第二十三讲-形状记忆合金-2课件

第二十三讲第二十三讲 形状记忆合金形状记忆合金-2 l形状记忆合金(Shape memory alloy,SMA)l形状记忆陶瓷 l形状记忆聚合物 形状记忆合金形状记忆合金lTi-NiTi-Ni系形状记忆合金系形状记忆合金l铜基系形状记忆合金铜基系形状记忆合金l铁基系形状记忆合金铁基系形状记忆合金l形状记忆合金的应用形状记忆合金的应用 形状记忆合金形状记忆合金(shape memory alloys简称SMA)：通过通过热弹性与马氏体相变热弹性与马氏体相变及其逆变而具有形状记忆效应及其逆变而具有形状记忆效应的由的由两种以上金属元素两种以上金属元素所构成的材料。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。已发现料。已发现1010系列系列5050多种。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合金可分为3 3大系列：大系列：钛钛-镍系镍系 铜基系铜基系 铁基系铁基系Ti-NiTi-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、良好的力学性能、耐腐蚀性和生物相容性以及高阻尼特性，是当前的力学性能、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、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。生物医学等领域。TiTiNiNi合金有合金有3 3种金属化合物：种金属化合物：TiNi2TiNi2、Ti2NiTi2Ni、TiNiTiNi(高温高温相为相为体心立方晶体体心立方晶体，低温相为复杂的长周期堆垛结构，属于，低温相为复杂的长周期堆垛结构，属于单单斜晶体斜晶体)，TiTiNiSMANiSMA耐腐蚀、疲劳、磨损，生物相容性好，是耐腐蚀、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。目前唯一作为生物医学材料的形状记忆合金。在在Ti-NiTi-Ni合金中添加少量的第三元素，将会引起合金中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，体的晶体结构发生改变，宏观上表现为相变温度点的升高宏观上表现为相变温度点的升高或降低。或降低。升高升高相变温度的元素有：相变温度的元素有：AuAu、PtPt、Pd(Pd(钯钯)和和ZrZr（锆）；（锆）；降低降低相变温度的元素有：相变温度的元素有：FeFe、AlAl、CrCr（铬）、（铬）、CoCo、MnMn、V V、NbNb和和CeCe（铈）（铈）等。等。例如：例如：NiNi4747TiTi4444NbNb9 9滞后宽度由滞后宽度由3434增到增到144144，且，且A As s高于室温高于室温（5454）。这种）。这种Ti-Ni-NbTi-Ni-Nb宽滞后记忆合金在室温下既能存储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。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，为此开发出近年来，由于高温热敏器件的大量应用，为此开发出TiNiTiNi1-x1-xR Rx x(R=Au(R=Au、PtPt、PdPd等等)和和TiTi1-x1-x NiM NiMx x(M=Zr(M=Zr等等)系列高温系列高温记忆合金。例如，记忆合金。例如，Ti-Ni-NbTi-Ni-Nb或或Ti-PdTi-Pd合金的合金的M Ms s点可达点可达200-200-500500，而，而Ti-Ni-PtTi-Ni-Pt或或Ti-PtTi-Pt合金的合金的M Ms s点可达点可达20020010001000。铜基系形状记忆合金铜基系形状记忆合金 在在提提出出形形状状记记忆忆效效应应概概念念之之前前，2020世世纪纪3030年年代代发发现现CuZnCuZn合合金金中中马马氏氏体体随随温温度度升升降降而而呈呈现现消消长长现现象象，这这就就是是热热弹弹性性马马氏氏体体相变。相变。5050年年代代末末KurdjumovKurdjumov在在Cu-14.7Al-1.5NiCu-14.7Al-1.5Ni合合金金中中证证实实了了这这类类相变。而铜基材料中的形状记忆效应大多在相变。而铜基材料中的形状记忆效应大多在7070年代以后发现。年代以后发现。尽尽管管铜铜基基合合金金的的某某些些特特性性不不及及NiTiNiTi合合金金，但但由由于于其其加加工工容容易，成本低廉易，成本低廉(只及只及NiTiNiTi的的1/10)1/10)，依然受到大批研究者的青睐。，依然受到大批研究者的青睐。在已发现的形状记忆材料中铜基合金占的比例最多，它们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的一个共同点是母相均为体心立方结构母相均为体心立方结构，特称之为，特称之为相合金。