Формы памяти

Две формы памяти

Опубликовано: November 17, 2002, 12:00 am

Ключевые слова (теги): память

Оценка посетителей сайта: 6.00 (проголосовало: 1)

Хрестоматия по общей психологии.

Напротив, воспоминание какого-либо определенного чтения, например, второго или третьего, не имеет ни одного из признаков привычки. Его образ, очевидно, запечатлелся в памяти сразу, ибо другие чтения, по самому определению, суть отличные от него воспоминания. Это как бы событие моей жизни; для него существенна определенная дата, а следовательно, невозможность повторяться. Все, что присоединили к нему позднейшие чтения, могло явиться лишь изменением его первоначальной природы; и если мое усилие вызвать в памяти этот образ становится тем легче, чем чаще я его повторяю, то самый образ, рассматриваемый в себе, конечно, уже с самого начала таков, каким он останется навсегда.

Доведя это основное различие до конца, мы можем представить себе две теоретически самостоятельные и независимые друг от друга памяти. Первая регистрирует в форме образов-воспоминаний все события нашей повседневной жизни, по мере того как они развертываются во времени; она не пренебрегает никакой подробностью; она оставляет каждому факту, каждому движению его место и его дату. Без всякой задней мысли о пользе или практическою применении, но просто в силу естественной необходимости становится она складочным местом для прошлого.

Обзор по материалам с памятью формы

Каждый металл и сплав имеет свою кристаллическую решетку, архитектура и размеры ко-

торой строго заданы. У многих металлов с изменением температуры, давления решетка не

остается одной и той же и наступает момент, когда происходит ее перестройка. Такая смена

типа кристаллической решетки — полиморфное превращение — может осуществляется двумя

1) при высокой температуре за счет диффузии при высокой подвижности атомов;

2) при низкой температуре за счет коллективного, согласованного перемещения атомов, что

приводит к изменению формы объема сплава (бездиффузионное сдвиговое термоупругое мар-

тенситовое превращение с образованием новой кристаллической решетки — мартенсита).

При высокой температуре в аустенитном состоянии сплав имеет кубическую решетку.

При охлаждении сплав переходит в мартенситную фазу, в которой ячейки решетки становят-

ся скошенными параллепипедами. При нагреве аустенитная фаза восстановливается, а с ней

восстановливается и первоначальная форма изделия из сплава с «памятью» формы.

Мартенситное превращение — один из фундаментальных способов перестройки кристал-

лической решетки в отсутствии диффузии, характерный для сталей, чистых металлов, цветных

сплавов, полупроводников, полимеров.

Эффект «памяти» — восстановление первоначальной формы и размеров кристаллов после

их изменения при деформировании в результате термоупругого мартенситового превращения

при термообработке по определенному режиму.

Изменение формы — главная особенность мартенситного превращения, с которой связан эф-

фект «памяти» сплавов, условие необходимое, но недостаточное для проявления «памяти».

Свободная энергия кристаллов мартенсита меньше, чем исходной фазы, что стимулирует

развитие мартенситного перехода. Переход тормозится из-за возникновения границы раздела

старой и новой фаз и повышения свободной энергии. Растущие кристаллы мартенситной фазы

деформируют окружающий объем, который сопротивляется этому. Возникает упругая энергия,

препятствующая дальнейшему росту кристаллов. Когда эта энергия превышает предел упру-

гости, происходит интенсивная деформация материала в окрестности границы раздела фаз и

рост кристаллов прекращается. В сталях процесс проходит практически мгновенно (отдельные

кристаллы мартенсита вырастают до конечных размеров).

Обратный переход мартенсита в аустенит (высокотемпературная фаза, бездиффузионная

сдвиговая перестройка решетки затруднена), идет при высоких температурах, когда в мартен-

сите растут кристаллы аустенита без перехода к исходной форме (атомы не попадают на свои

В сплавах с «памятью» при охлаждении мартенситные кристаллы растут медленно, при

нагреве исчезают постепенно, что обеспечивает динамическое равновесие границы раздела

между ними и исходной фазы. Граница между фазами ведет себя аналогично, если охлаж-

дение и нагрев заменить соответственно приложением и снятием нагрузки — термоупругое

равновесие фаз в твердом теле.

Термоупругое мартенситное превращение сопровождается обратимым изменением формы

кристаллов аустенита, что, в основном, обеспечивает «память» металлов.

