Патент на изобретение №2305874
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) АКТЮАТОР, СИСТЕМА АКТЮАТОРОВ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
(57) Реферат:
Изобретение относится к области механики, в частности к технике устройств на основе материалов с эффектом памяти формы, и может найти применение в радиоэлектронике, машиностроении, микромеханике, медицине. Техническим результатом является повышение эффективности работы актюатора, технологичности и упрощение его изготовления, а также упрощение автоматизации производства. Актюатор включает упругий элемент, преимущественно двумерной конфигурации, и элемент с эффектом памяти формы, прочно механически соединенные друг с другом плоской стороной, причем элемент с эффектом памяти формы имеет одностороннюю деформацию растяжения или сжатия. Система актюаторов выполнена в виде множества актюаторов, соединенных параллельно. Способ изготовления актюатора включает операции изготовления упругого элемента, операцию изготовления элемента с эффектом памяти формы и операцию механически прочного соединения элементов между собой плоскими сторонами. Перед операцией механически прочного соединения элементов с плоскими сторонами элемент с памятью формы тренируют на односторонний эффект памяти формы до достижения односторонней деформации растяжения или сжатия, а операцию механически прочного соединения элементов проводят при значениях внешних параметров и внешнего поля, отвечающих мартенситному состоянию элемента с памятью формы. 3 н.п. и 7 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к области механики, в частности к технике устройств на основе материалов с эффектом памяти формы, и может найти применение в радиоэлектронике, машиностроении, микромеханике, медицине. Известен аналог предлагаемого технического решения – термобиметаллический исполнительный элемент (биметаллическая пластина) [1], включающий элемент в форме пластины, выполненной из двух тонких слоев упругих металлов с различными коэффициентами теплового расширения, прочно соединенных друг с другом плоской стороной. При подогреве биметаллической пластины (от внешнего источника или Джоулевым теплом при пропускании через нее электрического тока) различие в коэффициентах расширения двух слоев пластинки приведет к относительному растяжению пластинки с одной стороны и сжатию с другой. В результате – пластинка изогнется. Эффект изгиба используют для совершения полезной работы: замыкания и размыкания электрических контактов, срабатывания защелки, перекрытия крана магистрали жидкости или газа и т.д. Недостатком аналога является низкая эффективность, обусловленная малыми изгибными деформациями, и соответственно малый максимальный прогиб свободного торца пластинки. Известен также аналог предлагаемого технического решения – актюатор (исполнительный элемент) и способ его изготовления [2], включающий элемент, выполненный из сплава с эффектом памяти формы, управляемым при помощи источника теплового поля, способного вызвать термоупругое мартенситное превращение в сплаве, имеющий предпочтительно двумерную форму, например, в виде пластины, ленты, пленки, фольги или оболочки. Способ его изготовления заключается в том, что сплаву с эффектом памяти формы придают предпочтительно двумерную форму, например, в виде пластины, ленты, пленки, фольги или оболочки, а затем тренируют, оказывая на него механическую нагрузку в процессе термоциклирования через температурный интервал термоупругого мартенситного превращения до достижения возвратимой деформации (например, изгибной), обусловленной одно- или двухсторонним эффектами памяти формы. Недостатком аналога является низкая эффективность и низкая технологичность, обусловленная тем, что при одностороннем эффекте памяти формы периодическое воздействие теплового поля и обратимый мартенситный переход вызывают только однократное изменение формы исполнительного элемента, и для повторной деформации необходимо повторить операцию тренировки на одностороннюю память формы, то есть операцию деформирования элемента в мартенситном состоянии или при охлаждении через переход аустент – мартенсит. Периодическое изменение формы при периодическом воздействии теплового поля возможно в аналоге после тренировки на двустороннюю память формы. Однако эффект двухсторонней памяти формы приводит к сравнительно меньшей деформации (обычно на порядок меньше, чем при эффекте односторонней памяти формы), кроме того, операция тренировки на двустороннюю память формы