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1、第21卷第1期机电产品开发与创新Vol.21,No.12008年1月Development&InnovationofMachinery&ElectricalProducts·开J发an与.,2创00新8·形状记忆合金在机械工程中的研究与应用112孙双双,董静,任勇生(1.青岛科技大学机电学院,山东青岛266061;2.山东科技大学机械电子工程学院,山东青岛266510)摘要:重点介绍了形状记忆合金在机械结构主、被动控制和被用作微机电系统中微器件的研究进展情况及形状记忆合金在军用机械、医疗器械和微机电系统等方面的应用情况,并对今后形状记忆合金在机械工程中的研究和发展方向做
2、了展望。关键词:形状记忆合金;机械工程;主被动控制;微机电系统中图分类号:TH701文献标识码:A文章编号:1002-6673(2008)01-025-031.2SMA用作微机电系统(MEMS)中微器件的研究0引言近年来,MEMS的迅猛发展对微器件的使用和发展形状记忆合金(ShapeMemoryAlloys,简称SMA)也提出了较高的要求。由于SMA薄膜不仅具有体材料是一类具有形状记忆性能的合金。作为一种新型功能材的诸多优点,还具有表面积大、散热能力高、响应速度料,它为人们所认识并成为一个独立的学科分支可以追快等优点,是理想的微驱动元件和力敏、热敏的微传感溯到1963年
3、美国海军武器实验室Buehler等发现等原子元件,因而在MEMS领域具有广阔的应用前景。比Ni-Ti合金具有良好的形状记忆效应。目前在这方面的研究:一是集中在对SMA薄膜自机械工程是有关SMA研究和应用中较为活跃的重身的研究,包括用于MEMS的SMA薄膜的制备工艺研要工程领域之一。早在20世纪70年代初,美国Ray-究,SMA薄膜力学性能的测试、模拟与表征的研究,以chem公司就成功研制了NiTiFe航空用液压管路接头和及SMA薄膜的加工性能研究等;二是集中在对SMA薄紧固件,并应用于F14战斗机中。本文将对SMA用于膜微传感元件和微驱动元件的设计与模拟的研究。机械结构
4、主被动控制和SMA被用作微机电系统(Micro-在SMA薄膜的制备工艺研究方面,如SekiguchiYElectro-MechanicalSystems,简称MEMS)中微器件的研等最早采用真空蒸发法制备形状记忆合金薄膜,但由这究进展及SMA在军用机械、医疗器械和MEMS等方面种方法制备的TiNi薄膜在深度分布上不均匀,有一个的应用情况进行比较详细的介绍,并对今后SMA在机从富Ni到富Ti的过程。为了解决传统方法的弊端,Eiji械工程中的研究和发展方向进行展望。Makino小组采用闪蒸法来制备TiNi薄膜。利用该法所制备的薄膜具有比传统方法制备的薄膜更好的记忆效1SMA
5、在机械工程中的研究进展应,但薄膜呈层状结构,可能与间断性沉积有关。研究1.1SMA用于机械结构主被动控制研究者还发展了许多其它制备SMA薄膜的方法,如离子束增强沉积的方法、激光熔融方法、直流和射频磁控溅射SMA用于机械结构主被动控制的基础主要是SMA方法。研究表明,溅射方法是目前获得性能良好的SMA的形状记忆效应、伪弹效应和电阻特性。这些特性使薄膜的最佳方法。SMA既具有感知、驱动的双重功效,又具有阻尼功能,在SMA薄膜力学性能的测试、模拟与表征的研究因而SMA在机械工程中常用作力敏、热敏驱动元件和方面,如宫峰飞等利用溅射法制备了NiTi合金薄膜,并阻尼元件。而且SMA
6、基本都作为体材料如丝、板、棒等通过实验研究了其弯曲和拉伸性能。张丛春等利用磁控被使用。有关SMA体材料自身特性的研究,自SMA问溅射法制备了NiTiPd记忆合金薄膜,并对晶化后薄膜世以来这方面的研究就没有停止过。的相变特性和力学特性进行了测量。Massad和Smith的收稿日期:2007-11-16研究发现,随薄膜厚度的减小,SMA薄膜伪弹性滞后环作者简介:孙双双(1971-),女,山东青岛人,工学博士,副的面积逐渐减小。Jin和Weng的研究指出,薄膜SMA教授。主要从事复合材料结构及智能材料与结构的力学性能的相变区间比块体材料的窄,而且应力-应变曲线较体研究;董静(
7、1983-),女,山东莱西人,硕士研究生。主要材料呈现出低的冷作硬化现象。Namazu等的研究表明,从事化工机械设备设计及智能材料力学性能研究。25·开发与创新·薄膜SMA材料的热机性能对其成份比较敏感,并给出了在生物医用领域得到了广泛的应用。尤其是NiTi形状记成份与其材料参数的简单关系式。由于薄膜SMA材料本忆合金,其良好的超弹性和形状记忆效应已成功应用于口身力学行为非常复杂,要使其成为MEMS技术中高性腔牙齿的矫正、外科的矫正和整形及心血管的微创介入治能、高效率的微驱动器,仍有许多工作需要做。尤其是疗。此外,我国还用NiTi记忆合金
