智能材料與結(jié)構(gòu)ppt課件-在線瀏覽
2025-06-29 12:11本頁面
【正文】 功能，加上精細(xì)的復(fù)合設(shè)計(jì)和制作便得到聚傳感、驅(qū)動(dòng)和控制于一體的智能材料。22? 壓電材料在受到應(yīng)力作用時(shí)會(huì)產(chǎn)生電荷分布，同樣在壓電材料上外加電壓時(shí)，會(huì)發(fā)生形變，成為逆壓電效應(yīng)，因此壓電材料即可做傳感材料又可做執(zhí)行材料。 在同樣單位應(yīng)力作用下，有機(jī)聚合物壓電材料產(chǎn)生的電場強(qiáng)度要比陶瓷壓電材料大若干倍。 這種壓電陶瓷纖維可與聚氨脂復(fù)合制成熱釋電復(fù)合材料、電光復(fù)合材料以及半導(dǎo)體鐵電纖維，壓電纖維的主要應(yīng)用就是制成壓電復(fù)合材料，集傳感與驅(qū)動(dòng)于一體。24形狀記憶材料及性能 該元件在高溫下定形后冷卻到低溫并施加變形，從而形成殘余形變。 Memory就象合金記住了高溫狀態(tài)的形狀一樣。MemorySMA.)。26? 材料在高溫下制成特定形狀，在低溫任意變形，加熱時(shí)再恢復(fù)為高溫形狀，重新冷卻還保持高溫時(shí)的形狀時(shí)，我們稱之為單程記憶效應(yīng)。 當(dāng)回復(fù)變形在 2％以下時(shí)，疲勞壽命為 105次，對于埋入構(gòu)件基體材料中的形狀記憶合金的初始變形很大，但回復(fù)量很小，因此它的疲勞壽命可達(dá) 107次。28? 對材料進(jìn)行特殊的處理，使材料能夠記住高溫和低溫狀態(tài)的兩種形狀，即加熱時(shí)恢復(fù)高溫形狀，低溫時(shí)恢復(fù)低溫形狀，我們稱之為雙程形狀記憶效應(yīng)或可逆形狀記憶效應(yīng)。 NiTi合金的全方位記憶薄片的模式圖見圖 11173。將試樣在鋼管中成型后，在 400～ 500?C進(jìn)行時(shí)效處理，去除約束后的形狀如圖 11173。30? 3(b)； 冷卻到 Mf以下時(shí)，試件的形狀發(fā)生 180?C翻轉(zhuǎn)，如 11173。Af’ 以上時(shí)，試件就反向變化成圖 11173。高于Af’ 的形狀 (a)和低于 Mf 4（ a） 是一般金屬材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線，當(dāng)應(yīng)力超過彈性極限，卸除應(yīng)力后，留下永久變形，不會(huì)回復(fù)原狀；圖11173。 32? 圖 11173。這種現(xiàn)象叫作形狀記憶效應(yīng)（ SME）。33? 形狀記憶效應(yīng)是由于馬氏體相變造成的。 根據(jù)熱力學(xué)觀點(diǎn)，母相與馬氏體的化學(xué)自由能在 T0溫度時(shí)相等，不發(fā)生轉(zhuǎn)變，必須溫度低于 T0， 母相才有轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的趨勢，同時(shí)還必須克服非化學(xué)自由能增量和相變時(shí)存在的相變阻力，即溫度冷到 Ms馬氏體相變才開始進(jìn)行。 34? 隨著溫度下降，馬氏體量會(huì)逐漸增多，直到 Mf溫度時(shí)，馬氏體轉(zhuǎn)變才終止。 ? ? ? ? 形狀記憶合金已廣泛用于醫(yī)療設(shè)備、航空、航天、儀器儀表、機(jī)器人、自動(dòng)控制以及人造衛(wèi)星、能量轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域。 ? 形狀記憶合金是研究最早的一種材料，它的操作功能主要分為 5個(gè)方面。? （ 2）雙程記憶合金效應(yīng)，當(dāng)溫度冷卻到 Mf之下時(shí)自發(fā)的形變產(chǎn)生，當(dāng)溫度再升到 Af之上時(shí)形變恢復(fù)。 38? （ 3）形變恢復(fù)應(yīng)力，在 Mf溫度下樣品受壓變形，去掉壓力，保持在位置上再加熱，這時(shí)恢復(fù)應(yīng)力產(chǎn)生。? （ 5）超彈性或偽彈性效應(yīng)，在 Af溫度之上時(shí)，加較大壓力時(shí)樣品變形從 A到 B， 當(dāng)壓力卸載后樣品的形變又完全恢復(fù)。39? 形狀記憶合金這些特有的功能與外界溫度和內(nèi)部的馬氏體相應(yīng)密切相關(guān)。 