сложна, поскольку сводится к многократному термоциклированию под нагрузкой, что, в свою очередь, нетехнологично, затрудняет автоматизацию производства актюаторов, повышает общую стоимость исполнительного элемента. Известен также патент [3], в котором описан аналог предлагаемого технического решения. Исполнительный элемент аналога выполнен в виде пластины из ферромагнитного сплава с памятью формы Ni-Mn-Fe-Ga, обладающего тем свойством, что в нем термоупругое мартенситное превращение может быть вызвано изменением внешнего магнитного поля. В процессе изготовления исполнительного элемента его выполняют в форме пластины, а затем тренируют до достижения одно- или двустороннего эффекта памяти формы. Ему присущи все указанные для второго аналога недостатки, хотя для его работы используется изменение магнитного поля, а не теплового. Прототипом данного технического решения является работа [4], в которой описан актюатор (кантилевер или консоль), выполненный в виде упругого элемента – тонкой кремниевой подложки (толщиной 15 мкм), на которую напылен (то есть механически прочно прикреплен с длинной стороны) тонкий (толщиной 5 мкм) слой сплава NiTi с возможностью термоупругого мартенситного перехода. В середине слоя сплава протравлена канавка таким образом, что при подключении к слою сплава с разных сторон канавки контактов от источника напряжения по слою сплава протекает ток, равномерно нагревающий исполнительный элемент и оказывающий тепловое воздействие на материал сплава, вызывая термоупругий мартенситный переход и связанный с ним двухсторонний эффект памяти формы. При этом исполнительный элемент испытывает изгибную деформацию периодически, при периодическом воздействии нагревающего тока. Недостатком данного способа является низкая эффективность, которая выражается в невысокой достигаемой изгибной деформации исполнительно элемента, а также низкая технологичность. Цель предлагаемого изобретения заключается в повышении эффективности актюатора за счет увеличения достигаемой изгибной деформации, при сохранении периодической реакции на периодическое воздействие внешнего поля, вызывающего обратимый термоупругий мартенситный переход, а также в повышении технологичности и упрощении, за счет исключения операции тренировки на двусторонний эффект памяти формы, повышении быстродействия и наибольшего преодолеваемого противодействующего усилия, а кроме того, упрощении автоматизации производства актюаторов. Поставленные цели достигаются тем, что в известном актюаторе, включающем механически прочно соединенные плоской стороной упругий элемент, выполненный преимущественно в двумерной конфигурации, например, в виде пластины, ленты, пленки, фольги или оболочки, и элемент с эффектом памяти формы из сплава с термоупругим мартенситным превращением, контролируемым внешним полем, выполненный преимущественно в двумерной конфигурации, отличающийся тем, что элемент с памятью формы имеет деформацию растяжения или сжатия, вызванную предварительной тренировкой на одностороннюю память формы. Поставленные цели достигаются также тем, что упругий элемент выполнен в виде множества отдельных элементов двумерной конфигурации в форме пластин, отрезков ленты, пленок, фольги или оболочек, механически прочно присоединенных к элементу из сплава с термоупругим мартенситным превращением, управляемым внешним полем параллельно его поверхности, но с противоположных его сторон. Поставленная цель достигается тем, что на поверхности актюатора нанесена система электродов, обеспечивающих при пропускания тока нагрев актюатора, достаточный для управления термоупругим мартенситным переходом в элементе с эффектом памяти формы. Поставленные цели достигаются также тем, что в качестве материала элемента с эффектом памяти формы выбрана быстрозакаленная лента из TiNi. Поставленные цели достигаются также тем, что в качестве материала элемента с эффектом памяти формы выбрана быстрозакаленная лента из Ni-Mn-Fe-Ga. Поставленные цели достигаются также тем, что в качестве упругого элемента выбрана быстрозакаленная лента из Ti. Поставленные цели достигаются также тем, что в качестве упругого элемента выбран пленка Ti. Поставленные цели достигаются также тем, что система актюаторов выполнена из соединенных параллельно множества актюаторов. Поставленные цели достигаются тем, что в известном способе изготовления актюатора, который включает операцию изготовления упругого элемента преимущественно двумерной конфигурации в виде, например, пластины, ленты, пленки, фольги