神奇的记忆合金

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  同学们看到这个标题,也许会诧异:是否搞错了?只有动物才有记忆,无生命的金属难道也有“记性”?不错,这就是“记忆合金”。
  
  一、意外发现惊世人
  
  金属具有记忆现象早在1951年就被发现了,但没有引起人们的应有重视。到上世纪60年代初期还仍“待字闺中”。
  60年代初的一天,美国海军军械实验室的研究人员领用一批镍钛合金,由于偶然原因,合金丝被弄弯,他们只好一根根重新矫直。有人顺手把校直的合金丝堆放到炉子旁边。在炉温的烘烤下,不长时间,矫直的合金丝又都恢复到原来的弯曲程度。前功尽弃。令人懊丧。该现象重复出现,引起了研究人员的注意。抓住上述意外,研究人员反复实验研究,终于发现50%镍和50%钛的合金在温度达40度以上时,能“记住”自己原来的形状。科学家将该现象称之为“形状记忆效应”。1963年在一次美国海军科学会议上,他们宣布了研究成果,并演示了“形状记忆效应”实验。记忆合金露出冰山一角。
  后来,经过许多科学家研究,人们相继发现铜锌铝合金、铜镍铝合金、铁铂合金等也具有“形状记忆效应”。科学家把这类合金叫做“形状记忆合金”。
  
  二、奥秘浅释靠科学
  
  “记忆合金”为什么能“记住”自己以前的形状呢?要阐明其机理需冶金学、金属物理学等多种学科知识,涉及到许多专业术语和名词,这些都是科学工作者锲而不舍研究的课题,许多问题至今未能完全搞清楚。
  一般认为,形状记忆合金的特性是由其晶体内部结构决定的。该类合金在一定温度范围内具有一定的外形,而且,合金内部的原子排列具有同外形相适应的可逆转变结构。对应可逆转变结构时的温度称为转变温度。在转变温度以上,加工成欲记忆的形状,合金内部原子排列成一种稳定的结晶构造。当把它冷却到转变温度以下时,施加外力改变它的外形,此时原子结合方式不变,只是原子离开了自己原来的位置,在邻近的位置上暂时停留着。如果把变形后的记忆合金加热到转变温度以上,由于原子获得了向稳定结晶构造转变所需的能量,就又重新回复到原来的位置,从而恢复原状。
  
  三、造福人类显身手
  
  开发浩瀚广袤的宇宙空间是人类的梦想,开发的首选目标是月球。借助宇宙飞船,人类于1969年7月21日登上月球。为将在月球上收集到的各种信息发回地球,必须在月球上架设直径达数米的半球形月面天线,这种庞然大物直接放进宇宙飞船的船舱中,几乎是不可能的。用“记忆合金”做成天线使其成为现实。
  美国宇航局先用镍钛合金在40℃以上制成半球形月面天线,该温度下天线刚度很好,非常强硬,再让天线冷却到28℃以下,这时合金内部发生了结晶构造转变,变得十分柔软,很容易把天线折叠成小球似的一团,放入飞船船舱里。到达月球后,宇航员把变软的天线放到月面上,借助阳光照射使环境温度超过40℃,这时天线记忆起原先的形状,犹如一把折叠伞自动张开,迅速投入正常工作。
  形状记忆合金还是特殊铆接的能手,消除了锤击产生的噪音。用它做铆钉,只需先加热到转变温度以上,把铆钉两脚分开并弯曲,再冷却到转变温度以下把它拉直,插入被连接的零件孔中,最后再将其加热到转变温度以上,它就记忆起以前的形状,自动把零件紧紧铆住。尤其适合在狭小空间、具有化学介质、放射性物质或其他恶劣的工作环境中应用。美国产的F—14飞机上液压系统管道,由于结构紧凑无法焊接,即采用上述方法用记忆合金连接套管处理。厂家至今已使用10万多个记忆合金接头,无一损坏。
  医疗上,记忆合金应用更为广泛。骨科手术中,用形状记忆合金制成人工骨骼拉杆,依靠体温即可将骨缝结合同定,加快了骨折愈合速度。将形状记忆合金事先连接在弯曲的脊椎骨上,靠人的体温使合金伸直,可达到矫正脊椎骨的目的。用形状记忆合金补牙,任蛀洞七弯八绕,也可镶嵌得十分紧密。此外,它还可用于人造心脏瓣膜、人造关节、人工肾微型泵、脑动脉瘤手术钳等。
  能源开发上,使形状记忆合金往返于温差为20℃~30℃的冷热水槽之间,利用它的变形、恢复产生的力量,推动主轴旋转,可做成动力机械。由此制成的发动机称为固体热能发动机。目前美国、英国。比利时等诸多国家正在研究之中。利用太阳能、地热能、工厂余热工作,无废渣、废气、不污染环境,前景十分看好。
  记忆合金的出现,到现在仅几十年时间,已发展到几十种之多;应用遍及航天、航空、军事、工业、医疗、化工、机械等部门,而且处处大放异彩。相信随着人们认识的深入,它将在更大范围内显示其独特、有“灵性”的本领。
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