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형상기억합금은 어떤 원리로 만들어진 건지 궁금합니다.

안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 형상기억합금의 원리를 간략히 말하자면, 고온의 모상과 저온의 마르텐사이트상에서 결정배형이 현저히 달라 저온측에서 형태에 변형을 가해도 일정한 온도(역변태 온도)이상으로 가열하면 본래의 형태(모상)으로 돌아오는 현상이다. 마르텐사이트(Martensite)는 탄소와 철 합금에서 담금질을 할때 생기는 준안정한 상태이다. 강철을 담금질하면 고온에서 안정된 오스테나이트로부터 실온에서 안정한 α철과 시멘타이트로 구성되는 조직으로 변화하는 변태가 일부 저지되어 단단한 조직으로 되는데, 이것이 마르텐사이트이다. 결정학적으로 γ철과 α철의 중간이며 체심입방격자인데, 그 장축(長軸)과 밑면의 정사각형 변과 비율인 축비(軸比)는 조건에 따라 변한다. 강철의 조직 중에서 가장 단단한 조직이다.마르텐사이트는 현미경으로 보면 가는 침상조직으로 되어 있다. α와 β의 두 가지가 있는데, 담금질한 강철에 나타나는 α마르텐사이트는 저온에서 뜨임처리하면 β로 변한다. α는 축비가 1.03~1.07인 입방결정이며, β는 이것에서 시멘타이트로서 과잉의 탄소를 석출하는 과정에서 생긴 것이다. 마르텐사이트 변태가 시작되는 온도는 탄소량에 의해 결정되므로 마르텐사이트 온도(Ms점)라 하는데, 마르텐사이트 변태는 이 온도 이하로 떨어질수록 진척되며, 다시 가열해도 원상태로 돌아오지 않는다. 그러나 일정 온도 이하가 되면 오스테나이트에서 마르텐사이트로의 변화가 일어나지 않게 된다. 이 온도를 Mf점이라고 한다. 탄소량 0.3%인 강에서는 Ms점이 약 350℃이고, 탄소량이 많아지고 합금원소가 가해지면 Ms점은 낮아진다.정리하자면, 모상 상태에서 합금을 Ms 이하로 냉각하여 완전히 마르텐사이트로 만든뒤 Mf이하의 온도에서 휜다. Mf이하의 온도에서는 변형하는 힘을 제거해도 형태가 원래대로 되돌아가지 않지만, 온도를 올려 As 이상으로 하면 역변태에 의해 형태가 원래대로 되돌아가기 시작하고 Af 이상으로 하면 완전히 원래의 상태로 복구된다. 이것이 형상기억 효과이며, 합금은 모상의 형상을 기억하고 있다.출처 : 형상기억합금의 원리, 특징, 응용 : 네이버 블로그 (naver.com)

학문 / 전기·전자

23.03.18

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