или оболочки и операцию изготовления элемента с эффектом памяти формы преимущественно двумерной конфигурации в виде, например, пластины, ленты, пленки, фольги или оболочки и операцию их механического прочного закрепления длинной стороной, отличающийся тем, что перед операцией механического соединения элементов элемент с эффектом памяти формы тренируют на достижение односторонней памяти формы, придавая ему обратимую деформацию растяжения или сжатия параллельно его поверхности, а операцию механически прочного соединения элементов проводят при таких значениях внешних параметров – температуры, магнитного поля, что элемент с памятью формы находится в низкотемпературной мартенситной фазе. Поставленные цели достигаются также тем, что операции изготовления упругого элемента и механического закрепления элементов совмещены в одной операции – нанесения на поверхность элемента с эффектом памяти формы предварительно натренированного на одностоннюю память формы и находящегося в мартенстном состоянии слоя (пленки) механически прочного упругого материала, с хорошей адгезией к материалу с эффектом памяти формы. Новым в предложенном техническом решении, по сравнению с известным, является то, что элемент с памятью формы, например ленту или пленку, до соединения с упругим элементом предварительно тренируют на достижение возвратимой деформации, а операцию объединения обоих элементов производят, пока элемент с памятью формы находится в мартенситном состоянии и «помнит» возвратимую деформацию. В дальнейшем предлагаемое техническое решение поясняется в связи с чертежами. На фиг.1 представлена схема, поясняющая принцип работы актюатора. На фиг.2 представлена схема, поясняющая конструкцию актюатора, в котором применено множество упругих элементов, нанесенных с разных сторон на элемент с эффектом памяти формы. На фиг.3 представлена схема, поясняющая конструкцию системы актюаторов, выполненной в виде множества параллельно соединенных актюаторов. На фиг.4 показаны фотографии, демонстрирующие пример работы актюатора в режиме воздействия неоднородным тепловым полем. На фиг.5 показаны фотографии, демонстрирующие пример работы актюатора в режиме воздействия однородным тепловым полем. Сущность предлагаемого способа состоит в том, что два элемента – упругий и с эффектом памяти формы – соединены плоскими поверхностями, подобно биметаллической пластинке, но элемент с эффектом памяти предварительно натренирован на одностороннюю память формы, например растянут. В этом случае изгиб композита при изменении температуры или магнитного поля (если сплав с эффектом памяти формы ферромагнитен) на несколько порядков больше, чем у традиционной биметаллической пластинки, и, по крайней мере на порядок больше, чем у материала с двусторонней памятью формы. Применение такой эффективной схемы предварительно напряженных композитов с эффектом памяти формы открывает для актюатора новые функциональные возможности и количественно улучшает уже известные схемы применения. Рассмотрим физические принципы работы предлагаемого технического решения и сравним достигаемый эффект с известными аналогами. В основе работы предлагаемого актюатора лежит то, что изгибная деформация композитной пластины есть сжатие на внутренней стороне и растяжение на внешней. Композитный актюатор состоит из слоя 1 элемента с эффектом памяти формы и слоя 2 упругого материала (например, металла) (см. фиг.1). Сплав с эффектом памяти формы предварительно тренируют для достижения односторонней деформации растяжения или сжатия. Физическое объяснение состояния “односторонней деформации” можно понять из следующего рассуждения. Под действием достаточно сильного внешнего напряжения температура структурного (мартенситного) перехода аустенит – мартенсит повышается. В напряженном образце при охлаждении из аустенитного состояния через точку фазового перехода происходит генерация мартенсита. Она начнется в первую очередь в областях максимального напряжения. Будут генерироваться, главным образом, соответственно ориентированные варианты мартенсита (растянутые или сжатые по осям растяжения или сжатия). Таким образом, «возвратимая деформация» – это состояние образца, в котором макроскопическое изменение его формы и/или размера достигнуто в мартенситном состоянии за счет генерации мартенситных вариантов с соответствующими ориентациями кристаллографических осей [2]. При последующем нагреве материал с эффектом памяти формы переходит в аустенитное состояние и возвращается к прежней