專利名稱：用于超高機械阻尼的超彈性合金結(jié)構(gòu)幾何形狀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及用于抑制機械振動和機械沖擊震動的方法，更具體而言，涉及 用于抑制機械振動和沖擊震動的材料和結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
通過機械阻尼抑制機械振動噪音和沖擊震動是在材料中廣泛尋找的性質(zhì)，不僅是 作為科學(xué)關(guān)注的問題，也是為了實現(xiàn)新技術(shù)。在尺寸從宏觀尺度到介觀尺度、微觀尺度、甚 至納觀尺度的范圍內(nèi)提出的大量機械和機電系統(tǒng)主要依賴于至少最小的振動和沖擊震動 抑制以維持系統(tǒng)操作的完整性。的確，沒有振動抑制或機械隔離，許多復(fù)雜的機械系統(tǒng)可能 會發(fā)生故障或受損，或者僅僅顯示次最優(yōu)的操作性能。作為一類材料，形狀記憶合金(SMA)已被證實在宏觀尺度系統(tǒng)中表現(xiàn)出機械阻 尼。形狀記憶合金響應(yīng)于溫度或施加應(yīng)力的變化在兩種不同形態(tài)的相之間經(jīng)歷可逆變換。 在宏觀尺度SMA結(jié)構(gòu)中已經(jīng)表明，在這樣的變換期間在這兩相之間的內(nèi)部界面的產(chǎn)生和運 動耗散能量，從而在使用宏觀尺度SMA結(jié)構(gòu)的機械系統(tǒng)中提供機械阻尼。但是，對于許多機械系統(tǒng)而言，常規(guī)的宏觀尺度阻尼結(jié)構(gòu)無效或者甚至不適用。例 如，在微機電系統(tǒng)(MEMS)中機械阻尼的改善目前受到關(guān)注，微機電系統(tǒng)通常基于微電子材 料和平面微制造技術(shù)，并且許多應(yīng)用需要微機電系統(tǒng)無故障地機械運行幾億、甚至幾千億 個機械循環(huán)。這樣的微觀尺度系統(tǒng)以及納觀尺度系統(tǒng)，通常不服從于常規(guī)阻尼結(jié)構(gòu)。盡管阻尼和疲勞特性對于MEMS具有頭等重要性，但是這些性質(zhì)經(jīng)常在折衷的對 立面。例如，通過在空氣中包裝MEMS結(jié)構(gòu)或暴露于環(huán)境空氣，可以形成空氣擠壓膜，其可有 助于結(jié)構(gòu)或直接環(huán)境中的偽機械振動的阻尼。但是，硅MEMS結(jié)構(gòu)可能會因暴露于空氣期間 的氧化機理而疲勞?？梢酝ㄟ^真空包裝而減輕產(chǎn)生的氧化疲勞，但發(fā)現(xiàn)這樣加劇了機械沖 擊和噪音從MEMS組件的使用環(huán)境傳遞到MEMS組件。因此，真空包裝會相應(yīng)降低針對危險 環(huán)境振動的耐久性。因此，在先進傳感和致動MEMS技術(shù)中，結(jié)構(gòu)完整性或機械操作性能之 一經(jīng)常必須因為另一個而讓步。這個例子證實，對于一定尺寸范圍的許多機械系統(tǒng)，如果沒有在針對環(huán)境狀況防 護方面的需求讓步、沒有在操作性能、精度或可靠性方面的限制、或者沒有在系統(tǒng)成功方面 偏向另一種考慮，則機械阻尼要求經(jīng)常不能充分滿足。迄今為止，常規(guī)的機械阻尼構(gòu)造使這 樣的讓步成為必需，因此限制了機械系統(tǒng)在介觀尺度、微觀尺度和納觀尺度范圍的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了常規(guī)機械阻尼構(gòu)造的限制，提供了一種能夠設(shè)置成實現(xiàn)優(yōu)良機械阻 尼和沖擊振動防護的機械阻尼結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的一個方面中，機械結(jié)構(gòu)具有晶體超彈性合 金，晶體超彈性合金的特征在于平均晶粒尺寸且其特征在于由大于特性第一臨界應(yīng)力的機 械應(yīng)力輸入引起的馬氏體相變。