Материалы с памятью формы - реферат

Столичный Муниципальный Институт

им. М.В.Ломоносова

Факультет наук о материалах

Реферат

Тема: «Материалы с памятью формы».

Студента V курса ФНМ

Кареева И.Е.

Москва 2000г.

Содержание

Введение………………………………………………………2

Механизм реализации эффекта памяти формы………...3

Области внедрения………………………………………..7

Получение сплавов с памятью формы…………………….9

Деградация …………………………………………………..10

Заключение…………………………………………………..11

Перечень литературы………………………………………..12

Введение.

Материалы с памятью формы (МПФ) были открыты в Материалы с памятью формы - реферат конце 60-х годов этого века. Уже через 10 лет (конец 70-х - начало 80-х) возникает огромное количество сообщений в научных журнальчиках, описывающих разные способности их внедрения. В текущее время для МПФ определенны многофункциональные характеристики: одно - и обоесторонний эффект памяти, псевдо- либо суперэластичность, высочайшая заглушающая способность [1].

МПФ уже отыскали обширное применение в медицине, в Материалы с памятью формы - реферат качестве имплантируемых в организм продолжительно функционирующих материалов. Они проявляют высочайшие эластичные характеристики, способны изменять свою форму при изменении температуры и не разрушаться в критериях знакопеременной нагрузки. Непростой нрав фазовых перевоплощений мартенситного типа, происходящий в сплавах на базе никелида титана, ярко проявляется в пористых структурах. Фазовые переходы в таких сплавах Материалы с памятью формы - реферат характеризуются широким гистерезисом и длительным температурным интервалом, в каком материал проявляет эффекты памяти формы и сверхэластичности [12]. Не считая сплавов на базе Ni-Ti, мартенситные перевоплощения есть к примеру в таких системах, как Pt-Ti, Pt-Ga, Pt-Al.

Зависимо от температуры мартенситного перевоплощения и механических параметров, сплавы владеющие Материалы с памятью формы - реферат памятью формы имеют широкий спектр внедрения.


Механизм реализации эффекта памяти формы.

Мартенсит.

Мартенсит - структура кристаллических жестких тел, возникающая в итоге сдвигового бездиффузионного полиморфного перевоплощения при охлаждении. Назван по имени германского металловеда Мартенса (1850 – 1914гг). В итоге деформации решетки при всем этом превращении на поверхности металла возникает рельеф; в объеме Материалы с памятью формы - реферат же появляются внутренние напряжения, и происходит пластическая деформация, которая и ограничивает рост кристалла. Скорость роста добивается 103 м/с и не находится в зависимости от температуры, потому скорость образования мартенсита обычно лимитирует зарождение кристаллов. Противодействие внутренних напряжений сдвигает зарождение кристаллов много ниже точки термодинамического равновесия фаз и может приостановить перевоплощения при неизменной температуре Материалы с памятью формы - реферат; в связи с этим количество появившегося мартенсита обычно вырастает с повышением переохлаждения. Так как упругая энергия должна быть малой, кристаллы мартенсита принимают форму пластинок. Внутренние напряжения снимаются также пластической деформацией, потому кристалл содержит много дислокаций (до 1012 см-2 ), или разбит на двойники шириной 100 – 1000 Å. Внутризеренные границы и дислокации упрочняют мартенсит Материалы с памятью формы - реферат. Мартенсит – обычный продукт низкотемпературных полиморфных перевоплощений в незапятнанных металлах (Fe, Co, Ti, Zr, Li и другие), в жестких смесях на их базе, в интерметаллидах (CuZn, Cu3 Al, NiTi, V3 Si, AuCd).

Мартенситные перевоплощения.

Для интерметаллидов Ni-Ti с составом, близким к эвтектическому, характерен переход от кубической (аустенитной фазы) к Материалы с памятью формы - реферат моноклинной (мартенситной) фазе при комнатной температуре. Такие перевоплощения обычно происходят в сплавах при больших напряжениях, но в итоге наличия эффекта памяти либо суперэластичности перевоплощения могут происходить и при низких напряжениях. Аустенитные Ni-Ti сплавы проявляют суперэластичное поведение при механических нагрузках и растяжении (8%), вызванное мартенситным перевоплощением. При разгрузке, мартенсит Материалы с памятью формы - реферат становится не размеренным и перебегает в аустенит, с компенсацией всех макроскопических напряжений.[6].