相合金。铜基系形状记忆合金种类比较多，主要包括铜基系形状记忆合金种类比较多，主要包括Cu-Zn-AlCu-Zn-Al及及Cu-Cu-Zn-Al-X(X=MnZn-Al-X(X=Mn、Ni)Ni)，Cu-Al-NiCu-Al-Ni及及Cu-A1-Ni-X(X=TiCu-A1-Ni-X(X=Ti、Mn)Mn)和和Cu-Cu-Zn-X(X=SiZn-X(X=Si、SnSn、Au)Au)等系列。铜基系合金只有热弹性马氏体相等系列。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变，比较单纯，在铜基系形状记忆合金中以Cu-Zn-AlCu-Zn-Al和和Cu-Cu-Al-NiAl-Ni合金的性能较好，近年来又发展了合金的性能较好，近年来又发展了Cu-Al-MnCu-Al-Mn系列。系列。记忆性能衰退现象：记忆性能衰退现象：铜基系合金的形状记忆效应明显低于铜基系合金的形状记忆效应明显低于Ti-NiTi-Ni合金，合金，形状记忆形状记忆稳定性差，表现出记忆性能衰退现象稳定性差，表现出记忆性能衰退现象。这种衰退可能是由于马。这种衰退可能是由于马氏体转变过程中产生范性协调和局部马氏体变体产生氏体转变过程中产生范性协调和局部马氏体变体产生“稳定化稳定化”所致。所致。逆相变加热温度越高、载荷越大，衰退速率越快。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：改善铜基系合金的循环特性，提高记忆性能，可采取：a.a.加入加入适量稀土和适量稀土和TiTi、MnMn、V V、B B等元素等元素(细化晶粒，提高细化晶粒，提高滑移形变抗力；滑移形变抗力；b.b.微晶铜基系形状记忆合金微晶铜基系形状记忆合金（采用粉末冶金和快速凝固法）（采用粉末冶金和快速凝固法）铁基系形状记忆合金铁基系形状记忆合金 继继TiTiNiNi和铜基系以后，和铜基系以后，2020世纪世纪7070年代以来，在许多铁年代以来，在许多铁基合金中发现了形状记忆效应。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.a.由面心立方由面心立方体心正方（四角）体心正方（四角）(薄片状马氏体薄片状马氏体)如如Fe-Ni-CFe-Ni-C，Fe-Ni-Ti-CoFe-Ni-Ti-Co和和Fe-25atFe-25atPt(Pt(母相有序母相有序)；b.b.由面心立方由面心立方密排六方密排六方马氏体马氏体呈现形状记忆效应，呈现形状记忆效应，如如Fe-Cr-NiFe-Cr-Ni和和Fe-Mn-SiFe-Mn-Si基合金；基合金；c.c.由面心立方由面心立方面心正方面心正方(四角四角)马氏体马氏体(薄片状薄片状)，如，如Fe-PdFe-Pd和和Fe-PtFe-Pt。铁基合金的形状记忆效应，既有通过铁基合金的形状记忆效应，既有通过热弹性马氏体相变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(非热弹性马氏体非热弹性马氏体)而产生形状记忆效应。而产生形状记忆效应。例如，例如，Fe-Mn-SiFe-Mn-Si合金经淬火处理所得的马氏体为非热弹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。其双程记忆效应甚小，性马氏体，属应力诱导型记忆合金。其双程记忆效应甚小，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。首选材料。形状记忆合金的应用形状记忆合金的应用 SMASMA可做成单向形状恢复元件和双向形状恢复动作元件和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。拟弹性元件，在很多领域具有广泛的应用前景。（1 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如管接头、紧固圈、连接套管和紧固铆钉等 SMASMA连接件结构简单、重量轻、所占空间小，并且安全性连接件结构简单、重量轻、所占空间小，并且安全性高、拆卸方便、性能稳定可靠。高、拆卸方便、性能稳定可靠。其中管接头是其中管接头是SMASMA最成功的应用之一最成功的应用之一形状记忆合金管接头使用示意图形状记忆合金管接头使用示意图TiTiNi alloyNi alloya a待接管待接管 b b记忆处理管接头记忆处理管接头 c c扩径后扩径后 d d套管套管 e e加热完成接管加热完成接管 待接管外径为待接管外径为，内径为，内径为(1-4(1-4)TiNiTiNi合金合金经过单向记忆经过单向记忆处理后，在低温下处理后，在低温下(M(Mf f)扩孔为扩孔为(1+4(1+4)，扩孔润滑剂聚乙烯，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。恢复，实现管路紧固连接。