超彈性合金的構(gòu)造具有尺度不大于約200微米且不大于合 金的平均晶粒尺寸的合金幾何結(jié)構(gòu)特征。該幾何特征被設(shè)置成接受機械應(yīng)力輸入。通過這種設(shè)置，本發(fā)明的機械結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)超高的阻尼特性和僅幾毫秒量級的響 應(yīng)時間。這些品質(zhì)為新一代更精確和可靠的MEMS和增長中的納觀尺度裝置和系統(tǒng)種類以 及大范圍的介觀尺度和宏觀尺度系統(tǒng)提供了實用的解決方案。本發(fā)明提供一種相應(yīng)的機械阻尼系統(tǒng)，在本發(fā)明的一個方面中，所述系統(tǒng)包括機 械系統(tǒng)和機械支持體，機械應(yīng)力通過所述機械支持體輸入。由至少一種晶體超彈性合金結(jié) 構(gòu)在所述機械系統(tǒng)和所述機械支持體之間提供機械連接，所述晶體超彈性合金結(jié)構(gòu)具有平 均晶粒尺寸且其特征在于由大于特性第一臨界應(yīng)力的機械應(yīng)力輸入引起的馬氏體相變。超 彈性合金結(jié)構(gòu)的構(gòu)造提供合金的幾何結(jié)構(gòu)特征，包括尺度不大于約200微米且不大于平均 晶粒尺寸的結(jié)構(gòu)特征。所述幾何結(jié)構(gòu)特征在此被設(shè)置成接受輸入的機械應(yīng)力。在本發(fā)明的另一個方面中，提供一種機械阻尼系統(tǒng)，其包括具有輸入端的機械殼 體和機械支持體，機械應(yīng)力通過輸入端輸入。由至少一種晶體超彈性合金結(jié)構(gòu)在所述殼體 和所述支持體之間提供機械連接，所述晶體超彈性合金結(jié)構(gòu)具有平均晶粒尺寸且其特征在 于由大于特性第一臨界應(yīng)力的機械應(yīng)力輸入引起的馬氏體相變。超彈性合金結(jié)構(gòu)的構(gòu)造提 供合金的幾何結(jié)構(gòu)特征，包括尺度不大于約200微米且不大于合金的平均晶粒尺寸的結(jié)構(gòu) 特征。所述幾何結(jié)構(gòu)特征被設(shè)置成接受輸入的機械應(yīng)力。從以下的說明、附圖和所附權(quán)利要求書將更清楚本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點。


圖IA是本發(fā)明結(jié)構(gòu)的奧氏體-馬氏體-奧氏體變換循環(huán)中的四種狀態(tài)的示意圖；圖IB是圖IA中描繪的變換循環(huán)的四種狀態(tài)的施加應(yīng)力和相應(yīng)產(chǎn)生的應(yīng)變的曲 線；圖2是本發(fā)明的一定范圍內(nèi)的塊狀宏觀尺度結(jié)構(gòu)和微觀尺度結(jié)構(gòu)的機械阻尼優(yōu) 良指數(shù)的曲線；圖3A-3E分別是本發(fā)明提供的例示超彈性合金微柱、線或纖維、平面結(jié)構(gòu)、開孔泡 沫形狀和管的示意圖；圖4A-4E分別是本發(fā)明提供的例示超彈性合金懸臂、膜、橋、帶和垂直壁的示意 圖；圖5A-5C分別是本發(fā)明提供的例示超彈性合金纖維織物、超彈性合金纖維束和超 彈性合金纖維編織物的示意圖；圖6A是包括根據(jù)本發(fā)明的機械振動阻尼用微柱陣列的機械系統(tǒng)的示意圖；圖6B是機械系統(tǒng)的示意圖，它包括具有根據(jù)本發(fā)明的機械振動阻尼用超彈性合 金微柱、超彈性合金纖維、超彈性合金纖維束和超彈性合金纖維纜的殼體；
