B相 制成天线 7逆相变终了 温度 6逆相变开始 M2马氏体相变开始 Mr 3马氏体相变终了 冷却 加热 5压成小团 图2-7月面天线的制作与相变过程示意图 地解决了这一难题。用Ni-T;合金丝在马氏休相变温度以上，先做 成月面天线，然后在低丁M:的温度把月面天线压成小团装入运载 火箭，当发射至月球表面后，通过太附能加热而恢复原形，在月球 上展开成为正常工作的月面天线。用形状记忆合金制作插头与插座 (图28)或管子连结器有很大的优点，先把形状记忆合金做成比 需连结的不锈钢管略小的管连接器，将它冷至M,温度以下，加以 扩径至比连接管略大，然后顺利套在连接管上，最后升温至A!以 上（即使用温度），连接器即自动收缩，于是两根管被牢固地连接 起来。美国空军℉14飞机曾经用此类连接器连接油压系统和加压 水系统的管道，据说近30万个接头，无一发生事故，在海军的潜 艇和军舰上也大量使用形状记忆合金管接头，因为在这些场合巾
管道排列十分密集，一般的方法无法实行管道的连接。 冷却 加热 图2-8插头与插座的连接 形状记忆合金用于低质能源的利用上具有深远的意义。图29 为用形状记忆合金制作的固体发 动机试验装置的示意图。其中链 条是用TiNi形状记忆合金做的， 将链条的一侧浸入65℃热水冷水 温水 (>A,另一侧浸入13℃的凉水 (<M:),利用形状记忆效应，链 条一边伸、一边缩，不断带动轮 Ti-Ni合金链条 系转动，链条直径为0.5mm,当 转速为400r/s时，可获得0.4W 的功率，这一实验装置表明，工 业废水余热的利用成为可能。 图2-9形状记忆合金发动机示意图 目前已将形状记忆合金成功地用于医学上，作为牙科的齿形矫 正器，在M,温度以上把形状记忆合金丝做成正常的形状，然后在 低丁M:温度下变形并套在不正常的畸形牙上，当温度上升至口腔 的温度后，矫正器白动变成正常形状，把畸形牙矫正。还可用于矫 正脊椎侧弯。静脉过滤器是，把筛状过滤器在低温拉成直线，送入 静脉，受体温加热后，变成筛状，起到过滤凝血的作用。目前正在 用形状记忆合金试制人造肾的微型泵、可以收缩的人造肌肉及人造
心脏等。 形状记忆合金的发明与应用，使人们对于金属材料的特性及功 能开阔了眼界，神秘的被人们称之为机敏或智能材料的大门被打 开了。 2.4未来能源材料之星一—储氢合金 从能源的角度来说，20世纪是石油的时代，人们毫无顾忌地 开采石油，大量地燃烧石油，一些原来贫穷的国家依靠石油发家致 富，世界围绕着石油的竞争十分激烈，甚至引起战争。然而，随着 世界石油的大量开采和消耗，这个石油的时代还能维持多久呢？这 不能不引起人们的忧虑，总有一天，石油时代终将结束，那么现代 工业的动力能源从何而来？人类将如何生存？持“能源有限论”思 想的人们抱着悲观态度，他们不断地向人类发出警告。说实在的， 能源危机正在石油大战中悄然走来，进入21世纪，石油时代之后 又是什么时代呢？悲观绝望并不可取，但是盲目乐观也很危险。从 科学技术的角度来说，能源是无限的，风能水力不会终止，海水中 蕴藏的能量也是无限的，寻找新的能源，实现石油时代的平稳过渡 将是人类面临的严重挑战。 氢是一种十分理想的能源，1kg氢气燃烧可放出14×104J的 热量，比1kg石油放出的热量高两倍，氢燃烧的产物是水，不会 产生任何污染，而水又可以产生氢。可以设想，在用电低潮的夜 晚，把剩余的电用于电解水而制取氢，然后把氢储存起来：在用电 高峰时，再用氢作为能源去开动机器、开动汽车。因此，可以说氢 是地球上取之不尽的清洁能源。但是这里产生一个不容忽视的问 题，就是氢气如何储存又如何运输呢？月前，人们靠把氢气用高压 变成液体，然后用高压气瓶储存、运输。这样做太不合算了，氢气 瓶本身的重量远远大于所容纳的氢的重量，而且十分危险。天无绝 人之路，一种高效率的储氢金属材料被研制出来，使人们在黑暗中 见到光明，给氢能源的利用带来了希望。如果把氢原子装进容器， 拼命加压并降低温度可以得到液氢，再加压再降温，氢原子靠得更
