形状记忆合金介绍

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1、现代新型材料与纳米材料现代新型材料与纳米材料 New Materials and Nanometer-Materials（5）材料科学与工程学院材料科学与工程学院刘颖教授主讲刘颖教授主讲2第五讲第五讲 形状记忆合金形状记忆合金 Shape Memory Alloy3主要内容主要内容形状记忆合金的发展形状记忆合金的发展形状记忆合金的原理形状记忆合金的原理形状记忆合金的分类形状记忆合金的分类形状记忆合金的制备形状记忆合金的制备形状记忆合金的应用形状记忆合金的应用4金属具有记忆能力金属具有记忆能力人们把具有人们把具有“记忆能力记忆能力”的合金的合金(Shape Memeory AlloySMA)做成

2、花、鸟、鱼、虫等各种造型，只做成花、鸟、鱼、虫等各种造型，只要浸入一定温度的水中，可以出现花开放，鸟展翅，要浸入一定温度的水中，可以出现花开放，鸟展翅，鱼摆尾，虫蠕动等现象，栩栩如生，如魔术般使人鱼摆尾，虫蠕动等现象，栩栩如生，如魔术般使人惊叹。惊叹。用用CuZnAl记忆合金片制备的记忆合金片制备的金属花，以热水或热风为热金属花，以热水或热风为热源，开放温度为源，开放温度为65-85，闭合温度为室温，花蕾直径闭合温度为室温，花蕾直径80mm，展开直径展开直径200mm。5人们对形状记忆效应的物理本质及其影响因素已有较人们对形状记忆效应的物理本质及其影响因素已有较为清晰的认识，形状记忆合金已被确

3、认为一种为清晰的认识，形状记忆合金已被确认为一种热驱动热驱动功能材料功能材料，人们利用其形状记忆效应，在，人们利用其形状记忆效应，在仪器仪表、仪器仪表、自动控制、航空航天、医疗器具、汽车工程以及机器自动控制、航空航天、医疗器具、汽车工程以及机器人人等领域中实现广泛应用。等领域中实现广泛应用。形状记忆形状记忆合金的应用合金的应用6形状记忆合金的发展形状记忆合金的发展 7形状记忆效应源自材料中发生的马氏体相变形状记忆效应源自材料中发生的马氏体相变。德国金属学家德国金属学家Martens发现：钢在奥氏体高温区发现：钢在奥氏体高温区淬火时，原来面心立方的奥氏体晶粒内以原子淬火时，原来面心立方的奥氏体晶

4、粒内以原子无无扩散形式转变扩散形式转变为体心立方结构，得到的组织以他为体心立方结构，得到的组织以他的名字被命名为的名字被命名为马氏体马氏体。板条马氏体板条马氏体钢的淬火钢的淬火81938年，美国的格里奈哥和穆拉迪安在年，美国的格里奈哥和穆拉迪安在Cu-Zn合合金中发现了马氏体的金中发现了马氏体的热弹性转变热弹性转变，他们的研究在，他们的研究在当时并没有受到世界的重视；当时并没有受到世界的重视；1951年，美国的里德等人在年，美国的里德等人在Au-Cd合金的研究中合金的研究中首次发现该合金具有形状记忆效应；首次发现该合金具有形状记忆效应；随后，在随后，在InTi合金中也发现了形状记忆效应。合金中

5、也发现了形状记忆效应。这些合金价格昂贵，难以实现应用，人们开始寻这些合金价格昂贵，难以实现应用，人们开始寻找成本低廉的形状记忆合金。找成本低廉的形状记忆合金。9低成本形状记忆合金的发现完全是偶然的。低成本形状记忆合金的发现完全是偶然的。1962年，美国海军军械研究所将年，美国海军军械研究所将NiTi合金合金作为作为对对温度敏感的振动衰减合金温度敏感的振动衰减合金加以研究，在讨论该项加以研究，在讨论该项研究经费分配时，研究经费分配时，某一成员用手将这种材料制成某一成员用手将这种材料制成的细丝一端弯曲，无意中靠近手中点燃的雪茄，的细丝一端弯曲，无意中靠近手中点燃的雪茄，忽然发现靠近火焰部分的细丝伸

6、直了忽然发现靠近火焰部分的细丝伸直了。1963年，军械研究所宣布在年，军械研究所宣布在NiTi合金丝中发现了合金丝中发现了形状记忆效应。形状记忆效应。NiTi合金具有强度高、塑性大、耐腐蚀性好、成合金具有强度高、塑性大、耐腐蚀性好、成本相对低廉等许多特点本相对低廉等许多特点而引起极大关注，人们开而引起极大关注，人们开始考虑形状记忆合金的广泛应用。始考虑形状记忆合金的广泛应用。101970年，人们又在成本更为低廉的年，人们又在成本更为低廉的CuAlNi合金合金中也发现形状记忆现象，并中也发现形状记忆现象，并明确这种现象是能产明确这种现象是能产生热弹性马氏体相变的合金所共有的特性生热弹性马氏体相变

7、的合金所共有的特性。以此为转折点，迄今人们己在许多合金中相继发以此为转折点，迄今人们己在许多合金中相继发现这种现象，如表所示。现这种现象，如表所示。现在，人们发现一些现在，人们发现一些有机高分子材料、无机陶瓷有机高分子材料、无机陶瓷等等都具有形状记忆的功能。都具有形状记忆的功能。11形状记忆合金的成分范围和形状记忆合金的成分范围和Ms(马氏体相变开始温度马氏体相变开始温度)点点合金合金成分成分Ms点点/合金合金成分成分Ms点点/AgCd11-49at%Cd-190/-50InTi18-23at%Ti50/100AuCd46.5-50at%Cd30/100NiAl36-38at%Al-100/1

8、00CuAlNi14-14.5at%Al,3-4.5at%Ni-140/100TiNi49-51at%Ni-50/100CuAuZn23-28at%Au 45-47at%Zn-150/100FePt25at%Pt/-130CuSn15at%Sn-120/30FePd30at%Pd/-100CuZn38.5-41.5at%-180/-10MoCu5-35at%Cu-250/18012形状记忆合金的原理形状记忆合金的原理13Fe在在910以下为体心立方晶格结构的以下为体心立方晶格结构的-Fe，910以上为面心立方晶格结构的以上为面心立方晶格结构的-Fe。碳溶解到碳溶解到-Fe中形成的固溶体为中形成

9、的固溶体为铁素体铁素体(F)；碳溶；碳溶解到解到-Fe中形成的固溶体为中形成的固溶体为奥氏体奥氏体(A)；如果奥氏；如果奥氏体体以较大的冷却速度过冷以较大的冷却速度过冷，奥氏体中的碳原子没有，奥氏体中的碳原子没有扩散的可能，奥氏体将直接转变成一种含碳过饱和扩散的可能，奥氏体将直接转变成一种含碳过饱和的固溶体，称为的固溶体，称为马氏体马氏体(M)。由于含碳量过饱和，马氏体的强度和硬度高、塑性由于含碳量过饱和，马氏体的强度和硬度高、塑性低，脆性大。低，脆性大。奥氏体和马氏体奥氏体和马氏体14形状记忆效应形状记忆效应：具有一定形状的固体材料：具有一定形状的固体材料(通常是通常是具有具有热弹性马氏体相

