Вісник НАН України. 2018. № 6. С.19-33
https://doi.org/10.15407/visn2018.06.019

ФІРСТОВ Георгій Сергійович —
доктор фізико-математичних наук, заступник директора з наукової роботи Інституту металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України

ФУНКЦІОНАЛЬНІ МАТЕРІАЛИ З ПАМ’ЯТТЮ ФОРМИ: СУЧАСНИЙ СТАН І ПЕРСПЕКТИВИ ВИКОРИСТАННЯ
За матеріалами наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 21 березня 2018 року

Доповідь присвячено дослідженням функціональних матеріалів з памяттю форми. Зазначено, що промислові сплави з пам’яттю форми мають низку недоліків, а їх застосування в медицині гальмується насамперед їх неповною біосумісністю. В Інституті металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України вперше було створено новітній клас функціональних матеріалів — високоентропійні сплави з пам’яттю форми, які мають поліпшені фізико-механічні характеристики, що дозволяє вийти на новий рівень їх використання не лише в автобудівній, авіакосмічній, енергетичній та видобувній галузях індустрії, а й, що найважливіше, у медичній сфері.
Ключові слова: функціональні матеріали з пам’яттю форми, мартенситні перетворення, високоентропійні сплави.

Фізика фазових перетворень, зокрема мартенситних, що зумовлюють функціональні властивості матеріалів з пам'яттю форми, є важливим сучасним напрямом фізики твердого тіла, фізики металів та матеріалознавства. У функціональних матеріалах мають місце фазові перетворення, за рахунок яких можна використовувати перетворення енергії, що забезпечує відгук (зворотний зв’язок) при зміні незалежних термодинамічних параметрів. Мартенситні перетворення внаслідок певних структурних особливостей можуть супроводжуватися механічними ефектами (надпружність, пам’ять форми, висока демпфірувальна здатність), а речовини, в яких вони відбуваються, дістали загальну назву — матеріали з пам’яттю форми. Серед широкого спектра різноманітних функціональних матеріалів вони впевнено посіли своє місце у середині 1990-х років [1, 2].

Щоправда, чекати цього визнання довелося близько 60 років, оскільки перше повідомлення про незвичну гумоподібну деформаційну поведінку в золото-кадмієвих сплавах зробив шведський учений Арне Оландер ще у 1932 р. [3]. І хоча через 20 років Т. Рід зі співавторами [4, 5] на тому самому сплаві Au–Cd та на In–Tl слушно пов’язали таку поведінку з бездифузійним фазовим перетворенням, ці роботи залишилися непоміченими аж до 1963 р., коли В. Бюлер, Дж. Джілфрич та Р. Вілей [6] опублікували роботу, в якій явище, яке зараз називають ефектом пам’яті форми (shape memory effect), було продемонстровано на інтерметалічній сполуці Ti–Ni. Мабуть, той факт, що цю роботу було виконано в добре відомому й дотепер науково-технічному центрі — U.S. Naval Ordnance Laboratory, а також незвичні для інтерметалідів високі механічні характеристики викликали інтерес у всьому світі не лише до самого матеріалу, який відтоді називають нітинолом (англійська абревіатура Ni–Ti Naval Ordnance Laboratory), а й до ефекту пам’яті форми. З іншого боку, в 1949 р. видатний металофізик Г.В. Курдюмов спільно з професором Л.Г. Хандросом виявив явище термопружної рівноваги при фазових перетвореннях мартенситного типу (ефект Курдюмова), яке він передбачив ще в 1948 р. (статті за цією темою зведено у книзі [7]). Подальші роботи школи Курдюмова стали основою для розуміння механізму відновлення форми.

Повний текст