第一篇：形状记忆合金材料的应用
形状记忆合金材料的性质与应用综述
【摘要】形状记忆合金是一种新型功能材料，在各个领域有着广泛的应用。本文简要介绍了形状记忆合金的特性、应用以及发展前景。【关键词】形状记忆合金 应用 发展现状
【引言】形状记忆合金（Shape Memory Alloys, SMA），是一种在加热升温后能完全消除其在较低的温度下发生的变形，恢复其变形前原始形状的合金材料。最早关于形状记忆效应的报道是由Chang及Read等人在1952年做出的。他们观察到Au-Cd合金中相变的可逆性。[3]后来在Cu-Zn合金中也发现了同样的现象，但当时并未引起人们的广泛注意。直到1962年，Buehler及其合作者在等原子比的Ti-Ni合金中观察到具有宏观形状变化的记忆效应，才引起了科学界与工业界的重视。这种新型功能材料目前已广泛用于电子仪器、汽车工业、医疗器械、空间技术和能源开发等领域。
一、形状记忆合金的分类
1、单程记忆效应：形状记忆合金在较低的温度下变形，加热后可恢复变形前的形状，这种只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程记忆效应。
2、双程记忆效应：某些合金加热时恢复高温相形状，冷却时又能恢复低温相形状，称为双程记忆效应。
3、全程记忆效应：加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而取向相反的低温相形状，称为全程记忆效应。
二、形状记忆合金的特性
1、形状记忆效应：合金在某一温度下受外力而变形，当外力去除后，仍保持其变形后的形状，但当温度上升到某一温度，材料会自动回复到变形前原有的形状，似乎对以前的形状保持记忆，这种效应称为形状记忆效应。
2、超弹性：在高于Af点、低于Md点的温度下施加外应力时产生应力诱发马氏体相变,卸载就产生逆相变,应变完全消失,回到母相状态,表观上呈现非线性拟弹性应变,这种现象称为超弹性。
3、高阻尼特性：形状记忆合金在低于Ms点的温度下进行热弹性马氏体相变，生成大量马氏体变体(结构相同、取向不同)，变体间界面能和马氏体内部孪晶界面能都很低，易于迁移，能有效地衰减振动、冲击等外来的机械能，因此阻尼特性特别好。
4、耐磨性：在形状记忆合金中，Ti-Ni合金在高温(CsCl型体心立方结构)状态下同时具有很好的耐腐蚀性和耐磨性。可用作在化工介质中接触滑动部位的机械密封材料，原子能反应堆中用做冷却水泵机械密封件。
5、逆形状记忆特性：将Cu-Zn-Al记忆合金在Ms点上下的很小温度范围内进行大应变量变形,然后加热到高于Af点的温度时形状不完全恢复，但再加热到高于200ºC时却逆向地恢复到变形后的形状，称为逆形状记忆特性。
三、形状记忆合金在各领域的应用
1、医疗方面：
Ni-Ti合金是医用生物材料的佼佼者，在临床医学和医疗器械等方面广泛应用。[1]如介入疗法，将各类人体腔内支架、经过预压缩变形后,能够经过很小的腔隙安放到人体血管、消化道、呼吸道、以及尿道等各种狭窄部位，支架扩展后，在人体腔内支撑起狭小的腔道。具有疗效可靠、使用方便、可大大缩短治疗时间和减少费用等优点。传统的骨伤手术器械包括接骨钢板、螺钉、钢丝等，手术时医生要进行钻孔、楔入、捆扎等复杂操作，对患者的机体不可避免要造成人为损伤。用形状记忆合金骨科器械手术时，医生先用低温(0~5摄氏度)消毒盐水冷却记忆合金器械，然后根据需要改变其抱合部位的形状，安装于患者骨伤部位。待患者体温将其加热到设定的温度时，器械的变形部分便恢复到原来设计的形状，从而将伤骨紧紧抱合，起到固定与支撑的作用。不仅具有手术操作简便、缩短时间和愈合周期、生物相容性优良、降低人为性损伤等优点，而且其强度是不锈钢的4倍，不会发生弯曲与断裂。血栓滤器也是一种记忆合金新产品。被拉直的滤器植入静脉后，会逐渐恢复成网状，从而阻止95%的凝血块流向心脏和肺部。
2、工业方面
在机械零件的连接、管道的连接,飞机的空中加油的接口处，用形状记忆合金加工成内径比欲连接管的外径小4%的套管，然后在液氮温度下将套管扩径约8%，装配时将这种套管从液氮取出,把欲连接的管子从两端插入。当温度升高至常温时，利用电加热改变温度,接口处记忆合金变形，套管收缩即形成紧固密封，远胜于焊接，特别适合用于航空、航天、核工业及船舰和海底输油管道等。[1]利用记忆合金的感温驱动双重功能，制作机器人、机械手，体型微小，结构紧凑。在建筑领域，利用形状记忆合金制成阻尼耗能装置、隔震装置、结构加固元件。
3、日常生活
利用形状记忆合金控制浴室水管的水温，在热水温度过高时通过记忆功能，调节或关闭供水管道。还可以放在暖气的阀门内，用以保持室内的温度，当温度过低或过高时，自动开启或关闭暖气的阀门。还可以制成超弹性眼镜架，如果不小心眼镜架被碰弯曲了，只要将其放在热水中加热就可以恢复原状。
4、航天领域的应用
形状记忆合金已应用到航空和太空装置。如用在军用飞机的液压系统中的低温配合连接件，欧洲和美国正在研制用于直升飞机的智能水平旋翼中的形状记忆合金材料。在太空方面,俄罗斯制作的形状记忆合金装置已达到了实用水平，如用于空间计划的大型天线和MIR空间站天线杆的连接与装配。[2]在美国，太空计划应用形状记忆合金的驱动插销释放发射后的有效载荷，也已证实是成功的。
四、形状记忆合金的发展前景
形状记忆效应的研究开发虽然已有50多年的历史，但人们对它的关心和研究势头并未衰减。形状记忆材料，从最初的合金已扩展到陶瓷和高分子材料；并且各种先进的生产工艺技术已被用到形状记忆材料的研究、开发和应用中，例如复合技术、快速冷凝技术、薄膜制作技术等的应用，已导致了复合形状记忆材料、薄带形状的记忆材料、薄膜形状记忆材料的出现和开发应用。形状记忆材料在智能材料系统中受到高度重视。作为一种与高科技密切相关的新型功能材料，将会在军事与民用诸多领域中有重要应用，在未来科技进步中必将有更大的发展。[4]
【参考文献】
[1] 耿冰 形状记忆合金的研究现状及应用特点 辽宁大学学报自然科学版 2007第34卷 第3期
[2] 王辉，陈再良 形状记忆合金材料的应用 机械工程材料 第26卷第3期
[3] 吴波，李惠，孙科学 形状记忆合金在土木工程中的应用 世界地震工程 15卷3期 [4] 郭世海，张羊换，王新林 磁性形状记忆合金的研究现状及发展 稀有金属 第29卷第3期
