形状记忆合金在医疗器械领域的应用前景分析

形状记忆合金具有独特而优异的功能特性,比如超弹性、记忆性和阻尼性能,同时还具有优异的生物相容性、耐腐蚀性、耐磨性和综合力学性能。因此,形状记忆合金制品在航空、航天、舰船和医疗等领域具有广阔的商业化应用前景。形状记忆合金所具有的372功能特性来源于其内部特殊的相变机制,     

TiNi基高温形状记忆合金的马氏体相变与形状记忆效应

综述了Ti-Ni基高温形状记忆合金中的马氏体相变和形状记忆效应最近研究进展。Ti-Ni基高温形状记忆合金主要包括用Ti-Ni-Pd,Ti-Ni-Pt,Ti-Ni-Zr和Ti-Ni-Hf等。对Ti-Ni基高温形状记忆合金体材料、薄带和薄膜中的马氏体相变、组织结构、形状记忆效应以及超弹性性能等进行了评述和归纳。值得注意的是,通过适当的时效处理可调节相变温度,显著改善Ti-Ni-Hf高温形状记忆合金的开头记忆效应和超弹性性能,其主要原因在于时效的Ti-Ni-Hf合金中析出纳米级析出相导致基体强度升高。采取适当的制备和加工方法,提高合金的马氏体相变温度,改善合金的开头记忆效应,是当前TiNi基形状记忆合金研究的主要发展趋势。     

生物医用多孔Ti-Ni形状记忆合金的研究进展

综述了多孔Ｔｉ－Ｎｉ形状记忆合金的发展历史、制备技术、生物相容性、力学性能及其应用等方面的研究进展。一种用于人体硬组织修复和替换的新型生物医用材料－多孔Ｔｉ－Ｎｉ形状记忆合金,由于其多孔结构及独特的形状记忆与伪弹性、优良的生物相容性和力学性能等特点。伴随其制备工艺的改进,已经引起世界各国科学家的极大关注。     

石墨烯增强铜基复合材料研究进展

铜(Cu)基复合材料具有优异的力学、热学、电学及耐磨和耐腐蚀等性能,广泛应用于各种工业技术领域。石墨烯(Graphene,Gr)具有二维平面结构和优异的综合性能,是金属基复合材料理想的增强相。石墨烯增强铜基复合材料拓展了铜及其合金的应用范围,适当的制备方法可以使其在保持优异导电导热性能的同时拥有更好的力学性能。石墨烯在铜基体中的存在形式主要以还原氧化石墨烯、石墨烯纳米片或与金属氧化物/碳化物纳米颗粒连接,旨在增强两者之间的界面结合。因此,石墨烯在铜基体中的结构完整性及存在形式直接影响了其性能的优劣。本文综述了Cu/Gr复合材料的制备及模拟方法、复合材料的性能评价及力学性能与功能特性的相互影响规律。指明Cu/Gr复合材料的发展关键在于：(1)分散性与界面结合;(2)三维石墨烯结构的构建;(3)界面结合对力学性能与功能特性的影响及两者间的相互协调。     

不同加工态Ti-Ni基形状记忆合金相变、形变特性研究进展

综述了近年来有关化学成分和热处理工艺对Ti-Ni基形状记忆合金(SMA)相变、形变特性影响规律的研究进展,介绍了弹簧、薄膜、多孔、复合及单晶等不同加工态形状记忆材料及其特性的研究现状,指出了该研究领域今后的发展方向.通过加入适当的合金元素并选择合理的热处理工艺,可有效改变Ti-Ni基SMA的相变温度和相变热滞,进而可获得所需的形状记忆效应或超弹性特性.纤维化、薄膜化、多孔化、复合化是Ti-Ni基SMA今后的发展趋势.     

纳米纤维素基复合材料及其用于柔性储能器件的研究进展

纳米纤维素是一类具有大比表面积、高反应活性、高机械强度、良好生物相容性、优异热稳定性以及可降解等优异性能的纳米高分子材料。根据其来源、特性、制备方法,可大致分成纤维素纳米纤丝(CNF)、纤维素纳米晶体(CNC)、细菌纤维素(BC)三类,三者的微观形态和尺寸大小有所差异。纳米纤维素凭借其高抗张强度,在复合增强材料的填充应用上表现出优异的机械柔韧性,借此将其与导电聚合物、碳材料和金属化合物等导电物质复合,可形成具有优异力学性能和电化学性能的导电复合材料,这类材料在柔性储能器件等领域有着广泛的应用前景。本文重点回顾了纳米纤维素与多种导电物质复合制备导电复合材料的工艺方法及电化学性能表征,并概述了基于纳米纤维素的导电复合材料在柔性储能器件锂离子电池(LIBs)和超级电容器(SCs)上的应用研究进展,在总结相关研究的基础上进一步讨论了上述制备应用过程中存在的问题,并针对此类问题展望了纳米纤维素基导电复合材料在今后研究应用的重点和方向。     

