4、形状记忆合金薄膜致动器架构的马氏体控制信号调制

形状记忆合金薄膜致动器架构的马氏体控制信号调制

1 引言

形状记忆合金因其能响应热刺激而改变形状，在传感和驱动应用（包括微应用）中备受关注。其控制原理与马氏体转变有关，涉及奥氏体（A）和马氏体（M）两个不同性质的相。形状记忆合金的相变通常是热控制且可逆的，可通过单向或双向形状记忆效应来控制驱动。

单向形状记忆效应的缺点是冷却时需外力使合金变形，因为只有加热时形状才会自发恢复。而双向形状记忆效应通过特殊热机械处理（内在效应）或与对应物弹性连接（外在效应）实现，加热和冷却时都能自发改变形状，比双金属的热控驱动更快，且在马氏体相变时发生。相变温度（通常在 -50 至 +150°C 之间）受合金成分影响。

形状记忆合金的奥氏体 ↔ 马氏体相变是可逆的，冷却时在（Ms - Mf）温度范围、加热时在（As - Af）温度范围逐渐发生。相变过程中存在（奥氏体 + 马氏体）混合物，相应温度范围的机械性能可用混合法则近似。马氏体相变不仅受温度控制，还受应力和温度的综合影响，“应力诱导马氏体”在高于仅热控制时的温度出现，若热机械因素不满足能量条件则可能不稳定。

基于形状记忆合金的架构能克服其缺点，在微机电系统应用中受到广泛研究。与块状形状记忆合金相比，架构在微驱动中更重要，因为能更好地控制形状变化并实现双向记忆效应。通过在基板上沉积薄膜，可得到双压电晶片（薄膜仅沉积在基板一侧）或三压电晶片（薄膜沉积在基板两侧）复合架构。双压电晶片的驱动由形状记忆合金薄膜的相变控制，三压电晶片的驱动则由各组成薄膜的相变组合控制。

本文将从理论和实验层面探讨薄膜中的相变以及双压电晶片和三压电晶片复合架构中产生的热弹性应力如何用于调制形状记忆合金复合致动器在热控制下的偏转。