第二篇：新型智能材料(形状记忆合金)论文（范文）
铁素体、奥氏体、马氏体
组成铁碳合金的铁具有两种晶格结构：910℃以下为具有体心立方晶格结构的α——铁，910℃以上为具有面心立方晶格结构的Υ——铁。如果碳原子挤到铁的晶格中去，而又不破坏铁所具有的晶格结构，这样的物质称为固溶体。碳溶解到α——铁中形成的固溶体称铁素体。而碳溶解到Υ——铁中形成的固溶体则称奥氏体。奥氏体是铁碳合金的高温相。
钢在高温时所形成的奥氏体，过冷到727℃以下时变成不稳定的过冷奥氏体。如以极大的冷却速度过冷到230℃以下，这时奥氏体中的碳原子已无扩散的可能，奥氏体将直接转变成一种含碳过饱和的α固溶体，称为马氏体。由于含碳量过饱和，引起马氏体强度和硬度提高、塑性降低，脆性增大。
高分子形状记忆合金的发展及趋势
摘要：本论文主要讨论形状记忆合金相关内容,扼要地叙述了形状记忆合金的发现以及发展历史和分类, 介绍了形状记忆合金在工程中应用的现状以及发展前景。引言
形状记忆合金(Shape Memory Alloy ,SMA)是指具有一定初始形状的合金在低温下经塑性形变并固定成另一种形状后,通过加热到某一临界温度以上又可恢复成初始形状的一类合金。形状记忆合金具有的能够记住其原始形状的功能称为形状记忆效应(Shape Memory Effect ,SME)。研究表明, 很多合金材料都具有SME ,但只有在形状变化过程中产生较大回复应变和较大形状回复力的,才具有利用价值。到目前为止,应用得最多的是Ni2Ti 合金和铜基合金(CuZnAl 和CuAlNi)。
形状记忆合金作为一种特殊的新型功能材料,是集感知与驱动于一体的智能材料,因其功能独特,可以制作小巧玲珑、高度自动化、性能可靠的元器件而备受瞩目,并获得了广泛应用。
二、形状记忆合金的发展史
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，人们把具有这种特殊功能的合金称为形状记忆合金。
1938年。当时美国的在Cu-Zn合金小发现了马氏体的热弹件转变。随后，前苏联对这种行为进行了研究。1951年美国的Chang相Read在Au47·5Cd(％原子)合金中发现了行状记忆效应。这是最早观察到金属形状记忆效应的报道。数年后，Burkhart 在In-Ti 合金中观察到同样的现象。然而在当时，这些现象的发现只被看作是个别材料的特殊现象而未能引起人们足够的兴趣和重视。直至1962年，美国海军机械研究所r发现了Ni-Ti合金中的的形状记忆效应，才开创了“形状记忆”的实用阶断。
1969年，美国一家 公司首次将Ni-Ti合金制成管接头应用于美国F14 战斗机上；1970年，美国将Ti-Ni记忆合金丝制成宇宙飞船用天线。这些应用大大激励了国际上对形状记忆合金的研究与开发。20世纪7 年代，相继开发出了Ni-Ti 基、Cu-Al2-Ni 基和Cu-Zn-Al 基形状记忆合金；80 年代开发出了Fe-Mn-Si 基、不锈钢基等铁基形状记忆合金，由于其成本低廉、加工简便而引起材料工作者的极大兴趣。从20世纪90 年代至今，高温形状记忆合金、宽滞后记忆合金以及记忆合金薄膜等已成为研究热点。
从SMA 的发现至今已有四十余年历史，美国、日本等国家对SMA 的研究和应用开发已较为成熟，同时也较早地实现了SMA 的产业化。我国从上世纪70 年代末才开始对SMA 的研究工作，起步较晚，但起点较高。在材料冶金学方面，特别是实用形状记忆合金的炼制水平已得到国际学术界的公认，在应用开发上也有一些独到的成果。但是，由于研究条件的限制，在SMA 的基础理论和材料科学方面的研究我国与国际先进水平尚有一定差距，尤其是在SMA 产业化和工程应用方面与国外差距较大。记忆合金主要分为以下几种
（1）单程记忆效应：
形状记忆合金在较低的温度下变形，加热后可恢复变形前的形状，这种只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程记忆效应。（2）双程记忆效应：
某些合金加热时恢复高温相形状，冷却时又能恢复低温相形状，称为双程记忆效应。（3）全程记忆效应： 加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而取向相反的低温相形状，称为全程记忆效应。SMA的形状记忆效应源于热弹性马氏体相变，这种马氏体一旦形成，就会随着温度下降而继续生长，如果温度上升它又会减少，以完全相反的过程消失。两项自由能之差作为相变驱动力。两项自由能相等的温度T0称为平衡温度。只有当温度低于平衡温度T0时才会产生马氏体相变，反之，只有当温度高于平衡温度T0时才会发生逆相变。
在SMA中，马氏体相变不仅由温度引起，也可以由应力引起，这种由应力引起的马氏体相变叫做应力诱发马氏体相变，且相变温度同应力呈线性关系。至今为止发现的记忆合金体系
Au-Cd、Ag-Cd、Cu-Zn、Cu-Zn-Al、Cu-Zn-Sn、Cu-Zn-Si、Cu-Sn、Cu-Zn-Ga、In-Ti、Au-Cu-Zn、Fe-Pt、Ti-Ni、Ti-Ni-Pd、Ti-Nb、U-Nb和Fe-Mn-Si等。
形状记忆合金的历史只有70多年，开发迄今不过20余年，但由于其在各领域的特效应用，正广为世人所瞩目，被誉为“神奇的功能材料”，其实用价值相当广泛，其应用范围涉及机械、电子、化工、宇航、能源和医疗等许多领域.二、形状记忆效应的应用
迄今为止,形状记忆合金在空间技术、医疗器械、机械器具、电子设备、能源开发、汽车工业及日常生活各方面都得到了广泛的应用,总的来说,按使用特性的不同,可归纳为下面几类:(1)自由回复。
SMA 在马氏体相时产生塑性形变,温度升高自由回复到记忆的形状。自由回复的典型例子是人造卫星的天线和血栓过滤器。美国航空航天局(NASA)将Ti2Ni 合金板或棒卷成竹笋状或旋涡状发条,收缩后安装在卫星内。发射卫星并进入轨道后,利用加热器或太阳能加热天线,使之向宇宙空间撑开。血栓过滤器把Ni2Ti 合金记忆成网状,低温下拉直,通过导管插入静脉腔,经体温加热后,形状变为网状,可以阻止凝血块流动。有人设想,利用形状记忆合金制作宇宙空间站的可展机构,即以小体积发射,于空间展开成所需的形状,这是很有吸引力的机构。(2)强制回复。