聚乳酸复合材料共混改性研究进展

聚乳酸(PLA)具有优异的生物可降解性,且生物相容性好,从而广泛应用于生物医疗、农业和食品包装等领域,但因其性脆、柔韧性差、熔体强度较低,限制了其应用范围的扩展。需通过与其他材料进行物理或化学改性制备复合材料以提高其加工性能和力学性能。综述了近年来共混改性制备聚乳酸复合材料的研究,主要介绍了PLA/合成聚合物、PLA/碳材料、PLA/无机纳米粒子、PLA/笼型倍半硅氧烷、PLA/天然高分子等复合材料的研究进展。     

Cu-Al-Ni-Be形状记忆合金单晶制备及其性能特性研究

在自制的单晶高温度梯度定向凝固炉中,用带引晶器的单晶模壳制备出CuAlNiBe四元形状记忆合金系的单晶,并对其性能特性作了系统研究.结果表明,CuAlBNiBe四元形状记忆合金系的单晶比多晶具有更好的力学性能和优异的形状记忆性能.组织的有序化以及合金元素Ni、Be的加入是其性能改善的原因.     

Cu—A1-Ni—Be形状记忆合金单晶制备及其性能特性研究

在自制的单晶高温度梯度定向凝固炉中，用带引晶器的单晶模壳制备出CuAlNiBe四元形状记忆合金系的单晶，并对其性能特性作了系统研究。结果表明，CuAlBNiBe四元形状记忆合金系的单晶比多晶具有更好的力学性能和优异的形状记忆性能。组织的有序化以及合金元素Ni、Be的加入是其性能改善的原因。     

形状记忆合金的应用及其特性研究进展

形状记忆合金是一种能在温度和压力作用下产生相变的金属智能材料,在交通运输、航空航天、生物医学等许多领域正在得到日益广泛的应用。随着先进工程技术对金属结构材料智能化、功能多样化等要求的不断提高,传统机械传动结构显现出稳定性差、结构复杂等弊端愈发难以满足现阶段的需求,形状记忆合金凭借自身优异的力学性能引起人们的极大关注,迫切需要对其多领域应用展开分析以促进学科交叉与融合。综述了形状记忆合金在汽车工业、航空航天、生物医学以及建筑领域的国内外应用前沿,分析了形状记忆效应、超弹性、高阻尼性、生物相容性、弹热效应等基本特性的研究进展,探讨了形状记忆合金研究目前存在不足以及未来应用前景和发展方向。     

Basic design guidelines for SMA/epoxy smart composites

The actuating ability and reliability of shape memory alloy (SMA) hybrid composites were studied in this paper. Results showed that by selecting small hysteresis SMAs such as TiNiCu alloy, SMA hybrid composites have a linear stress–temperature behavior, which is relatively easy to control. The curing process of the epoxy matrix does not affect significantly the actuating ability of the embedded TiNiCu alloy wires. A moderate prestrain of the TiNiCu wires is preferred when giving attention to both the mechanical properties and the reliability of the TiNiCu hybrid composites. Additional reinforcing fibers with a negative thermal expansion coefficient such as Kevlar fibers are helpful to strengthen the reliability of the interface and enhance the actuating ability of the SMA hybrid composites. Based on the experimental results, some basic guidelines for designing shape memory hybrid composites were proposed.     

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.     

Insight into the Effects of Reinforcement Shape on Achieving Continuous Martensite Transformation in Phase Transforming Matrix Composites

A continuous martensite transformation is indispensable for achieving large linear superelasticity and low modulus in phase transforming metal-based composites. However, determining how to accurately condition the residual martensite in a shape memory alloy matrix though the reinforcement shape to achieve continuous martensite transformation has been a challenge. Here, we take the finite element method to perform a comparative study of the effects of nanoinclusion shape on the interaction and martensite phase transformation in this new composite. Two typical samples are compared: one reinforced by metallic nanowires and the other by nanoparticles. We find that the residual martensite within the shape memory alloy matrix after a pretreatment can be tailored by the reinforcement shape. In particular, our results show that the shape memory alloy matrix can retain enough residual martensite phases to achieve continuous martensite transformation in the subsequent loading when the aspect ratio of nanoreinforcement is larger than 20. In contrast, the composites reinforced with spherical or low aspect ratio reinforcement show a typical nonlinear superelasticity as a result of a low stress transfer-induced discontinuous martensite transformation within the shape memory alloy matrix.     