在所有形狀記憶合金體系中 Ni—Ti 合金是最具有使用價(jià)值的，有人做過數(shù)百萬次實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其恢復(fù)性能仍然保持。411． ? 等原子比的 TiNi合金是應(yīng)用的最早的形狀記憶合金，其中 Ni元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55～ 56％。它性能優(yōu)越，穩(wěn)定性好，具有特殊的生物相容性，因而得到廣泛的應(yīng)用 ,特別在醫(yī)學(xué)與生物上的應(yīng)用是其他形狀記憶合金所不能替代的。 此外 ,相變溫度及正逆相變的溫度滯后更是關(guān)鍵參數(shù)。 TiNi記憶合金的相變溫度對成分最敏感。 第三元素對 TiNi合金相變溫度的影響也極為引人注目。其中 Ni被Te置換后，擴(kuò)大了 R相穩(wěn)定的溫度范圍，使 R相變更為明顯。并且由于減少相變滯后，使該類合金具有一定的使用價(jià)值。44? 為獲得記憶效應(yīng) ,一般將加工后的合金材料在室溫加工成所需要的形狀并加以固定，隨后在 400173。? 對于冷加工后成形困難的材料，可以在 800以上進(jìn)行高溫退火，這樣在室溫極容易成形，隨后于 200173。 1000固熔處理后淬入冰水 ,再經(jīng) 400173。1小時(shí)).隨著時(shí)效溫度的提高或時(shí)效時(shí)間的延長 ,相變溫度 Ms相應(yīng)下降 .此時(shí)的時(shí)效處理就是定型記憶過程。46? 為了使合金式樣反復(fù)多次的在升溫和降溫中可逆的發(fā)生形狀變化 (即雙向記憶 ),最常用的方法是進(jìn)行記憶訓(xùn)練 (又稱鍛煉)。隨后在低于 Ms溫度 ,根據(jù)所需的形狀將試件進(jìn)行一定限度的可以回復(fù)的形狀。47? 加熱到 Af以上溫度 ,試件回復(fù)到高溫態(tài)形狀后 ,降溫到 Ms以下 ,再變形試件使之成為前述的低溫所需形狀 ,如此反復(fù)多次后,就可獲得雙向記憶效應(yīng) ,在溫度升降過程中 ,試件均可自動(dòng)的反復(fù)記憶高低溫時(shí)的二種形狀。 51%(原子分?jǐn)?shù) )Ni合金不僅具有雙向記憶性能 ,而且在高溫與低溫時(shí) ,記憶的形狀恰好是完全逆轉(zhuǎn)的。49? 無論上述何種記憶處理 ,為了保持良好的形狀記憶特性 ,其變形的應(yīng)變量不得超過一定值 ,該值與元件的形狀、尺寸、熱處理?xiàng)l件、循環(huán)使用次數(shù)等有關(guān) ,一般為 6％ (不包括全方位記憶處理 ).同時(shí)在使用中 ,在形狀記憶合金受約束狀態(tài)下 ,要避免過熱 ,也即記憶高溫態(tài)的溫度只需稍高于 Af溫度即可。502.銅基形狀記憶合金 因而近二十年來銅基形狀記憶合金的應(yīng)用較為活躍 ,但需要解決的主要問題是提高材料塑性改善對熱循環(huán)和反復(fù)變形的穩(wěn)定性及疲勞強(qiáng)度等。51? 銅基形狀記憶合金的相變溫度對合金成分和處理?xiàng)l件極敏感。173。11與60。 ? CuAlNi等銅基合金在反復(fù)使用中，較易出現(xiàn)試樣斷裂現(xiàn)象，其疲勞壽命比 NiTi合金低 2173。 在晶體取向發(fā)生變化的晶界面上，為了保持應(yīng)變的連續(xù)性，必會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，而且晶粒越粗大，晶面上的位移更大，極易造成沿晶開裂。 鐵基形狀記憶合金 直到 1982年有關(guān) FeMnSi記憶合金研究論文的發(fā)表，才引起材料研究工作者極大的興趣。 ? 具有形狀記憶效應(yīng)的合金系已達(dá)二十多種，但其中得到實(shí)際應(yīng)用的僅集中在TiNi合金與 CuZnAl合金， CuAlNi及FeMnSi系記憶合金也在開發(fā)應(yīng)用中。56? 這些合金由于成分不同，生產(chǎn)和處理工藝的差異，其性能有較大的差別。在記憶元件的設(shè)計(jì)、制造及使用中，不僅關(guān)心材料的相變溫度，還必須考慮其回復(fù)力、最大回復(fù)應(yīng)變、使用中的疲勞壽命及耐腐性能
教學(xué)課件相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1