10、变热弹性马氏体相变的材料的材料)，在某一温度下，在某一温度下(处于马氏体状态处于马氏体状态Mf)进行一定限度的塑性变形后，进行一定限度的塑性变形后，通过加热到某一温度通过加热到某一温度(通常是该材料马氏体完全消通常是该材料马氏体完全消失温度失温度Af)上时，材料恢复到变形前的初始形状上时，材料恢复到变形前的初始形状。具有形状记忆效应的合金称为形状记忆合金具有形状记忆效应的合金称为形状记忆合金。15形状记忆效应实验形状记忆效应实验原始形状原始形状拉直拉直加热后恢复变形加热后恢复变形前形状前形状16热弹性马氏体相变热弹性马氏体相变面心立方的奥氏体晶粒内的面心立方的奥氏体晶粒内的原子经原子经无扩散位

11、移无扩散位移，产生，产生形形状改变和表面浮凸状改变和表面浮凸，这种呈，这种呈现现不变平面特征不变平面特征的的一级相变、一级相变、形核长大型相变形核长大型相变称为称为马氏体马氏体相变相变，相变后形成体心立方，相变后形成体心立方的马氏体。的马氏体。把马氏体相变开始和相变结把马氏体相变开始和相变结束的温度表示为束的温度表示为Ms和和Mf，把，把马氏体逆相变马氏体逆相变(转变成奥氏体转变成奥氏体)的温度表示为的温度表示为As和和Af。钢的马氏体转变钢的马氏体转变17为使为使A(母相母相)-M(马氏体相马氏体相)相变产生，相变产生，M相的化学自相的化学自由能必须低于由能必须低于A相相。相变需要驱动力相变

12、需要驱动力，不过冷到适当低于，不过冷到适当低于T0(A相和相和M相相化学自由能达到平衡化学自由能达到平衡)的温度，相变不能进行，的温度，相变不能进行，逆相变也需驱动力逆相变也需驱动力，必须过热到适当高于，必须过热到适当高于T0的温度，的温度，相变才能进行。相变才能进行。马氏体相和母相化学马氏体相和母相化学自由能差随温度变化自由能差随温度变化与马氏体相变的关系与马氏体相变的关系18低于低于Ms温度下，马氏体形成以后，温度下，马氏体形成以后，界面上的弹性变界面上的弹性变形随着马氏体的长大而增加；形随着马氏体的长大而增加；当当表面能、弹性变形能及共格界面能等表面能、弹性变形能及共格界面能等能量消耗的

13、能量消耗的增加增加与与相变化学自由能的减少相变化学自由能的减少相等时相等时，马氏体和母，马氏体和母相间达到相间达到热弹性平衡状态热弹性平衡状态，马氏体停止长大。，马氏体停止长大。CuAlNi合金冷却过程中热弹性马氏体相变合金冷却过程中热弹性马氏体相变(马氏体长大马氏体长大)19温度继续下降，马氏体相变驱动力增加，马氏体又温度继续下降，马氏体相变驱动力增加，马氏体又继续长大，也可能出现新的马氏体生长。继续长大，也可能出现新的马氏体生长。温度升高，相变驱动力减小，马氏体出现收缩。温度升高，相变驱动力减小，马氏体出现收缩。热效应和弹性效应之间的平衡态热效应和弹性效应之间的平衡态是热弹性的由来，是热弹

14、性的由来，具有这种行为的马氏体具有这种行为的马氏体为为热弹性马氏体热弹性马氏体，相变为热相变为热弹性马氏体相变弹性马氏体相变。CuAlNi合金加热过程中热弹性马氏体相变合金加热过程中热弹性马氏体相变(马氏体缩小马氏体缩小)20形状记忆效应原理形状记忆效应原理形状记忆合金在一定范围内形状记忆合金在一定范围内发生塑性变形后，经加热到发生塑性变形后，经加热到某一温度后能够恢复变形，某一温度后能够恢复变形，实质是热弹性马氏体相变实质是热弹性马氏体相变。马氏体在外力下变形成某一马氏体在外力下变形成某一特定形状，加热时已发生形特定形状，加热时已发生形变的马氏体会回到原来奥氏变的马氏体会回到原来奥氏体状态，

15、这就是宏观形状记体状态，这就是宏观形状记忆现象，如右图所示。忆现象，如右图所示。形状记忆效应过形状记忆效应过程的示意图程的示意图21形状恢复完全可逆形状恢复完全可逆需具备以下条件：需具备以下条件：马氏体相变是马氏体相变是热弹性热弹性的；的；母相和马氏体呈现母相和马氏体呈现有序的点阵结构有序的点阵结构；马氏体点阵的不变切变为孪生，马氏体点阵的不变切变为孪生，亚结构为孪晶或亚结构为孪晶或层错层错；马氏体相变在晶体学上是马氏体相变在晶体学上是可逆的可逆的。22出现出现热弹马氏体相变热弹马氏体相变的条件：的条件：母相与马氏体的比容差小；母相与马氏体的比容差小；母相的弹性极限高；母相的弹性极限高；母相原

16、子排列规律性强；母相原子排列规律性强；热弹性马氏体相变确保热弹性马氏体相变确保不破坏母相与新相之间的共不破坏母相与新相之间的共格联系，新相在加热条件下容易向母相转变。格联系，新相在加热条件下容易向母相转变。23有序点阵结构有序点阵结构相变时母相的晶体位向自动得到保存，两相间相变时母相的晶体位向自动得到保存，两相间的点阵对应关系单一，相变时点阵应变非常小，的点阵对应关系单一，相变时点阵应变非常小，逆相变时必然选取原位向的母相；逆相变时必然选取原位向的母相；有序化材料具有较高的弹性极限有序化材料具有较高的弹性极限，热弹性马氏，热弹性马氏体相变产生的小尺度畸变不会超过材料的弹性体相变产生的小尺度畸变

17、不会超过材料的弹性极限，逆相变中母相和马氏体相的界面保持弹极限，逆相变中母相和马氏体相的界面保持弹性共格，性共格，为逆相变时重新构成原母相的结构提为逆相变时重新构成原母相的结构提供有利条件供有利条件。24马氏体内的马氏体内的亚结构是孪晶或层错亚结构是孪晶或层错外力作用下，通过孪晶移动，某一取向的马氏体长大，外力作用下，通过孪晶移动，某一取向的马氏体长大，其它不利取向的马氏体缩小其它不利取向的马氏体缩小(择优取向马氏体择优取向马氏体)，保证马保证马氏体变形时不会出现太多母相的等效晶体位向氏体变形时不会出现太多母相的等效晶体位向。逆相变时，马氏体中只形成几个甚至一个母相的等效晶逆相变时，马氏体中只