56 Интеллектуальные полимерные материалы (ИПМ)

Прямым следствием термоупругого мартенситового превращения является обратимое

изменение формы твердого тела в результате периодического охлаждения и нагрева (тепловой

двигатель). Металлы с «памятью» (например, нитинол), «вспоминают» свою первоначальную

форму при нагреве после предварительного деформирования образца [45, 51].

К концу 1960-х гг. сформировалась область физических исследований и технических

применений эффекта «памяти» формы в сплавах.

Существуют сотни сплавов с мартенситным превращением, но число сплавов, где эффект

«памяти» формы имеет практическое значение, незначительно. Коллективное перемещение

атомов в определенном направлении, сопровождающееся самопроизвольной (мартенсит-

ной) деформацией материала (перестройка решетки), при которой соседство и межатомные

связи атомов не нарушаются (сохраняется возможность вернуться на прежние позиции,

к исходной форме), проходит только при определенных условиях. «Память» отдельного

кристалла — это еще не память всего объема сплава, который обычно имеет поликристал-

Отдельные кристаллиты (зерна) отличаются ориентацией кристаллических решеток.

Сдвиг атомов при мартенситном превращении происходит в решетке по определенным плос-

костям и направлениям. Из-за различной ориентации зерен сдвиги в каждом зерне проходят

в различных направлениях и, несмотря на значительную деформацию отдельных кристаллов,

образец в целом не испытывает заметного изменения формы. Оно происходит в том случае,

если кристаллы ориентированы в одном направлении. Управляющей силой, которая при мар-

тенситном превращении организует преимущественную организацию кристаллов, является

При мартенситном превращении атомы перемещаются в направлении действия внешней

нагрузки (образец в целом испытывает деформацию). Процесс развивается до тех пор, пока

весь материал не продеформируется в направлении действия силы без разрыва межатомных

связей и нарушения соседства атомов. При нагреве они возвращаются на исходные позиции,

восстанавливая первоначальную форму всего объема материала.

Эффект «памяти» основан на термоупругом равновесии фаз и управляющем действии

нагрузки. Специальная термомеханическая обработка сплавов создает в материале микро-

напряжения, действия которых при мартенситных переходах аналогично действию внешней

нагрузки. При охлаждении сплав самопроизвольно принимает одну форму, при нагреве

возвращается к исходной (пластина сворачивается в кольцо при охлаждении, при нагреве —

разворачивается или наоборот).

Материалы с памятью формы могут проявлять сверхпластичность (значительные де-

формации, когда мартенситное превращение вызывается приложением внешней нагрузки, а

не охлаждением, что используется при создании пружинных амортизаторов, аккумуляторов

механической энергии), имеют высокую циклическую прочность (не происходит накопление

дефектов структуры) и высокую способность рассеивать механическую энергию (при мартен-

ситных превращениях перестройка кристаллической решетки сопровождается выделением

или поглощением тепла, если внешняя нагрузка вызывает мартенситное превращение, то

механическая энергия переходит в тепловую; при эффектах памяти наблюдается и процесс

превращения тепла в работу).

Изменение формы(при периодическом изменении температуры) металлов с памятью со-

провождается проявлением мощных межатомных сил. Давление при расширении материалов

такого типа достигает 7 т/см2. В зависимости от вида материала изделия различного размера

и конфигурации сгибаются, расширяются, извиваются (форму можно программировать).

К металлам с памятью формы относятся сплавы нитинол, нитинол-55 (с железом), никелид

титана ВТН-27, сплавы титана ВТ-16, ВТ23 (термообработка по специальному режиму, в 2–3

раза дешевле и в 1,5 раза легче никелида титана), сплав на основе титана с 28–34% марганца и

5–7% кремния, терфенол (магнитострикционный сплав, гасит колебания при низкочастотных

Интеллектуальные полимерные материалы (ИПМ) 57

Сплавы на основе марганца имеют температурный интервал максимальной термочувс-

твительности при 20–40 °С и восстанавливают заданную форму в интервале температур от

Методом порошковой металлургии получены (Fukuda Metal Co.) сплавы системы Cu-Zn-

Al с эффектом памяти формы спеканием (700 МПа, 900 °С, 0,1 %масс. фторида алюминия

порошков сплавов Cu-Zn (70:30), Cu-Al (50:50) и меди (размер зерен 20–100 мкм). Сплав

восстанавливает форму после растяжения на 10%.