圖7A是直徑約為450 μ m的本發(fā)明實驗性超彈性合金纖維的施加應(yīng)力和測量應(yīng)變 的曲線；圖7B是直徑約為^ym的本發(fā)明實驗性超彈性合金纖維的施加應(yīng)力和測量應(yīng)變 的曲線；圖8A-8C是十三個本發(fā)明的實驗性超彈性合金纖維的馬氏體臨界應(yīng)力和奧氏體 臨界應(yīng)力之間的差異隨纖維直徑變化的曲線；圖8D是圖8B數(shù)據(jù)的對數(shù)曲線，加入了微柱的數(shù)據(jù)(其數(shù)據(jù)在圖9A-B中繪制成曲 線)和1.6微米直徑的另外微柱的數(shù)據(jù)(正方形符號)以及來自文獻的宏觀尺度線的數(shù)據(jù) (三角形符號)；圖9A是0. 9微米直徑的本發(fā)明超彈性合金微柱兩個奧氏體-馬氏體-奧氏體變 換循環(huán)的偏轉(zhuǎn)深度隨施加應(yīng)力變化的曲線；和圖9B是本發(fā)明的兩個塊狀超彈性合金晶體和超彈性合金柱的測量應(yīng)變隨施加應(yīng) 力變化的曲線。
具體實施例方式本發(fā)明在于發(fā)現(xiàn)了一類超彈性合金結(jié)構(gòu)，其幾何結(jié)構(gòu)特征尺寸與合金特性結(jié)合產(chǎn) 生了出乎意料的效果，由此在幾何特征的微觀尺度和納觀尺度下，本發(fā)明的合金結(jié)構(gòu)能夠 可逆地耗散超過相應(yīng)塊狀形態(tài)兩倍的機械能，同時機械阻尼性質(zhì)遠超相應(yīng)的宏觀尺度塊狀 材料和結(jié)構(gòu)。如下面詳細說明的，這種由于本發(fā)明的超彈性合金結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的超高阻尼可以 用于大范圍的應(yīng)用，以在機械和機電系統(tǒng)尺寸的宏觀尺度、介觀尺度和微觀尺度中均抑制 機械振動和沖擊震動。本發(fā)明的超彈性合金表現(xiàn)出可逆的相變，包括形狀記憶合金(如，銅基合金，例如 Cu-Al-M合金)以及大范圍的其它下述超彈性合金。本發(fā)明的超彈性合金耗散機械能的基 本機理是通過它們在被稱為奧氏體的高溫相和被稱為馬氏體的低溫相之間的可逆熱彈性 馬氏體變換。在這兩相之間的變換通過原子晶格的快速剪切以產(chǎn)生相應(yīng)的結(jié)構(gòu)形狀變化而 發(fā)生。奧氏體-馬氏體相變也可通過在恒溫下向合金結(jié)構(gòu)施加機械應(yīng)力而誘發(fā)。根據(jù)本 發(fā)明為了耗散超彈性合金結(jié)構(gòu)中的能量而開發(fā)的正是這種機械應(yīng)力誘發(fā)的相變。參照圖1A-1B，描繪了根據(jù)本發(fā)明的例示柱結(jié)構(gòu)的奧氏體-馬氏體相變循環(huán)的各 個階段。在圖IA中，顯示了處在彈性變形的起始狀態(tài)(I)的根據(jù)本發(fā)明提供的奧氏體的柱 10。當(dāng)用充分的力將機械應(yīng)力12施加于該柱以超過臨界應(yīng)力值σ。( σ。對于所選的柱材料、 柱結(jié)構(gòu)幾何形狀和柱尺寸的組合是特性的)時，在原始奧氏體相內(nèi)誘發(fā)與施加應(yīng)力相適應(yīng) 的馬氏體變體14，如圖IA的第二狀態(tài)(II)所示，從而在柱結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生馬氏體-奧氏體界 面。如圖IA的第三狀態(tài)(III)所示，隨著施加應(yīng)力12的維持，馬氏體-奧氏體界面被 驅(qū)動而穿過材料移動，由此可將基本上所有奧氏體變換成馬氏體14。然后，如圖IA的第四 狀態(tài)(IV)所示，當(dāng)施加的應(yīng)力減小時，在柱的機械卸載期間發(fā)生從馬氏體到奧氏體的逆變 換。當(dāng)應(yīng)力完全撤消時，柱恢復(fù)至它在圖IA的起始狀態(tài)(I)。該變換行為的可逆性被稱為 超彈性。超彈性合金結(jié)構(gòu)可通過重復(fù)變換而循環(huán)。
