形状记忆合金–材料特性

形状记忆合金（SMA）以其独特的超弹性和形状记忆效应吸引了非常多工程师和科学家的注意。镍钛合金是这些合金中最被广泛认可的一种，特别是在驱动系统中，其特性使其成为许多应用中的首选材料。

镍钛合金由50%的镍和50%的钛组成。除了其超弹性外，镍钛合金的形状记忆效应意味着它在许多行业都备受追捧。在这篇文章中，我们将会解释形状记忆效应，以及是什么原因使得SMA如此特别。

从本质上讲，镍钛合金的形状记忆效应是一种让合金“记住”其原始形状的现象。这意味着材料可以变形或拉伸，并在受到特定的热和应力条件时可以恢复其初始形状。这种特殊的特性是镍钛合金经历潜在相变的产物。

奥氏体相和马氏体相

镍钛合金的行为及其在不同形状之间转变的能力可以追溯到其微观晶体结构，主要是奥氏体相和马氏体相。

在较高的温度或“加热”状态下，镍钛合金处于奥氏体相。在这个阶段，原子以有序、紧凑的方式排列，产生称为奥氏体的晶体结构。这种结构坚固且有弹性，使镍钛合金具有超弹性。

然而，随着镍钛合金冷却，这种有序的结构开始转变为马氏体相。在这里，原子重新排列成所谓的“孪晶”结构。这种孪晶马氏体结构更灵活，允许合金在没有永久性改变的情况下发生显著变形。

当在马氏体状态下变形时，孪晶结构演变为去孪晶结构，以适应外部应力或应变。然而，这种材料并没有忘记原本的奥氏体结构。当重新加热时，失温的马氏体结构转变回奥氏体相。正是在这种转变过程中，随着镍钛合金恢复其原始形状，形状记忆效应变得明显。而这些相与相之间的变化是可逆的。

 

CML如何将SMA用于微型马达

剑桥机电有限公司（CML）利用形状记性合金（SMA）的潜能，以极细的镍钛合金线为智能手机摄像头或VR显示器等紧凑型消费类电子产品制造微型马达。这些金属线比发丝还细，当它们通电并加热到转变温度以上时，就会收缩。马达被设计为使用大约+/-1%的应变。这意味着，例如，一根10毫米长的金属线可以提供超过+/- 100微米（共200微米）的行程。

尽管金属线非常细，但它们能提供巨大的推力。单根SMA线就可以很容易地推动50克甚至更大的重量。这种特性使它们能够移动紧凑型消费类电子产品中相对较重的部件。

SMA线的长度——透过对SMA线的电阻测量——可以计算出镜头在马达中的相对位置。CML是唯一一家使用线电阻开发闭环控制的公司。

SMA马达因以下特性和优势而成为技术首选：

• 小巧轻便：SMA系统尺寸面积较小，非常适合要求对空间有要求的应用，同时不会影响性能或功能
• 大推力：SMA线具有非常大的力量，可以移动相对较重的物体并进行快速精确的运动控制。
• 无磁干扰：与音圈马达（VCM）不同，SMA马达不会产生电磁干扰（EMI），确保它们可以在对磁敏感的环境中使用。
• 可靠性：超过5000万个SMA马达已在超过35款产品中出货。同时CML透过对设计和控制深刻的理解，用以实现严格的可靠性规范。
• 低电压：SMA马达可以在低电压下运行，在某些应用中甚至可以在零功耗下运行。
• 量产可行性：鉴于SMA马达的一致性和易于量测，SMA马达适合大批量生产。
• 静音操作：SMA马达不会产生可听见的噪音，这在集成到耳机或智能手机等音频设备中时是必不可少的。

总之，镍钛合金能够“记住”其原始形状并在奥氏体和马氏体相之间转变，使其能够用于紧凑和精确的马达中。这使它在材料中具有独特的地位。

CML是唯一一家在不使用额外位置传感器的情况下开发SMA马达闭环控制的公司。SMA马达的大推力与紧凑设计已在消费类电子产品中找到了其市场定位。

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关于剑桥机电（CML）：剑桥机电有限公司（CML）是一家世界领先的研发公司，利用其形状记忆合金（SMA）平台整合技术，提供从机械、光学、电气、半导体到软件设计方面的系统级解决方案。采用SMA线（大小细如发丝）的马达解决方案，可以控制到光波长的精度。这些马达特别适用于生产快速和结构紧凑的轻便设计，并同时提供需要高精度和高强度的应用。有关SMA技术和剑桥机电有限公司的更多详细信息，请联系我们。