电子科技大学：《敏感材料与传感器 Sensitive Materials and Sensors》课程教学资源（课件讲稿）第二章 金属敏感材料 第3节 形变金属材料

三、形变金属材料 /986 1.形变规 >形变规：利用物质因受力发生形变而使其电阻发生变化的敏感元件。 >用作形变规的材料：有金属、半导体、电介质等。 >与半导体相比较，金属系材料容易制作、价廉、耐高温、抗冲击性好、 弯曲性强等特点。 >) 对用于形变规的金属材料，要求由外应力引起的形变ε产生的电阻变化 率△R/R高、线性度好、电阻的温度系数低。 >与形变相应的电阻变化率通常称为标准因子（规率)G,可由下式定义： G=（△R/R)/(△1/1)+y+1 △1/1为金属规的长度变化；ⅴ为泊松比（指材料在单向受拉或受压时，横向 正应变与轴向正应变的绝对值的比值，金属约为0.3) 电子科技大学敏感材料与传感器课程组 制作

三、 形变金属材料 Ø 形变规：利用物质因受力发生形变而使其电阻发生变化的敏感元件。 Ø 用作形变规的材料：有金属、半导体、电介质等。 Ø 与半导体相比较，金属系材料容易制作、价廉、耐高温、抗冲击性好、 弯曲性强等特点。 1. 形变规 Ø对用于形变规的金属材料，要求由外应力引起的形变ε产生的电阻变化 率∆R/R高 、线性度好、电阻的温度系数低。 Ø与形变相应的电阻变化率通常称为标准因子（规率）G，可由下式定义： G   R / R  / l / l     1 ∆l/l为金属规的长度变化；v 为泊松比（指材料在单向受拉或受压时，横向 正应变与轴向正应变的绝对值的比值，金属约为0.3）

三、形变金属材料 好 986 1.形变规 金属形变材料的主要特性 合金名称 组分（wt%) G 温度系数K-1 阿范斯康铜 Cu-42Ni 2.042.12 ±20×10-6 康铜 Cu-40Ni 1.7-2.0 20×10-6 卡尔马高电阻镍 Ni-20Cr-3Fe-3Cu 2.1 20×10-6 铬合金 锰铜 Cu-13Mn 0.450.5 15X10-6 镍铬合金 Ni-24Fe-16Cr 2.02.5 160×106 Pt-Ir Pt-20Ir 6 800×10-6 电子科技大学敏感材料与传感器课程组制作

合金名称 组分（wt%） G 温度系数K1 阿范斯康铜 康 铜 卡尔马高电阻镍 铬合金 锰 铜 镍铬合金 Pt-Ir Cu-42Ni Cu-40Ni Ni-20Cr-3Fe-3Cu Cu-13Mn Ni-24Fe-16Cr Pt-20Ir 2.04~2.12 1.7~2.0 2.1 0.45~0.5 2.0~2.5 6 ±20×10 6 20×10 6 20×10 6 15×10 6 160×10 6 800×10 6 金属形变材料的主要特性 1. 形变规 三、 形变金属材料

三、形变金属材料 986 1. 形变规 ◆Bi-Sb(铋-锑) 合金薄膜的规率 组分(wt%) 膜厚（埃） 规率 Bi 873 5.31 Bi-10Sb 965 -2.55 Bi-20Sb 965 10.36 Bi-40Sb 1000 9.56 Bi-60Sb 1080 11.16 大多形变金属材料性能脆，难于作成细线或薄板。然而，若是用蒸发 等方法制成薄膜，则可解决此问题。 电子科技大学敏感材料与传感器课程组制作

u Bi-Sb（铋-锑） 合金薄膜的规率 组分(wt%) 膜厚(埃) 规 率 Bi Bi-10Sb Bi-20Sb Bi-40Sb Bi-60Sb 873 965 965 1000 1080 5.31 2.55 10.36 9.56 11.16 大多形变金属材料性能脆，难于作成细线或薄板。然而，若是用蒸发 等方法制成薄膜，则可解决此问题。 1. 形变规 三、 形变金属材料

三、形变金属材料 /986 2.形变记忆材料 >形状记忆合金：借助于轻微加热 等手段而返回塑性形变前的形状 的特异材料。 假如金属材料有了记忆 >1932年，瑞典人奥兰德在金镉合金中首次观察到“记忆”效应，即合金的形 状被改变之后，一旦加热到一定的跃变温度时，它又可以魔术般地变回到原 来的形状； >1970年美国将钛镍记忆合金用于制作宇宙飞船的天线； >有钛镍基、铜基、铁基等 电子科技大学敏感材料与传感器课程组 制作