18、形成几个甚至一个母相的等效晶体位向，体位向，只有特定取向的母相晶核才能不断长大，马氏只有特定取向的母相晶核才能不断长大，马氏体恢复成原母相晶体，宏观变形也得到恢复。体恢复成原母相晶体，宏观变形也得到恢复。晶体学上相变可逆性晶体学上相变可逆性通过逆相变，不仅在通过逆相变，不仅在晶体结构晶体结构上，而且在上，而且在晶体位向晶体位向上都上都恢复到相变前的母相状态。恢复到相变前的母相状态。晶体学上的相变可逆性晶体学上的相变可逆性保证逆相变后形成有序性很高的保证逆相变后形成有序性很高的原母相晶体，宏观变形也完全恢复。原母相晶体，宏观变形也完全恢复。25随着形状记忆材料研究的不断深入，随着形状记忆材料研究

19、的不断深入，发现不完全发现不完全具备上述条件的合金也可以显示形状记忆效应具备上述条件的合金也可以显示形状记忆效应。温度场温度场可以诱导形状记忆效应，可以诱导形状记忆效应，磁场、应力场磁场、应力场等等也可诱导马氏体相变，出现形状记忆效应。也可诱导马氏体相变，出现形状记忆效应。传统热诱导形状记忆合金传统热诱导形状记忆合金磁诱导形状记忆合金磁诱导形状记忆合金Magnetic field26传统形状记忆合金具有较大的可逆恢复应变和大的恢传统形状记忆合金具有较大的可逆恢复应变和大的恢复力，但复力，但必须通过改变合金的温度来获得应变必须通过改变合金的温度来获得应变，响应响应速度慢，响应频率低速度慢，响应频

20、率低(约为约为1Hz左右左右)。磁性形状记忆合金的优势就在于它兼具铁磁性和热弹磁性形状记忆合金的优势就在于它兼具铁磁性和热弹性马氏体相变，并且结合了性马氏体相变，并且结合了形状记忆合金应变大形状记忆合金应变大和和磁磁致伸缩材料响应快致伸缩材料响应快的优点。的优点。27利用磁场对合金中的马氏体变体施加静磁力，利用磁场对合金中的马氏体变体施加静磁力，促使促使有利取向的马氏体变体长大，吞并不利取向的变体有利取向的马氏体变体长大，吞并不利取向的变体(表现为孪晶界的移动表现为孪晶界的移动)，从而产生宏观变形；，从而产生宏观变形；磁场强度减小或撤去时，孪晶界又回到初始位置。磁场强度减小或撤去时，孪晶界又回

21、到初始位置。磁致形状记忆效应只存在磁致形状记忆效应只存在具有热弹性马氏体相变的具有热弹性马氏体相变的磁性合金中磁性合金中，典型磁致形状记忆合金有，典型磁致形状记忆合金有NiMnGa、NiFeGa、Fe基和基和Co基合金等。基合金等。目前，已在目前，已在Ni48.8Mn29.7Ga21.5单晶单晶中得到约中得到约10%的可恢复的可恢复磁感生应变磁感生应变。28相变伪弹性和超弹性相变伪弹性和超弹性外加应力也可引起马氏体消长，这样形成的马氏外加应力也可引起马氏体消长，这样形成的马氏体叫体叫应力诱发马氏体应力诱发马氏体(SIM)。Af温度以上的马氏体只在应力下稳定。温度以上的马氏体只在应力下稳定。随应

22、力增加或减小，马氏体也相应长大或缩小；随应力增加或减小，马氏体也相应长大或缩小；应力除去后，应力诱发马氏体当即逆转变为稳定母相，应力除去后，应力诱发马氏体当即逆转变为稳定母相，相变引起的变形消失。相变引起的变形消失。这种不通过加热即恢复到原先形状的相变，看起这种不通过加热即恢复到原先形状的相变，看起来像弹性变形，但其来像弹性变形，但其应力应变曲线是非线性的应力应变曲线是非线性的，称为称为相变伪弹性相变伪弹性，应变完全恢复时称为，应变完全恢复时称为超弹性超弹性。29伪弹性仅与应力诱发相变和伪弹性仅与应力诱发相变和热弹性相变有关。热弹性相变有关。AB段：段：奥氏体奥氏体相的弹性变形；相的弹性变形；

23、BC段：段：B点为应力诱发马氏体点为应力诱发马氏体的最小应力，的最小应力，C点相变结束；点相变结束；奥氏体向马氏体的转变使应变奥氏体向马氏体的转变使应变增加增加，其斜率远小于，其斜率远小于AB段，说段，说明相变容易进行，明相变容易进行，CD段：相变结束后，应力作用段：相变结束后，应力作用下下马氏体马氏体发生弹性变形。发生弹性变形。伪弹性应力应变示意图伪弹性应力应变示意图30在在D点之前应力被取消，例如在点点之前应力被取消，例如在点C，应变通过，应变通过几步可恢复：几步可恢复：CF段：段：马氏体马氏体的弹性恢复；的弹性恢复；FG段：段：马氏体向奥氏体转变后引起的应变恢复马氏体向奥氏体转变后引起的

24、应变恢复，F点点是卸载中马氏体能存在的最大应力，在该点开始发生是卸载中马氏体能存在的最大应力，在该点开始发生马氏体向奥氏体的逆相变，随后马氏体量不断减少直马氏体向奥氏体的逆相变，随后马氏体量不断减少直到奥氏体完全恢复到奥氏体完全恢复(G点点)，GH段：段：奥氏体奥氏体的弹性恢复。的弹性恢复。31就形状记忆而言，试样在就形状记忆而言，试样在As点下受到的应变一且点下受到的应变一且加加热到热到Af点以上点以上即可消失；就相变伪弹性而言，试样即可消失；就相变伪弹性而言，试样在在Af点以上受到的应变一旦点以上受到的应变一旦卸载卸载即可消失。即可消失。两种形状恢复的起因都是逆相变，本质上两者是同两种形状

25、恢复的起因都是逆相变，本质上两者是同一现象，只不过一现象，只不过诱发逆相变的方法不同诱发逆相变的方法不同：在在Ms以下温度对合金进行变形，只产生形状记忆；以下温度对合金进行变形，只产生形状记忆；在在Af以上温度对合金施加应力，只出现伪弹性。以上温度对合金施加应力，只出现伪弹性。形状记忆效应与伪弹性形状记忆效应与伪弹性产生条件示意图产生条件示意图32形状记忆合金的分类形状记忆合金的分类33合金成分合金成分呈现形状记忆效应的合金，其基本合金系就有呈现形状记忆效应的合金，其基本合金系就有10种以上，如果把相互组合的合金或者添加适种以上，如果把相互组合的合金或者添加适当元素的合金都算在内，则有当元素的

26、合金都算在内，则有100种以上种以上。得到实际应用的只有得到实际应用的只有Ti基合金、基合金、Cu基合金以及基合金以及Fe基合金基合金。其余合金则因为有些化学成分不是常用元素而其余合金则因为有些化学成分不是常用元素而导致价格昂贵，或者有些只能在单晶状态下使导致价格昂贵，或者有些只能在单晶状态下使用，不适于工业生产。用，不适于工业生产。34TiNi合金合金是目前形状记忆合金中研究最全面、记忆是目前形状记忆合金中研究最全面、记忆性能最好的合金材料。性能最好的合金材料。TiNi合金合金强度高、塑性大、耐蚀性好、稳定性好，具有强度高、塑性大、耐蚀性好、稳定性好，具有优异的生物相容性优异的生物相容性，在