强制回复最成功的例子是SMA 管接头。事先把内径加工成比被接管外径小4 % ,当进行连接操作时,首先把管接头浸泡在液态空气中,在低温保温状态下扩径后,把被接管从两端插入,升高温度,内径回复到扩径前的状态,把被接管牢牢箍紧。利用SMA 制作的脑动脉瘤夹可夹住动脉瘤根部,防止血液流入,使动脉瘤缺血坏死。本田等人用厚度为015mm 的Ti2Ni 板制作的Ag2TiNi 复合夹满足小而轻、装卸简便等要求,效果良好。此外,类似的用途还有电源连接器、自紧固螺钉、自紧固夹板、固定销、密封垫圈、接骨板和脊柱侧弯娇形哈伦顿棒等。(3)动力装置。
有些应用领域,要求形状记忆元件在多次循环往复运动中对外产生力的作用。温度继电器和温度保持器、自动干燥箱、电子灶、热机、卫星仪器舱窗门自动启闭、自动火警警报器、热敏阀门、液氨泄漏探测器、煤气安全阀、通风管道紧急启动闸门、自动收进烟头的烟灰盒及人工心脏等都属于这种应用类型。1997 年美国航空航天局(NASA)的科学家利用长3cm ,直径0115mm(01006″)的Ni-Ti SMA 驱动火星探测器上的太阳能电池挡板,加热SMA ,使其收缩,通过传动装置,打开太阳能电池上的玻璃挡板,电池充电。充电结束后,偏置弹簧重新使挡板复位。挡板的有效开合可起到防尘的目的。(4)精密控制。
因为SMA 的相变发生在一定温度范围而不是某一固定温度点,我们往往只利用一部分形状回复,使机械装置定位于指定的位姿。微型机器人、昆虫型生物机械、机器人手抓及微型调节器、笔尖记录器及医用内窥镜都属于这一类。形状记忆合金用作机器智能人的执行器,集传感、控制、换能、制动于一身,具有仿真性好、控制灵活、动作柔顺、无振动噪声、易于结构微型集成化等优点。日本的日立公司已研制出具有13个自由度的能拣取鸡蛋的机器人。俄罗斯St1Petersburg 机器人及控制技术学院在Cu-Al-Ni 基合金材料的研究基础上,研制出了拟人机械手(115m 长),其手爪能移动200kg的物体。该研究小组还给出了手爪的精确控制系统。医学上用到的具有多自由度能弯曲转入肠道内诊断疾病,进行手术的机器人也属于这一类型。现有的大肠镜的直径为10～20mm ,这种内窥镜的直径为13mm ,因此它特别适用于作大肠镜。诊断过程中,医生一边看纤维镜中的图象,一边移动操纵杆给出前端的第1 ,2 节弯曲角指令和内窥镜前进、后退指令,通过计算机进行柔性控制,使内窥镜能够平滑地沿着通路前进或后退,大大减小了患者的痛苦,也增加了诊断的准确性。随着目前超大规模集成电路技术的飞速发展,可进一步制成微米级甚至更小的超微仿生物。(5)超弹性应用。
SMA 的伪弹性在医学上和日常生活中得到了广泛的应用,市场上的很多产品都应用了SMA 的伪弹性(超弹性)性质。主要有牙齿娇形丝、人工关节用自固定杆、接骨用超弹性Ni2Ti 丝、玩具及塑料眼镜镜框等。Ni2Ti 丝用于娇形上,即使应变量高达10 %也不会产生塑性变形,而且应力诱发马氏体相变的过程中,应变增大较多时矫正力却增加很少。故能保持适宜的矫正力,既可保证疗效,也可减轻患者的不适感。
三、存在的问题和研究方向
在SMA 的研究和应用中,目前尚存在许多有待解决的问题,例如:(1)由于SMA 的各种功能均依赖于马氏体相变,需要不断对其加热、冷却及加载、卸载,且材料变化具有迟滞性,因此SMA 只适用于低频(10Hz 以下)窄带振动中,这就大大限制了材料的应用。
(2)SMA 自身存在损伤和裂纹等缺陷,如何克服这些缺陷,改善材料性能是当前迫切需要解决的问题。
(3)现有的SMA 机构模型在实际工程应用中都还存在一些缺陷,如何克服这些缺点,从而精确地模拟出SMA 的材料行为也是一个需要研究的重要课题;(4)在医学应用方面,还需继续研究SMA 的生物相容性和细胞毒性。
(5)SMA 作为一种新型功能材料,其加工和制备工艺较难控制,目前还没有形成一条SMA 自动生产线,此外材料成本也相当昂贵。
(6)为了提高应用水平,SMA 元器件还需要进一步微型化,提高反应速度和控制精度,在这方面仍有许多工作要做。
SMA 研究今后的发展方向和趋势可归纳为以下几方面:(1)充分发掘、改进和完善现有SMA 的性能;(2)研究开发新的具有形状记忆效应的合金材料;(3)SMA 薄膜的研究与应用;(4)SMA 智能复合材料的研究与开发;(5)高温SMA 的开发。
四、前景展望
在形状记忆合金的实用化进程中,急需积累并分析关于材料特性、功能可靠性、生物相容性和细胞毒性等方面的基础数据资料。可以预言,随着对SMA 研究的进一步深化,传统的机电一体化系统完全有可能发展成为材料电子一体化系统。用途：航天领域在室温下用形状记忆合金制成抛物面天线，然后把它揉成直径5厘米以下的小团，放入阿波罗11号的舱内，在月面上经太阳光的照射加热使它恢复到原来的抛物面形状。这样就能用空间有限的火箭舱运送体积庞大的天线了。1)汽车：后雾灯罩、手动变速箱的防噪音装置、燃料蒸发气体排出控制阀；(2)电子设备：电子炉灶换气门的开闭器、空调风向自动调节器、咖啡牛奶沸腾感知器、电饭锅压力调节器、电磁调理器过热感知器、温泉浴池调理器等；(3)安全器具：过热报警器、火灾报警器、烟灰缸灭火栓等；(4)医疗方面：人工牙根、牙齿矫正丝、导线等；(5)生活用品：自动干燥库门开闭器、卫生间洗涤器水管转换开关、空调进出口风向调节器、浴池保温器、玩具、路标方向指示转换器、家庭换气门开闭器、防火挡板、净水器热水防止阀、恒温箱混合水栓温度调节阀、眼镜固定件、眼镜框架、胸罩丝、钓鱼线、便携电话天线、装饰品等。
五、结语
记忆合金目前已发展到几十种，在航空、军事、工业、农业、医疗等领域有着用途，而且发展趋势十分可观。这些研究表明我们已经做出了一个迈步，但我们需要将这一步迈的更大。加以时日，它将大展宏图、造福于人类。崔海宁.形状记忆合金在建筑领域中的应用[J].山西建筑, 20062 高志刚.形状记忆合金的应用[J].现代制造技术与装备, 20073 吴根华.形状记忆合金及其应用[J].安庆师范学院学报(自然科学版), 20044 周海锋.形状记忆合金及其应用[J].机电设备, 20025 王永前，赵连城.高温形状记忆合金研究进展[J].功能材料, 19956 杨凯,辜承林.形状记忆合金的研究与应用[J].金属功能材料, 2000 7 李建忱，吕晓霞，蒋青，周明.形状记忆合金研究的回顾与前瞻[J].吉林工业大学学报, 1995 8 张红，王小杰，涂水华.形状记忆合金及其应用[J].河南科技, 19969 曹运红.形状记忆合金的发展及其在导弹与航天领域的应用[J].飞航导弹, 200010 肖恩忠.形状记忆合金的应用现状与发展趋势[J].工具技术, 200511 刘建辉, 李宁, 文玉华.形状记忆合金的应用[J].机械,2001 , 28(3): 56～58