форме и размеру. Это приведет к сильной изгибной деформации композитного актюатора. Обычно односторонний эффект памяти формы приводит к однократному восстановлению, несмотря на периодический нагрев, за что и получил свое название. Актюатор, выполненный из композита, при повторном охлаждении после нагрева восстановит свою форму. Он сохранит способность к периодическому изгибу и выпрямлению при периодическом термоциклировании через мартенситный переход, несмотря на то, что использует односторонний эффект памяти формы. Это объясняется упругими свойствами второго элемента композита. Если композит охладить ниже температуры мартенситного перехода, то упругий слой, возвращаясь в ненапряженное состояние, деформирует элемент с памятью формы и снова натренирует его до достижения состояния возвратимой деформации. Двусторонний эффект памяти формы заключается в том, что если образец сплава с термоупругим мартенситным переходом подвергнуть предварительно специальной процедуре «тренировки на двустороннюю память формы», путем сильного многократного деформирования в процессе термоциклирования через температуру мартенситного перехода, то он приобретет способность к периодической деформации при периодическом воздействии тепловым полем. Физическое объяснение двустороннего эффекта памяти формы заключается в том, что в процессе тренировки в сплаве появляются дефекты, например дислокации, создающее внутренние поля напряжений, которые деформируют сплав при мартенситном переходе. Количественно максимально достижимые возвратимые деформации, например, в сплаве NiTi при одностороннем эффекте памяти формы составляют 10-30%, а двусторонней – по крайней мере на порядок слабее (0,3-3%) [2]. Проведем приближенные количественные оценки деформации предлагаемого актюатора. Пусть длина актюатора равна l, деформация растяжения материала с эффектом памяти формы –
Если относительное удлинение элемента с памятью формы Подчеркнем технические преимущества предлагаемого актюатора по сравнению с прототипом [4]. Основные технические преимущества по сравнению с прототипом связаны с большой достигаемой деформацией, обратимой при повторном воздействии теплового поля. В частности, в источнике [4] торец актюатора в форме кантилевера перемещается всего на 1 мм при его длине 3.2 мм и толщине 20 мкм. Перемещение торца актюатора и управляемая кривизна актюатора по предлагаемому техническому решению может быть на 1-2 порядка выше (см. Пример 1 и фото на фиг.5). Наиболее удобным и технологичным способом тренировки ленты или пленки с памятью формы на одностороннюю память формы является растяжение в процессе охлаждение через температуру мартенситного перехода. Однако, если необходимо, ленту можно натренировать на деформацию сжатия. При этом актюатор сможет обратимо выпрямляться при нагреве и изгибаться при охлаждении. Для этого ленту с памятью формы следует приклеить прочным растворимым клеем к гибкой поверхности. Затем ленту сжимают путем изгиба поверхности лентой внутрь. После охлаждения ниже точки мартенситного перехода, не разгибая поверхности, клей надо растворить, отделив ленту с деформацией сжатия. Композиты с памятью формы известны в литературе [5]. Рассмотрим отличия и вытекающие из них преимущества предлагаемого технического решения, по сравнению с описанным из этого источника. Композитный материал, описанный в [5], выполнен в виде проволоки с эффектом памяти формы (это – 1-мерная конфигурация элемента) и помещен в блок пластика (это – 3-мерная конфигурация упругого элемента). В такой конфигурации, даже при значительных возвратимых деформациях проволоки, из которой выполнен элемент с памятью формы, невозможно добиться значительных перемещений торца актюатора. Магнитоиндуцированный эффект памяти формы, который наблюдается в ферромагнитных сплавх Гейслера с памятью формы (таких как Ni-Mn-Ga, Co-Ni-Ga, Ni-Fe-Ga), также можно применить в предлагаемом техническом решении [3, 5]. Этот эффект объясняется влиянием магнитного поля на границу мартенсит – аустенит в ферромагнитном образце сплава, который находится в промежуточном состоянии в области гистерезиса мартенситного перехода. Намагниченность насыщения мартенсита в сплавах Гейслера, как правило, выше, чем у аустенита, и в результате, в достаточно сильном магнитном поле, температура мартенситного перехода повышается, а границы мартенсит – аустенит сдвигаются в сторону увеличения объема мартенсита (независимо от ориентации поля). Актюатор по предлагаемому техническому решению с