diǎn)，也就是每種驅(qū)動(dòng)元件都有他們的特色，但也存在問(wèn)題。14? （ 4）激勵(lì)后的變形量要大，并能伴隨著產(chǎn)生激勵(lì)力，而且能夠控制；? （ 5）驅(qū)動(dòng)元件在反復(fù)激勵(lì)下，保持性能穩(wěn)定；? （ 6）驅(qū)動(dòng)元件的頻率響應(yīng)要寬，響應(yīng)速度快，并
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