近，从理论上说，最终可以得到固态的氢，从一般的常识来说，固 态的氢应该是密度最高的氢了，然而储氢合金的出现却得到了意想 不到的结果，表2-2中给出各种状态下的氢的密度。 表22氢在不同状态下的密度 状态 氢的密度/原子cm 状态 氢的密度/原子·cm3 气态氢(0.1MPa) 5.4×1019 LaNi,储氢台金中的氢 7.6×1022 液态氢 4.2×1022 Ti系储氢合金中的氢 9.1×1022 固态氢 5.3×1022 由表22可知，在储氢合金中氢的密度比标准状态的氢气高出 1400倍以上，超过了液氢甚至固态氢。之所以如此，是因为储氢 合金具有独特的晶体结构，使氢原子容易进入其晶体中的间隙位置 并形成金属氢化物。储氢合金可以储存大量的氢，氢的密度高得惊 人，一个重重的液氢高压气瓶中的氢，可以放进一小块储氢合金 中，运送起来多么方便。而且氢与金属原子的结合力很弱，在一定 的条件下，氢气又很容易地从储氢合金中释放出来，因此金属的氢 化物本身就成为一种氢能源材料，用于燃氢发动机、氢动力汽车： 山于吸氢和放氢的过程分别为放热和吸热的过程，因此可用储氢材 料做空调机、制冷器、热机械泵等，此外储氢合金还可用于镍氢电 池、重氢的浓缩等。 1968年美国布鲁海文国家实验室首先发现镁.镍合金具有吸氢 特性，1969年荷兰菲力普实验室发现SmCo5合金的储氢特性，随 后又研制出LaNis合金，具有良好的吸氢和放氢的性能，打开了储 氢合金的大门。20世纪80年代后，各种储氢合金如雨后春笋不断 涌现，表2-3为典型储氢材料及其性能。 储氢合金的发展非常迅速，用途亦十分广泛，目前已有不少进 入实用的阶段，例如，氢气的精制与回收，由于氢气中的杂质如 CO2、CO、CH,等不易进入储氢合金，或容易从储氢合金中排出， 从而可以获得纯度高达99.9999%的超纯氢而用于电子工业：日美 等国用储氢合金制作的空调器已开始商品化，它不用有污染作用的
氟里昂，具有很大的吸引力：利用储氢合金制成超低温致冷机，包 括获得77K的液氮致冷器，21~29K的液氢致冷器，甚至低于10K 的超低温微型致冷器，在航天和其他超低温物理中有重要用途：利 用储氢合金制作热机械泵的原理，可利用工厂排出的低温废水、废 气中的热能，建立节能型冷、暖房系统是100~200℃低温热源利 用的范例，可以节省大量的能源；燃氢汽车是储氢合金应用的最诱 人的领域，每立方米氢的燃烧可行驶5~6公里，是一种完全无污 染的能源。用氢、油混燃也能大大节油并减少污染，目前燃氢的汽 车发动机已研制成功，不久的将来，燃氢汽车必将展现在人们的 面前。 表2-3典型储氢材料及其性能 吸氢量 氢密度 分解压力 氢化物 /%(质量) /1022原子cm3 /MPa Mg2NiH 3.6 0.1(250℃) LaNisHo 1.4 6.2 0.4(50℃) MnNiHs.3 1.4 5.7 3.4(50℃) MnNi.s-Alo.sH4. 1.2 4.8 0.5(50℃) TiFeH1.9 1.8 5.7 1.0(50℃) TiMnHi.s 1.8 0.5~0.8(20℃) TiFeo.8s-Mno.1sH1.9 1.8 0.5(50℃) MgH2 7.6 6.6 0.1(289℃) VHz 3.8 10.5 0.1(13℃) 尽管储氢合金研究与开发的道路仍很艰难，但前景十分迷人， 我们相信，曙光就在前头。 2.5冲出传统观念的非晶态金属 人类使用金属材料大约己有8000年的历史，在这漫长的时间 中，使用的都是其有晶体结构的金属材料，直到20世纪后期，即 1960年美国加州大学Duwe2小组用快冷首次获得了非晶态的合金 AuzoSi3o,1967年又最先得到了非晶合金Fe6P12.5C7.5,并发现非 晶态金属具有许多常规晶态金属不可比拟的优越性能，从此揭开了