1963年的一天,由於實驗的需要,一群工程技術人員正在美國海軍的某個研究機構中為加工一批鎳鈦合金絲而緊張地忙碌著。
由於他們手中的合金絲是彎曲的,使用起來很不方便,所以在做實驗之前得先拉直它們。
實驗開始後,當實驗溫度升到一定值時,工程技術員發現他們費了不少工夫才拉直的合金絲竟然又全部變回了原來那種彎曲的形狀。後來又多次做了這個實驗,得到的結果都完全相同。
經過多次細致而深入的研究,人們終於發現,這些合金之所以具有恢複原有形狀的特性,是因為隨著環境的變化,這些合金內部原子的排列也會出現變化。如果溫度回到原來的數值,合金內部原子的排列也會回到原來的排列方式,其晶體結構也會隨之改變。這種具有記憶形狀能力的合金被人們稱作“形狀記憶合金”。記憶合金不僅能重複恢複原態達幾百萬次,而且不會產生疲勞和斷裂。這樣的“記憶力”讓人感到震驚。
讓我們以鎳鈦合金為例,來看看形狀記憶合金具有“記憶”的秘密吧。40℃是鎳鈦合金的“記憶溫度”,也就是說,鎳鈦合金的晶體結構在40℃上下是不一樣的,它的轉變溫度便是40℃。在轉變溫度以上,其晶體結構處於穩定狀態;在轉變溫度以下,則處於不穩定狀態。假如人們想讓在轉變溫度以下、改變了形狀的晶體結構再恢複到穩定狀態,那麽隻要將其加熱到轉變溫度以上,它的穩定狀態就會得到恢複,它的形狀也會隨之恢複到原態。除此之外,鎳鈦合金的拉伸強度也非常驚人,可達1000兆帕,也就是說,即使在每平方毫米那麽小的斷麵上,你也需要用1000多牛頓的力才能夠把它拉斷。
除了鎳鈦合金,人們還開發出了銅係合金和鐵係合金等一係列的多種記憶合金。人們充分利用記憶合金的這種神奇的本領解決了航天、工業生產、醫療、電子器具等方麵的諸多難題。如“阿波羅”登月艙的宇航員的形象和聲音能從38萬千米外的月球傳送到地球上來,就是利用了記憶合金這種神奇的功能。“阿波羅”的登月艙要在月亮上設置月麵天線,而月麵天線的直徑便長達數米,科研人員就先用記憶合金製成半球形天線,然後降低溫度將其壓成一小團裝入小巧的登月艙中。當天線隨著登月艙到達月球表麵時,由於太陽光的照射,其溫度就會升到轉變溫度,天線便恢複了本來的形狀。
耐腐蝕性也是記憶合金的一大特點,因此牙醫便利用鎳鈦合金製成一種矯齒絲,借助於人的口腔溫度,來為患者做牙齒矯正手術。在使用口腔矯齒絲之前,醫生會先為準備矯正的牙齒做一個石膏模型,然後把口腔矯齒絲按照模型彎成牙齒的形狀,並將其固定在牙齒上。為了讓矯齒絲更加趨向於其原來的形狀,每過一段時間便更換一次。牙齒就是在這個變形過程中慢慢得到矯正的。
我們在工業生產中進行鉚接工作時,一般是從一邊插入鉚釘,再用氣錘錘打鉚釘另一邊的頭,但如果碰到開口很窄或封閉的容器,就會很難辦。這時記憶合金便派上用場了,我們可以事先把鉚釘做成兩頭都是扁的,然後在低溫下將其中一端硬壓成插孔大小的圓柱狀。在鉚接時,將鉚釘從低溫箱中取出來,迅速地插進插孔中,然後把鉚釘加熱到轉變溫度以上。這樣,原來被壓圓的一端就會自動恢複成扁平的形狀,容器也就被牢牢地鉚住了。