钱善扬

偶然的发现

六十年代初期，美国海军研究所在研究镍钛合金时，把从仓库领出来的许多弯弯曲曲的镍钛合金丝加工拉直后，放在火炉附近，偶然发现这些已被拉直的合金丝，一瞬间就回复到领来时的弯曲形状。这一发现，引起了科学家们的兴趣。于是，他们将镍钛合金丝弯制成“镍钛合金”字画，然后，将合金丝组字画，压缩成杂乱无章的形状。当加热合金丝时，便发出一种“丝丝丝”的声音并且弹跳，乱作一团的合金丝重新变成了清晰的“镍钛合金”的字画。

原来这些合金与一般金属不同，它像有生命的生物体一样，具有较强的“记忆力”，能“记住”自己原来的形象，当温度变化时就能回复原来的形状。美国海军研究所将这种具有“记忆”能力的特种合金称为镍钛诺尔合金。从此，引起了各国科学家的极大关注，现在已研制成功了十多种具有“记忆”能力的新型合金如金镉、钛钴、钛铁、锆铷等，在科学上，称这些合金为“记忆合金”。

揭开“记忆”的奥秘

记忆合金为什么会有“记忆”能力呢？早在十九世纪七十年代，德国科学家马尔丁斯就发现了钢材晶格中的可逆转变现象，当钢坯进行淬火和回火处理时，铁原子和碳原子改变了自身的位置。这一转变称为马氏体转变。记忆合金的奥秘就在于它能发生马氏体转变。

金属发生马氏体转变时的温度叫相变点。在此温度上下，金属的晶体结构不同，体积也不同，当温度在相交点上下变化时，合金就发生晶体结构的变化，并发生收缩和变形。在相变点以上，金属稳定的相叫母相，在相变点以下，金属稳定的相叫马氏体相。从高温冷却到相变点以下，母相就变为马氏体相，把马氏体相的合金加热，温度达到相变点，又可变为母相。如果合金在马氏体状态时，加上外力，形状就改变了，变形后的合金，如果再加热到相变点，又会恢复到原来的形状，这种变化称为形状记忆效应。

金属能不能发生马氏体转变，主要是由它的原子晶格特征所决定的，就大多数金属来说，都不会发生马氏体转变，因而没有形状记忆能力。

记忆合金能发生马氏体转变，具有记忆效应，而且像橡皮一样具有超弹性，即使变形量高达百分之二十，都能返回原来长度。由于记忆合金具有这两种特殊性能，因而已获得了极为广泛的应用。

记忆合金的妙用

用记忆合金做管道接头已显示了极大的优越性，应用于飞机液压系统，真是大显神通。在常温下把接头的内径做成比被接管子的外径小，然后把接头贮存在冷却器中，用外力使接头的内径扩大并大于被接管子的外径，应用时，只需把两根要连接的管子的端部套入接头内，一到室温，接头“记忆”起自己原先的形状，内径缩小到原来的尺寸。于是接头与管之间的连接力变得很大，达到密封的要求，并牢固地连接在一起。美国自七十年代以来，用这种方法连接了十万个飞机上的液压管道，没有发现一个漏油和破损。还可以用记忆合金制成特种用途的开口销和铆钉，采用这种铆钉，不需要风动锤和顶把，再也听不到刺耳的铆钉枪冲击声，将大大改善工人的操作条件，提高工作效率。

记忆合金在空间技术上得到了绝妙的应用。人类虽然多次登上过月球，但在月面只能逗留几天的时间，为了长期测量月球本身的物理特性以及月球周围的环境特性，需要在月面设置长期工作的自动科学站。这些科学站每天需要向地球发送九百多万个数据，同时接收来自地球的仪器调节指令。这种通讯联络依靠谁呢？就是依靠在月面上架设的杆状收发月球天线。这种月球天线像一把撑开的大伞，占的空间很大，怎样把它装到宇宙飞船上送到月球上去呢？这里，记忆合金又发挥了它独特的作用，用镍钛合金预先制成半球形展开的天线，然后把它冷却到一定温度，在这个温度下，材料变“软”，施加外力把展开式天线弯曲折叠，折成跟小球一样大，成为一个小“银球”，装入宇宙飞船，占的空间就很小。宇宙飞船到达月球后，在太阳光照射下，弯曲成小球的天线受热，便“记忆”起自己原来的形状，逐渐展开，恢复本来面目，它不需要来自地球的遥控操作而自动开始工作。像这样的月面科学站月球天线已经在月球上安装成功了五座。

此外，在国外还采用记忆合金制作自动报火器的热敏元件，还用记忆合金制作固体发电机，这种固体发电机是根据温度循环变化，记忆合金制件的形状也能循环变化，不需要消耗燃料，因而特别经济。

诱人的设想

记忆合金的应用还仅仅是开始，但人们已看到了它的美妙前景。人们对未来的记忆合金有许多诱人的设想。

目前国外设想利用这种记忆合金，制造巨型宇宙射电望远镜，其天线直径长达一点五公里。射电望远镜在地球上制成，然后将它卷成“一团”，送上宇宙空间，射电望远镜在宇宙中受太阳热量加热后，即伸展成原来地球上制成的形状，便可用来探测宇宙天体。

建设未来的大型空间站和卫星电站，需要将上万吨的材料运到地球同步轨道上安装，空间作业队将达上千人。如部分结构采用记忆合金，像一卷席子一样运去，到时自动展开，空中工作量和作业队的人数都将大大减少。

为了向海洋进军，需要在海底建设许多构筑物，这是相当困难的工程，人们设想，采用记忆合金，在地面上低于海水温度的条件下制成所需要的构筑物。然后将构筑物，在冷却状态下，压缩成“一团”的紧密实体，沉入海底。受海水热量加热后，构筑物“记忆”起原来的形状，结构自动伸展开来，恢复了地面上制造时的原始形状，完全取代了海底组装结构的工序，这又是多么美妙！有了这种记忆合金，对于我们“上天、下海”创造了极为有利的条件，然而要达到这一目标，决不是容易的，还有许许多多的问题，正需要我们去努力探索。

(选自《科学拾锦》，1983年)