形狀記憶合金

　　物體在某一溫度下受外力變形，去除外力後仍保持變形後的形狀，但於較高溫度下能自動恢復變形前的原有形狀，這就是形狀記憶效應。具有這種效應的合金材料稱為形狀記憶合金（見馬氏體相變）。

　　1938年格雷寧格(A.B.Greninger)等已在銅鋅合金中觀察到形狀記憶效應。1963年美國比勒(W.J.Buehler)等發展出稱為Nitinol的鎳鈦形狀記憶合金，並用於航天器。從此對形狀記憶效應和形狀記憶合金開展瞭廣泛的研究，70年代代已制成許多種記憶合金。中國於1978年開始研制，1980年得到應用。表中列出瞭形狀記憶合金的種類以及馬氏體轉變開始溫度M_s和母相轉變開始溫度A_s。其中最有實用價值的是TiNi基和Cu基形狀記憶合金。

形狀記憶合金的種類及其轉變溫度

　　機制　形狀記憶合金的高溫相具有較高的結構對稱性，通常為有序立方結構。在M_s溫度以下，單一取向的高溫相轉變成具有不同取向的馬氏體變體。當在M_s溫度以下使這種材料變形以制成元件時，材料內與應力方向處於不利地位的馬氏體變體不斷消減；處於有利地位的則不斷生長。最後轉變成具有單一取向的有序馬氏體的元件。如再度加熱到A_s點以上，這種對稱性低的、單一取向的馬氏體發生逆轉變時，又形成先前的單一取向的高溫相。對應於這種微觀結構的可逆性轉變，便恢復瞭材料在高溫時的宏觀形狀，這就是所謂的單程形狀記憶。經過某種工藝處理的記憶元件，冷卻到M_s以下時，可恢復到低溫時的形狀，則稱為雙程形狀記憶效應（圖1）。

　　記憶元件隨溫度變化而改變形狀的過程，就是材料內部馬氏體隨溫度的降低和升高連續生長和消減的過程，這種現象稱為熱彈性（圖2）。一般認為，呈現形狀記憶效應的合金必須具有以下特點：①馬氏體是熱彈性的；②形變是通過孿生而不是滑移發生的；③馬氏體是由有序的母相形成的。

　　應用　形狀記憶合金可用於熱－機械器件和恒溫控制器。例如利用鈦鎳形狀記憶合金絲可以簡化自動記錄儀的記錄筆和指針的驅動機構，取代傳統的電動機。發動機用的自動調節裝置、恒溫器等也使用形狀記憶合金。在要求確保管道連接質量、又不能進行焊接操作的地方，可以用形狀記憶合金制作緊固件和管道接頭。在醫療方面，形狀記憶合金已用於矯形等。

參考書目

　C.M.Wayman &K.Shimizu，Metal Science Journal，Vol.6，pp.175～183，1972.