圖IB是在可逆相變期間在諸如圖IA的柱的結(jié)構(gòu)中施加的機械應(yīng)力和產(chǎn)生的相應(yīng) 機械應(yīng)變的概括曲線。這種超彈性合金的應(yīng)力-應(yīng)變曲線顯示與柱加載及卸載施加的機 械應(yīng)力相應(yīng)的特性滯后環(huán)。與圖IA示出的四種變換狀態(tài)的每一個相應(yīng)的機械應(yīng)變在圖IB 的曲線中確定，也確定臨界應(yīng)力值σ。，當(dāng)材料從奧氏體變成馬氏體時，σ。的施加引起狀態(tài) (II)和(III)之間的應(yīng)變大量增大。如圖所示，作為可逆的、可重復(fù)的超彈性材料性質(zhì)的標(biāo) 志，卸載后，合金柱的應(yīng)變反應(yīng)回到循環(huán)開始時的應(yīng)變反應(yīng)。在圖IA描繪的奧氏體-馬氏體-奧氏體的變換循環(huán)中，柱材料的內(nèi)部相界面，即 柱內(nèi)的奧氏體相與馬氏體相之間的界面，在它們的形成和移動期間耗散大部分可獲得的機 械能。圖IB的曲線的滯后環(huán)內(nèi)的面積16是在變換循環(huán)期間由這種在柱內(nèi)的界面形成和運 動所耗散的每單位體積的能量的定量度量。正是柱材料的這種能量耗散提供了在變換循環(huán) 期間吸收震動能量和/或阻尼機械振動的機制。根據(jù)本發(fā)明發(fā)現(xiàn)，具有本發(fā)明指定的幾何特征尺寸并由本發(fā)明的超彈性合金形成 的結(jié)構(gòu)可以在超彈性相變期間耗散格外大量的能量，同時機械阻尼優(yōu)良指數(shù)基本高于相應(yīng) 的塊狀材料。這些特性使得能夠?qū)⒈景l(fā)明的超彈性合金結(jié)構(gòu)組裝到宏觀尺度、微觀尺度和 納觀尺度系統(tǒng)中，重要的是，組裝到MEMS和NEMS中，作為對于振動和震動敏感的應(yīng)用能夠 實現(xiàn)新一代更安全、更可靠的機電系統(tǒng)的微米和納米阻尼器。本發(fā)明的合金結(jié)構(gòu)被動地提 供這些特性，即無需在機械致動或其它操作期間主動控制。在下面的討論中，描述了所發(fā)現(xiàn) 的能夠?qū)崿F(xiàn)這種超高阻尼性質(zhì)的本發(fā)明超彈性合金結(jié)構(gòu)的材料和結(jié)構(gòu)特性以及特征。首先，總體上考慮根據(jù)本發(fā)明的超彈性合金結(jié)構(gòu)耗散的能量的定量分析，在圖IA 的變換循環(huán)中界面的成核和運動期間由相界面耗散的能量可以基于象圖IB那樣(此處針 對本發(fā)明的例示微柱)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線進行評估。對于非線性行為，如超彈性材料(如
形狀記憶合金)所表現(xiàn)出來的，機械阻尼系數(shù)Ψ定義成Ψ = ·^·其中Wmax= α\σ· ε
"max ，09
作為對于應(yīng)力-應(yīng)變循環(huán)中的施加應(yīng)力σ，每單位材料體積的最大儲存機械能而給出， AW = ，作為在圖IB的曲線中在應(yīng)力-應(yīng)變循環(huán)期間取得的滯后環(huán)16的面積而給出， 它表示對于循環(huán)，每單位材料體積耗散的能量。為了總體上比較在本發(fā)明結(jié)構(gòu)的應(yīng)力-應(yīng)變循環(huán)期間的能量耗散結(jié)果與一定范 圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)和材料的阻尼測量，優(yōu)選使用應(yīng)力-應(yīng)變循環(huán)的損耗因數(shù)n或機械阻尼系數(shù)， 或內(nèi)摩擦tan(cp)，其中φ是應(yīng)力-應(yīng)變曲線中應(yīng)變和應(yīng)力之間的滯后相角，因為損耗因數(shù)和 內(nèi)摩擦表示每單位體積耗散的能量。在目前僅考慮正應(yīng)力-應(yīng)變循環(huán)的情況下，機械阻尼 系數(shù)n可定義為
“、Δ妒
_。] 一)冗(1)傳統(tǒng)上，在橫梁彎曲負載或柱體壓縮負載的結(jié)構(gòu)應(yīng)用中，具有每單位體積最大阻 尼的剛性設(shè)計的優(yōu)良指數(shù)(merit index)或品質(zhì)因數(shù)(figure of merit)由下式給出E172 · n (2)其中E是楊氏模量。應(yīng)當(dāng)注意，對于其它結(jié)構(gòu)幾何形狀和負載條件，存在其它關(guān)注 的優(yōu)良指數(shù)，但對于此處的分析，上面的定義足夠。