использованием ферромагнитного материала с памятью формы будет изменять свою форму под действием магнитного поля при постоянной температуре, выбранной несколько выше, чем температура мартенситного перехода. Изменение формы актюатора можно сделать более сложным, а эффект действия актюатора – более разнообразным, если наносить упругий элемент на поверхность элемента с памятью формы в виде двух и более фрагментов, причем с разных сторон (см. фиг.2). В результате изгиб можно сделать, например, зигзагообразным. Перемещения торца актюатора будет значительным и может (в процентах к начальной длине актюатора) существенно превысить относительную деформацию элемента с памятью формы. Более того, в такой конфигурации, выбирая длину и положение упругих элементов, закрепленных на поверхности элемента с памятью формы, можно добиться, при любой наперед заданной относительной возвратимой деформации элемента с памятью формы (она определяет только максимальную кривизну в области изгиба актюатора), перемещения торца актюатора на величину порядка его длины. В такой конфигурации он «складывается в гармошку». К положительным свойствам, присущим предлагаемой конструкции актюатора, можно отнести высокое быстродействие. Оно обусловлено тем, что быстродействие актюатора на основе эффекта памяти формы ограничено, главным образом, временем теплообмена с окружающей средой. Это время будет минимально (а быстродействие – максимально), если элемент выполнен в форме тонкого слоя, который дополнительно может охлаждаться принудительной конвекцией, например продуванием охлаждающей жидкостью или газом. Можно предусмотреть также возможность не только охлаждения актюатора, но и нагрева его потоком нагретого газа или жидкости. Большие перемещения и высокое быстродействие, присущие предлагаемому актюатору, можно сочетать с большими преодолеваемыми усилиями, если объединить множество актюаторов параллельно в систему актюаторов. Для этого можно в конструкцию системы актюаторов включить платформы 3 с пазами, фиксирующими торцы множества актюаторов (см. фиг.3). Нагрузка может осуществляться на одну из платформ. Объем между платформами, частично заполненный тонкопленочными композитными актюаторами, можно продувать потоками газа, или жидкости, или газа с температурой, отвечающей началу и/или концу мартенситного перехода. Для управления актюатором удобно применить электрический подогрев. Для этого либо сам металлический актюатор необходимо подключить с двух сторон к источнику электрического напряжения, либо нанести на его поверхность изолирующий слой (при необходимости) и систему электродов, которую подключить к источнику электрического напряжения. Джоулево тепло, выделяющееся при протекании тока, должно превышать энергию, необходимую для нагрева актюатора до температуры мартенситного перехода и перевода его в высокотемпературное аустенитное состояние. Температура окружающей среды должна быть ниже, чем температура перехода аустенит – мартенсит. Принудительная конвекция окружающего газа или жидкости позволит повысить быстродействие актюатора. Пример 1. В качестве примера реализации актюатора и способа его изготовления опишем эксперимент, который иллюстрируется фиг.4 и 5. Актюатор выполнен из быстрозакаленной ленты сплава с памятью формы NiTiCu, толщиной 30 мкм, шириной 3 мм и длиной 30 мм, приклеенной циакриновым клеем к стальной аморфной быстрозакаленной ленте толщиной 30 мкм, шириной 10 мм, длиной 50 мм. В процессе изготовления актюатора, перед операцией склейки лент, ленту NiTiCu тренировали до достижения возвратимой деформации растяжения. Для этого ее нагружали гирей весом 2-5 Н, а затем пропускали через нее электрический ток около 1 А. В результате нагрева Джоулевым теплом тока лента испытывала переход мартеист – аустенит (при температуре около 60°С). Затем при выключении тока она растягивалась под действием гири при переходе аустенит – мартенсит на величину возвратимой деформации – 1-3%. После этого упругую стальную ленту и ленту с памятью формы склеивали под прессом, обеспечивая плотный механический контакт и прочное закрепление плоскими сторонами. Композит из склеенных лент обладает способностью сильно обратимо изгибаться при периодическим воздействии теплового поля. На фиг.4. показан обратимый изгиб в неоднородном тепловом поле, которое получается при приближении к актюатору паяльника. Температура паяльника – около 200°С. Расстояние от паяльника до актюатор – 5 мм. Виден сильный обратимый изгиб в области нагрева. На