第四章智能材料资料.ppt

第四章 智能材料 学习目标： 了解智能材料的定义与发展 了解智能材料的分类 掌握形状记忆效应的原理、性能特点 了解形状记忆材料的应用 第四章 智能材料 第四章 智能材料 智能材料又称为敏感材料，需具备以下内涵： （1）具有感知功能，能够检测并且可以识别外界（或者内部）的刺激强度，如电、光、热、应力、应变、化学、核辐射等；（2）具有驱动功能，能够响应外界变化；（3）能够按照设定的方式选择和控制响应；（4）反应比较灵敏、及时和恰当。（5）当外部刺激消除后，能够迅速恢复到原始状态。 第四章 智能材料 第四章 智能材料 智能系统与生物体对比示意图 第四章 智能材料 第四章 智能材料 第四章 智能材料 功能材料：能感知外界刺激，可作传感器。 可判断环境，但是不能顺应环境； 智能材料：不但可以判断环境，且可以顺应环境（自我诊断、自修复、预告寿命、自己增值，对外部的刺激进行积极的应变），是传感、处理、执行三种功能的融合体 第四章 智能材料 第四章 智能材料 第四章 智能材料 第四章 智能材料 第四章 智能材料 第四章 智能材料 第四章 智能材料 第四章 智能材料 第四章 智能材料 第四章 智能材料 形状记忆材料： 形状记忆材料概述 形状记忆效应机制 TiNi基形状记忆合金 Cu基形状记忆合金 铁磁形状记忆合金 形状记忆聚合物 形状记忆材料的应用 第四章 智能材料 形状记忆材料发展历史 1932年 Olander Au-Cd合金发现类橡皮效应 1951年 Chang与Read在Au-Cd合金中发现马氏体相变可逆 1953年 Burkhard 与Read在In-Tl合金中发现形状记忆效应 1963年 Buehler等在近等原子比TiNi合金(nitinol)中发现形状记忆效应 ……..Cu基合金、Fe基合金 ……..铁磁性形状记忆合金 …….. 形状记忆聚合物 形状记忆材料概述 第四章 智能材料 第四章 智能材料 3．形状记忆材料 具有形状记忆效应的材料。 4. 形状记忆材料的类型 (1)．形状记忆合金 (a). TiNi基合金 (b). CuAlNi、CuZnAl等Cu基合金 (c). FeMnSi等Fe基合金 (2). 铁磁形状记忆合金 (3). 形状记忆聚合物 第四章 智能材料 OA为表示弹性变形的线形段， AB为非线性段， 当由B点卸载时，材料的残余应变由OC表示，将此材料加热到一定温度，则其残余应变可以降为零，即图上用虚线表示的过程，材料全部恢复原始形状。如果继续冷却，材料仍保持原始形状。这种只能记忆住高温时形状的现象称为单程记忆效应(one-way shape memory effect, OWSME)。 第四章 智能材料 双程形状记忆效应： 某些记忆材料例如TiNi合金及Cu基记忆合金经过一定的特殊处理后，材料可以“记忆”住高温时的形态，又可“记忆”低温时的形状。当温度在高温和低温之间往返变化时，材料自行在两种形状之间变换，这种现象称为双程记忆效应(Two Way Memory Effect,简写为TWME)。 第四章 智能材料 第四章 智能材料 全方位形状记忆效应： 不仅具有双向形状记忆效应，而且在反复变温过程中，总是遵循相同的形状变化规律，即记忆了中间过程。 这种在温度循环过程中出现的自发形状变化，其形状变化大于所有可逆形状记忆效应，而且高温形状和低温形状是完全可以倒置的，这种记忆效应称为全方位形状记忆效应(All-Round Shape Memory Effect，缩写为ARSME)。 至目前为止，只有在Ti-51%Ni(原子分数)合金中发现这一现象。 第四章 智能材料 第四章 智能材料 形状记忆效应机理 一. 热弹性马氏体相变 定义： 形状记忆效应与马氏体相变存在着不可分割的关系，它是热弹性马氏体相变的一种特殊表现。 具有形状记忆效应的合金绝大部分都发生热弹性马氏体相变。 第四章 智能材料 1.马氏体相变的特点 (1) 马氏体相变是无扩散的共格切变型相变。在由母相(P)转变成马氏体(M)的过程中，没有原子的扩散，因而无成分的改变，仅仅是晶体结构发生了改变。 (2) 马氏体与母相之间存在一定的取向关系，低碳钢(C＜