Мартенситное перевоплощение – полиморфное перевоплощение, при котором изменение обоюдного расположения составляющих кристалл атомов происходит методом их упорядоченного перемещения, при этом относительные смещения примыкающих атомов малы по сопоставлению с междуатомным расстоянием. Перестройка кристаллической решетки в микрообластях обычно сводится к деформации ее Материалы с памятью формы - реферат ячейки, и конечная фаза мартенситного перевоплощения – однородно деформированная начальная фаза. Величина деформации мала (~1-10%) и соответственно мал, по сопоставлению с энергией связи в кристалле, энергетический барьер, препятствующий однородному переходу начальной фазы в конечную. Нужное условие мартенситного перевоплощения, которое развивается методом образования и роста областей более размеренной фазы в метастабильной Материалы с памятью формы - реферат, сохранение упорядоченного контакта меж фазами. Упорядоченное строение межфазных границ при малости барьера для однородного фазового перехода обеспечивает их малую энергию и высшую подвижность. Как следствие, лишная энергия, нужная для зарождения кристаллов новейшей фазы (мартенситных кристаллов), мала и при неком отклонении от равновесия фаз становится сравнимой с энергией изъянов, присутствующих в Материалы с памятью формы - реферат начальной фазе. Потому зарождение мартенситных кристаллов происходит с большей скоростью и может не добиваться термических флуктуаций. Существенную роль при мартенситном превращении играют внутренние напряжения, возникающие из-за упругого приспособления кристаллических решеток, сопрягающихся по границам фаз. Поля упругих напряжений приводят к смещению точки равновесия взаимодействующих фаз относительно положения Материалы с памятью формы - реферат настоящего термодинамического равновесия для изолированных, неискаженных фаз; соответственно, температура начала мартенситного перевоплощения может существенно отличаться от температуры настоящего равновесия. Рвение к минимуму упругой энергии напряжений определяет морфологию, внутреннюю структуру и обоюдное размещение мартенситных кристаллов. Новенькая фаза появляется в форме тонких пластинок, спецефическим образом нацеленных относительно кристаллографических осей. Пластинки Материалы с памятью формы - реферат, обычно, не являются монокристаллами, а представляют собой пакеты плоскопараллельных доменов – областей новейшей фазы, различающихся ориентировкой кристаллической решетки (двойники). Интерференция полей напряжения от разных доменов приводит к их частичному уничтожению. Предстоящее уменьшение упругих полей достигается образованием ансамблей из закономерно расположенных пластинок. Другими словами в итоге мартенситного перевоплощения появляется поликристаллическая фаза со Материалы с памятью формы - реферат типичным иерархическим порядком (ансамбли – пластинки – домены) в расположении структурных составляющих. Рост внутренних напряжений в процессе мартенситного перевоплощения в определенных критериях приводит к установлению двухфазного термоупругого равновесия, Которое обратимо сдвигается при изменении наружных критерий: под действием механических нагрузок либо при изменении температуры размеры отдельных кристаллов и их число меняются. Мартенситные перевоплощения Материалы с памятью формы - реферат обнаружены в почти всех кристаллических материалах: незапятнанных металлах, бессчетных сплавах, ионных, ковалентных и молекулярных кристаллах.

Огромные перспективы обратимого формоизменения при мартенситном превращении (создание сверхупругих сплавов, восстанавливающий первоначальную форму при нагреве после пластической деформации – эффект памяти), а так же связь мартенситного перевоплощения с возникновением сверхпроводящих параметров в неких металлах. Мартенситные перевоплощения Материалы с памятью формы - реферат составляют базу бессчетных структурных перевоплощений, благодаря которым при помощи тепловой и механической обработке осуществляется направленное изменение параметров кристаллических материалов.

Особенности пористых сплавов никелида титана.

