Wat zijn vormgeheugenmaterialen?

Vandaag brengen we je naar onze blog een soort materiaal dat steeds belangrijker wordt, en het is niemand minder dan vormgeheugenmateriaal.

Deze materialen hebben de bijzonderheid dat ze kunnen worden vervormd en later hun oorspronkelijke vorm kunnen herstellen bij het toepassen van een externe stimulus (meestal temperatuur). Zoals we een tijdje geleden vermeldden in een ander bericht , het is een slim materiaal .

Kom je er niet meer uit, is er niets aan de hand? Os imagináis que con dejarlos en el radiador recuperaran su forma original? Con este tipo de materiales es posible, y sus ventajas no se quedan ahí.

Wat is het?

Zoals we al zeiden, kunnen vormgeheugenmaterialen, na een vervorming te hebben ondergaan, hun oorspronkelijke vorm terugkrijgen. Als we het zo beschrijven, lijkt het gedrag op dat van elastische materialen, maar in werkelijkheid zijn ze heel anders. Het unieke ervan ligt in het feit dat wanneer de kracht die de vervorming veroorzaakt, verdwijnt, de vervormde vorm behouden blijft en het nodig is om de temperatuur van het materiaal te verhogen zodat het terugkeert naar zijn oorspronkelijke staat.

Dit herstel van de oorspronkelijke vorm met temperatuur is te wijten aan de verandering van de interne structuur van het materiaal. Deze materialen hebben de neiging om een ​​laminaire en fibrillaire rangschikking te hebben bij lage temperatuur , die gemakkelijk vervormingen toelaat , omdat sommige vellen kunnen bewegen ten opzichte van andere; dit wordt de martensitische toestand genoemd. Bij verwarming , begint het materiaal zelf een veel stijvere kubische opstelling te krijgen, wat niet langer toelaat de beweging van het materiaal en dus ook niet de vervormingen; Dit wordt de austenitische toestand genoemd. Deze overgang van de laminaire structuur naar de kubische structuur heeft zo'n kracht dat het materiaal in zijn oorspronkelijke vorm terugkeert en maak alle geleden vervormingen ongedaan. Zodra de temperatuur weer wordt verlaagd, wordt het materiaal weer in een laminaire vorm gerangschikt en kan het weer worden vervormd. Dit proces is typerend voor de atomaire rangschikking van het materiaal, wat betekent dat het talloze keren kan worden herhaald zonder het gedrag ervan te beïnvloeden, en zo bijvoorbeeld mechanische breuken door slijtage of vermoeidheid in sensoren of kleppen te voorkomen.

Waarvoor dienen vormgeheugenmaterialen in het bedrijf?

Om deze materialen van de martensitische fase naar de austenitische fase te laten gaan, zoals we al zeiden, is het noodzakelijk om hun temperatuur te verhogen. Dit kan worden bereikt door verwarmen , of heel handig, door elektriciteit toe te passen . Het feit dat de temperatuur van deze materialen kan worden verhoogd of verlaagd met behulp van elektriciteit, zoals we al zeiden, maakt ze ideale kandidaten om als actuatoren of sensoren te fungeren. Het herstel van de vervormingen is altijd hetzelfde bij dezelfde temperatuur, waardoor ze als zeer nauwkeurige actuatoren en sensoren kunnen dienen. Bovendien worden de vervormingen die gewoonlijk in deze materialen voorkomen, sneller uitgevoerd dan in andere soorten materialen die regelmatig in dit soort toepassingen worden gebruikt.

We hebben besproken dat vormveranderende materialen hun oorspronkelijke vorm kunnen terugkrijgen wanneer ze worden blootgesteld aan warmte, en vervolgens weer kunnen worden vervormd. Dit is erg handig voor sommige toepassingen, maar in andere, zoals actuatoren, is het nodig om van de ene positie naar de andere te gaan, beide vast. Is dit mogelijk? Het antwoord is ja, het is mogelijk, aangezien er van vorm veranderende materialen zijn die twee vormgeheugens bij verschillende temperaturen presenteren . Dit maakt het mogelijk om de geometrie van het materiaal op twee verschillende en bekende temperaturen in te stellen, wat erg handig is.