27、医学上的应用是其它形状记忆合金不能替代的在医学上的应用是其它形状记忆合金不能替代的形状记忆合金的形状记忆合金的经济性经济性是一个重要因素。是一个重要因素。Cu基合金的记忆性能、耐蚀性能、力学性能等都比基合金的记忆性能、耐蚀性能、力学性能等都比TiNi合金差，合金差，但价格仅为但价格仅为TiNi合金的合金的l/10，在性能要求不高、在性能要求不高、反复使用次数少，特别是要降低成本的情况下反复使用次数少，特别是要降低成本的情况下使用；使用；Fe基合金基合金价格低，加工性能好，力学强度高，价格低，加工性能好，力学强度高，在应用方在应用方面具有明显的竞争优势，但其面具有明显的竞争优势，但其形状记忆效应

28、不是很好形状记忆效应不是很好。35TiNi合金与合金与CuZnAl合金性能对比合金性能对比合金类型合金类型TiNi合金合金CuZnAl合金合金恢复应变恢复应变最大最大8%最大最大4%恢复应力恢复应力最大最大400MPa最大最大200MPa循环寿命循环寿命105(=0.02)107(=0.005)102(=0.02)103(=0.005)耐蚀性耐蚀性良好良好不良，有应力腐蚀破坏不良，有应力腐蚀破坏加工性加工性不良不良不太好不太好记忆处理记忆处理较易较易相当难相当难36形状记忆效应形状记忆效应形状记忆合金的形状记形状记忆合金的形状记忆效应按形状恢复情况忆效应按形状恢复情况可以分为三类：可以分为三类

29、：单程形状记忆效应单程形状记忆效应双程形状记忆效应双程形状记忆效应全程记忆效应全程记忆效应形状记忆效应的三种形式形状记忆效应的三种形式(a)单程单程(b)双程双程(c)全程全程冷却冷却37单程记忆效应单程记忆效应将母相在高温下制成某种形状，再将母相冷却，使之发将母相在高温下制成某种形状，再将母相冷却，使之发生马氏体相变，然后对马氏体进行任意变形；生马氏体相变，然后对马氏体进行任意变形；当温度升至当温度升至Af点，点，马氏体完全消失，马氏体完全消失，材料恢复母相形状，材料恢复母相形状，重新冷却时不能恢复低温相时的形状重新冷却时不能恢复低温相时的形状。双程记忆效应双程记忆效应加热时恢复高温相形状，

30、冷却时恢复低温相形状，加热时恢复高温相形状，冷却时恢复低温相形状，通过通过温度升降自发可逆地反复恢复高低温相形状的现象称为温度升降自发可逆地反复恢复高低温相形状的现象称为双程记忆效应，双程记忆效应，又称可逆记忆效应。又称可逆记忆效应。全程形状记忆效应全程形状记忆效应加热时恢复高温形状，冷却时变为形状相同而取向相反加热时恢复高温形状，冷却时变为形状相同而取向相反的高温相的现象。的高温相的现象。38（a）马氏体状态下未变形）马氏体状态下未变形（b）马氏体状态下已变形）马氏体状态下已变形（c）放入热水中，高温下恢复奥氏体状态，形状完全恢复）放入热水中，高温下恢复奥氏体状态，形状完全恢复单程单程TiN

31、i记忆合金弹簧的动作变化情况记忆合金弹簧的动作变化情况39没放入热水前没放入热水前放入热水后放入热水后冷却至室温后冷却至室温后再次放入热水后再次放入热水后双程双程CuZnAl记忆合金花的动作变化情况记忆合金花的动作变化情况40把受过强迫时效的四条薄带在其中心位置上以把受过强迫时效的四条薄带在其中心位置上以45度度的夹角捆扎在一起，在约的夹角捆扎在一起，在约100开水中开水中(加热加热)呈现具呈现具有凸透镜曲率的近圆形，如有凸透镜曲率的近圆形，如a所示；所示；从开水中缓慢提起来时自行变化成从开水中缓慢提起来时自行变化成b形状；形状；完全提上来且于完全提上来且于室温室温下时，变化成近直线形状下时，

32、变化成近直线形状c；ac之间的自发形变是由奥氏体向马氏体相变引起之间的自发形变是由奥氏体向马氏体相变引起。TiNi合金的全程记忆效应（合金的全程记忆效应（100-室温）室温）41浸泡在浸泡在冰水冰水中时，下部变化成中时，下部变化成d形状；形状；在干冰在干冰-酒精液中冷却到约酒精液中冷却到约-40时时(冷却，奥氏体全冷却，奥氏体全部转变成马氏体部转变成马氏体)变化成变化成e形状，形状，同同a相比完全是其相相比完全是其相反的形状反的形状；再次返回到再次返回到开水开水(重新加热，马氏体全部转变成奥氏重新加热，马氏体全部转变成奥氏体体)中时，立刻变化成中时，立刻变化成f形状，其形状与形状，其形状与a完

33、全相同。完全相同。TiNi合金的全程记忆效应（低温合金的全程记忆效应（低温-100）42形状记忆合金的制备形状记忆合金的制备43形状记忆处理形状记忆处理形状记忆合金的制备通常是先制备合金锭，之后形状记忆合金的制备通常是先制备合金锭，之后进行热轧、模锻、挤压，然后进行冷加工。进行热轧、模锻、挤压，然后进行冷加工。为把形状记忆合金用做元件，有必要使它记住给为把形状记忆合金用做元件，有必要使它记住给定形状。定形状。形状记忆处理形状记忆处理(一定的热处理一定的热处理)是实现合金形状记是实现合金形状记忆功能方面不可或缺，至关重要的一环。忆功能方面不可或缺，至关重要的一环。44TiNi合金单程形状记忆处理

34、合金单程形状记忆处理单程记忆处理方法有三种单程记忆处理方法有三种中温处理中温处理低温处理低温处理时效处理时效处理中温处理中温处理是将轧制或拉丝加工后充分加工硬化的是将轧制或拉丝加工后充分加工硬化的合金成形成给定形状，在合金成形成给定形状，在400-500温度下保温温度下保温儿儿分钟到几小时，使之记住形状的方法。分钟到几小时，使之记住形状的方法。此方法由于此方法由于工艺简单而被广泛采用工艺简单而被广泛采用。45低温处理低温处理是在高于是在高于800的温度下保温后进行完全的温度下保温后进行完全退火，然后在室温下制成特定形状，退火，然后在室温下制成特定形状，在在200-300的低温下保温一定时间的低