Наличие широкой температурной области мартенситного перевоплощения в пористом никелиде титана по сопоставлению с литым находит отражение на температурных кривых электросопротивления. Показано, что мартенситный переход является Материалы с памятью формы - реферат неполным в пористых сплавах и проходит в более широком температурном интервале, чем в литых сплавах. Таким макаром, принципиальной особенностью пористого никелида титана по сопоставлению с беспористым (литым) сплавом такого же состава является широкий температурный интервал фазовых перевоплощений. Он составляет приблизительно 250 0 C, т. е. существенно превосходит интервал (30-400 С) перевоплощений литого Материалы с памятью формы - реферат сплава. Повышение температурного интервала фазовых перевоплощений обосновано структурой пористого никелида титана. Значимым является также размерный фактор, так как мартенситное перевоплощение в тонких перемычках и мощных областях появляются по различному. Действие этих причин приводит к тому, что фазовые перевоплощения в пористых материалах на базе никелида титана начинаются в Материалы с памятью формы - реферат разных областях при различных температурах, вытягивая гистерезис повдоль оси температур, соответственно расширяя температурные интервалы перевоплощений и интервалы проявления эффектов памяти формы и сверхэластичности в пористых сплавах на базе никелида титана.


Рис.1 Температурные зависимости эффекта обратимой памяти и предела текучести в пористом (1) и литом (2) сплавах на базе никелида титана.

На Материалы с памятью формы - реферат рис.1 представлен эффект памяти формы в пористом и литом сплавах. В пористом сплаве эффект памяти формы проявляется в более широком температурном интервале, чем в литом, и остаточная пластическая деформация в пористом материале имеет более значительную величину (на рис.1), чем в литом. В литом никелиде титана происходит фактически полное (до 100%) восстановление Материалы с памятью формы - реферат формы после деформирования на 6 - 8% и следующего нагрева выше температурного интервала МП (рис.1). При увеличении степени деформации литого никелида титана образуются дислокационные недостатки, которые в отличие от мартенситных перевоплощений необратимы. Стадия обратимой деформации по мартенситному механизму сменяется стадией необратимой пластической деформации. Даже при малых нагрузках появляются участки, в Материалы с памятью формы - реферат каких величина упругой деформации превосходит предельную. В противоположность в пористых сплавах даже при малых деформациях степень восстановления формы не превосходит 85%. Степень восстановления формы находится в зависимости от пористости, рассредотачивания пор по размерам, уровня напряжений мартенситного сдвига, т.е. связана с особенностями деформирования пористых тел. Анализ деформационных зависимостей никелида титана Материалы с памятью формы - реферат с различной пористостью указывает, что предел текучести сплава миниатюризируется с повышением пористости.

Области внедрения.

Немедицинское применение.

В первый раз сплав с памятью формы был использован в самолете F-14 в 1971 году, это был Ni-Ti-Fe. Внедрение Ni-Ti-Nb сплава стало огромным достижением, но также и Fe-Mn-Si сплавы получили Материалы с памятью формы - реферат много внимания, невзирая на их более низкое восстанавливаемое напряжение.

Имеются потенциальные способности внедрения нитинола при производстве продуктов широкого употребления. К примеру, увлекательное изобретение: устройство - держатель пепельницы, который опускает пылающую сигарету в пепельницу, предотвращая ее попадание, представим, на скатерть стола.

Надежность устройств с памятью формы находится в зависимости от Материалы с памятью формы - реферат их срока службы. Принципиальные наружные характеристики управления рабочими циклами системы, являются - время, температура. Принципиальные внутренние характеристики, которые определяют физические и механические характеристики: система сплава, состав сплава, тип преобразования и недостатки решетки. Эти характеристики управляют термомеханической историей сплава. Как следствие, наибольший эффект памяти будет ограничен зависимо от требуемого количества циклов Материалы с памятью формы - реферат.

Полезные галлактические грузы типа солнечных батарей либо антенн спутников на данный момент употребляют в главном пиротехнические методы раскрытия, которые делают огромное количество заморочек. Внедрение материалов с памятью формы позволит убрать все эти задачи, также предоставит возможность не один раз проверить работоспособность системы еще на земле.