第三篇：新型智能材料(形状记忆合金)论文
高分子形状记忆合金的发展及趋势
摘要：本论文主要讨论形状记忆合金相关内容,扼要地叙述了形状记忆合金的发现以及发展历史和分类, 介绍了形状记忆合金在工程中应用的现状以及发展前景。
关键词：形状记忆合金、形状记忆合金效应、应用
一、引言
形状记忆合金(Shape Memory Alloy ,SMA)是指具有一定初始形状的合金在低温下经塑性形变并固定成另一种形状后,通过加热到某一临界温度以上又可恢复成初始形状的一类合金。形状记忆合金具有的能够记住其原始形状的功能称为形状记忆效应(Shape Memory Effect ,SME)。研究表明, 很多合金材料都具有SME ,但只有在形状变化过程中产生较大回复应变和较大形状回复力的,才具有利用价值。到目前为止,应用得最多的是Ni2Ti 合金和铜基合金(CuZnAl 和CuAlNi)。
形状记忆合金作为一种特殊的新型功能材料,是集感知与驱动于一体的智能材料,因其功能独特,可以制作小巧玲珑、高度自动化、性能可靠的元器件而备受瞩目,并获得了广泛应用。
二、形状记忆合金的发展史
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，人们把具有这种特殊功能的合金称为形状记忆合金。
1938年。当时美国的在Cu-Zn合金小发现了马氏体的热弹件转变。随后，前苏联对这种行为进行了研究。1951年美国的Chang相Read在Au47·5Cd(％原子)合金中发现了行状记忆效应。这是最早观察到金属形状记忆效应的报道。数年后，Burkhart 在In-Ti 合金中观察到同样的现象。然而在当时，这些现象的发现只被看作是个别材料的特殊现象而未能引起人们足够的兴趣和重视。直至1962年，美国海军机械研究所r发现了Ni-Ti合金中的的形状记忆效应，才开创了“形状记忆”的实用阶断。
1969年，美国一家 公司首次将Ni-Ti合金制成管接头应用于美国F14 战斗机上；1970年，美国将Ti-Ni记忆合金丝制成宇宙飞船用天线。这些应用大大激励了国际上对形状记忆合金的研究与开发。20世纪7 年代，相继开发出了Ni-Ti 基、Cu-Al2-Ni 基和Cu-Zn-Al 基形状记忆合金；80 年代开发出了Fe-Mn-Si 基、不锈钢基等铁基形状记忆合金，由于其成本低廉、加工简便而引起材料工作者的极大兴趣。从20世纪90 年代至今，高温形状记忆合金、宽滞后记忆合金以及记忆合金薄膜等已成为研究热点。
从SMA 的发现至今已有四十余年历史，美国、日本等国家对SMA 的研究和应用开发已较为成熟，同时也较早地实现了SMA 的产业化。我国从上世纪70 年代末才开始对SMA 的研究工作，起步较晚，但起点较高。在材料冶金学方面，特别是实用形状记忆合金的炼制水平已得到国际学术界的公认，在应用开发上也有一些独到的成果。但是，由于研究条件的限制，在SMA 的基础理论和材料科学方面的研究我国与国际先进水平尚有一定差距，尤其是在SMA 产业化和工程应用方面与国外差距较大。
记忆合金主要分为以下几种（1）单程记忆效应：
形状记忆合金在较低的温度下变形，加热后可恢复变形前的形状，这种只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程记忆效应。（2）双程记忆效应：
某些合金加热时恢复高温相形状，冷却时又能恢复低温相形状，称为双程记忆效应。
（3）全程记忆效应：
加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而取向相反的低温相形状，称为全程记忆效应。SMA的形状记忆效应源于热弹性马氏体相变，这种马氏体一旦形成，就会随着温度下降而继续生长，如果温度上升它又会减少，以完全相反的过程消失。两项自由能之差作为相变驱动力。两项自由能相等的温度T0称为平衡温度。只有当温度低于平衡温度T0时才会产生马氏体相变，反之，只有当温度高于平衡温度T0时才会发生逆相变。
在SMA中，马氏体相变不仅由温度引起，也可以由应力引起，这种由应力引起的马氏体相变叫做应力诱发马氏体相变，且相变温度同应力呈线性关系。
至今为止发现的记忆合金体系
Au-Cd、Ag-Cd、Cu-Zn、Cu-Zn-Al、Cu-Zn-Sn、Cu-Zn-Si、Cu-Sn、Cu-Zn-Ga、In-Ti、Au-Cu-Zn、Fe-Pt、Ti-Ni、Ti-Ni-Pd、Ti-Nb、U-Nb和Fe-Mn-Si等。
形状记忆合金的历史只有70多年，开发迄今不过20余年，但由于其在各领域的特效应用，正广为世人所瞩目，被誉为“神奇的功能材料”，其实用价值相当广泛，其应用范围涉及机械、电子、化工、宇航、能源和医疗等许多领域。
二、形状记忆效应的应用
迄今为止,形状记忆合金在空间技术、医疗器械、机械器具、电子设备、能源开发、汽车工业及日常生活各方面都得到了广泛的应用,总的来说,按使用特性的不同,可归纳为下面几类:
(1)自由回复。
SMA 在马氏体相时产生塑性形变,温度升高自由回复到记忆的形状。自由回复的典型例子是人造卫星的天线和血栓过滤器。美国航空航天局(NASA)将Ti2Ni 合金板或棒卷成竹笋状或旋涡状发条,收缩后安装在卫星内。发射卫星并进入轨道后,利用加热器或太阳能加热天线,使之向宇宙空间撑开。血栓过滤器把Ni2Ti 合金记忆成网状,低温下拉直,通过导管插入静脉腔,经体温加热后,形状变为网状,可以阻止凝血块流动。有人设想,利用形状记忆合金制作宇宙空间站的可展机构,即以小体积发射,于空间展开成所需的形状,这是很有吸引力的机构。
(2)强制回复。