35、温下保温一定时间，以记忆其形状的方法。，以记忆其形状的方法。由于在完全退火的由于在完全退火的软状态软状态下进行加工，有利于合金下进行加工，有利于合金记住记住复杂形状或曲率很小的形状复杂形状或曲率很小的形状。时效处理时效处理是一种在是一种在800-1000温度下固溶处理后进温度下固溶处理后进行淬火，然后在行淬火，然后在400-500的温度下进行几小时时的温度下进行几小时时效处理的方法。效处理的方法。只对只对Ni含量高于含量高于50.5at的富的富Ni合金有效。合金有效。46TiNi合金双程记忆处理合金双程记忆处理合金具有双程记忆效应是因为合金具有双程记忆效应是因为合金中存在方向性合金中存在方向性

36、的应力场或晶体缺陷的应力场或晶体缺陷，相变时马氏体容易在这种，相变时马氏体容易在这种缺陷处形核，同时发生缺陷处形核，同时发生择优生长择优生长。通过通过记忆训练记忆训练(强制变形强制变形)获得双程记忆能力：获得双程记忆能力：先获得单程记忆效应先获得单程记忆效应，记忆高温相的形状；，记忆高温相的形状；随后在随后在低于低于Ms温度温度，根据需要形状进行，根据需要形状进行一定限度的可一定限度的可恢复变形恢复变形；加热到加热到As以上温度，试样恢复到高温态形状后，以上温度，试样恢复到高温态形状后，又降低又降低到到Ms以下，再变形试件，使之成为低温所需形状以下，再变形试件，使之成为低温所需形状；如此如此反

37、复多次反复多次后，就可获得双向记忆效应。后，就可获得双向记忆效应。47TiNi合金全程记忆处理合金全程记忆处理全程记忆效应的出现是由于与基体共格的全程记忆效应的出现是由于与基体共格的Ti11Ni14析出相产生的某种固定的内应力所导致，析出相产生的某种固定的内应力所导致，应力场控制了马氏体可逆相变的路径，使马氏体的可逆应力场控制了马氏体可逆相变的路径，使马氏体的可逆相变按固定路径进行相变按固定路径进行。全程记忆处理的关键是全程记忆处理的关键是限制性时效限制性时效，必须根据需，必须根据需要选择合适的约束时效工艺。要选择合适的约束时效工艺。48形状记忆合金使用中的问题形状记忆合金使用中的问题形状记忆

38、合金形状记忆合金并不是无论承受并不是无论承受怎样的变形只要受热就能恢复怎样的变形只要受热就能恢复原状原状，有时可残留永久变形。，有时可残留永久变形。为保持良好形状记忆特性，形为保持良好形状记忆特性，形变量不能超过一定值。变量不能超过一定值。循环使用次数少时，循环使用次数少时，TiNi合金约合金约为为6，CuZnAl合金约为合金约为2；循环使用次数多时，分别低于循环使用次数多时，分别低于2和和0.5。TiNi形状记忆合金的形状记忆合金的应力应变曲线应力应变曲线49形状记忆合金要避免过热形状记忆合金要避免过热，即在形状记忆合金受约，即在形状记忆合金受约束状态下，不要达到比束状态下，不要达到比Af点

39、高很多的温度。点高很多的温度。线圈过热，相变引起的形状恢复应力超过丝材本身的屈线圈过热，相变引起的形状恢复应力超过丝材本身的屈服应力，服应力，合金的形状记忆特性变坏。合金的形状记忆特性变坏。合金长时间置于高温，产生不能完全记住该温度下形状合金长时间置于高温，产生不能完全记住该温度下形状的现象，即的现象，即记忆力减退记忆力减退。当当TiNi合金和合金和CuZnAl合金长时间分别置于合金长时间分别置于250和和90以上的温度时，不管载荷大小如何，都出现不良影响。以上的温度时，不管载荷大小如何，都出现不良影响。50形状记忆合金的应用形状记忆合金的应用 51工业应用工业应用 宇航天线宇航天线NiTI形

40、状记忆合金折叠发射形状记忆合金折叠发射自动张开的宇航天线原理图自动张开的宇航天线原理图52宇航天线可由宇航天线可由NiTi合金丝制成。合金丝制成。将将TiNi合金天线冷至低温，使其转变为马氏体；合金天线冷至低温，使其转变为马氏体；将将TiNi合金板或棒合金板或棒变形加工变形加工成竹笋状或旋涡状发条，收成竹笋状或旋涡状发条，收缩后安装在卫星内；缩后安装在卫星内；卫星进入轨道后，团状天线弹出，在卫星进入轨道后，团状天线弹出，在太阳照射太阳照射下，温度下，温度升高到升高到As以上，团状天线自动张开，恢复到原来形状；以上，团状天线自动张开，恢复到原来形状；温度升高到温度升高到Af温度以上温度以上时，时

41、，完全恢复到原来的形状完全恢复到原来的形状，天，天线向宇宙空间撑开。线向宇宙空间撑开。美国宇航局根据达一想法研制了安放在月球表面上美国宇航局根据达一想法研制了安放在月球表面上的抛物面天线组件的抛物面天线组件。53连接件和紧固件连接件和紧固件形状记忆合金管接头用相变点形状记忆合金管接头用相变点约约-150的的TiNiFe合金制备。合金制备。合金内径加工成比被接管径约小合金内径加工成比被接管径约小4-5，把管接头浸泡在液态空气中，在把管接头浸泡在液态空气中，在低温状态下使内径扩大低温状态下使内径扩大约约7-8%，扩径后管接头用保温材料保持低扩径后管接头用保温材料保持低温，被接管从管接头两侧插入，温

42、，被接管从管接头两侧插入，去掉保温材料，去掉保温材料，管接头温度上升管接头温度上升到室温，内径恢复到扩径前状态，到室温，内径恢复到扩径前状态，牢牢箍紧被接管牢牢箍紧被接管。形状记忆管接头形状记忆管接头54形状记忆合金管接头具有高度的可靠性，不需熔形状记忆合金管接头具有高度的可靠性，不需熔焊的高温高热，不会损害周围材料，在低温下易焊的高温高热，不会损害周围材料，在低温下易拆卸，便于检修检查。拆卸，便于检修检查。这种管接头这种管接头在在F-14战斗机上使用了战斗机上使用了10万个以上万个以上，从未出，从未出现过漏油等事故。现过漏油等事故。这类管接头在核潜艇的管路连接上也可大量应用。这类管接头在核潜

43、艇的管路连接上也可大量应用。150mm大口径管接头在海底输油管道及其修补工程上大口径管接头在海底输油管道及其修补工程上得到应用。得到应用。F14战斗机战斗机战略核潜艇战略核潜艇55密闭中空结构件中很难进行紧固操作，形状记忆紧密闭中空结构件中很难进行紧固操作，形状记忆紧固铆钉依靠形状恢复可进行这种操作。固铆钉依靠形状恢复可进行这种操作。Af点低于室温点低于室温的合金用来制造紧固铆钉，尾部形状记忆处的合金用来制造紧固铆钉，尾部形状记忆处理成开口形状；理成开口形状；进行紧固操作前，把紧固铆钉进行紧固操作前，把紧固铆钉浸泡在干冰或液态空气中浸泡在干冰或液态空气中进进行充分冷却，行充分冷却，然后把尾部拉