Недавнешнее исследование относительно Ni-Ti сплавов Материалы с памятью формы - реферат показало, что супер эластичное поведение приводит к увеличению износостойкости. Псевдоэластичное поведение уменьшает область упругого контакта во время скольжения. Уменьшение области упругого контакта меж 2-мя скользящими частями наращивает износостойкость материала. Особый тип износа - кавитационная эрозия, которая делает специальные препядствия в гидравлических машинах, винтах судов, водяных турбинах. Сравнительные исследования разных Материалы с памятью формы - реферат материалов проявили, что Ni-Ti сплавы имеют более высочайшее сопротивление кавитационной эрозии, чем обыденные сплавы. В мартенситном состояние у Ni-Ti сплава очень хорошаястойкость к кавитационной эрозии. Но изготовка рабочих частей подвергающихся коррозии на сто процентов из Ni-Ti сплава очень драгоценное наслаждение, потому лучший путь - внедрение Ni-Ti Материалы с памятью формы - реферат сплава соединенного со сталью.

Мед применение.

В медицинеиспользуется новый класс композиционных материалов ”биокерамика–никелид титана”. В таких композитах одна составляющая (никелид титана) обладает сверхэластичностью и памятью формы, а другая — сохраняет характеристики биокерамики.

В качестве глиняной составляющей может выступать фарфор, который обширно употребляется в ортопедической стоматологии и является хрупким материалом. Высочайшая Материалы с памятью формы - реферат хрупкость фарфора обоснована тем, что на границах разных фаз и зернышек появляются контактные напряжения, существенно превосходящие уровень средних приложенных напряжений. Релаксация контактных напряжений в глиняном материале вероятна, если в зоне этих напряжений происходит диссипация энергии за счет фазового перевоплощения в никелиде титана. Изменение температуры либо приложение нагрузки Материалы с памятью формы - реферат вызывает в никелиде титана мартенситное перевоплощение, что приводит к действенной релаксации напряжений в матрице при нагружении композиционного материала, позволяя жесткой составляющей нести приложенную нагрузку. Понятно, что упругое восстановление объема пористых прессовок из порошка сверхупругого никелида титана связано с разрывом межчастичных контактов и определяется прочностью брикета, которая находится в зависимости от Материалы с памятью формы - реферат пористости и величины сил контактного сцепления. Ослабление этих сил методом прибавления к порошку никелида титана других компонент, к примеру мелкодисперсных вольфрама либо карбида кремния, существенно увеличивает гибкий эффект, потому что крепкие одноименные контакты титан–никель заменяются разноименными. Так как величина упругого эффекта понижается при уменьшении содержания никелида титана в Материалы с памятью формы - реферат прессовке, концентрационная зависимость упругого восстановления объема обычно является экстремальной. В композиционном материале ”фарфор–никелид титана” составляющие слабо ведут взаимодействие и после спекания контакты меж глиняной и железной составляющей ослаблены. При нагружении они разрываются сначала и упругое восстановление объема вырастает. В итоге деформация является обратимой и композит проявляет характеристики, подобные Материалы с памятью формы - реферат сверхэластичности. Биосовместимость композиционного материала ”стоматологический фарфор–никелид титана” изучалась гистологическим способом, оценивая реакцию тканей у крыс на имплантацию под кожу фронтальной брюшной стены образцов из композиционного материала и из фарфора. Нрав тканевых реакций, их распространенность и особенности клеточных конфигураций в обоих случаях оказались конкретными. Таким макаром, композиционные материалы Материалы с памятью формы - реферат ”биокерамика–никелид титана” являются биосовместимыми[11].

Получение сплавов с памятью формы.

Сплавы с памятью формы получаются методом сплавления личных компонент. Расплав стремительно охлаждают и проводят высокотемпературную обработку[3].

Предложен целый класс композиционных материалов «биокерамика - никелид титана» для медицины. В таких материалах одна составляющая (никелид титана) обладает памятью формы и сверхэластичностью, а Материалы с памятью формы - реферат другая – сохраняет характеристики биокерамики. В качестве глиняной составляющей более нередко употребляется фарфор, который обширно употребляется в ортопедической стоматологии и является хрупким материалом. Для производства таких образцов употребляют порошки никелида титана и фарфоровой массы, которые после смешивания и просушивания спекают в вакууме [11].

