形状记忆合金经过不断地发展,目前已实际应用的有Ni-Ti基、Fe基和Cu基记忆合金。Cu基形状记忆合金作为应用最为广泛的形状记忆合金材料之一,因其具有优异导热导电性,切削加工性并且成本低廉而备受瞩目,而传统的Cu基形状记忆合金主要是多晶结构,晶粒尺寸偏大,具有严重的多晶脆性,且固溶处理后进一步恶化其力学性能。目前主要通过细化晶粒或者降低母相有序度来改善其多晶脆性。本课题组大量的研究已表明,在Cu基记忆合金中引入析出相（通过合金化）,可促使合金在高温热处理时直接发生晶粒异常长大,从而获得厘米尺寸的Cu基形状记忆单晶合金。基于上述研究思路,本论文以Cu-Zn-Al基形状记忆合金为研究对象,通过合金化Mo、Fe、V、Si等元素,在Cu-Zn-Al合金中引入析出相,以制备Cu-Zn-Al基形状记忆单晶合金。通过本论文的研究制备了 Cu-18Zn-8Al-0.3Mo、Cu-15Zn-8Al-0.3Mo-1.5Fe-0.8Mn-0.7Ga、Cu-18Zn-8Al-0.3V-0.3Si三种不同成分的形状记忆合金单晶,并通过扫描电镜、透射电镜、电阻温度特性、万能力学试验机等,详细研究了单晶的微观组织结构、可逆马氏体相变特征、超弹性和形状记忆效应等功能特性。本论文所获得的主要结论如下:（1）设计并制备了 Φ14 mm × 36 mm的Cu-18Zn-8Al-0.3Mo奥氏体单晶棒材,单晶由bcc母相和细小A2（Mo）相组成。单晶合金的可逆马氏体转变温度:Ms、Mf、As和Af分别为 135K、150K、160K 和 175K。所制备的 Cu-18Zn-8Al-0.3Mo记忆单晶沿着棒材方向的取向接近[153]。通过拉伸实验研究了 Cu-18Zn-8Al-0.3Mo记忆单晶的功能特性,结果表明该单晶具有优异的超弹性,具体表现为以下几个方面:1)该单晶在3%-1 1%的形变过程中始终呈现完全超弹性特征,最大超弹性应变可达8.7%;2)该单晶在-100℃至100℃的温度范围内和7%的形变条件下始终呈现完全超弹性特征,当温度降至-150C时,单晶的弹性回复为6.7%,但由于应力诱发的马氏体发生稳定化,故单晶在卸载后存在少量的残余应变,将卸载后的单晶放置在室温时,卸载应变即可得到完全回复,呈现形状记忆效应;3)该单晶在-150℃至100℃的温度范围内,在3%-11%的应变条件下的超弹性行为均呈现近零应力滞后（室温下应力平台段的应力滞后仅5 MPa）;4)该单晶的超弹性具有优异的循环稳定性,室温时单晶在7%的大形变条件下和数百次（420次）的拉伸循环过程中始终保持完全超弹性。本论文所获得的Cu-18Zn-8Al-0.3Mo形状记忆单晶具有宽温域、大应变超弹、低应力滞后和优异循环稳定性等的突出功能特性,具有潜在的实际应用价值。（2）设计并制备了 Φ14 mm × 33 mm 的 Cu-15Zn-8Al-0.3Mo-1.5Fe-0.8Mn-0.7Ga马氏体单晶棒材,该单晶合金的微观组织结构与Cu-18Zn-8Al-0.3Mo合金不同,不仅含有A2（Mo）相,并且因为降低Zn元素含量和添加了 Fe、Mn、Ga元素,使得合金内含有大量的马氏体相和四方形的富（Fe,Mn）纳米相。单晶合金的可逆马氏体转变温度:Ms、Mf、As和Af分别为270K、300K、315K、325K。相较于Cu-18Zn-8Al-0.3Mo,该单晶的相变点温度显著提高,故单晶是马氏体结构。通过拉伸实验研究了 Cu-18Zn-8A1-0.3Mo记忆单晶的功能特性,结果表明该单晶合金具有优异的形状记忆效应。当变形量为7%时,残余应变为6.3%,形状记忆效应为6.3%;当变形量为10%时,残余应变为9%,形状记忆效应为9%,且不同变形条件下单晶都拥有100%的形状回复率。（3）设计并制备了 Φ14 mm × 40 mm的Cu-18Zn-8Al-0.3V-0.3Si奥氏体单晶棒材,单晶由bcc母相和bcc富（V,Si）纳米相组成。单晶合金的可逆马氏体转变温度:Ms、Mf、As和Af分别为100K、150K、125K、170K。所制备的Cu-18Zn-8Al-0.3V-0.3Si记忆单晶沿着棒材方向的取向接近[141],通过拉伸实验研究了 Cu-18Zn-8Al-0.3V-0.3Si记忆单晶的功能特性,结果表明该单晶具有优异的超弹性,具体表现为以下几个方面:1)该单晶在4%-13%的形变过程中始终呈现完全超弹性特征,最大超弹性应变可达10.7%,高于传统的Ni-Ti基、Cu基和Fe基形状记忆合金;2)该单晶在3%-11%的应变条件下的超弹性行为均呈现较小的应力滞后;3)该单晶的超弹性具有优异的循环稳定性,室温时单晶在8%的大形变条件下和数百次（240次）的拉伸循环过程中始终保持完全超弹性。