圖2是對一定范圍內(nèi)的材料和結(jié)構(gòu)而言，由上面表達式(2)定義的結(jié)構(gòu)阻尼品質(zhì) 因數(shù)的曲線。為了建立用于比較的共同基礎(chǔ)，所有繪成曲線的值采用室溫或接近于室溫下 的等溫阻尼，壓縮頻率約為1Hz，實驗條件是在撤銷施加的壓縮應(yīng)力時沒有殘余變形剩余。 從圖2的曲線看出，在傳統(tǒng)上用作高阻尼材料的塊狀材料中，Cu-Mn合金顯示最高的阻尼優(yōu) 良指數(shù)，約為0. 5。在此之下，存在一組阻尼優(yōu)良指數(shù)約為0. 4的高阻尼材料，包括純Cd、共 晶In-Sn和H3-SruTi-Ni塊狀形狀記憶合金和塊狀Cu-Al-Ni單晶，使用宏觀壓縮試驗測量 它們的特性。如圖2的曲線所示，如下面詳細描述的，根據(jù)本發(fā)明提供的兩個實驗性微柱的特 征在于阻尼優(yōu)良指數(shù)約為0.9，這與η =0. 190士0.003的明顯高的機械阻尼損耗因數(shù)相 應(yīng)。提供該數(shù)據(jù)的兩個實驗性微柱由根據(jù)本發(fā)明的Cu-Al-Ni合金形成，柱高度約為5. 3 μ m 和3. 8 μ m,柱直徑約為柱高度的1/3。本發(fā)明的這些超彈性合金微柱的優(yōu)良指數(shù)超過Cu-Al-Ni的相應(yīng)塊狀單晶的兩 倍，并且遠在最高性能的塊狀材料的優(yōu)良指數(shù)之上。根據(jù)發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的微觀尺度結(jié)構(gòu)和納 觀尺度結(jié)構(gòu)所實現(xiàn)的這種出乎意料高的阻尼品質(zhì)因數(shù)不能由相同材料的相應(yīng)塊狀形狀所 預(yù)測；相同材料的塊狀晶體未顯示這種超高阻尼性質(zhì)。因此，一方面，具有微柱幾何特征的 本發(fā)明的合金結(jié)構(gòu)的特征在于，對于上面表達式O)的指數(shù)，機械阻尼的優(yōu)良指數(shù)超過約 0. 5，假設(shè)是柱幾何形狀的剛性和阻尼的最佳組合。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)包括一個或多個由超彈性材料(如形狀記憶合金(SMA))形成的幾 何特征，其特征在于，在合金材料內(nèi)響應(yīng)于施加為臨界相變應(yīng)力O?；蚋哂谂R界相變應(yīng)力 σ。的機械應(yīng)力而形成馬氏體相，σ。是在所選結(jié)構(gòu)形狀中和在應(yīng)力施加的特定溫度下的材 料特性。根據(jù)本發(fā)明采用的材料顯示真正的超彈性變換性質(zhì)，即在完全應(yīng)力-應(yīng)變變換循 環(huán)結(jié)束時回到應(yīng)變起始狀態(tài)，如圖IA那樣。圖IB的應(yīng)力-應(yīng)變曲線顯示應(yīng)變的滯后，這是 本發(fā)明所要求的可逆的、應(yīng)力誘發(fā)的奧氏體-馬氏體-奧氏體變換循環(huán)的標(biāo)志。下表I是在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的超彈性幾何特征中可以采用的例示材料的列表。該表 不是窮盡的，也不是限制性的，可以理解其它已知的材料和待發(fā)現(xiàn)的材料也可按本發(fā)明的 需要使用。本發(fā)明不限于特定的材料，而限于在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)設(shè)置中顯示本發(fā)明的超高阻 尼性質(zhì)的一類材料。表 I
權(quán)利要求