44、直然后把尾部拉直；插入被紧固孔；插入被紧固孔；温度回升后产生形状恢复，铆钉尾部叉开把物体固紧。温度回升后产生形状恢复，铆钉尾部叉开把物体固紧。(a)开口开口(b)拉直拉直(c)插入插入(d)加热加热形状记忆紧固螺钉形状记忆紧固螺钉56智能机器人智能机器人形状记忆合金可制成驱动器、控形状记忆合金可制成驱动器、控制器等应用在智能机器人中。制器等应用在智能机器人中。形状记忆驱动器通过适当加热和形状记忆驱动器通过适当加热和控制，可完成控制，可完成往返或旋转运动往返或旋转运动，兼之具有兼之具有感温功能感温功能。形状记忆控制机构同传统伺服控形状记忆控制机构同传统伺服控制机构相比，一个形状记忆元件制机构相比

45、，一个形状记忆元件就可起到传统机构中就可起到传统机构中传感、驱动传感、驱动和传递和传递三系统功能的作用。三系统功能的作用。智能控制器智能控制器57下图为具有相当于肩、肘、腕、指等的下图为具有相当于肩、肘、腕、指等的5维自由度的维自由度的微型机器人试制品，形状记忆合金可应用于其中。微型机器人试制品，形状记忆合金可应用于其中。靠形状记忆合金动作的微靠形状记忆合金动作的微型机器人结构图型机器人结构图58手指和手腕是靠手指和手腕是靠TiNi合金线圈的伸缩，肘部和肩是合金线圈的伸缩，肘部和肩是靠直线状靠直线状TiNi合金丝的伸缩，分别实现开闭和屈曲合金丝的伸缩，分别实现开闭和屈曲动作。动作。每个元件通过

46、每个元件通过控制电流控制电流来调节其位置和动作速度。来调节其位置和动作速度。这种机器人结构小巧，动作柔软自如这种机器人结构小巧，动作柔软自如(可实现抓举可实现抓举盛水纸杯之类的柔软物体盛水纸杯之类的柔软物体)，这是因为通过元件控，这是因为通过元件控制量制量(电流电流)控制的不是位置，而是控制的不是位置，而是形状恢复力形状恢复力，作，作用接近人体肌肉。用接近人体肌肉。59低于低于Mf点温度下，把重点温度下，把重M的重物挂的重物挂在形状记忆线圈上，丝材伸长到屈服在形状记忆线圈上，丝材伸长到屈服力和重力达到平衡；力和重力达到平衡；把线圈加热到把线圈加热到Af点以上，温度上升使点以上，温度上升使合金产

47、生形状恢复，形状恢复力大于合金产生形状恢复，形状恢复力大于重力，丝材在弹性应变的状态下收缩重力，丝材在弹性应变的状态下收缩L，提起重物做，提起重物做MgL的功；的功；重物提上去后降低温度，丝材伸长，重物提上去后降低温度，丝材伸长，接上重物，再升高温度把重物提上去，接上重物，再升高温度把重物提上去，实现热机循环。实现热机循环。形状记忆热机原理形状记忆热机原理能量转换热机能量转换热机60涡轮型热机中，涡轮型热机中，TiNi合金线圈通合金线圈通过空转轮在温水槽、冷水槽和差过空转轮在温水槽、冷水槽和差动滑轮之间穿引连接，形成连续动滑轮之间穿引连接，形成连续环路。环路。温水侧线圈产生缩短收缩，冷水温水侧

48、线圈产生缩短收缩，冷水侧线圈产生伸长松弛，使差动滑侧线圈产生伸长松弛，使差动滑轮受到很大的转矩，产生转动轮受到很大的转矩，产生转动。两者对滑轮的转矩差成为热机输两者对滑轮的转矩差成为热机输出功率出功率.采用直径为采用直径为0.5mm的的TiNi合金线合金线圈，转速可达圈，转速可达750r/min，输出功，输出功率为。率为。形状记忆合金制形状记忆合金制备的涡轮形热机备的涡轮形热机61保险器和继电器保险器和继电器用形状记忆合金制造的温度保险器不同于熔断用形状记忆合金制造的温度保险器不同于熔断保险丝，可产生很强的力拉断接点，消弧效应保险丝，可产生很强的力拉断接点，消弧效应明显，适合于作大功率、高电压

49、用保险器。明显，适合于作大功率、高电压用保险器。形状记忆合金温度保险器形状记忆合金温度保险器62形状记忆合金可制造电接触器形状记忆合金可制造电接触器的接触棒。的接触棒。当冷却剂喷到接触棒上时，作当冷却剂喷到接触棒上时，作开关的记忆合金与电路触点无开关的记忆合金与电路触点无接触；将棒加热到室温时，合接触；将棒加热到室温时，合金棒因形状记忆改变形状，产金棒因形状记忆改变形状，产生与电路触点接触。生与电路触点接触。这种接触器可通过控制温度使这种接触器可通过控制温度使其自动断路或通路，同时还可其自动断路或通路，同时还可远距离操作，远距离操作，广泛用于接触器广泛用于接触器很小或人员难以接近的场合很小或人

50、员难以接近的场合。形状记忆电接触器形状记忆电接触器63医学应用医学应用金属埋植入人体内时必须考虑其生物相容性。金属埋植入人体内时必须考虑其生物相容性。如果埋植体对人体组织是一种活性物质，那么它如果埋植体对人体组织是一种活性物质，那么它会造成周围的组织和细胞发生变性，出现炎症充会造成周围的组织和细胞发生变性，出现炎症充血循环障碍，导致人体组织坏死；血循环障碍，导致人体组织坏死；如果埋植体是一种非活性物质，那么由纤维细胞如果埋植体是一种非活性物质，那么由纤维细胞分泌的骨胶原纤维在它周围形成纤维组织，这种分泌的骨胶原纤维在它周围形成纤维组织，这种纤维组织在埋植体上生成薄膜，使它在人体组织纤维组织在埋

51、植体上生成薄膜，使它在人体组织中能够稳定存在。中能够稳定存在。TiNi合金的生物相容性合金的生物相容性64覆膜形状覆膜形状覆膜厚度和形状随埋植时间不同出现一定差异。覆膜厚度和形状随埋植时间不同出现一定差异。埋植埋植12月后，覆膜厚度十分不均匀，许多地方形月后，覆膜厚度十分不均匀，许多地方形成滑液囊；成滑液囊；埋植埋植17月后，覆膜变成薄而光滑致密的纤维结缔月后，覆膜变成薄而光滑致密的纤维结缔组织，只在接骨板螺钉部存在少量不均匀覆膜。组织，只在接骨板螺钉部存在少量不均匀覆膜。NiTi合金接骨板合金接骨板65覆膜组织：覆膜组织：埋植埋植3个月后，个月后，TiNi合金接骨板上形成的覆膜合金接骨板上形

