医用形状记忆合金
出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第1285页（3720字）
“形状记忆”合金，是指具有形状记忆效应的合金器件，在明显的塑性形变之后，经过适当处理，可以回复到它变形前的原始形状。
这种形状的回复，是通过将器件加热到一定的温度来激发的。合金在回复过程中会产生相当大的力，可作不同程度的机械功。
目前最常用的形状记忆合金是55－Nitinol合金，为镍含量在54～56wt%之间的镍钛金属化合物。
是20世纪50年代末，美国海军武器研究所研究镍钛合金时，偶然发现的。镍钛合金的形状记忆过程简述如下：(1)镍钛合金的器件可以是不同尺寸的丝、棒、片、管的锻制件或铸件。(2)把上述器件加工形成所需的“记忆”形状。例如已经铆好的铆钉。(3)把这种所需“记忆”形状，紧固在定位装置中。
(4)进行“记忆”热处理。(5)把经过“记忆”热处理的器件处于中间形状，例如把铆钉铆好的一端拉直，纳入到待铆的铆孔内。
(6)加热(根据合金组成，可控制在－15～150℃之间)进行形状回复到所“记忆”的状态。例如被拉直的铆钉回复到已经铆好的原始形状，完成铆接工艺。
上述记忆过程，根据需要，可以是可逆的，也可以是不可逆的。回复所记忆形状(即回复热处理)的温度为转变温度。
转变温度范围主要取决于合金的化学组成。形状回复温度不仅取决于合金的化学成分，还和它的记忆热处理制度有关。
此外记忆形状的应变程度也能影响合金的形状回复率，如应变不超过8%的限度，器件可以得到完全的回复，低于转变温度范围，这种合金则有高度的延性，可在700～1400kg／cm2应力下塑性形变。在转变温度范围以上的合金，则变得相当坚硬，不易屈服。
镍钛记忆合金除了独特的形状记忆特性外，和医学有关的其他主要性能如下：
1．熔点(℃) 1240～1310
2．比重(g／cm3) 6．45
3．比电阻(μΩ－cm)25℃ 80
900℃ 132
4．线膨胀系数 24－900℃
10．4×10－6／℃
5．导磁率 ＜1．002
6．硬度 RA65～68
7．抗拉强度极限(MPa) 560～960
8．屈服强度(MPa) 137～226
9．弹性模量(MPa) 70000～81000
10．伸长率(%) 60
11．疲劳强度极限2．5×107Cy1(MPa) 480
12．冲击强度(m－kg)24℃ 3．3
由上述性能可见，该合金具有高于钴铬金合金的强度。从屈服强度和弹性模量所反映的高回弹性，表明其具有在宽跨距间挠曲而不发生永久变形的性能。此外，在低、常温下化学稳定性好，具有较佳的抗腐蚀性。
国外医学方面的实验和应用：由于口腔医学的特殊临床条件，几乎与工业设计应用开始的同时，就把镍钛合金丝应用于口腔正畸。目前美国已有专门厂商生产多种类型的镍钛正畸弓系。骨科方面美国和日本先后在1976年和1981年报导了镍钛记忆合金在动物体内植入的实验。
他们设计了骨折固定用的骨接合板、人工关节、脊柱校正棒、骨栓和髓内针等。美国在狗体内使用镍钛合金作腔静脉滤器获得成功。
日本采用镍钛合金辅助夹，配合银夹扩大了脑动脉瘤夹，具有可局部加热而简便取出的优点。美国用镍钛线平行地横辐向排列，以结扎线连接，设计了在人工心脏样机用的收缩性人工肌肉，在狗和小牛身上实验。
此外，还有设计用于人工肾用瓣，宫内避孕器和颌骨固定等。
中国医学方面的实验和应用：研究起步迟，但发展较快。