Ni-Ti-NbNi-Ti-Nb宽滞宽滞记忆合金管接头与传统连接的比较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最初管接头所采用的合金为Ni-TiNi-Ti和和Ni-Ti-FeNi-Ti-Fe合金，安装合金，安装前必须保存在液氮中，实际应用很不方便。前必须保存在液氮中，实际应用很不方便。后来开发了后来开发了Ni-Ni-Ti-NbTi-Nb宽滞后形状记忆合金，经适当变形处理相变滞后，制成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。的管接头可以在常温下储存和运输，十分方便。记忆合金同轴电缆紧固圈记忆合金同轴电缆紧固圈 美国美国RachemRachem公司研制生产了公司研制生产了Ni-Ni-Ti-NbTi-Nb宽滞后记忆合金同轴电缆紧固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。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、安装方固法相比：体积小、重量轻、安装方便、连接无漏丝、安全可靠。便、连接无漏丝、安全可靠。形状记忆合金紧固铆钉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，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，可以用例如在密闭真空中很难进行操作，可以用SMASMA紧固铆钉方便的紧固铆钉方便的实现紧固。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。复，铆钉尾部叉开实现紧固。（2）飞行器用天线）飞行器用天线 人造卫星天线的示意图人造卫星天线的示意图 由由Ti-NiTi-Ni合金板制合金板制成的天线能卷入卫星成的天线能卷入卫星体内，当卫星进入轨体内，当卫星进入轨道后，利用太阳能或道后，利用太阳能或其它热源加热就能在其它热源加热就能在太空中展开。太空中展开。形状记忆合金月面天线的自动展开示意图形状记忆合金月面天线的自动展开示意图 美国字航局美国字航局(NASA)(NASA)利用利用Ti-NiTi-Ni合金加工制成半球状的月合金加工制成半球状的月面天线，先加以形状记忆热处理，面天线，先加以形状记忆热处理，压成一团压成一团，阿波罗运载火，阿波罗运载火箭送上月球表面，小团天线受太阳照射箭送上月球表面，小团天线受太阳照射加热恢复原状加热恢复原状，即构，即构成正常运行的半球状天线，成正常运行的半球状天线，用于通讯。用于通讯。（3 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利用记忆合金在加热时形状恢复的同时其恢复力可可对外作功对外作功的特性，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。记忆合金空间有用载荷释放机构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。螺栓，使有用载荷释放。19941994年年2 2月月3 3日，美国在日，美国在ClementineClementine航航天器上，用该机构在天器上，用该机构在15s15s内成功释放了内成功释放了4 4只太阳能板。只太阳能板。形状记忆温控阀形状记忆温控阀 记忆合金丝可以制成圆柱形螺旋弹簧作为热敏驱动元件。记忆合金丝可以制成圆柱形螺旋弹簧作为热敏驱动元件。其特点是利用形状记忆特性，在一定温度范围内，产生显著的其特点是利用形状记忆特性，在一定温度范围内，产生显著的位移或力的变化。位移或力的变化。SMASMA温控阀原理：当温度升到一定温度时，形状记忆弹簧温控阀原理：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。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目前，我国已在热水器等设备上装有Cu-Zn-AlCu-Zn-Al记忆元件。记忆元件。机械手柔性三维运动（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。体内。在现有的在现有的SMASMA中，仅有中，仅有TiNiTiNi合金满足条件，是目前医学上合金满足条件，是目前医学上使用的惟一的记忆合金使用的惟一的记忆合金 。我国率先于我国率先于2020世纪世纪8080年代初，成功将年代初，成功将TiNiTiNi合金应用于临床，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。临床应用上处于国际领先水平。