形状记忆合金驱动的微执行器

以TiNi基为代表的形状记忆合金（SMA）具有做功密度大、可恢复应变应力大、驱动电压低、良好生物相容性等优点，在微执行器领域具有极为广阔应用前景。本文主要总结了TiNi基SMA丝、薄带、薄膜在微执行器方面的国内外研究应用现状，并对目前SMA在微驱动领域应用所存在的问题及其未来的发展趋势进行了分析讨论。     

MEMS领域中形状记忆合金薄膜的研究与进展

总结了近年来微机电系统(MEMS)领域中,ti-Ni形状记忆合金(SMA)薄膜的制备与微加工工艺、形状记忆性能、加工性能、防腐耐磨性能及力学性能的研究进展,由此提出了MEMS领域中,SMA薄膜的使用要求和研究方向.     

微机电系统发展动向

微机电系统（MEMS）自1988年迄今,已从初期的探索、研究和创新阶段转向了生产与应用的成熟阶段．与此同时开辟了很多新领域．对于在今后5—10年中MEMS研究和发展的动向,专家们因其背景不同而看法各异,笔者选用现有实例来说明．从现在的趋势看,传统微机电系统的未来动向可以概括为4个方面．①把“传统”的、成型的MEMS元件或系统改进后,推向大规模应用,以支持持久的研究和开发;②传感器和微系统网络,当单一效能的系统在应用上建立后,可以开拓大型系统的应用;③新的材料,使用硅或半导体以外的许多材料制作特殊的微系统;④发展新的应用领域将是“非传统”的MEMS的主要动向,这些新的领域有生物研究和医药用仪器设备,微能源无线通讯和光通讯,环境保护和监测,以及纳米系统等．笔者根据一些从事MEMS教育和研究的人员的看法．对其发展动向作一简要报告,为MEMS计划工作者提供一些参考．     

我国形状记忆合金研究与应用的新进展

综述了我国形状记忆合金研究与应用的新进展,重点介绍了TiNi合金、铜基合金和铁基合金的进展情况,并对我国形状记忆合金的将来发展方向进行了评述.     

微机电系统

分析了微机电系统发展的可能性，必然性和对科学与经济发展的巨大意义，总结了发展微机电系统的若干主要的工艺技术，介绍了微机电系统当前的进展与发展前景。     

TiNi基形状记忆合金薄膜研究进展

TiNi基形状记忆合金薄膜除具有和体材料相同的形状记忆特性外,还因表面积大、散热能力好,改善了体材料响应速度较慢的缺点,在微电子机械系统领域是一种具有广阔应用前景的材料.综述了近年来TiNi基形状记忆合金薄膜研究现状,并对其应用进行了评述.     

微机电系统的发展及其应用

微机电系统是在微电子技术基础上产生和发展起来的多学科交叉的前沿科学研究领域，是面向21世纪的高新科技．介绍了微机电系统产生的背景影响、组成特征和基础研究内容，综述了微机电系统技术基础所涉及的材料、微机械设计和模、微细加工技术以及微封装与测试等领域，并对微机电系统的应用、典型的微器件、国内外的发展现状及前景进行全面分析．在此基础上，论述了MEMS技术目前存在的问题和未来发展的趋势．     

基于微机电系统的薄膜体声波谐振器技术

随着我国无线通讯的飞速发展,通讯器件的微型化、低功耗、低成本、高性能与集成化等越来越受人们关注。基于微机电系统的薄膜体声波谐振器技术是实现系统低功耗与微型化的重要技术,薄膜体声波谐振器具有体积小、频率高、换能效率高等诸多优势。为了对基于微机电系统的薄膜体声波谐振器有一个更深层次的认识,文章阐述了薄膜体声波谐振器的基本结构与工作原理,并分析了薄膜体声波谐振器及技术的应用与发展趋势。     

NiTi形状记忆合金薄膜的制备及形变特性

研究了适用于微器件的溅射态NiTi形状记忆合金薄膜.讨论了溅射工艺及织构对薄膜结构和相变特征的影响.利用薄膜热相变特性制成了微驱动器,观察并分析了该器件的形变特性.结果表明:原位加热溅射可以获得具有织构的晶化薄膜;用该薄膜制备的驱动器回复率为0.76%.     

微机电系统

分析了微机电系统发展的可能性、必然性和对科学与经济发展的巨大意义。总结了发展微机电系统的若干主要的工艺技术。介绍了微机电系统当前的进展与发展前景。     

基于塑性理论的形状记忆合金本构模型、试验和数值模拟

通过拉伸试验,研究了超弹性形状记忆合金（SMA）丝在不同应变幅值反复加卸载条件下的滞回变形行为。在测得试验数据的基础上,针对目前广泛使用的SMA Graesser＆Cozzarelli模型仅描述了小应变情况下SMA特性,而在大应变下SMA马氏体的硬化特性不能得到描述的问题,提出了修正的SMA本构模型,并把模型拟合结果和实验数据进行了比较分析。结果表明,模型数值拟合结果和试验数据吻合很好,可以很好地描述SMA在不同应变幅值下的应力-应变关系;且模型形式简单,概念明确,参数容易得到,具有一定的工程应用价值。     

Phase transformation in NiTiHf shape memory alloy thin films

In the present study, amorphous NiTiHf thin films with different compositions were deposited on silicon wafers by using D.C. magnetron sputtering. Crystallization and martensitic transformation characteristics were studied. Crystallization temperatures and activation energy increased with increasing Hf content. The addition of Hf caused larger atomic size mismatch and stronger interactions among constituent elements, thus, increasing the thermal stability of amorphous thin films. With increasing annealing temperature or Hf content, martensitic transformation temperature increased. The results imply that NiTiHf thin films may be used as the potential candidates for high temperature applications in microactuators.     

