ჩვეულებრივი სიბრძნის მიხედვით, ლითონები ყველაზე გამძლე და გამძლე მასალაა. თუმცა, არსებობს შენადნობები, რომლებსაც შეუძლიათ აღადგინონ ფორმა დეფორმაციის შემდეგ გარე დატვირთვის გამოყენების გარეშე. მათ ასევე ახასიათებთ სხვა უნიკალური ფიზიკური და მექანიკური თვისებები, რაც განასხვავებს მათ სტრუქტურული მასალებისგან.
ფენომენის არსი
შენადნობების ფორმის მეხსიერების ეფექტი არის ის, რომ წინასწარ დეფორმირებული ლითონი სპონტანურად აღდგება გაცხელების შედეგად ან უბრალოდ გადმოტვირთვის შემდეგ. ეს უჩვეულო თვისებები მეცნიერებმა ჯერ კიდევ 1950-იან წლებში შენიშნეს. მე -20 საუკუნე მაშინაც კი, ეს ფენომენი ასოცირებული იყო მარტენზიტურ გარდაქმნებთან კრისტალურ ბადეში, რომლის დროსაც ხდება ატომების მოწესრიგებული მოძრაობა.
მარტენზიტი ფორმის მეხსიერების მასალაში არის თერმოელასტიური. ეს სტრუქტურა შედგება კრისტალებისაგან თხელი ფირფიტების სახით, რომლებიც გაჭიმულია გარე შრეებში და შეკუმშული შიგნიდან. დეფორმაციის „მატარებლები“არის ინტერფაზური, ტყუპი და ინტერკრისტალური საზღვრები. გახურების შემდეგ დეფორმირებულიშენადნობი, ჩნდება შიდა ძაბვები, რომლებიც ცდილობენ დააბრუნონ ლითონი პირვანდელ ფორმაში.
სპონტანური აღდგენის ბუნება დამოკიდებულია წინა ექსპოზიციის მექანიზმზე და ტემპერატურულ პირობებზე, რომლებშიც ის მიმდინარეობდა. ყველაზე საინტერესოა მრავალჯერადი ციკლურობა, რომელიც შეიძლება შეადგენდეს რამდენიმე მილიონ დეფორმაციას.
მეტალებსა და შენადნობებს ფორმის მეხსიერების ეფექტით აქვთ კიდევ ერთი უნიკალური თვისება - მასალის ფიზიკური და მექანიკური მახასიათებლების არაწრფივი დამოკიდებულება ტემპერატურაზე.
ჯიშები
ზემოხსენებულ პროცესს შეიძლება ჰქონდეს რამდენიმე ფორმა:
- სუპერპლასტიურობა (სუპერელასტიურობა), რომლის დროსაც ლითონის კრისტალურ სტრუქტურას შეუძლია გაუძლოს დეფორმაციებს, რომლებიც მნიშვნელოვნად აღემატება მოსავლიანობის სიძლიერეს ნორმალურ მდგომარეობაში;
- ერთი და შექცევადი ფორმის მეხსიერება (ამ უკანასკნელ შემთხვევაში ეფექტი განმეორებით მრავლდება თერმული ციკლის დროს);
- წინ და საპირისპირო ტრანსფორმაციის ელასტიურობა (დაძაბულობის დაგროვება გაგრილებისა და გაცხელების დროს, შესაბამისად, მარტენზიტული ტრანსფორმაციის გავლისას);
- შექცევადი მეხსიერება: გაცხელებისას ჯერ აღდგება ერთი დეფორმაცია, შემდეგ კი ტემპერატურის შემდგომი მატებასთან ერთად მეორე;
- ორიენტირებული ტრანსფორმაცია (დეფორმაციების დაგროვება დატვირთვის მოხსნის შემდეგ);
- ფსევდოელასტიურობა - არაელასტიური დეფორმაციების აღდგენა ელასტიური სიდიდეებიდან 1-30% დიაპაზონში.
დაბრუნდით საწყის მდგომარეობაში ლითონებისთვის ეფექტითფორმის მეხსიერება შეიძლება იყოს იმდენად ინტენსიური, რომ მისი დათრგუნვა შეუძლებელია დაჭიმვის სიძლიერესთან ახლოს მყოფი ძალით.
მასალები
ასეთი თვისებების მქონე შენადნობებს შორის ყველაზე გავრცელებულია ტიტან-ნიკელი (49–57% Ni და 38–50% Ti). კარგი შესრულება აქვთ:
- მაღალი სიმტკიცე და კოროზიის წინააღმდეგობა;
- აღდგენის მნიშვნელოვანი ფაქტორი;
- შიდა სტრესის დიდი მნიშვნელობა საწყის მდგომარეობაზე დაბრუნებისას (800 მპა-მდე);
- კარგი თავსებადობა ბიოლოგიურ სტრუქტურებთან;
- ვიბრაციის ეფექტური შთანთქმა.