1.一種機械結(jié)構(gòu)，其包括晶體超彈性合金，所述晶體超彈性合金的特征在于平均晶粒尺寸且其特征在于由大于 特性第一臨界應(yīng)力的機械應(yīng)力輸入引起的馬氏體相變；和超彈性合金的構(gòu)造，所述超彈性合金的構(gòu)造提供尺度不大于約200微米且不大于合金 的平均晶粒尺寸的合金幾何結(jié)構(gòu)特征，所述幾何特征被設(shè)置成接受機械應(yīng)力輸入。
2.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中用于引起馬氏體相變的特性第一臨界應(yīng)力小于使結(jié) 構(gòu)塑性變形的塑性變形應(yīng)力。
3.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中幾何結(jié)構(gòu)特征尺度小于超彈性合金的馬氏體區(qū)域的 尺度。
4.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中合金的各個晶粒延伸至超過所述幾何結(jié)構(gòu)特征的一 個自由表面邊緣。
5.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中超彈性合金的特征還在于由機械應(yīng)力輸入減小至特 性第二臨界應(yīng)力以下引起的奧氏體相變，所述幾何結(jié)構(gòu)特征中的第一臨界應(yīng)力和第二臨界 應(yīng)力之間的差異至少為約20MPa。
6.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中超彈性合金包括形狀記憶合金。
7.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中超彈性合金晶粒結(jié)構(gòu)是單晶。
8.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中超彈性合金晶粒結(jié)構(gòu)是多晶。
9.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中超彈性合金的特征在于在約室溫下的奧氏體相。
10.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中超彈性合金含有銅。
11.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中超彈性合金含有鋁。
12.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中超彈性合金含有鎳。
13.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中合金的幾何結(jié)構(gòu)特征的尺度大于約2微米。
14.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中合金的幾何結(jié)構(gòu)特征的尺度不大于約100微米。
15.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中合金的幾何結(jié)構(gòu)特征的尺度不大于約50微米。
16.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中超彈性合金的構(gòu)造包括合金柱，提供作為柱直徑的 幾何結(jié)構(gòu)特征。
17.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中超彈性合金的構(gòu)造包括合金線，提供作為線直徑的 幾何結(jié)構(gòu)特征。
18.如權(quán)利要求17所述的結(jié)構(gòu)，其中所述線的特征在于竹狀晶粒結(jié)構(gòu)，其中晶粒跨過 線直徑延伸。
19.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中超彈性合金結(jié)構(gòu)的構(gòu)造包括合金的帶，提供作為帶 的厚度的幾何結(jié)構(gòu)特征。
