Ero sivun ”Muistimetalli” versioiden välillä
| [arvioimaton versio] | [arvioimaton versio] |
Poistettu sisältö Lisätty sisältö
p nyt vaikuttaisi hyvältä |
KLS (keskustelu | muokkaukset) Laajennettu kääntämällä engl. Wikipediasta |
||
Rivi 7:
* kuparia, alumiinia ja nikkeliä tai
* nikkeliä ja [[titaani]]a.
== Muodonmuutoksen riippuvuus lämpötilasta ==
Jäähtyessään muistimetallit muuttuvat [[austeniitti]]sesta tilasta [[martensiitti]]seen tietyllä lämpötilavälillä. Muutos alkaa kullekin tällaiselle metallille ominaisessa lämpötilassa ''M<sub>s</sub> ja on loppuun tapahtunut metallin jäähdyttyä lämpötilaan ''M<sub>f</sub>''. Päinvastainen muutos tapahtuu metallin lämmetessä, ja se alkaa jossakin lämpötilassa ''A<sub>s</sub>'' ja on loppuun tapahtunut metallin kuumettua lämpötilaan ''A<sub>f</sub>''. Jos kuitenkin kappaletta lämmitetään ja jälleen jäähdytetään toistuvasti niin, että sen olotila tällä tavoin muuttuu edestakaisin, nämä lämpötilat saattavat lopulta muuttua. Tätä ilmiötä sanotaan ''funktionaaliseksi väsymiseksi'', ja se liittyy läheisesti materiaalin mikroskooppisen rakenteen muuttumiseen.
Muistimetallin muuttuminen martensiittisesta tilasta austeniittiseen riippuu ainoastaan lämpötilasta ja jännistyksestä, ei lämpötilan muutoksen nopeudesta. Täten muutosprosessi on täysin [[reversiibeli]] eli palautuva. Tässä suhteessa se eroaa oleellisesti esimerkiksi [[teräs|teräksen]] rakenteen muutoksista. Jos kuuma hiilipitoinen austeniittinen jäähtyy nopeasti, se muuttuu martensiittiseen tilaan, mutta tämä muodonmuutos ei ole palautuva, eikä teräksellä näin ollen ole muistimetallin ominaisuuksia.
[[Image:Sma wire.jpg]]
Tässä kaaviossa vaaka-akseli (T) tarkoittaa lämpötilaa ja pystyakseli (ξ) martensiitin osuutta metalliseoksesta. Metallin olomuoto muuttuu sekä sen lämmetessä että jäähtyessä, mutta näiden välinen ero ja käyrän muoto riippuvat materiaalin ominaisuuksista kuten sen koostumuksesta ja [[karkaiseminen|karkaistuneisuudesta]].
==Yksi- ja kaksisuuntainen muotomuisti==
Eri muistimetalleilla on erilaiset muistiominaisuudet. Kaksi tavallisinta tyyppiä ovat yksi- ja kaksisuuntainen muotomuisti.
[[Image:SMAoneway.jpg|300px|Yksisuuntainen muotomuisti]][[Image:SMAtwoway.jpg|300px|Kaksisuuntainen muotomisti]]
Molemmissa ylläolevissa kuvissa tapahtumien kulku on jokseenkin samanlainen. Lähtötilassa (a) muistimetalli on martensiittisessa muodossa, josta sitä ensin väännetään joko palautuvasti yksisuuntaisen muisti-ilmiön aikaansaamiseksi tai niin paljon, että muodonmuutos on palautumaton (b). Sen jälkeen metallia kuumennetaan (c) ja jäähdytetään jälleen (d).
===Yksisuuntainen muisti-ilmiö===
Kun muistimetallin lämpötila on tarpeeksi alhainen (''A<sub>s</sub>''n alapuolella), sitä voidaan taivuttaa tai vääntää monella tavalla, ja se säilyttää saamansa muodon, niin kauan kuin sitä ei ole lämmitetty niin paljon, että olotilan muutos alkaa tapahtua. Kuumennettaessa kappale muuttuu takaisin sen muotoiseksi kuin se oli ollut ennen sen taivuttamista tai vääntämistä, riippumatta siitä, minkä muotoiseksi se välillä oli muutettu. Kun metalli jälleen jäähtyy, se säilyttää kuumana saamansa muodon, kunnes sitä jälleen taivutetaan tai väännetään.
Yksisuuntaisessa ilmiössä jäähtyminen korkeasta lämpötilasta ei saa aikaan makroskooppista muodonmuutosta. Sen lämmetessä muutos alkaa lämpötilassa ''A<sub>s</sub>'' ja on valmis lämpötilassa ''A<sub>f</sub>'' , joka tavallisesti on 2 – 20 °C korkeampi. ''A<sub>s</sub>'' vaihtelee eri metalliseoksilla −150 °C:n ja +200 °C:n välillä.
===Kaksisuuntainen muisti-ilmiö===
Kaksisuuntaisessa muisti-ilmiössä materiaali muistaa kaksi muotoaan, joista toiseen se palautuu matalassa, toiseen korkeassa lämpötilassa. Joillakin materiaaleilla tämä voidaan saada aikaan käyttämättä edes ulkoista voimaa kappaleen taivuttamiseksi tai vääntämiseksi (sisäinen kaksisuuntainen ilmiö). Ilmiötä sanotaan "oppimiseksi". Muistimetalli voi "oppia" "muistamaan", minkä muotoinen se on ollut korkeassa lämpötilassa, ja kun sitä lämmitetään tarpeeksi, se muuttuu tuohon muotoon ja "unohtaa", minkä muotoinen se on ollut matalassa lämpötilassa. Kuitenkin se voidaan eri tavoin "opettaa" muistamaan, minkälaiseksi se oli väännetty matalassa lämpötilassa.