При охлаждении сплав переходит в мартенситную фазу, в которой благодаря изменившим-

ся геометрическим параметрам ячеек кристаллической решетки становится пластичным и при

механическом воздействии изделию из сплава с «памятью» (нитинола и др.) можно придать

практически любую конфигурацию, которая будет сохраняться до тех пор, пока температура не

превысит критическую, при которой мартенситная фаза становится энергетически невыгодной,

сплав переходит в аустенитную фазу с восстановлением исходной формы изделия. Однако,

деформации не должны превышать 7–8%, иначе форма не восстановливается полностью.

Разработаны нитиноловые сплавы, которые «помнят» одновременно форму изделий,

соответствующих высоким и низким температурам. Эффект памяти в нитиноловых сплавах

четко выражен, причем диапозон температур можно точно регулировать в интервале от не-

скольких градусов до десятков градусов, вводя в сплавы модифицирующие элементы, однако

запас цикличности, количество управляемых деформаций (итераций) не превышает 2000,

после чего сплавы утрачивают свои свойства.

Токопроводящие волокна, сформированные из филаментов диаметром 50 мкм сплавов

с наночастицами титана и никеля, изменяют длину на 12–13% в течение 5 млн итераций и

используются в искусственных мышцах. Наномускул (Nano Muscle Actuator, фирма Nano

Формы активной памяти 1

Окинув взглядом все рассмотренные нами до сих пор виды памяти, нельзя не заметить то обстоятельство, что во всех этих случаях речь шла о пассивных формах памяти. Запоминание происходит в результате воздействия впечатления, а воля субъекта не играет какой-либо роли в процессе репродукции. Даже не касаясь переживания продолжительности или эйдетического образа — первого потому, что в данном случае речь идет лишь об объективном факте памяти, в котором субъективно от памяти ничего нет, второго же потому, что это — атипичная форма памяти, а рассмотрев лишь факты узнавания и ассоциативной памяти, убедимся, что их ин-

тенсивное проявление возможно и тогда, когда субъект никаких усилий в этом направлении не прилагает. Поэтому данные формы памяти встречаются и на более низкой ступени развития; во всяком случае, ни одна из них не может быть сочтена специфически человеческой формой памяти.

Характерной особенностью человека является волевая активность, и очевидно, что и здесь, точно так же, как при восприятии, специфически человеческие формы памяти предполагают непременное участие воли. И действительно, обратившись к различным случаям памяти человека, убедимся, что всюду сталкиваемся с одним характерным обстоятельством, которое состоит в том, что человек сам вмешивается в процесс запоминания и воспоминания; ему не все равно, что он запомнит и вспомнит, ведь он при этом преследует определенные цели. Следовательно, человеку нужно запомнить определенный материал и вспомнить определенный материал, для чего, конечно, он принимает необходимые меры.

Формы памяти

Эффект памяти формы — явление возврата к первоначальной форме при нагреве, которое наблюдается у некоторых материалов после предварительной деформации.

Одно из базовых восприятий людьми явлений внешнего мира — это стойкость и надежность металлических изделий и конструкций, стабильно сохраняющих свою функциональную форму продолжительное время, если, конечно, они не подвергаются закритическим воздействиям.

Однако существует ряд материалов, металлических сплавов, которые при нагреве, после предварительной деформации, демонстрируют явление возврата к первоначальной форме.

Чтобы понять эффект памяти формы, достаточно один раз увидеть его проявление (см. рис 1). Что происходит?

  1. Есть металлическая проволока.
  2. Эту проволоку изгибают.
  3. Начинаем нагревать проволоку.
  4. При нагреве проволока распрямляется, восстанавливая свою исходную форму.

Почему так происходит? (См. рис. 2)

  1. В исходном состоянии в материале существует определенная структура. На рисунке она обозначена правильными квадратами.
  2. При деформации (в данном случае изгибе) внешние слои материала вытягиваются, а внутренние сжимаются (средние остаются без изменения). Эти вытянутые структуры — мартенситные пластины, что не является необычным для металлических сплавов. Необычным является то, что в материалах с памятью формы мартенсит термоупругий.
  3. При нагреве начинает проявляться термоупругость мартенситных пластин, то есть в них возникают внутренние напряжения, которые стремятся вернуть структуру в исходное состояние, то есть сжать вытянутые пластины и растянуть сплюснутые.
  4. Поскольку внешние вытянутые пластины сжимаются, а внутренние сплюснутые растягиваются, материал в целом проводит автодеформацию в обратную сторону и восстанавливает свою исходную структуру, а вместе с ней и форму.

Эффект памяти формы характеризуется двумя величинами.

В процессе проявления эффекта памяти формы участвуют мартенситные превращения двух видов — прямое и обратное. Соответственно, каждое из них проявляется в своем температурном интервале: МН и МК — начало и конец прямого мартенситного превращения при охлаждении, АН и АК — начало и конец обратного мартенситного превращения при нагреве.