52、成的覆膜主要由主要由细胞质和骨胶原纤维组织细胞质和骨胶原纤维组织构成；构成；埋植埋植6个月后，个月后，覆膜中的细胞质减少，主要由覆膜中的细胞质减少，主要由致密的骨胶原纤维组织构成，致密的骨胶原纤维组织构成，形成的覆膜厚度形成的覆膜厚度比比3个月的薄；个月的薄；埋植埋植17个月后，细胞质减少到在由骨胶原纤维个月后，细胞质减少到在由骨胶原纤维构成的构成的致密结缔组织致密结缔组织中仅存一点的程度。中仅存一点的程度。66埋植周围的骨骼和肌肉：埋植周围的骨骼和肌肉：没观察到骨骼形状变化，在埋植周围和接触部位没观察到骨骼形状变化，在埋植周围和接触部位的骨胳上也未发现成骨细胞变化，剥离接骨板后，的骨胳上也未

53、发现成骨细胞变化，剥离接骨板后，在剥离部位看到成骨细胞和新生骨膜的生成在剥离部位看到成骨细胞和新生骨膜的生成。埋植后没有产生结缔组织变性或脂肪变性，埋植埋植后没有产生结缔组织变性或脂肪变性，埋植17个月后在螺钉头部所接触的部位上形成薄肌纤个月后在螺钉头部所接触的部位上形成薄肌纤维束，最引人注目的是维束，最引人注目的是这些组织中具有许多富含这些组织中具有许多富含脂肪的细胞和血管脂肪的细胞和血管。67耐蚀性耐蚀性：在接骨板表面上没发现任何均匀腐蚀和局部腐蚀在接骨板表面上没发现任何均匀腐蚀和局部腐蚀现象，表明对动物组织液的耐蚀性非常好。现象，表明对动物组织液的耐蚀性非常好。游离原子游离原子：Ni原子

54、游离在骨内的有效误差微小，同样也研究原子游离在骨内的有效误差微小，同样也研究了渗在各内脏器官内的游离原子状态，其结果表了渗在各内脏器官内的游离原子状态，其结果表明，明，埋植期间内积累起来的游离原子的有效误差埋植期间内积累起来的游离原子的有效误差等于零等于零。这些结果表明，这些结果表明，TiNi合金的生物相容性很好，在医合金的生物相容性很好，在医学领域具有巨大的应用价值。学领域具有巨大的应用价值。68牙科领域牙科领域矫治牙颌畸形，通常利用金属丝材进行矫正。矫治牙颌畸形，通常利用金属丝材进行矫正。牙齿矫形用金属丝有牙齿矫形用金属丝有不锈钢丝和不锈钢丝和CoCr合金丝合金丝，这，这些材料具有弹性模量

55、高、弹性应变小，些材料具有弹性模量高、弹性应变小，微小变形可微小变形可获得很大的矫正力，获得很大的矫正力，对患者造成疼痛和不适，同时对患者造成疼痛和不适，同时还容易产生塑性变形。还容易产生塑性变形。利用利用NiTi形状记忆合金的形状记忆合金的超弹性超弹性使得在加载和卸载使得在加载和卸载过程中过程中压力恒定压力恒定，即使应变高达，即使应变高达10也不会产生塑也不会产生塑性变形。性变形。牙齿矫形丝牙齿矫形丝69应力诱发马氏体相变使弹性模量呈现非线性特性，应力诱发马氏体相变使弹性模量呈现非线性特性，即使应变增大，矫正力却增加很少即使应变增大，矫正力却增加很少，永久应变远远，永久应变远远小于不锈钢丝，

56、小于不锈钢丝，在大变形范围内可持续释放比其他在大变形范围内可持续释放比其他材料更加恒定的矫正力材料更加恒定的矫正力。NiTi合金牙齿矫形丝合金牙齿矫形丝70NiTi矫形丝不仅操作简便，而且疗效也好，可减轻矫形丝不仅操作简便，而且疗效也好，可减轻患者的不适感。患者的不适感。1980年，中国就开始研制年，中国就开始研制NiTi合金矫形丝，北京有合金矫形丝，北京有色金属研究总院与北京口腔医院合作，研制出色金属研究总院与北京口腔医院合作，研制出NiTi合金牙弓丝，称为合金牙弓丝，称为“中国中国NiTi牙弓丝牙弓丝”。NiTi牙齿矫形丝牙齿矫形丝71牙根种植体牙根种植体对于缺少牙齿的病人来说，齿根修复是

57、使其咀嚼功对于缺少牙齿的病人来说，齿根修复是使其咀嚼功能恢复到最接近自然功能的一种方法。能恢复到最接近自然功能的一种方法。日本用日本用NiTi形状记忆合金制作了薄板结构型牙根形状记忆合金制作了薄板结构型牙根。使用时先在使用时先在低温下将牙根端部加压并使之并拢低温下将牙根端部加压并使之并拢，将其埋，将其埋入颚骨，入颚骨，在口腔中在口腔中不停灌漱热水，不停灌漱热水，使牙根温度上升，此时牙根端使牙根温度上升，此时牙根端部分别向两侧张开，实现固定的结合力，部分别向两侧张开，实现固定的结合力，避免咀嚼时因牙根张开而脱落，并因其支持力强，可持避免咀嚼时因牙根张开而脱落，并因其支持力强，可持续时间大大延长。

58、续时间大大延长。72矫形外科矫形外科采用采用形脊柱人造关节可在颈椎治疗中替代传统骨融合。形脊柱人造关节可在颈椎治疗中替代传统骨融合。先在低温下将先在低温下将形器的弓形臂展平形器的弓形臂展平(图图a)，并置于颈椎椎体，并置于颈椎椎体的中间部位的中间部位(图图b)，由于体温的影响，由于体温的影响，形器的臂部恢复原形器的臂部恢复原状，保持颈椎高度状，保持颈椎高度(图图c)。这种关节成形术提高病人功能恢复的程度，最大程度减小这种关节成形术提高病人功能恢复的程度，最大程度减小病情的进一步恶化，同时避免并发症的发生。病情的进一步恶化，同时避免并发症的发生。形脊柱人造关节形脊柱人造关节形脊柱人造关节应用示意

59、图形脊柱人造关节应用示意图73脊柱侧弯矫形用哈伦顿棒脊柱侧弯矫形用哈伦顿棒各种脊柱侧弯一旦导致高度畸变，不仅身心受到剧各种脊柱侧弯一旦导致高度畸变，不仅身心受到剧烈痛苦，而且内脏也受到压迫，所以必须进行外科烈痛苦，而且内脏也受到压迫，所以必须进行外科矫形手术。矫形手术。脊柱侧弯病症脊柱侧弯病症74目前，这种矫形手术采用目前，这种矫形手术采用不锈钢哈伦顿棒不锈钢哈伦顿棒。不锈钢矫形棒安装固定后使脊柱受到的矫正力在不锈钢矫形棒安装固定后使脊柱受到的矫正力在30-40kg以下，固定以下，固定20min后矫正力就下降后矫正力就下降20%，不，不久就会下降到仅有最初固定力的久就会下降到仅有最初固定力的3