Soorten vormmaterialen

De meest gebruikte vormgeheugenmaterialen tot nu toe zijn die van metalen aard . Onder hen is de zogenaamde Nitinol (nikkel- en titaniumlegering) een van de meest gebruikte vanwege zijn goede eigenschappen. Toch zijn er andere metaallegeringen die ook een vormgeheugen hebben, zoals koper-, zink- en aluminium (Cu-Zn-Al) legeringen; Koper, aluminium en nikkel (Cu-Al-Ni); o IJzer, mangaan en silicium (Fe-Mn-Si).

Tot voor kort werden dit soort materialen alleen van metallische aard verkregen, maar onderzoek op dit gebied dat de afgelopen jaren heeft plaatsgevonden heeft geleid tot het verschijnen van plastic vormgeheugen materialen. Deze zijn door hun plastische aard veelbelovend, bijvoorbeeld in toepassingen waar lichtere onderdelen gewenst zijn. Ook vormveranderende of zelfherstellende plastic materialen hebben eigenschappen die vergelijkbaar zijn met materialen met vormgeheugen.

Andere soorten vormmaterialen die nog worden bestudeerd en waarvan het gebruik niet zo wijd is uitgebreid, zijn vormgeheugen keramiek en vormgeheugen ferromagnetische materialen . Toch zijn we er zeker van dat al dit soort materialen in de toekomst een grote impact zullen hebben.

Toepassingen

Hier tonen we u enkele voorbeelden van de toepassing ervan:

Een van de toepassingen die zich nu begint uit te breiden, is het gebruik van deze materialen om pijpen samen te voegen , zonder dat er gelast hoeft te worden. Het gebruikte principe is eenvoudig, je neemt een vormgeheugenmateriaal, je plaatst het in de buizen, en dan breng je er warmte aan aan zodat het zijn oorspronkelijke vorm terugkrijgt, met een grotere diameter, om de buizen stevig vast te zetten. Juist door de druk die het materiaal vanuit de binnenkant van de buizen uitoefent, blijven ze aan elkaar plakken en is het erg moeilijk om ze van elkaar te scheiden, in sommige gevallen zijn ze beter bestand tegen lassen.

Hetzelfde principe wordt bijvoorbeeld gebruikt in de gezondheidszorg om obstakels te openen in het lichaam. Er worden kleine stents gemaakt die in geblokkeerde aderen of slagaders kunnen worden ingebracht, en wanneer ze in contact komen met lichaamswarmte, zetten ze uit, waardoor het bloed er weer doorheen kan stromen.

Dit zijn enkele toepassingen van deze materialen in buisvormige geometrieën, maar hun toepassingsgebied en mogelijke geometrieën is zeer breed. Het kan bijvoorbeeld worden toegepast op de carrosserieën van auto's of vliegtuigen , om hun geometrie aan te passen terwijl ze circuleren en daardoor hun aerodynamica te verbeteren , waardoor ze minder brandstof verbruiken. Als we denken aan actuatoren, waarvan de functie is om van de ene positie naar de andere te gaan, zou de overgrote meerderheid in de toekomst gemaakt kunnen worden van vormveranderende materialen!

Momenteel kunnen we vormgeheugenmaterialen vinden in medische apparatuur en medische benodigdheden, van tandheelkundige implantaten tot chirurgische instrumenten (ze zijn gemakkelijk te steriliseren). Ook in alledaagse voorwerpen , zoals beugelbeha's, die de eigen lichaamswarmte gebruiken om hun vorm terug te krijgen, of in matrassen, die hun vorm terugkrijgen na vervormingen door erop te gaan zitten. Omdat deze materialen licht en bestendig zijn en bij hoge temperaturen kunnen werken, worden ze ook veel gebruikt in luchtvaartcomponenten zoals raketten en ruimtesondes.

Vanwege alle mogelijke toepassingen en voordelen die deze materialen bieden, denken we dat ze de komende jaren veel zullen geven om over te praten en we zullen ze zonder het te beseffen steeds meer in meer producten vinden, aangezien ze in volle gang zijn en worden steeds meer bestudeerd.

Vond je de blog interessant? Meer weten over vormgeheugenmaterialen? Aarzel niet en neem contact met ons op !