摘要：概括了形狀記憶合金的相變晶體學和熱力學特性，并在此基礎上介紹了形狀記憶合金電機的結構、原理、驅動、控制和應用．綜述了當前形狀記憶合金電機的應用與研究中的若干熱點，

    關鍵詞：形狀記憶合金(sma)，形狀記憶效應(sme)，sma電機

    中圖分類號：tm301    文獻標識碼：a    文章編號：1001-6848(2000)02-0032-04

觀代化工業，特別是微型機器人和計算機技術的飛速發展，對體積小、重量輕、高功率密度電機的需求與日劇增。傳統伺服電機因為功率一重量比低，必須安裝在遠離驅動點的地方，而且電機高速運行后需有減速齒輪降低速度，致使傳動系統復雜，結構累贅，不能滿足實用要求。為此，人們研制了利用功能材料構成的各類新型電機，如記憶合金電機、壓電效應電機、電致伸縮電機和磁致伸縮電機等。其中，壓電、電致伸縮和磁致伸縮電機反應速度較快，但輸出位移小，使用受到了一些限制。比較而言，形狀記憶合金(簡稱sma)電機輸出位移大，同時有較高的功率一重量比，具有廣闊的應用前景。  

    sma電機的結構、原理及運行控制方式均與傳統電機不同。它是利用sma材料的獨特的形狀記憶效應(簡稱為sme)，輔以一定的偏動裝置（彈簧或彈性體），通過特定的控制手段，構成雙程可逆致動元件，實現機電能量的轉換。

 

    有一種特殊的金屬材料，經適當的熱處理后即具有回復形狀的能力，這種材料被稱為形狀記憶合金，這種能力亦稱為形狀記憶效應。通常，sma枉低溫時產生塑性變形，溫度升高后，克服塑性變形回復到所記憶的形狀。研究表明，很多合金材料都具sme，但只有在形狀變化過程中產生較大回復應變和較大形狀回復力的，才有利用價值。到目前為止，應用最多的是ni- ti合金和銅基合金(cuznai和 cuaini)。從合金相變的角度來看，sme的實質是sma內部的熱彈性馬氏體相變，當母相過冷到馬氏體相與母相化學自由能平衡溫度丁。以下適當溫度 m.時，馬氏體將長大，直到熱化學自由能和彈性非化學自由能兩者之差最小時，馬氏體的生長過程才告結束。同樣，只有當馬氏體過熱到to以上溫度a。時，在相變驅動力作用下，馬氏體縮小的逆轉變過程才能開始。

    

    圖1現實了相變特性及相變循環中的關關鍵點，其中m、mr為馬氏體相變的開始和結束時的溫度，a。、af為逆相變的起始和結束溫度，人們通常用相變溫度af表征合金的特性。通常，sma能夠完全恢復的形變量可達百分之6～8（遠非一般材料所能比擬），形變溫度范圍一般在-100～200℃之間，主要受合金成分及熱處理制度等因素的影響。形狀恢形狀記憶合金電機研究與應用中的若干新發展楊凱辜承林復時會產生很大的回復力(有的高達200mpa)且機械特性有較大的變化。

    

    圖2給出了ni-ti合金在拉力作用下的應力一應變曲線。馬氏體在較低的應力下就能產生塑性變形，而高溫奧氏體具有很高的屈服應力。虛線表明，去除應力的馬氏體經加熱后轉化為奧氏體，回復到它所記憶的形狀，而奧氏體經形變后加熱卻沒有類似的現象。大多數情況下sme是單程的，如果要得到往返運動，必須人為地使sma在低溫時產生塑性形變，所以實際應用中多用偏置彈簧與sma配合使用。一些合金經過特殊的熱處理和機械訓練，也能具有雙程的sme，即加熱和冷卻時都產生形狀的變化。但與單程的sme相比，雙程sme所產生的回復應變和形狀回復力都要小一些。

    sma電機由驅動元件和執行機構兩部分組成。驅動元件即sma材料，多為絲材、片材和管材，可根據需要做成不同形狀、規格的驅動元件，常使用的有直線張力金屬絲型、螺旋壓縮彈簧型、螺旋拉伸彈簧型、懸臂彈簧型、盤狀彈簧型、螺旋扭轉彈簧型、扭轉金屬絲型和扭轉金屬管型等。傳統的