形狀記憶合金是一種新型的功能材料, 它已成為功能材料領域的研究熱點之一。我們給已適當變形的材料以溫度變化, 材料能自動做功而恢復變形前形狀的效應稱為“形狀記憶效應”(shape memory effect,簡稱SME)[1], 而具有形狀記憶效應的合金稱為形狀記憶合金(shape memory alloy,簡稱SMA)。

最早在金屬中發(fā)現(xiàn)形狀記憶效應可追溯到20世紀30年代。1938年, 美國的Greningerh和Mooradian在Cu-Zn合金中發(fā)現(xiàn)了馬氏體的熱彈性轉變。隨后, 蘇聯(lián)的Kurdiumov對這種現(xiàn)象進行了研究。1951年, Chang和Read在Au-47.5%Cd(原子數(shù)分數(shù))合金中用光學顯微鏡觀察到馬氏體界面隨溫度的變化而發(fā)生遷移。這是最早觀察到金屬形狀記憶效應的報道。數(shù)年后, Burkhart在In-Ti合金中觀察到同樣的現(xiàn)象。然而在當時, 這些現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)只被看作是個別材料的特殊現(xiàn)象而未能引起人們足夠的興趣和重視。直到1963年, 美國海軍武器實驗室Buehler 等人開發(fā)并成功研制出具有實用價值的形狀記憶合金Nitinol后, 才廣泛引起了人們的興趣, 對形狀記憶合金的研究從此進入了一個新的階段[2]。1969年, Raychem 公司首次將Ti-Ni合金制成管接頭應用于美國F14戰(zhàn)斗機上;1970年, 美國將Ti-Ni記憶合金絲制成宇宙飛船用天線。這些應用大大激勵了國際上對形狀記憶合金的研究與開發(fā)。20世紀70年代, 相繼開發(fā)出了Ti-Ni基、 Cu-Al-Ni基和Cu-Zn-Al基形狀記憶合金; 80年代開發(fā)出了Fe-Mn-Si基、 不銹鋼基等鐵基形狀記憶合金。從20世紀90年代至今, 高溫形狀記憶合金、 寬滯后記憶合金以及記憶合金薄膜等已成為研究熱點[3]。20世紀80年代初, 科研工作者突破了Ti-Ni合金研究中的難點, 從此以后, 形狀記憶合金開始廣泛應用于生產(chǎn)、 生活的各個領域。在各國申請的有關形狀記憶合金的技術專利已逾萬件, 投入市場付諸應用的實例已有上百種。同時, 隨著智能材料、 智能機構研究的興起, 又將形狀記憶合金的應用推向了更廣泛的領域。目前, 有關形狀記憶合金研究的科技論文數(shù)已位居馬氏體相變研究領域之首, 而且該類材料所涉及的應用領域極其廣泛。

從發(fā)現(xiàn)形狀記憶合金至今, 其發(fā)展已有70余年的歷史。美國、 日本等國家對形狀記憶合金的研究和應用開發(fā)已較為成熟, 同時也較早地實現(xiàn)了形狀記憶合金的產(chǎn)業(yè)化。我國從20世紀70年代末才開始了形狀記憶合金的研究工作, 起步較晚, 但起點較高。在材料冶金學方面, 特別是實用形狀記憶合金的煉制水平已得到國際學術界的公認, 在應用開發(fā)上也有一些獨到的成果。但是, 由于研究條件的限制, 在形狀記憶合金的基礎理論和材料科學方面的研究上, 我國與國際先進水平尚有一定差距, 尤其是在形狀記憶合金產(chǎn)業(yè)化和工程應用方面與國外差距較大[4]。

近10年來, 我國在形狀記憶合金基礎理論研究方面有了很大發(fā)展, 在形狀記憶合金的應用和開發(fā)方面更是取得了長足進步?，F(xiàn)在, 我國的形狀記憶合金產(chǎn)業(yè)化進程正方興未艾, 國內涌現(xiàn)了一大批以形狀記憶合金原料及產(chǎn)品為主要生產(chǎn)、 經(jīng)營項目的高科技公司。可以預見, 未來幾年我國形狀記憶合金的研究和應用開發(fā)將會有令人矚目的發(fā)展, 甚至可能出現(xiàn)較大的突破。

除了金屬材料外, 人們還發(fā)現(xiàn)在非金屬材料(如高聚物和陶瓷) 中也存在形狀記憶現(xiàn)象[5,6], 但目前尚處于初期探索階段。