强制回复最成功的例子是SMA 管接头。事先把内径加工成比被接管外径小4 % ,当进行连接操作时,首先把管接头浸泡在液态空气中,在低温保温状态下扩径后,把被接管从两端插入,升高温度,内径回复到扩径前的状态,把被接管牢牢箍紧。利用SMA 制作的脑动脉瘤夹可夹住动脉瘤根部,防止血液流入,使动脉瘤缺血坏死。本田等人用厚度为015mm 的Ti2Ni 板制作的Ag2TiNi 复合夹满足小而轻、装卸简便等要求,效果良好。此外,类似的用途还有电源连接器、自紧固螺钉、自紧固夹板、固定销、密封垫圈、接骨板和脊柱侧弯娇形哈伦顿棒等。
(3)动力装置。
有些应用领域,要求形状记忆元件在多次循环往复运动中对外产生力的作用。温度继电器和温度保持器、自动干燥箱、电子灶、热机、卫星仪器舱窗门自动启闭、自动火警警报器、热敏阀门、液氨泄漏探测器、煤气安全阀、通风管道紧急启动闸门、自动收进烟头的烟灰盒及人工心脏等都属于这种应用类型。1997 年美国航空航天局(NASA)的科学家利用长3cm ,直径0115mm(01006″)的Ni-Ti SMA 驱动火星探测器上的太阳能电池挡板,加热SMA ,使其收缩,通过传动装置,打开太阳能电池上的玻璃挡板,电池充电。充电结束后,偏置弹簧重新使挡板复位。挡板的有效开合可起到防尘的目的。
(4)精密控制。
因为SMA 的相变发生在一定温度范围而不是某一固定温度点,我们往往只利用一部分形状回复,使机械装置定位于指定的位姿。微型机器人、昆虫型生物机械、机器人手抓及微型调节器、笔尖记录器及医用内窥镜都属于这一类。形状记忆合金用作机器智能人的执行器,集传感、控制、换能、制动于一身,具有仿真性好、控制灵活、动作柔顺、无振动噪声、易于结构微型集成化等优点。日本的日立公司已研制出具有13个自由度的能拣取鸡蛋的机器人。俄罗斯St1Petersburg 机器人及控制技术学院在Cu-Al-Ni 基合金材料的研究基础上,研制出了拟人机械手(115m 长),其手爪能移动200kg的物体。该研究小组还给出了手爪的精确控制系统。医学上用到的具有多自由度能弯曲转入肠道内诊断疾病,进行手术的机器人也属于这一类型。现有的大肠镜的直径为10～20mm ,这种内窥镜的直径为13mm ,因此它特别适用于作大肠镜。诊断过程中,医生一边看纤维镜中的图象,一边移动操纵杆给出前端的第1 ,2 节弯曲角指令和内窥镜前进、后退指令,通过计算机进行柔性控制,使内窥镜能够平滑地沿着通路前进或后退,大大减小了患者的痛苦,也增加了诊断的准确性。随着目前超大规模集成电路技术的飞速发展,可进一步制成微米级甚至更小的超微仿生物。
(5)超弹性应用。
SMA 的伪弹性在医学上和日常生活中得到了广泛的应用,市场上的很多产品都应用了SMA 的伪弹性(超弹性)性质。主要有牙齿娇形丝、人工关节用自固定杆、接骨用超弹性Ni2Ti 丝、玩具及塑料眼镜镜框等。Ni2Ti 丝用于娇形上,即使应变量高达10 %也不会产生塑性变形,而且应力诱发马氏体相变的过程中,应变增大较多时矫正力却增加很少。故能保持适宜的矫正力,既可保证疗效,也可减轻患者的不适感。
三、存在的问题和研究方向
在SMA 的研究和应用中,目前尚存在许多有待解决的问题,例如:(1)由于SMA 的各种功能均依赖于马氏体相变,需要不断对其加热、冷却及加载、卸载,且材料变化具有迟滞性,因此SMA 只适用于低频(10Hz 以下)窄带振动中,这就大大限制了材料的应用。
(2)SMA 自身存在损伤和裂纹等缺陷,如何克服这些缺陷,改善材料性能是当前迫切需要解决的问题。
(3)现有的SMA 机构模型在实际工程应用中都还存在一些缺陷,如何克服这些缺点,从而精确地模拟出SMA 的材料行为也是一个需要研究的重要课题;(4)在医学应用方面,还需继续研究SMA 的生物相容性和细胞毒性。(5)SMA 作为一种新型功能材料,其加工和制备工艺较难控制,目前还没有形成一条SMA 自动生产线,此外材料成本也相当昂贵。
(6)为了提高应用水平,SMA 元器件还需要进一步微型化,提高反应速度和控制精度,在这方面仍有许多工作要做。
SMA 研究今后的发展方向和趋势可归纳为以下几方面:(1)充分发掘、改进和完善现有SMA 的性能;(2)研究开发新的具有形状记忆效应的合金材料;(3)SMA 薄膜的研究与应用;(4)SMA 智能复合材料的研究与开发;(5)高温SMA 的开发。
四、前景展望
在形状记忆合金的实用化进程中,急需积累并分析关于材料特性、功能可靠性、生物相容性和细胞毒性等方面的基础数据资料。可以预言,随着对SMA 研究的进一步深化,传统的机电一体化系统完全有可能发展成为材料电子一体化系统。
五、结语
记忆合金目前已发展到几十种，在航空、军事、工业、农业、医疗等领域有着用途，而且发展趋势十分可观。这些研究表明我们已经做出了一个迈步，但我们需要将这一步迈的更大。加以时日，它将大展宏图、造福于人类。
参考文献 崔海宁.形状记忆合金在建筑领域中的应用[J].山西建筑, 2006 2 高志刚.形状记忆合金的应用[J].现代制造技术与装备, 2007 3 吴根华.形状记忆合金及其应用[J].安庆师范学院学报(自然科学版), 2004 4 周海锋.形状记忆合金及其应用[J].机电设备, 2002 5 王永前，赵连城.高温形状记忆合金研究进展[J].功能材料, 1995 6 杨凯,辜承林.形状记忆合金的研究与应用[J].金属功能材料, 2000 7 李建忱，吕晓霞，蒋青，周明.形状记忆合金研究的回顾与前瞻[J].吉林工业大学学报, 1995 8 张红，王小杰，涂水华.形状记忆合金及其应用[J].河南科技, 1996 9 曹运红.形状记忆合金的发展及其在导弹与航天领域的应用[J].飞航导弹, 2000 10 肖恩忠.形状记忆合金的应用现状与发展趋势[J].工具技术, 2005 11 刘建辉, 李宁, 文玉华.形状记忆合金的应用[J].机械,2001 , 28(3): 56～58
第四篇：新型智能材料(形状记忆合金)论文
新型智能材料(形状记忆合金)论文
高分子形状记忆合金的发展及趋势
摘要：本论文主要讨论形状记忆合金相关内容,扼要地叙述了形状记忆合金的发现以及发展历史和分类, 介绍了形状记忆合金在工程中应用的现状以及发展前景。
一、引言
二、形状记忆合金(Shape Memory Alloy ,SMA)是指具有一定初始形状的合金在低温下经塑性形变并固定