Phase transformations in sputtered Ni-Mn-Ga magnetic shape memory alloy thin films

Ni-Mn-Ga magnetic shape memory alloy films have been prepared by the DC magnetron sputtering technique. As-deposited films show a quasi-amorphous structure that crystallizes at ~ 500 K. Crystallization study using Kissinger's analysis reveals a relatively low activation energy indicating partial crystallinity in the films. In situ X-ray diffraction studies show reversible martensite phase transformations, and phase segregation to non-transforming L1₂ precipitates at higher temperatures. It was observed that the phase segregation can be suppressed by low temperature heat treatment.     

TiNiCu形状记忆合金双向记忆效应研究

研究了热机械训练温度及定型处理温度对TiNiCu形状记忆合金弹簧双向记忆效应的影响。研究结果表明:在纯马氏体状态进行训练时,双向记忆恢复率随训练次数的增加而增加,并在一定的训练次数后达到饱和;在纯奥氏体状态进行训练,双向记忆恢复率随训练次数迅速增加到某一最大值后随训练次数的增加而减小;在马氏体和奥氏体混合相进行训练时,双向记忆恢复率随训练次数先增加而后减小。经过400～550℃×1h/AC定型处理及热机械训练后最大形状记忆恢复率随定型处理温度升高先增大然后减小。由于马氏体再取向时引入的位错有利于双向记忆效应,热诱发和应力诱发的马氏体变体数量不同,引起了在不同状态训练诱发的双向记忆效应随训练次数变化的差异。     

Ti-Ni-Hf高温形状记忆合金的研究进展

Ti-Ni-Hf记忆合金因具有高相变温度、相对低廉的价格和高输出功等诸多优点而成为最具潜力的高温形状记忆合金之一。然而,Ti-Ni-Hf记忆合金基体强度低,变形过程中易优先发生塑性变形,从而使其可实现的可恢复应变远低于理论值。目前改善应变恢复特性的措施主要包括:热机械处理(冷轧+退火)、合金化、时效处理、制备单晶合金等。研究表明,Ti-Ni-Hf合金的应变恢复特性与微观组织结构密切相关。本文主要阐述了Ti-Ni-Hf记忆合金在近年来的最新研究进展,包含微观组织结构的演化规律、马氏体相变行为以及力学性能和应变恢复特性,并基于前期研究成果建立了微观组织结构-马氏体相变-力学与应变恢复特性的关联特性。当前,Ti-Ni-Hf高温形状记忆合金冷、热加工性能差是其广泛应用的瓶颈。因此,Ti-Ni-Hf高温记忆合金的粉末冶金和增材制造可能是未来研究的热点与重点。     

Ti-Ni-Gd形状记忆合金的马氏体相变

采用电弧炉制备了添加不同Gd含量的Ti-Ni-Gd三元合金,利用DSC、X射线衍射仪研究了重稀土元素Gd对Ti-50.7Ni合金的马氏体相变的影响.结果表明添加重稀土元素Gd后,Gd含量不超过2%(原子分数)时,淬火态的Ti-Ni-Gd三元合金中分别发生两步马氏体相变,Gd含量为10%(原子分数)时,合金中发生了一步马氏体相变,同时稀土元素Gd的加入能明显提高Ti-Ni合金的相变温度.Ti-Ni-Gd合金中马氏体仍为B19'单斜结构,而且马氏体的点阵参数随Gd的加入发生明显变化,晶胞产生畸变.     

Experimental study of one‐dimensional superelastic capability of a nearly equi‐atomic NiTi shape memory alloy

A series of experimental studies have been carried out on nearly equi‐atomic NiTi shape memory alloy wires. The effects of fatigue cycles, displacement rates as well as testing temperatures on the superelastic capabilities have been studied. Under cycling loading, the threshold stresses for martensitic transformation decrease and the residule strains increase. Saturation is reached after 100 cycles. With increasing displacement rates, the critical stresses required for the martensitic transformation increase and the slopes of the upper plateau in the stress‐strain curves rise. The dissipated energy increases rapidly with increasing displacement rate, reaches a maximum value at around 6.0mm/min and then decreases as the displacement rate continues to increase. Tests also show that the threshold stresses characterizing the forward/reverse transformations increase linearly with increasing test temperature.     

Pulsed laser deposition of NiTi shape memory alloy thin films with optimum parameters

A series of experiments was carried out to optimize the pulsed laser deposition parameters for the fabrication of high quality NiTi shape memory alloy thin films. Smooth NiTi shape memory alloy thin films were deposited at high growth rate with optimum deposition parameters based on the analysis of the relationships among the morphology of the target surface and the deposited thin film, the laser energy, the target–substrate distance, the thin film composition and its growth rate. Crystal structures and phase transformation temperatures of the annealed Ni_49.7Ti_50.3 thin film were characterized by using X-ray diffraction and differential scanning calorimetry, respectively. The martensitic transformation temperature of the crystallized Ni_49.7Ti_50.3 thin film is found to be lower than room temperature and 27°C lower than that of the NiTi target material. These results are attributed to the refined grain size of the thin film and its composition, which deviates slightly from Ni₅₀Ti₅₀.