2. 形变记忆材料 三、 形变金属材料 Ø形状记忆合金：借助于轻微加热 等手段而返回塑性形变前的形状 的特异材料。 Ø1932年,瑞典人奥兰德在金镉合金中首次观察到“记忆”效应，即合金的形 状被改变之后， 一旦加热到一定的跃变温度时，它又可以魔术般地变回到原 来的形状； Ø1970年美国将钛镍记忆合金用于制作宇宙飞船的天线； Ø有钛镍基、铜基、铁基等

三、形变金属材料 /986 2.形变记忆材料 ◆对于形状记忆合金的功能应用主要包括： (1)形状回复的利用； (2)伴随形状回复的应力应用； (3)热敏感性的利用； (4)作为能量储藏体的利用； (5)准弹性效应的利用。 冷却变形 用形状记忆合金丝 将天线揉成团 在加热时形状 形状完全恢复 制成的天线 开始恢复 电子科技大学敏感材料与传感器课程组制作

2. 形变记忆材料 三、 形变金属材料 u对于形状记忆合金的功能应用主要包括： （1）形状回复的利用； （2）伴随形状回复的应力应用； （3）热敏感性的利用； （4）作为能量储藏体的利用； （5）准弹性效应的利用

三、形变金属材料 986 2.形变记忆材料一智能装配 热空 冷模 常规铆接工艺 1.聊柱加热 2.受热软化 3.冷模成形4.聊钉紧固 智能铆接 常温成型 低温拉直 装入 加热恢复 电子科技大学敏感材料与传感器课程组 制作

2. 形变记忆材料—智能装配 三、 形变金属材料 常温成型 低温拉直 常规铆接工艺 智能铆接 装入 加热恢复

三、形变金属材料 986 2.形变记忆材料一智能装配 加热恢复 -O。 \I 电子科技大学敏感材料与传感器课程组制作

2. 形变记忆材料—智能装配 三、 形变金属材料 加热恢复

三、形变金属材料 /986 2.形变记忆材料一开关控制 热水 SMA单簧 余斜形弹簧 50 40 30 温度控制按纽 线圈 混合水 电子科技大学敏感材料与传感器课程组制作

2. 形变记忆材料—开关控制 三、 形变金属材料

三、形变金属材料 986 2.形变记忆材料一机制 >形状记忆机制：改变外界条件（如温度），使材料由一种晶体结构转变为 另一种晶体结构，材料的形状随之改变；当温度恢复时，晶体结构又恢复 到原来的结构，形状也随之恢复。 >物相：同一成分的材料可以有不同的相 >相变机制：形状记忆合金的晶体结构随环境温度的改变而改变。当温度下 降到某个临界温度以下时，原子按马氏体相（碳在α-铁（体心立方）中 的过饱和固溶体)进行排列；当温度升高到某个临界温度以上时，原子排 列改变为奥氏体相（碳和其它合金元素在Y-铁（面向立方）中的固溶体) 形状恢复的推动力是在加热温度下奥氏体相和马氏体相的自由能之差产生。 电子科技大学敏感材料与传感器课程组 制作

2. 形变记忆材料—机制 三、 形变金属材料 Ø 形状记忆机制：改变外界条件（如温度），使材料由一种晶体结构转变为 另一种晶体结构，材料的形状随之改变；当温度恢复时，晶体结构又恢复 到原来的结构，形状也随之恢复。 Ø 物相：同一成分的材料可以有不同的相 Ø 相变机制：形状记忆合金的晶体结构随环境温度的改变而改变。当温度下 降到某个临界温度以下时，原子按马氏体相（碳在α-铁（体心立方） 中 的过饱和固溶体）进行排列；当温度升高到某个临界温度以上时，原子排 列改变为奥氏体相（碳和其它合金元素在γ-铁（面向立方）中的固溶体）。 形状恢复的推动力是在加热温度下奥氏体相和马氏体相的自由能之差产生

三、形变金属材料 /986 2.形变记忆材料一机制 Fe C a oFe·C 马氏体晶胞 奥氏体晶胞 ●马氏体的体积比相同重量的奥氏体体积大 电子科技大学敏感材料与传感器课程组 制作

2. 形变记忆材料—机制 三、 形变金属材料 马氏体晶胞 奥氏体晶胞 l马氏体的体积比相同重量的奥氏体体积大