60、0%。一到这时必须再进行手术，调整矫形力，使患者在一到这时必须再进行手术，调整矫形力，使患者在精神和肉体上受到极大痛苦。精神和肉体上受到极大痛苦。脊柱内固定系统脊柱内固定系统75形状记忆合金哈伦顿棒只要进行一次安放固定手术形状记忆合金哈伦顿棒只要进行一次安放固定手术就行，不需要第二次手术。就行，不需要第二次手术。先将先将NiTi合金矫形棒在低温下弯折，使其变为弓形或合金矫形棒在低温下弯折，使其变为弓形或s形，形，曲率与脊柱吻合；曲率与脊柱吻合；将将NiTi合金矫形棒固定在椎板的棘突上；合金矫形棒固定在椎板的棘突上；在温生理盐水作用下，在温生理盐水作用下，NiTi合金矫形棒恢复原来形状，合金矫形

61、棒恢复原来形状，产生较大的恢复力推动脊柱进行矫正，达到治疗目的。产生较大的恢复力推动脊柱进行矫正，达到治疗目的。利用利用NiTi记忆合金矫形体进行脊柱矫形的最大特点记忆合金矫形体进行脊柱矫形的最大特点是体内是体内始终有一个较大的弯曲力矩作用在脊柱上始终有一个较大的弯曲力矩作用在脊柱上，使畸形得到矫正，无骨折、无神经损伤等严重并发使畸形得到矫正，无骨折、无神经损伤等严重并发症，术后不用牵引，也不用石膏固定。症，术后不用牵引，也不用石膏固定。76NiTi合金聚髌器合金聚髌器治疗粉碎性髌骨骨折比较困难，我国设计了一种用治疗粉碎性髌骨骨折比较困难，我国设计了一种用于治疗髌骨骨折的形状记忆于治疗髌骨骨折

62、的形状记忆NiTi聚髌器，现已成功聚髌器，现已成功用于临床治疗之中。用于临床治疗之中。聚髌器由功能爪和连接腰组成，能从多个方向产生聚髌器由功能爪和连接腰组成，能从多个方向产生恢复力并作用于髌骨，持续地以纵向聚合加压，将恢复力并作用于髌骨，持续地以纵向聚合加压，将粉碎的髌骨聚合于解剖位置直至骨折愈合。粉碎的髌骨聚合于解剖位置直至骨折愈合。聚髌器聚髌器77临床应用中，通常在低温下将临床应用中，通常在低温下将爪渐渐展开，使爪间距稍大于爪渐渐展开，使爪间距稍大于髌骨纵向直径；髌骨纵向直径；骨折复位后，爪的自由端固定骨折复位后，爪的自由端固定在髌骨周围；在髌骨周围；用热生理盐水升温，聚髌器的用热生理盐水

63、升温，聚髌器的形状恢复，髌骨周围产生的会形状恢复，髌骨周围产生的会聚压力使骨折碎片牢牢聚合在聚压力使骨折碎片牢牢聚合在一起，加快骨折愈合。一起，加快骨折愈合。关节运动时，聚髌器的会聚压关节运动时，聚髌器的会聚压力抵消股四头肌的张力，骨折力抵消股四头肌的张力，骨折部位可得到稳固保护。部位可得到稳固保护。NiTi合金聚髌器合金聚髌器应用示意图应用示意图78接骨用骑缝钉接骨用骑缝钉连接碎骨，治疗骨折，有时要使用起绊紧作用的连接碎骨，治疗骨折，有时要使用起绊紧作用的U字形骑缝钉。字形骑缝钉。现用骑缝钉插进后使骨骼不分离，只起固定作用，现用骑缝钉插进后使骨骼不分离，只起固定作用，经不住身体运动所产生的剪

64、切力经不住身体运动所产生的剪切力，有时固定力在，有时固定力在人体活动过程中甚至减半。人体活动过程中甚至减半。用形状记忆加压用形状记忆加压U形钉对治疗关节骨折具有独特形钉对治疗关节骨折具有独特优势。优势。形状记忆加压骑缝钉形状记忆加压骑缝钉79先在低温下将加压部分展开，延先在低温下将加压部分展开，延长两爪间跨距，骨折复位后，将长两爪间跨距，骨折复位后，将U形钉插入钻好的孔中，形钉插入钻好的孔中，用热纱布对手术部位进行热敷，用热纱布对手术部位进行热敷，使其升温，使其升温，U形钉恢复到原始形形钉恢复到原始形状，对骨折部分施加恒定压力，状，对骨折部分施加恒定压力，将骨折碎片牢牢固定。将骨折碎片牢牢固定

65、。关节运动产生压力或张力时，关节运动产生压力或张力时，U形钉也能牢牢地压在骨折部位。形钉也能牢牢地压在骨折部位。这种骑缝钉在德国已实现应用，这种骑缝钉在德国已实现应用，没有出现任何事故。没有出现任何事故。形状记忆加压骑缝钉形状记忆加压骑缝钉80形状记忆锯齿臂环抱固定器形状记忆锯齿臂环抱固定器在长管状骨的骨折治疗中，除稳定固定外，还要在长管状骨的骨折治疗中，除稳定固定外，还要求能有效地抗弯曲、抗剪切、抗扭转，同时保持求能有效地抗弯曲、抗剪切、抗扭转，同时保持轴向压缩力，促进骨折愈合及骨重塑。轴向压缩力，促进骨折愈合及骨重塑。形状记忆锯齿臂环抱固定器形状记忆锯齿臂环抱固定器具有固定抓紧功能，具有固

66、定抓紧功能，特别适合治疗十分困难的长骨骨折。特别适合治疗十分困难的长骨骨折。形状记忆锯齿臂环抱内固定器形状记忆锯齿臂环抱内固定器81根据根据X光片，选择合适长度的环光片，选择合适长度的环抱器，环抱固定器的内径比患者抱器，环抱固定器的内径比患者的骨直径小约的骨直径小约10-20；将环抱器消毒后，置于将环抱器消毒后，置于0-5的的消毒冰盐水中，消毒冰盐水中，用撑开钳逐渐均用撑开钳逐渐均匀地撑开各锯齿臂，匀地撑开各锯齿臂，每对锯齿臂每对锯齿臂之间的距离略大于骨干直径，之间的距离略大于骨干直径，迅迅速置入已整复好的骨折段，使骨速置入已整复好的骨折段，使骨折部位于环抱器中部；折部位于环抱器中部；用热盐水冲洗各锯齿臂，由于形用热盐水冲洗各锯齿臂，由于形状记忆效应，环抱器迅速恢复原状记忆效应，环抱器迅速恢复原状，锯齿臂闭合，抱紧患骨状，锯齿臂闭合，抱紧患骨。各种尺寸的形状记忆各种尺寸的形状记忆锯齿臂环抱内固定器锯齿臂环抱内固定器82医疗装置医疗装置当心脏出现毛病，不可能用手术治疗时，不得不当心脏出现毛病，不可能用手术治疗时，不得不依赖于心脏移植或人工心脏。依赖于心脏移植或人工心脏。可以用形状记忆合金