ტიტანის ნიკელიდის (ან ნიტინოლის) გარდა, სხვა შენადნობებიც გამოიყენება:
- ორკომპონენტიანი - Ag-Cd, Au-Cd, Cu-Sn, Cu-Zn, In-Ni, Ni-Al, Fe-Pt, Mn-Cu;
- სამი კომპონენტი - Cu-Al-Ni, CuZn-Si, CuZn-Al, TiNi-Fe, TiNi-Cu, TiNi-Nb, TiNi-Au, TiNi-Pd, TiNi-Pt, Fe-Mn -სი და სხვები.
შენადნობის დანამატებს შეუძლიათ მნიშვნელოვნად შეცვალონ მარტენზიტული ტრანსფორმაციის ტემპერატურა, რაც იმოქმედებს შემცირების თვისებებზე.
სამრეწველო გამოყენება
ფორმის მეხსიერების ეფექტის გამოყენება მრავალი ტექნიკური პრობლემის გადაჭრის საშუალებას იძლევა:
- მჭიდრო მილების შეკრების შექმნა, მსგავსი გაბრწყინების მეთოდის მსგავსი (ფლანგიანი კავშირები, თვითშემჭიდრო კლიპები და შეერთებები);
- დამჭერი ხელსაწყოების, სამაგრების, ამწეების წარმოება;
- დიზაინი"სუპერზამბარები" და მექანიკური ენერგიის აკუმულატორები, სტეპერ ძრავები;
- შეერთების შექმნა განსხვავებული მასალებისგან (ლითონი-არალითონი) ან ძნელად მისადგომ ადგილებში, როდესაც შედუღება ან შედუღება შეუძლებელი ხდება;
- მრავალჯერადი გამოყენების დენის ელემენტების წარმოება;
- მიკროსქემის დალუქვა, მათი შეერთების სოკეტები;
- ტემპერატურების კონტროლერების და სენსორების წარმოება სხვადასხვა მოწყობილობებში (ხანძრის სიგნალიზაცია, დაუკრავენ, გათბობის ძრავის სარქველები და სხვა).
კოსმოსური ინდუსტრიისთვის ასეთი მოწყობილობების შექმნას (თვითგანლაგებული ანტენები და მზის პანელები, ტელესკოპური მოწყობილობები, ხელსაწყოები კოსმოსში სამონტაჟო სამუშაოებისთვის, მბრუნავი მექანიზმების დისკები - საჭეები, ჟალუზები, ლუქები, მანიპულატორები) დიდი პერსპექტივებია.. მათი უპირატესობა არის იმპულსური დატვირთვების არარსებობა, რომელიც არღვევს სივრცულ მდგომარეობას სივრცეში.
ფორმის მეხსიერების შენადნობების გამოყენება მედიცინაში
სამედიცინო მასალების მეცნიერებაში ამ თვისებების მქონე ლითონები გამოიყენება ტექნოლოგიური მოწყობილობების დასამზადებლად, როგორიცაა:
- სტეპერ ძრავები ძვლების გაჭიმვის, ხერხემლის გასწორებისთვის;
- ფილტრები სისხლის შემცვლელებისთვის;
- მოტეხილობების შესასწორებელი მოწყობილობები;
- ორთოპედიული ტექნიკა;
- დამჭერები ვენებისა და არტერიებისთვის;
- ტუმბოს ნაწილები ხელოვნური გულის ან თირკმლისთვის;
- სტენტები და ენდოპროთეზები სისხლძარღვებში იმპლანტაციისთვის;
- ორთოდონტიული მავთულები თანკბილვის კორექციისთვის.
მინუსები და პერსპექტივები
მიუხედავად დიდი პოტენციალისა, ფორმის მეხსიერების შენადნობებს აქვთ უარყოფითი მხარეები, რაც ზღუდავს მათ ფართო გამოყენებას:
- ძვირადღირებული ქიმიური კომპონენტები;
- რთული წარმოების ტექნოლოგია, ვაკუუმური აღჭურვილობის გამოყენების აუცილებლობა (აზოტისა და ჟანგბადის მინარევების შეყვანის თავიდან ასაცილებლად);
- ფაზის არასტაბილურობა;
- მეტალების დაბალი დამუშავების უნარი;
- სიძნელეები სტრუქტურების ქცევის ზუსტად მოდელირებაში და სასურველი მახასიათებლების მქონე შენადნობების წარმოებაში;
- დაბერება, დაღლილობა და შენადნობების დეგრადაცია.
ტექნოლოგიის ამ სფეროს განვითარების პერსპექტიული მიმართულებაა ლითონებისგან საფარების შექმნა ფორმის მეხსიერების ეფექტით, ისევე როგორც ასეთი შენადნობების წარმოება რკინის საფუძველზე. კომპოზიტური სტრუქტურები საშუალებას მოგცემთ გააერთიანოთ ორი ან მეტი მასალის თვისებები ერთ ტექნიკურ გადაწყვეტაში.