Jos tällaista muistimetallia kuitenkin kuumennetaan erittäin korkeaan lämpötilaan, muisti-ilmiö voi kadota. Tätä sanotaan "amnesiaksi."
==Pseudoelastisuus==
Kaupallisesti muistimetalleja käytetään muun muassa pseudoelastisten ominiaisuuksien vuoksi, jotka metalli saa korkeassa lämpötilassa austeniittisessa tilassa. Esimerkiksi silmälasien kehyksiä on tehty muistimetalleista, joiden tilanmuutoslämpötila on riittävän alhainen. Tällöin ei haittaa, vaikka kehykset vääntyisivätkin, sillä jännistyksen poistuttua ne palaavat välittömästi alkuperäiseen muotoonsa. Tämä johtuu pseudoelastisuudesta: vaikka metalli on austeniittisessa tilassa, jännitys muuttaa sen martensiittiseen tilaan, jossa se kestää suuriakin jännityksiä. Kun jännitys poistuu, metalli muuttuu takaisin austeniittiseen muotoon ja saa alkuperäisen muotonsa takaisin.
Näin ollen metallia voidaan taivuttaa, vääntää tai venyttää ja silti se palautuu alkuperäiseen muotoonsa, kun tällaiset voimat lakkaavat vaikuttamasta. Sen vuoksi tällaisia kehyksiä on sanottu "lähes rikkoutumattomiksi", koska suurikaan taipuminen ei saa aikaan palautumattomia [[plastinen|plastisia]] muodonmuutoksia.
== Historia ==
Ensimmäisen havainnot metalliseosten muistiominaisuuksista tehtiin 1930-luvulla. A. Ölander havaitsi [[kulta|kullan]] ja [[kadmium]]in seoksen pseudoelastiset ominaisuudet vuonna [[1930]]. <ref>Otsuka, Wayman (1998)</ref> Vuonna [[1938]] Greninger ja Mooradian (1938) havaitsivat, että eräät [[messinki]]seokset saavat martensiittisen muodon jäähtyessään ja menettävät sen lämmetessään. Varsinaista termoelastista muisti-ilmiötä tutkivat myöhemmin tarkemmin Kurdjumov ja Khandros (1949) sekä Chang & Read (1951).
Muistimetalleina toimivia nikkeli-titaaniseoksia kehitettiin ensimmäiseksi [[Naval Ordnance Laboratory]]ssä vuosina [[1962]]-[[1963]]. Ne saivat kauppanimen [[Nitinol]], joka on lyhenne sanoista ''Nickel Titanium Naval Ordnance Laboratories´´. Näiden huomattavat ominaisuudet havaittiin aluksi sattumalta. Eräässä kokouksessa laboratoriossa esiteltiin kappaletta, jota oli väännetty alkuperäisestä poikkeavaan muotoon useita kertoja. Yksi läsnä olleista teknisistä johtajista, [[David S. Muzzey]], päätti kokeilla, mitä tapahtuu, jos hän kuumentaa kappaletta pitämällä piippua sen alla. Kaikkien hämmästykseksi se palautui alkuperäiseen muotoonsa. <ref>Kauffman, George, and Isaac Mayo. "Memory Metal." Chem Matters Oct. 1993: 4-7.</ref>
== Magneettiset muistimetallit ==
On olemassa toinenkin tyyppi muistimetalleja, [[ferromagneettisuus|ferromagneettiset]] muistimetallit (''ferromagnetic shape memory alloy'', (FSMA). Ne muuttavat muotoaan voimakkaassa [[magneettikenttä|magneettikentässä]]. Ne ovat erityisen kiinnostavia, koska magneettikentän muutokset saavat aikaan tilanmuutokset nopeammin ja tehokkaammin kuin lämpötilan muutokset.
Metalliseosten lisäksi myös joillakin [[polymeeri|polymeereilla]] on muistimetallin kaltaisia ominaisuuksia. Sellaisia on ollut kaupallisesti saatavissa 1990-luvun lopulta lähtien.
== Aiheesta muualla ==
*[http://www.tekniikkatalous.fi/tk/article53791.ece Tekniikkatalous.fi - Muistimetallivaahto tottelee magneettikenttää]
==Lähteet==
*[http://akseli.tekes.fi/opencms/opencms/OhjelmaPortaali/ohjelmat/COMBIO/fi/system/projekti.html?id=7611868&nav=Projekti Tekes.fi - Muistimetalliin perustuvat implantit]
*[http://www.tietoviikko.fi/doc.ot?f_id=403025 Tietoviikko.fi - Magneettinen muistimetalli on valmis valloituksiin]
*[http://www.aeronautics.hut.fi/edu/theses/full_thesis/Soderstrom_Patrik_2004.pdf Teknillinen korkeakoulu - Antureiden ja aktuaattoreiden integrointi kuitukomposiittirakenteeseen]
<references />
{{tynkä/Materiaali}}
[[Luokka:Metallit]]
[[cs:Slitiny s tvarovou pamětí]]
[[de:Formgedächtnis-Legierung]]
[[eo:Formo-memora alojo]]
[[en:Shape memory alloy]]
[[es:Efecto térmico de memoria (metales)]]
[[fr:Alliage à mémoire de forme]]
[[he:סגסוגות זיכרון]]
[[it:Memoria di forma]]
[[ja:形状記憶合金]]
[[nl:Geheugenmetaal]]
[[nn:Nitinol]]
[[pl:Nitinol]]
[[sl:Materiali z oblikovnim spominom]]
[[zh:形状记忆合金]]
== Aiheesta muualla ==
| |||