成另一种形状后,通过加热到某一临界温度以上又可恢复成初始形状的一类合金。形状记忆合金具有的能够记住其原始形状的功能称为形状记忆效应(Shape Memory Effect ,SME)。研究表明, 很多合金材料都具有SME ,但只有在形状变化过程中产生较大回复应变和较大形状回复力的,才具有利用价值。到目前为止,应用得最多的是Ni2Ti 合金和铜基合金(CuZnAl 和CuAlNi)。
形状记忆合金作为一种特殊的新型功能材料,是集感知与驱动于一体的智能材料,因其功能独特,可以制作小巧玲珑、高度自动化、性能可靠的元器件而备受瞩目,并获得了广泛应用。
二、形状记忆合金的发展史
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，人们把具有这种特殊功能的合金称为形状记忆合金。
1938年。当时美国的在Cu-Zn合金小发现了马氏体的热弹件转变。随后，前苏联对这种行为进行了研究。1951年美国的Chang相Read在Au47·5Cd(％原子)合金中发现了行状记忆效应。这是最早观察到金属形状记忆效应的报道。数年后，Burkhart 在In-Ti 合金中观察到同样的现象。然而在当时，这些现象的发现只被看作是个别材料的特殊现象而未能引起人们足够的兴趣和重视。直至1962年，美国海军机械研究所r发现了Ni-Ti合金中的的形状记忆效应，才开创了“形状记忆”的实用阶断。
1969年，美国一家 公司首次将Ni-Ti合金制成管接头应用于美国F14 战
斗机上；1970年，美国将Ti-Ni记忆合金丝制成宇宙飞船用天线。这些应用大大激励了国际上对形状记忆合金的研究与开发。20世纪7 年代，相继开发出了Ni-Ti 基、Cu-Al2-Ni 基和Cu-Zn-Al 基形状记忆合金；80 年代开发出了Fe-Mn-Si 基、不锈钢基等铁基形状记忆合金，由于其成本低廉、加工简便而引起材料工作者的极大兴趣。从20世纪90 年代至今，高温形状记忆合金、宽滞后记忆合金以及记忆合金薄膜等已成为研究热点。
从SMA 的发现至今已有四十余年历史，美国、日本等国家对SMA 的研究和应用开发已较为成熟，同时也较早地实现了SMA 的产业化。我国从上世纪70 年代末才开始对SMA 的研究工作，起步较晚，但起点较高。在材料冶金学方面，特别是实用形状记忆合金的炼制水平已得到国际学术界的公认，在应用开发上也有一些独到的成果。但是，由于研究条件的限制，在SMA 的基础理论和材料科学方面的研究我国与国际先进水平尚有一定差距，尤其是在SMA 产业化和工程应用方面与国外差距较大。
记忆合金主要分为以下几种
（1）单程记忆效应：
形状记忆合金在较低的温度下变形，加热后可恢复变形前的形状，这种只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程记忆效应。
（2）双程记忆效应：
某些合金加热时恢复高温相形状，冷却时又能恢复低温相形状，称为双程记忆效应。
（3）全程记忆效应：
加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而取向相反的低温相形状，称为全程记忆效应。SMA的形状记忆效应源于热弹性马氏体相变，这种马氏体一旦形成，就会随着温度下降而继续生长，如果温度上升它又会减少，以完全相反的过程消失。两项自由能之差作为相变驱动力。两项自由能相等的温度T0称为平衡温度。只有当温度低于平衡温度T0时才会产生马氏体相变，反之，只有当温度高于平衡温度T0时才会发生逆相变。
在SMA中，马氏体相变不仅由温度引起，也可以由应力引起，这种由应力引起的马氏体相变叫做应力诱发马氏体相变，且相变温度同应力呈线性关系。
至今为止发现的记忆合金体系
Au-Cd、Ag-Cd、Cu-Zn、Cu-Zn-Al、Cu-Zn-Sn、Cu-Zn-Si、Cu-Sn、Cu-Zn-Ga、In-Ti、Au-Cu-Zn、Fe-Pt、Ti-Ni、Ti-Ni-Pd、Ti-Nb、U-Nb和Fe-Mn-Si等。
形状记忆合金的历史只有70多年，开发迄今不过20余年，但由于其在各领域的特效应用，正广为世人所瞩目，被誉为“神奇的功能材料”，其实用价值相当广泛，其应用范围涉及机械、电子、化工、宇航、能源和医疗等许多领域.二、形状记忆效应的应用
迄今为止,形状记忆合金在空间技术、医疗器械、机械器具、电子设备、能源开发、汽车工业及日常生活各方面都得到了广泛的应用,总的来说,按使用特性的不同,可归纳为下面几类:
(1)自由回复。
SMA 在马氏体相时产生塑性形变,温度升高自由回复到记忆的形状。自由回复的典型例子是人造卫星的天线和血栓过滤器。美国航空航天局(NASA)将Ti2Ni 合金板或棒卷成竹笋状或旋涡状发条,收缩后安装在卫星内。发射卫星并进入轨道后,利用加热器或太阳能加热天线,使之向宇宙空间撑开。血栓过滤器把Ni2Ti 合金记忆成网状,低温下拉直,通过导管插入静脉腔,经体温加热后,形状变为网状,可以阻止凝血块流动。有人设想,利用形状记忆合金制作宇宙空间站的可展机构,即以小体积发射,于空间展开成所需的形状,这是很有吸引力的机构。
(2)强制回复。
强制回复最成功的例子是SMA 管接头。事先把内径加工成比被接管外径小4 % ,当进行连接操作时,首先把管接头浸泡在液态空气中,在低温保温状态下扩径后,把被接管从两端插入,升高温度,内径回复到扩径前的状态,把被接管牢牢箍紧。利用SMA 制作的脑动脉瘤夹可夹住动脉瘤根部,防止血液流入,使动脉瘤缺血坏死。本田等人用厚度为015mm 的Ti2Ni 板制作的Ag2TiNi 复合夹满足小而轻、装卸简便等要求,效果良好。此外,类似的用途还有电源连接器、自紧固螺钉、自紧固夹板、固定销、密封垫圈、接骨板和脊柱侧弯娇形哈伦顿棒等。
(3)动力装置。
有些应用领域,要求形状记忆元件在多次循环往复运动中对外产生力的作
用。温度继电器和温度保持器、自动干燥箱、电子灶、热机、卫星仪器舱窗门自动启闭、自动火警警报器、热敏阀门、液氨泄漏探测器、煤气安全阀、通风管道紧急启动闸门、自动收进烟头的烟灰盒及人工心脏等都属于这种应用类型。1997 年美国航空航天局(NASA)的科学家利用长3cm ,直径0115mm(01006″)的Ni-Ti SMA 驱动火星探测器上的太阳能电池挡板,加热SMA ,使其收缩,通过传动装置,打开太阳能电池上的玻璃挡板,电池充电。充电结束后,偏置弹簧重新使挡板复位。挡板的有效开合可起到防尘的目的。(4)精密控制。
