九年级下化学 9.2 《化学与材料》课件1 沪教版

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九年级下化学 9.2 《化学与材料》课件1 沪教版

化学与材料形状记忆合金形状记忆合金的发现   20世纪60年代初,美国马里兰州海军军械研究所的科学家比勒,用镍钛合金丝做试验。

这些合金丝弯弯曲曲,为了使用方便,他把这些合金丝弄直了。

但是,当他无意中把合金丝靠近火的时候,奇迹发生了:已经弄直的合金丝居然完全恢复了它们原来弯弯曲曲的形状。

形状记忆合金的特点形状记忆合金材料是一种新型的功能材料,其特点是在一定的外力作用下可以改变其形态(形状和体积),但当温度升高到某一定值时,它又可完全恢复原来的形态。

通过形状记忆合金模仿肌肉的收缩来实现人工肌肉的功能。

用背部的金属纤维振动翅膀形状记忆合金的用途(一)在航空上的应用——    月球上的“奇葩”     在室温下用形状记忆合金制成抛物面天线,然后把它揉成直径5厘米以下的小团,放入阿波罗11号的舱内,在月面上经太阳光的照射加热使它恢复到原来的抛物面形状。 这样就能用空间有限的火箭舱运送体积庞大的天线了。

形状记忆合金的用途(二)在医学上的应用合金作为驱动元件,具有可动的肩、肘、腕及手指的微型机械手。

手指和手腕靠TiNi合金螺旋弹簧的伸缩实现开闭和弯曲动作,肘和肩是靠直线状的TiNi合金丝的伸缩做弯曲动作,各个形状记忆合金驱动元件都由直接通上的脉宽可调电流加以控制。

形状记忆合金的用途归纳(1)汽车:后雾灯罩、手动变速箱的防噪音装置、燃料蒸发气体排出控制阀;(2)电子设备:电子炉灶换气门的开闭器、空调风向自动调节器、咖啡牛奶沸腾感知器、电饭锅压力调节器、电磁调理器过热感知器、温泉浴池调理器等;(3)安全器具:过热报警器、火灾报警器、烟灰缸灭火栓等;(4)医疗方面:人工牙根、牙齿矫正丝、导线等;(5)生活用品:自动干燥库门开闭器、卫生间洗涤器水管转换开关、空调进出口风向调节器、浴池保温器、玩具、路标方向指示转换器、家庭换气门开闭器、防火挡板、净水器热水防止阀、恒温箱混合水栓温度调节阀、眼镜固定件、眼镜框架、胸罩丝、钓鱼线、便携电话天线、装饰品等。

形状记忆合金的分类(1)单程记忆效应   形状记忆合金在较低的温度下变形,加热后可恢复变形前的形状,这种只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程记忆效应。

(2)双程记忆效应   某些合金加热时恢复高温相形状,冷却时又能恢复低温相形状,称为双程记忆效应。 (3)全程记忆效应     加热时恢复高温相形状,冷却时变为形状相     同而取向相反的低温相形状,称为全程记忆     效应。

形状记忆合金的原料真正实际中使用的形状记忆合金主要是TiNi合金和CuALBe合金,以及在这两种合金中添加微量元素所组成的合金,因而形状记忆合金的主要材料是镍、钛、铜、铍青铜等,其产地分别是我国西部地区的金昌、遵义、白银、石嘴山等。

合金具有“记忆”的原因据科学家推测,金属的结晶状态,在被加热时和冷却时是不同的,虽然外表没有变化,然而在一定温度下,金属原子的排列方式会发生突变,这称为相变。

能引起记忆合金形状改变的条件是温度。

分析表明,这类合金存在着一对可逆转变的晶体结构。 如含有Ti和Ni各为50%的记忆合金,有两种晶体结构,一种是菱形的,另一种是立方体的,这两种晶体结构相互转变的温度是一定的。

高于这一温度,它会由菱形结构转变为立方体结构;低于这一温度,又由立方体结构转变为菱形结构。

晶体结构类型改变了,它的形状也就随之改变。

形状记忆效应与形状记忆合金一般金属材料受到外力作用后,首先发生弹性变形,达到屈服点,就产生塑性变形,应力消除后留下永久变形。

但有些材料,在发生了塑性变形后,经过合适的热过程,能够回复到变形前的形状,这种现象叫做形状记忆效应(SME)。 具有形状记忆效应的金属一般是两种以上金属元素组成的合金,称为形状记忆合金(SMA)铁素体、奥氏体、马氏体组成铁碳合金的铁具有两种晶格结构:910℃以下为具有体心立方晶格结构的α——铁,910℃以上为具有面心立方晶格结构的Υ——铁。 如果碳原子挤到铁的晶格中去,而又不破坏铁所具有的晶格结构,这样的物质称为固溶体。

碳溶解到α——铁中形成的固溶体称铁素体。 而碳溶解到Υ——铁中形成的固溶体则称奥氏体。 奥氏体是铁碳合金的高温相。

钢在高温时所形成的奥氏体,过冷到727℃以下时变成不稳定的过冷奥氏体。 如以极大的冷却速度过冷到230℃以下,这时奥氏体中的碳原子已无扩散的可能,奥氏体将直接转变成一种含碳过饱和的α固溶体,称为马氏体。

由于含碳量过饱和,引起马氏体强度和硬度提高、塑性降低,脆性增大。