фиг.5. показан изгиб актюатора при воздействии однородным тепловым полем. Для этого эксперимента актюатор помещали в прозрачный термостат, который однородно подогревался снизу электрической печкой. Температура измерялась термопарой, которая расположена рядом с актюатором. Наблюдался обратимый изгиб актюатора с минимальным радиусом кривизны – 5 мм при увеличении температуры от 50 до 60°С (фиг.5 а-г). При понижении температуры наблюдалось полное выпрямление актюатора (фиг.5 д-з). Такое периодическое деформирование актюатора можно многократно повторять, периодически повторяя циклы нагрев/охлаждение актюатора. Пример 2. Актюатор выполнен из того же материала с эффектом памяти формы, подготовленного таким же образом, как и в Примере 1. В качестве упругого элемента применены слои чистого Ni, нанесенного электролитическим осаждением при комнатной температуре. Их длина – 5 мм, они расположены на расстоянии 10 мм, с разных сторон актюатора (фиг.2). Результирующий эффект – циклическое деформирование актюатора на величину 50% процентов длины в исходном состоянии при циклическом нагреве/охлаждении. Пример 3. Актюатор по Примеру 1, причем на поверхность актюатора перпендикулярно его оси приклеена изолированная нихромовая проволочка. При приложении к проволочке напряжения от внешнего источника по ней течет ток и выделяется Джоулево тепло, которое нагревает актюатор вблизи проволочки до 70°С. Процесс изгибной деформации актюатора неоднородным тепловым полем показан на фиг.4. Проволочка приклеена перпендикулярно оси актюатора и не искажает его деформацию. Эффект – периодический изгиб актюатора на 120 градусов, при приложении к проволочке импульсов тока 0,5 А и длительностью 0,3 с с периодом 0,6 с. Пример 4. Актюатор выполнен по Примеру 1-3, причем элемент с памятью формы выполнен из быстрозакаленной ленты с памятью формы Ni-Ti. Пример 5. Актюатор выполнен по Примеру 1-4, причем элемент с памятью формы выполнен из быстрозакаленной ленты из сплава Ni2+X-YMn1-XFeYGa, 0 Пример 6. Система актюаторов выполнена в виде множества актюаторов по Примеру 2, которые затем закреплены между жесткими платформами (см. фиг.3). Система актюаторов приводится в действие продуванием в объем между платформами потоками воздуха с температурами выше 70°С и комнатной. Суммарная противодействующая сила, которую способна преодолеть система актюаторов в результате, увеличивается пропорционально количеству актюаторов, причем быстродействие и перемещение остаются такими же, как в Примере 2. Пример 7. Способ изготовления актюатора по Примеру 1 состоит в том, что сначала изготавливают методом быстрой закалки ленты сплавов и NiTi и Ni толщиной 20 мкм. Затем лента сплава Ni-Ti тренируется протягиванием между 2-мя парами валков, имеющих разную температуру (выше и ниже температуры мартенситного перехода), к котором приложено растягивающее усилие 1-10 Н. В результате она приобретает деформацию растяжения около 1%. После этого обе ленты склеивают плоской сторон циакриновым клеем. Пример 8. Способ изготовления актюатора по Примеру 2, состоящий в том, что в способе по Примеру 7 с разных сторон ленты NiTi, подготовленной, как описано в Примере 7, наносят методом лазерного напыления участки пленки Ti толщиной 10 мкм, длиной 5 мм, на расстоянии 10 мм с разных сторон, как показано на фиг.2. В процессе напыления пленку с эффектом памяти формы охлаждают жидким азотом. Пример 9. Способ изготовления актюатора по Примеру 8, причем пленку упругого элемента выполняют из титана методом магнетронного напыления на охлаждаемую водой подложку с закрепленной на ней лентой с эффектом памяти формы. Пример 10. Способ изготовления актюатора по Примеру 8, причем пленку упругого элемента выполняют из никеля методом электролитического осаждения из раствора при комнатной температуре. ЛИТЕРАТУРА 1. Электрические и электронные аппараты. Под ред. Ю.К.Розанова. М.: Информэлектро, 2001, стр.109. 2. А.Г.Хунджуа. Введение в структурную физику сплавов с эффектом памяти формы. МГУ, 1991. В.Н.Журавлев, В.Г.Пушин. Сплавы с термомеханической памятью и их применение в медицине. Екатеринбург, 2000. 3. А.Н.Васильев и др. Способ управления формой исполнительного элемента. Патент РФ №2221076. Опубл. 10.01.2004, БИ №1. 4. W.M.Huang, Q.Y.Liu, L.M.He, J.H.Yeo. Micro NiTi-Si cantilever with three stable positions. Sensors and Actuators A 114, 118 (2004). 5. H.A.Bruck, C.L.Moor, T.L.Valentine. Smart. Mater.Str. 11, 509 (2002). 6. A.A.Cherechukin et al. Phys.Lett. A291, 175 (2001).