因为SMA 的相变发生在一定温度范围而不是某一固定温度点,我们往往只利用一部分形状回复,使机械装置定位于指定的位姿。微型机器人、昆虫型生物机械、机器人手抓及微型调节器、笔尖记录器及医用内窥镜都属于这一类。形状记忆合金用作机器智能人的执行器,集传感、控制、换能、制动于一身,具有仿真性好、控制灵活、动作柔顺、无振动噪声、易于结构微型集成化等优点。日本的日立公司已研制出具有13个自由度的能拣取鸡蛋的机器人。俄罗斯St1Petersburg 机器人及控制技术学院在Cu-Al-Ni 基合金材料的研究基础上,研制出了拟人机械手(115m 长),其手爪能移动200kg的物体。该研究小组还给出了手爪的精确控制系统。医学上用到的具有多自由度能弯曲转入肠道内诊断疾病,进行手术的机器人也属于这一类型。现有的大肠镜的直径为10～20mm ,这种内窥镜的直径为13mm ,因此它特别适用于作大肠镜。诊断过程中,医生一边看纤维镜中的图象,一边移动操纵杆给出前端的第1 ,2 节弯曲角指令和内窥镜前进、后退指令,通过计算机进行柔性控制,使内窥镜能够平滑地沿着通路前进或后退,大大减小了患者的痛苦,也增加了诊断的准确性。随着目前超大规模集成电路技术的飞速发展,可进一步制成微米级甚至更小的超微仿生物。(5)超弹性应用。
SMA 的伪弹性在医学上和日常生活中得到了广泛的应用,市场上的很多产品都应用了SMA 的伪弹性(超弹性)性质。主要有牙齿娇形丝、人工关节用自固定杆、接骨用超弹性Ni2Ti 丝、玩具及塑料眼镜镜框等。Ni2Ti 丝用于娇形上,即使应变量高达10 %也不会产生塑性变形,而且应力诱发马氏体相变的过程中,应变增大较多时矫正力却增加很少。故能保持适宜的矫正力,既可保证疗
效,也可减轻患者的不适感。
三、存在的问题和研究方向
在SMA 的研究和应用中,目前尚存在许多有待解决的问题,例如:(1)由于SMA 的各种功能均依赖于马氏体相变,需要不断对其加热、冷却及加载、卸载,且材料变化具有迟滞性,因此SMA 只适用于低频(10Hz 以下)窄带振动中,这就大大限制了材料的应用。
(2)SMA 自身存在损伤和裂纹等缺陷,如何克服这些缺陷,改善材料性能是当前迫切需要解决的问题。(3)现有的SMA 机构模型在实际工程应用中都还存在一些缺陷,如何克服这些缺点,从而精确地模拟出SMA 的材料行为也是一个需要研究的重要课题;
(4)在医学应用方面,还需继续研究SMA 的生物相容性和细胞毒性。
(5)SMA 作为一种新型功能材料,其加工和制备工艺较难控制,目前还没有形成一条SMA 自动生产线,此外材料成本也相当昂贵。
(6)为了提高应用水平,SMA 元器件还需要进一步微型化,提高反应速度和控制精度,在这方面仍有许多工作要做。
SMA 研究今后的发展方向和趋势可归纳为以下几方面:
(1)充分发掘、改进和完善现有SMA 的性能;(2)研究开发新的具有形状记忆效应的合金材料;(3)SMA 薄膜的研究与应用;(4)SMA 智能复合材料的研究与开发;(5)高温SMA 的开发。
四、前景展望
在形状记忆合金的实用化进程中,急需积累并分析关于材料特性、功能可靠性、生物相容性和细胞毒性等方面的基础数据资料。可以预言,随着对SMA 研究的进一步深化,传统的机电一体化系统完全有可能发展成为材料电子一体化系统。
用途：航天领域在室温下用形状记忆合金制成抛物面天线，然后把它揉成直径5厘
米以下的小团，放入阿波罗11号的舱内，在月面上经太阳光的照射加热使它恢复到原来的抛物面形状。这样就能用空间有限的火箭舱运送体积庞大的天线
了。1)汽车：后雾灯罩、手动变速箱的防噪音装置、燃料蒸发气体排出控制阀；(2)电子设备：电子炉灶换气门的开闭器、空调风向自动调节器、咖啡牛奶沸腾感知器、电饭锅压力调节器、电磁调理器过热感知器、温泉浴池调理器等；(3)安全器具：过热报警器、火灾报警器、烟灰缸灭火栓等；(4)医疗方面：人工牙根、牙齿矫正丝、导线等；(5)生活用品：自动干燥库门开闭器、卫生间洗涤器水管转换开关、空调进出口风向调节器、浴池保温器、玩具、路标方向指示转换器、家庭换气门开闭器、防火挡板、净水器热水防止阀、恒温箱混合水栓温度调节阀、眼镜固定件、眼镜框架、胸罩丝、钓鱼线、便携电话天线、装饰品等。
五、结语
记忆合金目前已发展到几十种，在航空、军事、工业、农业、医疗等领域有着用途，而且发展趋势十分可观。这些研究表明我们已经做出了一个迈步，但我们需要将这一步迈的更大。加以时日，它将大展宏图、造福于人类。
参考文献：
崔海宁.形状记忆合金在建筑领域中的应用[J].山西建筑, 20062 高志刚.形状记忆合金的应用[J].现代制造技术与装备, 20073 吴根华.形状记忆合金及其应用[J].安庆师范学院学报(自然科学版), 20044 周海锋.形状记忆合金及其应用[J].机电设备, 20025 王永前，赵连城.高温形状记忆合金研究进展[J].功能材料, 19956 杨凯,辜承林.形状记忆合金的研究与应用[J].金属功能材料, 2000 7 李建忱，吕晓霞，蒋青，周明.形状记忆合金研究的回顾与前瞻[J].吉林工业大学学报, 1995 8 张红，王小杰，涂水华.形状记忆合金及其应用[J].河南科技, 19969 曹运红.形状记忆合金的发展及其在导弹与航天领域的应用[J].飞航导弹, 200010 肖恩忠.形状记忆合金的应用现状与发展趋势[J].工具技术, 200511 刘建辉, 李宁, 文玉华.形状记忆合金的应用[J].机械,2001 , 28(3): 56～58
第五篇：应用形状记忆合金环抱接骨板治疗胫骨骨不连论文
我科自2004年至2009年间共收治胫骨骨折术后骨不连的患者11例，经形状记忆合金环抱接骨板内固定加自体骨植骨治疗后全部病例均一次性治愈，现报告如下：
1临床资料
1.1一般资料本组11例，10例为中下1/3段骨折，1例为3段骨折。男6例，女5例，年龄11至65岁，平均32岁。开放性骨折6例，闭合性骨折5例，斜行骨折3例，螺旋形骨折4例，粉碎骨折4例，钢板螺钉松动（断裂）3例。
1.2诊断依据骨折内固定术后至少8个月以上骨折端仍无愈合迹象，X线片显示骨折线清晰可见，间隙内充满软骨和纤维组织，骨折端硬化和膨大或尖锐，两骨折端变钝，密度增高或骨折疏松，无骨小梁连接者为骨不愈合[1]。