Ti-Ni合金做成的薄板型牙根结构 在牙齿矫形手术中，传统使用不锈钢和在牙齿矫形手术中，传统使用不锈钢和CoCoCrCr合金丝，后合金丝，后用用Ti-NiTi-Ni加工硬化后的合金（超弹性）取代不锈钢丝（加工硬化后的合金（超弹性）取代不锈钢丝（19781978年）年）19841984年日本采用年日本采用Ti-Ni SMATi-Ni SMA成功研制出薄板结构型牙根，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，使在口腔内灌入热生理盐水，使Ti-Ni SMATi-Ni SMA上升到上升到4242度，这时牙度，这时牙根端部向两侧张开根端部向两侧张开3030，其结合力比原来方法提高了，其结合力比原来方法提高了4040 。Ti-Ni Ti-Ni形状记忆合金锯齿臂环抱内固定器形状记忆合金锯齿臂环抱内固定器(a)(a)环抱器由体部、臂部和锯齿部组成环抱器由体部、臂部和锯齿部组成 (b)(b)环抱器横截面环抱器横截面 c)c)圆柱形环抱器圆柱形环抱器(上上)、圆锥形环抱器、圆锥形环抱器(下下)1994 1994年，有人研制出上图内固定器用于治疗长管骨折。这年，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，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。为长骨干骨折提供了一种新的有效治疗手段。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 在陶瓷体系中，已发现有两种产生形状记忆效在陶瓷体系中，已发现有两种产生形状记忆效应的机制：应的机制：一种是一种是粘弹性机制导致的形状恢复粘弹性机制导致的形状恢复；另一种和合金相类似的与另一种和合金相类似的与马氏体相变马氏体相变及其逆相及其逆相变有关的形状记忆。其中的马氏体相变可以是热诱变有关的形状记忆。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。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。要成分的形状记忆元件。二氧化锆二氧化锆陶瓷中无论是应陶瓷中无论是应力还是热力学，都能激发四方晶体力还是热力学，都能激发四方晶体t t向单斜晶体向单斜晶体m m的的转变，而且是可逆的变化，属于马氏体相变。转变，而且是可逆的变化，属于马氏体相变。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 ZrOZrO2 2：高温：高温立方立方结构（结构（c c），中温），中温四方四方晶体（晶体（t t），低温），低温单单斜对称斜对称结构（结构（m m）。）。加热到加热到950950随后冷却：随后冷却：tmtm转变；转变；再加热至再加热至11501150：mtmt逆转变；（记忆效应）逆转变；（记忆效应）tmtm马氏体相变中，回复应变较大，相变能吸收裂纹尖端能量，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具有显著的增韧作用三种迄今为止具有三种迄今为止具有t tm m相变增韧作用的经典相变增韧作用的经典ZrOZrO2 2基陶瓷：基陶瓷：PSZPSZ：部分稳定的四方氧化锆，通过在：部分稳定的四方氧化锆，通过在ZrOZrO2 2中加入适量的稳定剂，中加入适量的稳定剂，如如MgOMgO、Y Y2 2O O3 3、CeOCeO2 2、CaOCaO等，使等，使部分立方相和四方相保留到室温部分立方相和四方相保留到室温而得到。而得到。TZPTZP：四方氧化锆多晶，全部四方相保留至室温而得到。：四方氧化锆多晶，全部四方相保留至室温而得到。ZDCZDC：氧化锆弥散陶瓷，把增韧的：氧化锆弥散陶瓷，把增韧的Zr02Zr02均匀分散地加入到其他陶均匀分散地加入到其他陶瓷中去瓷中去(例如例如A1203)A1203)，构成的复合相陶瓷，又称为，构成的复合相陶瓷，又称为ZrO2ZrO2增韧的增韧的A12O3A12O3陶瓷陶瓷(ZTA)(ZTA)。三种增韧的三种增韧的Zr0Zr02 2基陶瓷的显微组织示意图基陶瓷的显微组织示意图(a)PSZ(a)PSZ；(b)TZP(b)TZP；(c)ZTA(c)ZTA 形状记忆陶瓷的应用形状记忆陶瓷的应用 用用PNZSTPNZST陶瓷为驱动器的闭锁继电器陶瓷为驱动器的闭锁继电器 50um 50um的位移可触动开关，尺寸紧凑，仅为通常电磁继电的位移可触动开关，尺寸紧凑，仅为通常电磁继电器的器的1 11010，用脉冲电压操纵，节省能量，用脉冲电压操纵，节省能量 ；在；在350V350V电压下电压下4ms4ms接通，在接通，在-50V-50V断开。断开。应用形状记忆叠层装置的机械夹持器应用形状记忆叠层装置的机械夹持器 20 20层形状记忆材料制成，可用于夹持显微试样。层形状记忆材料制成，可用于夹持显微试样。200V 200V，4ms4ms的脉冲电压使的脉冲电压使4mm4mm的叠层陶瓷位移的叠层陶瓷位移4um4um，经杠杆放大作用，经杠杆放大作用，尖端位移尖端位移30um30um，可稳定夹持几个小时。，可稳定夹持几个小时。