Деградация

Мартенситное перевоплощение в сплавах на базе NiTi является атермическим Материалы с памятью формы - реферат процессом, скорость которого полностью определяется скоростью конфигурации температуры поблизости термодинамического равновесия фаз. Потому все специальные механические эффекты в NiTi, сопровождающие мартенситное перевоплощение, такие как память формы, пластичность перевоплощения, могут быть реализованы за очень малые времена при соответственных режимах нагрева и остывания. В быстродействующих устройствах для ускорения Материалы с памятью формы - реферат обменом теплом с теплоагентом (водянистым либо газообразным) употребляют тонкомерную ленту, проволоку и трубы с микронными линейными размерами в сечении. В данном случае огромное значение приобретает состояние свободной поверхности сплава. Так как даже маленькие варианты состава приводят к изменению температурной кинетики и полноты перевоплощения, то сегрегация частей и окисление поверхности Материалы с памятью формы - реферат значительно изменяют и особые характеристики материала. Необыкновенную значимость обозначенное событие приобретает вследствие необходимости подготовительной тепловой либо термомеханической обработки материала.

Исследования проявили склонность никелида титана на свободной поверхности при тепловых воздействиях. В атмосфере, содержащей кислород, сплав окисляется с образованием оксидного слоя, содержащего в главном оксид TiO2 . Можно считать, что так как титан Материалы с памятью формы - реферат химически очень активен то в бескислородной среде атомы титана будут создавать соединения с хоть каким неинертным газом, к примеру в атмосфере азота – нитриды. Избежать образования оксидов по границам зернышек и на поверхности можно только при термообработках образцов в вакууме или в инертной среде [14].

Заключение

Умопомрачительный материал с памятью формы Материалы с памятью формы - реферат равномерно занимает все большее место в нашей жизни. Уже довольно тяжело представить современную стоматологию без композитных материалов на базе NiTi (те же скобы, которые вставляют детям для выпрямления зубов). Доставленные на орбиту в «свернутом» виде солнечные батареи разворачиваются сами на несколько 10-ов квадратных метров и т.д. и т.д Материалы с памятью формы - реферат.. Спектр внедрения этих материалов возрастает денек ото денька и сулит еще много увлекательного. Можно с уверенностью сказать, что это материал грядущего.


Перечень литературы

1. J Van Humbeeck / Materials Science and Engineering A273-275 (1999) 143-148.

2. T.Dueriy et al. / Materials Science & En. A 273-275 (1999) 149-160.

3. T. Biggs et al./ Materials Science and Engineering A273-275 (1999) 204-207.

4. J Материалы с памятью формы - реферат.Zhang et al. / Scripta Materialia, vol 41, №10, 1109-1113, 1999.

5. J. Uchil et al. / Physica B, 270 (1999), 289-297.

6. R. Vaichyanathan et al. / Acta mater. Vol47, №12, pp.3353-3366, 1999.

7. J. Uchil et al. / Physica B 253 (1998) 83-89.

8. S.F. Hsieh et al / Materials Charac terization 41: 151-162 (1999).

9. J. Uchil et al / Mat. Science and Eng., A251 (1998), 58-63.

10. A.A. Al-Aql, Z Материалы с памятью формы - реферат.H. Dughaish / Physica B, 229 (1996), 91-95.

11. В.И. Итин и др./ Письма в ЖТФ том 23 №8 (1997) 1-6.

12. В.Э. Гюнтер и др./ Письма в ЖТФ том 26 №1 (2000) 71-76.

13. В.А. Плотников./ Письма в ЖТФ том 24 №1 (1998) 31-38.

14. С.П.Беляеви др./ Письма в ЖТФ том 25 №13 (1999) 89-94.



materiali-dlya-kontrolya-znanij.html
materiali-dlya-ocenki-znanij-i-umenij-studenta.html
materiali-dlya-otdelki-potolkov-kontrolnaya-rabota.html