Температуры мартенситных превращений являются функцией как марки сплава (системы сплава), так и его химического состава. Небольшие изменения химического состава сплава (намеренные или как результат брака) ведут к сдвигу этих температур (см. рис. 4).

Отсюда следует необходимость строгой выдержки химического состава сплава для однозначного функционального проявления эффекта памяти формы, что переводит металлургическое производство в сферу высоких технологий.

Эффект памяти формы проявляется несколько миллионов циклов; его можно усиливать предварительными термообработками.

Возможны реверсивные эффекты памяти формы, когда материал при одной температуре «вспоминает» одну форму, а при другой температуре — другую.

Чем выше температуры обратного мартенситного превращения, тем в меньшей степени выражен эффект памяти формы. Например, слабый эффект памяти формы наблюдается в сплавах системы Fe—Ni (5—20 % Ni), у которых температуры обратного мартенситного превращения 200—400 ?C.

Другим явлением, тесно связанным с эффектом памяти формы, является сверхупругость — свойство материала, подвергнутого нагружению до напряжения, значительно превышающего предел текучести, полностью восстанавливать первоначальную форму после снятия нагрузки [1] . Сверхупругость наблюдается в области температур между началом прямого мартенситного превращения и концом обратного.

Лидером среди материалов с памятью формы по применению и по изученности является никелид титана (нитинол) — интерметаллид эквиатомного состава с 55 % Ni (по массе). Температура плавления — 1240—1310 ?C, плотность — 6,45 г/см?. Исходная структура никелида титана стабильная объемно-центрированная кубическая решетка типа CsCl при деформации претерпевает термоупругое мартенситное превращение с образованием фазы низкой симметрии.

Элемент из никелида титана может исполнять функции как датчика, так и исполнительного механизма.

Никелид титана обладает следующими свойствами:

  • очень высокой коррозионной стойкостью;
  • высокой прочностью;
  • хорошими характеристиками формозапоминания; высокий коэффициент восстановления формы и высокая восстанавливающая сила; деформация до 8 % может полностью восстанавливаться; напряжение восстановления при этом может достигать 800 МПа;
  • хорошей биологической совместимостью;
  • высокой демпфирующей способностью.

К недостаткам материала относят плохую технологичность и высокую цену:

  • из-за наличия титана сплав легко присоединяет азот и кислород, для предотвращения окисления при производстве необходимо использовать вакуумирование;
  • оборотной стороной высокой прочности является затрудненность обработки при изготовлении деталей, особенно резанием;
  • в конце XX века никелид титана стоил чуть дешевле серебра.

При современном уровне промышленного производства изделия из никелида титана (наряду со сплавами системы Cu-Zn-Al) нашли широкое практическое применение и рыночный сбыт.

На конец XX века эффект памяти формы был обнаружен более чем у 20 сплавов. Кроме никелида титана эффект памяти формы обнаружен в следующих системах:

  • Au—Cd — разработан в 1951 году в Иллинойском университете (США); один из пионеров материалов с памятью формы;
  • Cu—Zn—Al — наряду с никелидом титана имеет практическое применение; температуры мартенситных превращений в интервале от ?170 до 100 ?C; по сравнению с никелидом титана не подвержен быстрому окислению на воздухе, легко обрабатывается и в пять раз дешевле, но хуже по механическим (вследствие укрупнения зерна при термообработке), противокорозионным и технологическим свойствам (проблемы стабилизации зерна в порошковой металлургии), характеристикам формозапоминания;
  • Cu—Al—Ni — разработан в Осакском университете (Япония); температуры мартенситных превращения в интервале от 100 до 200 ?C;
  • Fe—Mn—Si — сплавы этой системы наиболее дешевые;
  • Fe—Ni;
  • Cu—Al;
  • Cu—Mn;
  • Co—Ni;
  • Ni—Al.

Некоторые исследователи [ кто? ] полагают, что эффект памяти формы принципиально возможен у любых материалов, претерпевающих мартенситные превращения, в том числе и у таких чистых металлов как титан, цирконий и кобальт.