20.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中超彈性合金結(jié)構(gòu)的構(gòu)造包括合金的纖維，提供作為 纖維直徑的幾何結(jié)構(gòu)特征。
21.如權(quán)利要求20所述的結(jié)構(gòu)，其中所述纖維的特征在于竹狀晶粒結(jié)構(gòu)，其中晶?？?過纖維直徑延伸。
22.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中超彈性合金結(jié)構(gòu)的構(gòu)造包括合金的懸臂，提供作為 懸臂厚度的幾何結(jié)構(gòu)特征。
23.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中超彈性合金結(jié)構(gòu)的構(gòu)造包括合金的橋，提供作為橋的厚度的幾何結(jié)構(gòu)特征。
24.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中超彈性合金結(jié)構(gòu)的構(gòu)造包括合金的膜，提供作為膜 的厚度的幾何結(jié)構(gòu)特征。
25.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中超彈性合金結(jié)構(gòu)的構(gòu)造包括合金的板，提供作為板 的厚度的幾何結(jié)構(gòu)特征。
26.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中超彈性合金結(jié)構(gòu)的構(gòu)造包括合金的開孔泡沫，提供 作為泡沫孔筋的跨度的幾何結(jié)構(gòu)特征。
27.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中超彈性合金結(jié)構(gòu)的構(gòu)造包括合金的閉孔泡沫，提供 作為泡沫孔表面的厚度的幾何結(jié)構(gòu)特征。
28.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中超彈性合金結(jié)構(gòu)的構(gòu)造包括合金的編織纖維片，提 供作為至少一種纖維的直徑的幾何結(jié)構(gòu)特征。
29.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中超彈性合金結(jié)構(gòu)的構(gòu)造包括合金的纖維束，提供作 為至少一種纖維的直徑的幾何結(jié)構(gòu)特征。
30.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中超彈性合金結(jié)構(gòu)的構(gòu)造包括合金的纖維纜，提供作 為至少一種纖維的直徑的幾何結(jié)構(gòu)特征。
31.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中超彈性合金結(jié)構(gòu)的構(gòu)造包括合金的纖維編織物，提 供作為至少一種纖維的直徑的幾何結(jié)構(gòu)特征。
32.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中合金的幾何結(jié)構(gòu)特征被設(shè)置成吸收來自機械應(yīng)力 輸入的機械沖擊能量。
33.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中合金的幾何結(jié)構(gòu)特征被設(shè)置成阻尼來自機械應(yīng)力 輸入的機械振動。
34.如權(quán)利要求33所述的結(jié)構(gòu)，其中對于所述幾何結(jié)構(gòu)特征而言，機械振動阻尼的特 征在于機械阻尼的優(yōu)良指數(shù)為至少約0. 5。