1978年上海第二医学院(薛淼等)向上海钢铁研究所(杨海波)提出共同协作进行镍钛记忆合金医学应用研究课题。进行了医用镍钛合金锻制材料的研制，转变温度和热处理制度探索，材料加工，各项涉及安全性的医学基础实验，口腔各科，骨科，整复外科和妇产科有关记忆器件设计、模拟临床实验和临床研究等工作。
模拟腐蚀试验表明这种合金为极强级，符合在口腔内和体内应用的要求(薛淼等)。体外细胞在合金表面生长良好(张彩霞)。在60只大白鼠皮下骨内植入10月表明，该合金在生物体内对局部组织无损害，植入体未见腐蚀、变色和细胞毒性迹象，局部未见肿瘤产生(薛淼、潘家琛等)。合金埋入狗体内前后，皮毛微量镍元素未见增加(薛淼、陈志祥、汪学明等)。
在此基础上，上海第二医科大学及其附属机构，于1981年起，口腔矫形科(楼昭华)，口腔颌面外科(泮家琛、泮可风)，骨科(戴克戎、杨佩君)，整复外科(王德昭)，妇产科(薛培)等分别设计了正畸弓丝和卡环，加压骑缝钉，双杯型髋假体，压缩钢板螺丝钉，盲铆钉及颅骨板以及输卵管夹，分别应用于儿童牙矫正、颌骨肿瘤截除后移植骨内固定，下颌骨骨折固定、下颌前突畸形升技矢状劈开矫正，各种骨折内固定、髋关节炎、石骨症、髋畸形强直、髋脱位等矫治，颅骨、额骨缺损修复和女性绝育等，获得较满意的治疗效果。北京口腔医院(鲍燕治)和北京有色金属研究院在1983年报导了以镍钛记忆合金的正畸临床研究，经临床大量应用，效果满意，此外天津冶金材料研究所等单位也在进行镍钛记忆合金的医学应用研究。
国内外水平比较。(1)在材料本身的基础研究方面：W．J．Buehler发现镍钛合金的形状记忆效应后，国外对形状记忆合金的马氏体记忆的本质，开始了大量的基础研究工作。而中国则是先应用，取得一定效果后才开始做微观机理方面的研究工作。(2)材料加工方面：国外医用形状记忆合金的器件，已有专门厂商经营，产品水平较高，有的厂商还提供器件设计的咨询。
而中国在这方面，和其他医用材料的情况类似，其加工的条件和水平都较差。研制材料部门本身缺乏加工能力。
特别是这方面的医用器件，在形成生产能力方面与国外差距极大。(3)医学基础研究方面：国外镍钛记忆合金的医学基础研究的报导并不多，似乎只着重在动物内植入后的组织学观察。相比之下，中国虽在这方面迟了4～5a，但所进行的生物相容性等安全性研究工作都具有一定的水平，其中几项看来国外尚未做过。(4)临床研究和应用方面：国内外各有千秋。
国外的凝血滤器、脑动脉瘤夹、人工肌肉等方面(多属临床前试验)中国尚未开展。但中国的加压骑缝钉、输卵管夹、双杯髋假体、颅骨修复等(都已临床应用)在国外迄今尚未见临床报导。国外的器件设计较我们复杂些；国外有的医用器件产品如正畸弓丝，已形成生产能力，而中国所有医用记忆器件都未超过中试水平。
。【参考文献】：
1 Buehler W J. US Patent, 3174851,1965
2 Buehler W J. Journal of Applied Physic. , 1968,34(5):1475 ～1477
3 WaymanC M. Journal of Metals,1972,6:175～183
4 Andreasen G F. American Journal of Orthodontics, 1978,73 (1):l42～151
5 清水谦一．日本金属学会会报，1978，17(1)：5～9
6 薛淼．口腔医学，1(1)：40～43
7 薛淼．中华医学杂志，1982，62(12)：758
8 薛淼．上海第二医学院学报，1982，2(2)：31～35
9 鲍燕贻．中华口腔科杂志，1983，18(1)：15～18
(上海生物材料研究中心薛淼教授撰)