Плавку производят в вакуумно-гарнисажной или электродуговой печи с расходуемым электродом в защитной атмосфере (гелий или аргон). Шихтой в обоих случаях служит йодидный титан или титановая губка, спрессованная в брикеты, и никель марки Н-0 или Н-1. Для получения равномерного химического состава по сечению и высоте слитка рекомендуется двойной или тройной переплав. При выплавке в дуговой печи рекомендуется сила тока в 1,2 кА, напряжение — 40 В, давление гелия — 53 МПа. Оптимальный режим остывания слитков с целью предотвращения растрескивания — охлаждение с печью (не больше 10 ?C/с). Удаление поверхностных дефектов — обдирка наждачным кругом. Для более полного выравнивая химического состава по объёму слитка проводят гомогенизацию при температуре 950—1000 ?C в инертной атмосфере.

Втулка впервые разработана и внедрена фирмой «Рейхем Корпорейшен» (США) для соединения труб гидравлической системы военных самолетов. В истребителе более 300 000 таких соединений, но ни разу не поступило сообщений об их поломках [ источник не указан 1096 дней ] . Внешний вид соединительной втулки показан на рис. 5. Её функциональными элементами являются внутренние выступы.

Применение таких втулок заключается в следующем (см. рис. 6):

  1. Втулка в исходном состоянии при температуре 20 ?C.
  2. Втулка помещается в криостат, где при температуре ?196 ?C плунжером развальцовываются внутренние выступы.
  3. Холодная втулка становится изнутри гладкой.
  4. Специальными клещами втулку вынимают из криостата и надевают на концы соединяемых труб.
  5. Комнатная температура является температурой нагрева для данного состава сплава, при нагревании до которой все происходит автоматически: внутренние выступы восстанавливают свою исходную форму, выпрямляются и врезаются во внешнюю поверхность соединяемых труб.

Получается прочное вакуумплотное соединение, выдерживающее давление до 800 атм. По сути дела этот тип соединения заменяет сварку. И предотвращает такие недостатки сварного шва, как неизбежное разупрочнение металла и накопление дефектов в переходной зоне между металлом и сварным швом.

Кроме того, этот метод соединения хорош для финального соединения при сборке конструкции, когда сварка из-за переплетения узлов и трубопроводов становится труднодоступной. Эти втулки используются в авиационной, космической и автомобильной технике. Этот метод также используется для соединения и ремонта труб подводных кабелей.

Источники:
Две формы памяти
Я хочу выучить наизусть стихотворение и прочитываю его вслух стих за стихом, а, затем повторяю несколько раз. Он запечатлелся в моей памяти. Теперь я пытаюсь дать себе отчет в том, как урок был выучен, и вызываю в своем представлении те фразы, которые я, одну за другою, прошел. Каждое из последовательных чтений встает перед моим умственным взором в своей индивидуальной особенности; я снова вижу его вместе со всеми теми обстоятельствами, которые его сопровождали и в рамку которых оно все еще остается включенным; оно отличается от всех предыдущих и всех последующих чтений уже самим местом, занимаемым им во времени; одним словом, каждое из таких чтений снова проходит передо мною, как определенное событие моей истории.
http://flogiston.ru/library/bergson
Обзор по материалам с памятью формы
Каждый металл и сплав имеет свою кристаллическую решетку, архитектура и размеры
http://energyfuture.ru/obzor-po-materialam-s-pamyatyu-formy
Формы активной памяти 1
Формы активной памяти 1. Произвольная память
http://www.rusmedserver.ru/med/obschaya/182.html
Формы памяти
Эффект памяти формы — явление возврата к первоначальной форме при нагреве, которое наблюдается у некоторых материалов после предварительной деформации. Одно из базовых восприятий людьми
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D1%84%D1%84%D0%B5%D0%BA%D1%82_%D0%BF%D0%B0%D0%BC%D1%8F%D1%82%D0%B8_%D1%84%D0%BE%D1%80%D0%BC%D1%8B

(Visited 3 times, 1 visits today)

Популярные записи:

Козерог мальчик Козерог мальчик Козерог отличается от других даже внешне. Козерог мальчик - ребенок, в котором с… (3)

Красивое письмо парню на расстоянии ЖС ->Среда, 16.05.2018, 09:02 Любовь дарит нам крылья. Бывает ли любовь на расстоянии? Многие ответят,… (3)

Прощать ли измену девушке Прощать ли измену девушкеСтоит ли прощать девушку за измену? Стоит ли прощать девушку за измену?… (3)

Ласковые слова любимому мужчине на ночь 25 красивых пожеланий спокойной ночи любимому Если вы не стесняетесь выражать свои чувства к своему… (3)

Зачем мужчинам нужны яйца Зачем нужен мужчина?Все чаще и чаще современную женщину постигает вопрос, зачем нужен мужчина. В век… (3)



COMMENTS