TiNiNb形状记忆合金丝精密脉冲电阻对焊工艺分析

使用自行研制的UMN -3型精密脉冲电阻对焊机对TiNiNb形状记忆合金丝的焊接性进行了研究 ,分析了焊接电流、焊接压力、顶锻压力和保护气体等焊接参数对焊接接头微观组织和力学性能的影响规律 ,并给出某些TiNiNb形状记忆合金丝获得优质接头的工艺条件 .研究结果表明 ,所研制的精密脉冲电阻对焊机可实现TiNiNb形状记忆合金丝的优质连接 ,这对于进一步研究、开发TiNi基形状记忆合金丝的潜能 ,具有重要的理论和实际应用价值 .     

原位合成TiC和TiB增强钛基复合材料

分析了增强体ＴｉＣ和ＴｉＢ在钛中的原位生成机理,利用普通的熔铸设备,原位合成制备了ＴｉＣ和ＴｉＢ颗粒增强的钛基复合材料,ＳＥＭ和Ｘ射线衍射的研究结果表明,ＴｉＣ和ＴｉＢ以不同形状在钛基体中生长,较为细小,且分布均匀,钛基复合材料的室温和高温性能了较大的提高。     

形状记忆合金混杂复合材料层板的有限元分析与强度研究

形状记忆合金(SMA)与复合材料层板结合后,构成可驱动材料。形状记忆合金的非线性及其与复合材料层板的结合界面的力学性能对整体材料的性能影响较大。通过对埋入形状记忆合金驱动器的复合材料层板进行有限元模拟分析与试验研究,用有限元模拟分析的方法可以比较准确地模拟埋入形状记忆合金后复合材料的应力分布情况,结果表明,形状记忆合金的埋入不会对材料的强度产生较大影响。     

Ti-Ni形状记忆合金环超弹阻尼器的阻尼特性研究

应用Ti-Ni形状记忆合金环作耗能元件设计了一种新型的阻尼器,介绍了Ti-Ni合金环的制备及热处理工艺,并测试了其力学性能.分析了加载卸载过程中力-位移曲线与环内应力的关系.当无档板对Ti-Ni合金环进行横向约束时,由于环内的应力没达到应力诱发马氏体相变的临界应力,表现为线弹性,并且回复力非常小.当档板对环施加水平约束,出现滞迟耗能.随着位移的增加,回复力和滞迟环的面积都大幅度增加,滞迟环形状发生变化.小位移时,滞迟环为透镜状,当位移达到一定值时,滞迟环为倒三角形.倒三角形的滞迟环与双折线形滞迟环相比,在振动控制过程中具有更好的阻尼效果.     

Interaction of Cu–Al–Ni shape memory alloys particles with molten In and In + Sn matrices

Metal matrix composites for high-damping application were produced by embedding soft metallic matrices (pure In, In–10 wt.% Sn and In + Sn eutectic alloys) in powders of Cu–Al–Ni shape memory alloys (SMAs). During the composite production, the shape memory alloy particles interact with the molten matrices giving place to Cu dissolution from the shape memory alloy particles to the matrices, grain boundary penetration, and formation of intermetallic compounds. Adhesion, wetting and interfacial reaction are crucial for the final composites properties. Preliminary results on microstructural investigations performed applying optical and electron microscopy are presented in this contribution. The influence of thermal treatments on the microstructure of one composite is also discussed.     

承受各种循环加载的TiNi形状记忆合金的超弹性变形行为

TiNi形状记忆合金由于其优良的机械性能、抗腐蚀能力和生物适应性得到广泛的使用。超弹性是TiNi形状记忆合金重要的力学性能之一。本文通过实验研究了不同加载速率和不同实验温度下承受完全循环加载以及部分加载卸载的TiNi形状记忆合金超弹性变形行为。分析了循环变形期间马氏体相变应力和弹性模量变化的特性。研究表明在完全循环加载过程中，由于残余应变的存在，马氏体相变应力随循环增加而减小。马氏体相变应力的变化量（即残余应力）与残余应变成线形关系。对于受过循环变形的机械训练的TiNi形状记忆合金，研究了部分加载和卸载情况下其超弹性变形，分析了相变开始与结束的应力特性。