一維形狀記憶合金的應用

自從形狀記憶合金發現以來，其隨著溫度的轉變而容許大幅 度形變的特性，使得許多的設計者開發出各式各樣溫度轉變的器材，

也被廣泛使用在各行各業之中，最早的機械工業方面如:shrink fit rings、actuators，甚至引用至牙科之中的矯正牙弓線，但是諸如此類 的發明多是以”線(wire)”的形式來表現，也因為這個因素讓許多的實 驗研究者在研究發明之中多針對在一維(one-dimensional)線性的特性 為主，所以許多一維的構成模型(constitutive model)多能滿意且近似 真實地重現出SMA的特性。

4.3.1 一維單晶(Single crystal)形狀記憶合金的應用

要完全了解SMA的反應我們必須從前述巨觀(macroscopic)的 性質如:形狀記憶以及超彈性(擬彈性)等，進一步地引伸進入更仔細小 規模(micro-scale)的論點去闡述它，如圖4-1描繪所示呈現出沃斯田鐵 的單晶(single crystal)結構圖，利用晶格學(crystallographic)來解釋內 部相轉變時造成外部大量形變的原因。

圖4-1 形狀記憶的機轉(after Otsuka and Wayman, 1998)

如圖4-1(b)，當溫度降低時雖然因為晶格的自我組合排列結構 (self-accommodated structure)，但是外在巨觀上而言並沒有外在形變 的產生，一但受到外力之後，呈現出另一種的晶格自我組合排列結 構，且會因為麻田散鐵的重新置位(reorientation)並於外在巨觀上呈現 大量的變形。所以藉由一維單晶模型可以簡單且清楚地表現出形狀 記憶合金外在表現的性質。

4.3.2 一維多晶(polycrystalline)形狀記憶合金的應用

多晶型的反應與前述的單晶模式反應相似，只是必須將多晶 視為許多小結晶(grains)所組成，所以在受到外力或是溫度的影響時 必須要將各不同方向的單晶結晶個別算出，再進行向量總合才能完 整地表達出多晶的總反應，也因此在應用上會較為複雜，但是對於 實際的應用上來說會更趨近真實的情況。

4.3.3 一維巨觀現象學(phenomenological)模型 者及其研究團隊所使用如1982年Tanaka and Nagaki⁶⁹，1990年Liang and Rogers⁷⁰，1994年Ivshin and Pence^71,72以及1993年Brinson⁷³。

這類型的模型中通常都包含有一基礎的機械學(mechanical law)

如同Brinson and Huang於1996年⁷⁴的大作中提到說這些一維 的模型中最主要可以跟其他類型模型區分的地方在於它有一特別的 動力學定律，原因是因為晶格轉換所造成的應變遠大於外在所顯示 出來的彈性應變，也因此機械力學的部分就顯的較不重要，在此篇 文獻中，Brinson and Huang⁷⁴發現在許多不同模型之中，那些擁有大 致相同動力學定律為基礎的模型幾乎都產生非常相似的結果，也就 是說，動力學定律主宰了這個模型的結果。

4.3.4 以微機械力學(micromechanics)為基礎的巨觀模型

許多學者如1993年Sun and Hwang⁷⁵，1988、1993、1994年 Patooret al.^76-78，1997 年 Goo and Lexcellent⁷⁹，1998 年 Huang and Brinson⁸⁰，2000年Gao et al.⁸¹，1998年Vivet and Lexcellent⁸²，1997年 Lu and Weng⁸³等遵循著微機械力學的方向試著去找出最貼近於物質 (material)結晶學現象的模型，並配合熱動力學(thermodynamics law) 定律去說明相變化的過程。這些模型通常把麻田散鐵變項視為轉換 過程的內涵物(inclusions)，此外當物質中因為相轉變所引起的能量交 互作用 (interaction energy)也利用微機械力學予以計算，應力與應變 則是以計算容積率平均值(volume averages)的方式來表示，而此容積 模型(three-dimensional constitutive model)，SMA經常使用於各式各樣 的用途上例如矯正牙弓線的使用等等，都是受到三個方向軸向力