35.如權(quán)利要求33所述的結(jié)構(gòu)，其中對于所述幾何結(jié)構(gòu)特征而言，機械振動阻尼的特 征在于機械阻尼的優(yōu)良指數(shù)為至少約0. 9。
36.如權(quán)利要求33所述的結(jié)構(gòu)，其中對于所述幾何結(jié)構(gòu)特征而言，機械振動阻尼的特 征在于機械阻尼系數(shù)大于約0. 15。
37.一種機械阻尼系統(tǒng)，其包括機械支持體，機械應(yīng)力通過它輸入；機械系統(tǒng)；和由至少一種晶體超彈性合金結(jié)構(gòu)在所述機械系統(tǒng)和所述機械支持體之間提供的機械 連接，所述晶體超彈性合金結(jié)構(gòu)具有平均晶粒尺寸且特征在于由大于特性第一臨界應(yīng)力的 機械應(yīng)力輸入引起的馬氏體相變，超彈性合金結(jié)構(gòu)的構(gòu)造提供合金的幾何結(jié)構(gòu)特征，包括 尺度不大于約200微米且不大于平均晶粒尺寸的結(jié)構(gòu)特征，所述幾何結(jié)構(gòu)特征被設(shè)置成接 受輸入的機械應(yīng)力。
38.如權(quán)利要求37所述的機械阻尼系統(tǒng)，其中所述至少一種晶體超彈性合金結(jié)構(gòu)包括合金柱。
39.如權(quán)利要求37所述的機械阻尼系統(tǒng)，其中所述至少一種晶體超彈性合金結(jié)構(gòu)包括 合金柱的陣列。
40.如權(quán)利要求37所述的機械阻尼系統(tǒng)，其中所述至少一種晶體超彈性合金結(jié)構(gòu)包括 至少一種合金纖維。
41.如權(quán)利要求37所述的機械阻尼系統(tǒng)，其中所述至少一種晶體超彈性合金結(jié)構(gòu)包括 至少一種合金纖維纜。
42.一種機械阻尼系統(tǒng)，其包括具有輸入端的機械殼體，機械應(yīng)力通過輸入端輸入； 機械支持體；和由至少一種晶體超彈性合金結(jié)構(gòu)在所述殼體和所述支持體之間提供的機械連接，所述 晶體超彈性合金結(jié)構(gòu)具有平均晶粒尺寸且特征在于由大于特性第一臨界應(yīng)力的機械應(yīng)力 輸入引起的馬氏體相變，超彈性合金結(jié)構(gòu)的構(gòu)造提供合金的幾何結(jié)構(gòu)特征，包括尺度不大 于約200微米且不大于合金的平均晶粒尺寸的結(jié)構(gòu)特征，所述幾何結(jié)構(gòu)特征被設(shè)置成接受 輸入的機械應(yīng)力。
43.如權(quán)利要求42所述的機械阻尼系統(tǒng)，其中所述至少一種晶體超彈性合金結(jié)構(gòu)包括合金柱。
44.如權(quán)利要求42所述的機械阻尼系統(tǒng)，其中所述至少一種晶體超彈性合金結(jié)構(gòu)包括 合金柱的陣列。
45.如權(quán)利要求42所述的機械阻尼系統(tǒng)，其中所述至少一種晶體超彈性合金結(jié)構(gòu)包括 至少一種合金纖維。
46.如權(quán)利要求42所述的機械阻尼系統(tǒng)，其中所述至少一種晶體超彈性合金結(jié)構(gòu)包括 至少一種合金纖維纜。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有晶體超彈性合金的機械結(jié)構(gòu)，晶體超彈性合金的特征在于平均晶粒尺寸且其特征在于由大于特性第一臨界應(yīng)力的機械應(yīng)力輸入引起的馬氏體相變。超彈性合金的構(gòu)造具有尺度不大于約200微米且不大于合金的平均晶粒尺寸的合金幾何結(jié)構(gòu)特征。該幾何特征被設(shè)置成接受機械應(yīng)力輸入。
文檔編號C22C19/03GK102124130SQ200980131893
公開日2011年7月13日 申請日期2009年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月9日
發(fā)明者喬斯·M·圣胡安, 克里斯托弗·A·舒, 陳穎 申請人:麻省理工學(xué)院