1.3治疗方法采用尼尔森医疗器械公司生产的形状记忆合金环抱接骨板内固定加自体骨植骨。清除断端间结缔组织,打通髓腔,咬除硬化骨使之露出新鲜骨面,取患肢同侧髂翼3cm×2cm×1cm的全厚骨块内固定满意后开窗填塞于断端间隙。术后不用外固定。
1.4术后康复
(1)理疗：电磁疗或热疗(红外线)治疗前拆下包扎绷带,使理疗直接作用于骨折部位,每日1次,每次30分钟,10次1疗程,休息3天,继续第2疗程。
(2)功能锻炼:尽早进行患肢各关节的屈曲活动,术后4-7周时患肢着地,根据X线片骨痂生长多少有计划的由不用力到负重行走。
1.5结果全部病例均一次性治愈，愈合时间为4—7个月，平均5.5个月。
2讨论
2.1骨不连接的主要因素
2.1.1患者自身的原因由于患者的健康状况不佳引起。老年人及有其他慢性疾患的人，X线片常提示有不同程度的骨质疏松，骨折后骨痂的形成少，骨折愈合所需时间长，如患有糖尿病及炎性肿瘤等，这些疾病都影响了机体的钙磷代谢，造成骨折不愈合或延迟愈合[2]。本组1例女糖尿病患者，同时有骨质疏松。
2.1.2创伤本身而影响骨折愈合(1)骨折部位的血液循环差，胫骨中下1/3段骨折、胫骨3段骨折，其中间段和远段，因髓内血管损伤而血运差[3]。(2)合并软组织损伤的范围广泛及程度严重的开放性骨折。胫骨前面软组织撕脱损伤，由于骨折周围软组织严重损伤，破坏了骨端的血运，有的部分出现骨外露和骨缺损，虽然经过多次局部的清创，植皮和皮瓣移植手术，由于骨折部位的滋养动脉断裂、血运完全破坏，重新建立血供需要一段时间，这是骨不连发生的重要原因[4]。本组6例开放性骨折患者中有3例胫前组织损伤严重，1例为3段骨折。
2.1.3内固定材料选用不当选用内固定材料时要了解骨折的性质，骨折处的生物力学特点，内固定材料的使用原则和方法。不恰当的使用内固定械材是造成骨不连的常见因素[5]：
（1）选用钢板的长度和强度不够；
（2）螺钉太短没有穿透对侧的皮质骨2～3mm或螺钉的方向和角度杂乱无章不符合生物力学原则。根据不同骨折部位选择合适的内固定器材而减少骨不连的发生有着重要的临床意义。本组1例钢板选择不够理想，只有骨直径的三倍长，致钢板断裂，比较理想的是钢板应超过骨折线两端各5-6cm，有3-4枚螺钉固定。1例为螺钉和钢板不配套，且螺钉长度不够，致螺钉松脱，一般应超过对侧骨皮质2个螺纹。
2.1.4不正确的功能锻炼术后功能锻炼应该遵守循序渐进的原则。早期功能锻炼的方法应结合临床实际、根据X线片提供骨折愈合情况及内固定器材稳定度来确定患肢功能活动的方式和程度，有效的功能锻炼可以减轻患肢肿胀，促进血液循环，防止血栓形成和关节僵硬，有利于骨折的恢复。一个稳定的骨折在不正确的康复训练方法中，可使骨折端发生严重的不稳定效应，可使内固定器材断裂[6]。本组1例在术后6周不遵医嘱盲目进行负重锻炼，造成钢板断裂，骨折间的血运再次遭到破坏而影响骨折愈合，形成假关节。
2.1.5感染感染将会恶化骨折愈合所需要的稳定内环境，减少滋养动脉对骨折端的血液供应，使骨痂的形成和转化过程受到影响。本组2例感染致窦道形成。外科手术强调要严格执行无菌技术操作，开放性骨折手术除了严格执行无菌技术操作外，还强调积极有效的彻底清创，彻底清除失活组织。
2.2骨不连的手术治疗要从多方面着手，包括骨结构的重建;切除硬化骨，打通骨髓腔;修复骨缺损，增加受损骨本身的支撑能力和内固定的把持力;为骨愈合提供良好的生物诱导和牢固稳定的力学条件;在骨不连获得牢靠固定的基础上，做僵硬关节的粘连手法松解或手术松解，尽快恢复肢体和关节的功能骨不连的手术治疗原则[7]，包括以稳固的复位和固定减少断端活动，依适应证选用坚固的钢板和加压下固定良好的固定器械;选用皮质-松质骨植骨或按照Ilizarov原则行截骨转移，对骨折块之间加压，闭合断端间隙;通过断端骨皮质表层切剥法和松质骨植骨法或显微外科的复合性组织游离移植和血管修复以重建断端血运。骨外固定器、记忆合金内固定器及骨膜瓣移位术是近年来骨不连手术治疗的重要进展：
（1）骨外固定器：其优点主要体现在加压应力在骨折端的分布较均匀;具有牢稳的弹性固定及固定刚度的可调性，应力遮挡效应小;可远离感染病灶，不干扰骨断端的血供，利于畸形矫治:使肢体能早期负重及功能锻炼，产生骨折间断性应力刺激，使骨折易于愈合，但术后管理复杂、针孔感染多见，严重的感染将被迫拔针而终止治疗。
（2）骨膜瓣移位术要求技术较高难以在一般基层医院开展。
（3）形状记忆合金环抱接骨板内固定加自体骨植骨：形状记忆合金环抱接骨板质量小，强度高，耐疲劳，抗弯，抗扭，有良好的生物相容性，对自身的几何形状有记忆功能。术后不用石膏外固定，基本达到：
①骨折解剖复位，②有效可靠的固定，③术后早期功能锻炼这三个基本原则。是一种治疗胫骨骨折骨不连接理想的内固定材料。形状记忆合金接骨板将接骨板螺钉固定，环抱固定和轴向加压固定完美组合，且操作简单：0-5度的温度下用外力使其变形，升温至45度时能自动恢复几何形状。可有效降低手术强度，缩短手术操作时间。植骨为骨折两断端形成桥接，有利于诱导成骨，促进血管的再生。手术作为治疗骨不连的主要手段，其方法与术式呈多样化的发展趋势。但临床手术治疗骨不连应围绕着闭合断端间隙、稳固复位与固定、断端血运的重建的原则来进行，以达到纠正畸形、清除感染灶、活动僵硬的关节、最终骨折愈合的目的。
参考文献
[1]RonaldMeRac,MaxEsser著,徐卫东，侯铁胜译.实用骨折治疗学.第四版.上海：第二军医大学出版社，2001,70.[2]胥少汀主编.骨科手术并发症预防与处理［M］.北京：人民军医出版社,2006.[3]廖浩,方煌，陈安民等.60例四肢长管骨骨不连的原因分析[J].中国矫形外科杂志，2005,16:1207-1209.[4]周长明，李秀业,王登志等.四肢陈旧性骨折成因及治疗[J].骨与关节损伤杂志，1999,5：327-330.[5]王亦璁.骨折内固定失效的分析[J].骨与关节损伤杂志,1999，1：3-5.[6]韩明涛，李立.闭式扩创自体骨髓移植治疗骨不连与延迟愈合[J].中国骨与关节损伤杂志,2006，8：674-675.[7]M.E.Muller，M.Allg·wer，RSchneider等著.荣国威，翟桂华，刘沂等译.骨科内固定.第3版.北京:人民卫生出版社，1995，495-496.
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