Формула изобретения
1. Актюатор, включающий упругий элемент, преимущественно двумерной конфигурации и элемент с эффектом памяти формы, термоупругий мартенситный переход которого управляется внешним полем, выполненный в преимущественно двумерной конфигурации, прочно механически соединенные друг с другом плоской стороной, отличающийся тем, что в качестве элемента с эффектом памяти формы использован элемент, имеющий одностороннюю память формы растяжения или сжатия, а соединение упругого элемента и элемента с памятью формы осуществлено при значениях внешних параметров и внешнего поля, отвечающих мартенситному состоянию элемента с памятью формы. 2. Актюатор по п.1, отличающийся тем, что упругий элемент выполнен в виде множества отдельных элементов, которые прочно присоединены своей плоской стороной с разных сторон к элементу с эффектом памяти формы. 3. Актюатор по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что на его поверхность нанесена система электродов для нагрева актюатора током. 4. Актюатор по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве материала элемента с эффектом с памятью формы выбран сплав NiTi. 5. Актюатор по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве материала элемента с эффектом с памятью формы выбран сплав Ni2+X-YMni-XFeYGa, 0 6. Система актюаторов по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что она выполнена в виде множества актюаторов, соединенных параллельно. 7. Способ изготовления актюатора по любому из пп.1 и 2, включающий операцию изготовления упругого элемента, преимущественно двумерной конфигурации, операцию изготовления элемента с эффектом памяти формы с термоупругим мартенситным переходом, управляемым внешним полем, с эффектом памяти формы, преимущественно двумерной конфигурации, и операцию механически прочного соединения элементов между собой с плоской стороны, отличающийся тем, что перед операцией механически прочного соединения элементов с плоской стороны элемент с памятью формы тренируют до достижения одностороннего эффекта памяти формы на растяжение или сжатие, а операцию механически прочного соединения элементов проводят при значениях внешних параметров и внешнего поля, отвечающих мартенситному состоянию элемента с памятью формы. 8. Способ изготовления актюатора по п.7, отличающийся тем, что операции изготовления упругого элемента и механически прочного соединения его с элементом с эффектом памяти формы проводят одновременно, путем изготовления пленки упругого материала на плоской поверхности предварительно натренированного элемента с эффектом памяти формы до достижения одностороннего эффекта памяти формы на растяжение или сжатие с обеспечением прочной адгезии к его поверхности. 9. Способ изготовления актюатора по п.8, отличающийся тем, что операцию изготовления пленки упругого материала на плоской поверхности предварительно натренированного элемента с эффектом памяти формы до достижения одностороннего эффекта памяти формы на растяжение или сжатие проводят методом магнетронного напыления, при значениях внешних параметров и внешнего поля, отвечающих мартенситному состоянию элемента с памятью формы. 10. Способ изготовления актюатора по п.8, отличающийся тем, что операцию изготовления пленки упругого материала на плоской поверхности предварительно натренированного элемента с эффектом памяти формы до одностороннего эффекта памяти формы на растяжение или сжатие проводят методом электрохимического осаждения из раствора, при значениях внешних параметров и внешнего поля, отвечающих мартенситному состоянию элемента с памятью формы.
РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||
l, h1 – толщина элемента с памятью формы, h2 – толщина упругого элемента, тогда радиус изгиба композитного актюатора при нагреве равен:
