第六十六章从“小球团”到“大伞”
记忆合金的发明
“对一个人来说，这是迈出一小步；但对人类来说，这是跨了一大步”，这句话能从遥远的
月球传送到地球上来，全是一个银色小球团的功劳，而当它在月球上时，却是一个直径达数
米的半球形电线。其中的奥秘何在?其实，其秘密就在于它的制作材料——记忆合金。
金属“苏醒”奇妙特性
20世纪60年代，美国海军研究所的一个研究小组在研制一种新式装备的课题，并且已经进入
了试验阶段。在试验过程中，发生了一件奇怪而有趣的事，引起了他们的
极大兴趣，也正是由于他们没有放过这一看来平常的事，才引起了后来在材料科学领域里的
一场革命。事情是这样的——在试验过程中，他们需要一些镍(ｎｉè)钛(ｔàｉ)合金丝，
然而当他们将合金丝领回来时，却发现这些镍钛合金丝是弯弯曲曲的，使用起来不方便。于
是，在试验中他们将这些细丝一根一根地拉直。奇迹出现了：当温度升
到一定的时候，这些已经被拉得直直的镍钛合金丝，突然又全部恢复到原来弯弯曲曲的形状
而且丝毫不差，和原来完全一样。他们反复作了许多次试验，结果都是这样——被拉直或做
其他形状的镍钛合金丝，只要遇到这个温度，便立即恢复到原来那种弯弯曲曲的样子。好像
从前被“冻”得失去知觉时，被人们改变了形状，而当温度升高到一定的时候，它们“苏醒
”了，又“记忆”起了自己原来的模样，于是无论如何都要恢复自己的“本来面目”。
科学家们对美国海军研究所的这一发现产生极大兴趣，他们对此进行了深入地研究和反复地
试验，
结果发现很多合金都有这种奇特的本领，即：人们可以在一定温度范围根据需要改变它们
的形
状，可是一到一个特定的温度，它们便一个个自动恢复到自己原来的形状，丝毫不差。而且
这一“改变——恢复”的现象可重复进行，其“记忆”能力决不会降低。科学家们将这种现
象叫做“形状记忆效应”，将具有“形状记忆效应”的合金叫做“形状记忆合金”。
合金为什么会有记忆力?它的秘密何在?具有奇特的形状记忆能力，从本质上追究，是合金内
部微观结构固有的变化规律所决定的。固态金属合金中，原子是按一定的规律有序排列的。
有的合金随环境温度的变化，内部原子的排列方式会发生变化。当温度回到原来的数值时，
合金内部原子的排列又会恢复到原来的排列方式。
在母相时，金属原子进行有序排列，当温度下降后，原子的排列方式发生变化，产生相变；
如果施
加外力作用，它就发生形变，此时，若使环境温度提高到转变温度值，则原子的排列方式将
恢复到原来母相的状态，同时合金的外形回到母相的长方形外表。对三种不同材料进行拉伸
变形、解除外力和加热等操作后形状记忆合金与普通金属材料的不同是很明显的，而它与超
弹性材料的不同在于它需要转变温度恢复原状，而超弹性材料在解除外力后即可恢复原状
。
“魔花”开放出现奇迹
自古以来，人们便对高悬在空中的月亮产生了浓厚的兴趣。千百年来，人们幻想着、盼望着
到那神秘的月亮中去。美国的“阿波罗”飞船，终于在1969年7月20日飞向月球，随着登月
宇航员那具有历史意义的轻轻一跳，其身影永远留在月球上。
人类登月的主要任务是收集有关月球的各种科学资料，为人类进一步了解月球提供可靠而宝
贵的资料。除岩矿标本可以带回来以外，大量资料是靠装在月球上的仪器不断地从月球
上发射回地球的，而要进行这项工作，必须在月球上架设一架像大伞似的天线。靠宇航员到
月球上去安装，这显然是不行的，因为宇航员在月球上停留的时间非常宝贵，有许多重要的
实验要做。因此，这种大型的天线都是在出发前就预先安装好后直接带到月球上去的。可是
这架天线的体积如此大，在宇宙飞船上要占很大一处舱位，这对于要带很多
各式各样仪器，且容积有限的飞船来说，便是很大一个问题了。如何解决这个矛盾，即要在
地球上将这架大型天线完全安装好，使它一放到月球上能立即开展工作，但在装运过程中又
不能占太多的地方，而且一点不拆开呢?科学家这时想起了“形状记忆合金”，他们用镍钛
合金在40℃以上做成天线，然后把它冷却到40℃以下，再将天线像手帕那样折叠成一个小球
团，使它的体积大大缩小，这样，将它放进飞船时，它就不会占很多的地方了。当宇航员到
月球后，只需将这个折叠成小球团的天线取出来就可以了。因为月球上空气极稀薄，太
阳光的照射很集中，这个小球团的温度很快便被晒到40℃以上，于是一个伟大的奇迹在月球
上出现了：达到了转变温度的镍钛合金“苏醒”了，它很快恢复到自己原来的模样——
一柄银光闪闪的大伞，而不是小球团。
种类渐多大显身手
由于记忆合金的用途广泛，所以其发展很快。经过30多年来的发展，形状记忆合金从镍—钛
合金开始，发展到镍—钛系合金、铜系合金和铁系合金等，形成系列成品。
镍—钛合金是应用最多的一种记忆材料，电在20世纪60年代被试制成功。近年来发展了一系
列性能得到提高的材料，在镍—钛合金中加入其他元素，开发了钛—镍—铜、钛—镍—铌、
—镍—钯、钛—镍—铬、钛—镍—铁等镍—钛系合金。这里特别要说明的是研究人员在镍—
合金中添加微量铁或铬，可使记忆合金的转变温度降到—100℃，非常适合在低温下工作。
研究工作不断深入，发现了铜系合金，有铜—锌—铝和铜—镍—铝，转变温度可在-
100～300℃范围内调节。
铁系合金，有铁—铂、铁—钯、铁—镍—钴—钛等，它是最近被开发出来的。在价格上，铁
系形状记忆合金
比镍—钛系和铜系形状记忆合金低很多，所以，是很有竞争力的新合金系。研究工作必将不
断深入，开拓更加优秀的形状记忆合金，以满足各方面更广泛的需求。
记忆合金在目前已经得到了非常广泛的应用：
在天文上，数千颗人造卫星正在天空遨游，为了向地球发射有用的信息，往往要安装形状
记忆合金天线，所以，记忆合金已成为人类获取“天外”信息所不可缺少的重要材料。
在医学上，镍—钛合金可以在人体内作为固定骨骼的插销，做成接
骨板，使断骨紧紧相接；用记忆合金做成极精细的网络，然后降低温度压成细丝，插入血管
，由于体温使它恢复网络形状，在血管里起血栓的过滤器作用；用于牙齿矫形弓形、女性胸
罩、人造心脏等。形状记忆合金在医学已成为人类身体康复不可或缺的好材料。
在工程领域里，如航空、航天、核工业和海底输油管道等，为了保证系统万无一失，
管道连接处常采用记忆合金管套，用形状记忆合金加工成内径比要接的管子外径
小于4%的套管，然后在低温下将套管直径扩大8%，再把要连接的两根管子从套管两端插入，
当温度升到常温后，有记忆的套管就恢复原形，使管子紧密连接。
在一些情况下，形状记忆合金还可以替代智能材料，例如，利用它在加热和冷却时会产
生伸缩力，因而可
做成驱动机器人手臂的机构，这样就不需要传统的齿轮、凸轮等机械机构，而由智能材料(
记忆合金)自身的功能来实现机器人就更灵活自如了。
形状记忆合金的形成和发展仅有短短的20多年，然而它已经达几十种之多，使用
的领域已经遍及航天、航空、军事、工业、农业、医疗、化工、机械、建筑等广泛的领域中
，而且处处大放异彩，显示了它神奇的本领，引起人们极大的兴趣，在未来的岁月中，相信
这种年轻而奇妙的材料还将大大地发展，在更多的地方，在更广的范围内显示它独特的、有
“灵性”的本领!