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 形状记忆高聚物形状记忆高聚物(shape memory polymers(shape memory polymers，简写，简写SMP)SMP)或称或称形状记形状记忆高分子忆高分子：由由固定相固定相或称或称硬相硬相(hard domain)(hard domain)和和软化软化-硬化可逆相硬化可逆相或称或称软软相相(soft domain)(soft domain)构成，通过可逆相的可逆变化而具有形状记忆构成，通过可逆相的可逆变化而具有形状记忆效应。效应。于于2020世纪世纪8080年代开始对年代开始对SMPSMP的研究。的研究。19841984法国的法国的CdFCdFChimieChimie公司成功开发出世界首例形状记忆聚合物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，聚降冰片烯以后，SMPSMP进入高速发展阶段。进入高速发展阶段。SMPSMP与与SMASMA相比相比：优点：优点：形变量大，形变加工方便，形状恢复温度易于调节，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，质轻和价廉保温和绝缘性能好，易着色，不锈蚀，质轻和价廉；缺点：缺点：强度低，形变恢复驱动力小，刚性和硬度低，稳定强度低，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性较差，易燃烧，耐热性差，易老化和使用寿命短。SMPSMP与与SMASMA物理性能的比较物理性能的比较 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。形和固定则是由可逆相来完成。2.2.固定相可以是聚合物的交联结构、部分结晶固定相可以是聚合物的交联结构、部分结晶结构、聚合物的玻璃态或分子链的缠绕等。可结构、聚合物的玻璃态或分子链的缠绕等。可逆相则为产生结晶与结晶熔融可逆变化的部分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胶态可逆转变（玻结晶相或发生玻璃态与橡胶态可逆转变（玻璃化温度璃化温度T Tg g）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例：为例：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；定下来；接着在低于接着在低于TfTf高于高于TgTg的温度下施加外应力，分子链沿外应力方向的温度下施加外应力，分子链沿外应力方向取向变形；取向变形；再冷却至再冷却至TgTg温度以下使可逆相硬化，强迫取向的分子链冻结，二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；次成型形状固定；若再加热到若再加热到TgTg温度以上，可逆相熔融软化，分子链取向解除，并温度以上，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。在固定相恢复应力作用下恢复到一次成形品的形状。形状记忆高聚物的应用形状记忆高聚物的应用(1)(1)土木建筑：用于固定铆钉、空隙密封和异径管连接等。土木建筑：用于固定铆钉、空隙密封和异径管连接等。异径管连接异径管连接：先先将将SMPSMP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，得到物，得到热收缩管热收缩管制品。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加热热，套套管管收收缩缩紧紧固固，使使各各种种异异径径的的金金属属管管或或塑塑料料管管有有机机地结合。地结合。(2)(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、连连接接装置、衬里和缓冲器等。装置、衬里和缓冲器等。SMPSMP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阀门门、残疾病人行动使用的感温轮椅等。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，SMPSMP树树脂脂制制作作的的保保护护装装置置变变形形后后，只需加热就可恢复原状。只需加热就可恢复原状。(3)(3)医疗卫生医疗卫生：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SMPSMP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，只只需需热热风风加加热软化。热软化。医疗固定器具示意图医疗固定器具示意图 (4)(4)印刷包装：用于热收缩膜和商标等。印刷包装：用于热收缩膜和商标等。(5)(5)智能材料：用于传感和执行元件等。智能材料：用于传感和执行元件等。