Que sont les matériaux à mémoire de forme ?

Aujourd'hui, nous vous apportons sur notre blog un type de matériau avec une importance croissante, et ce n'est autre que les matériaux à mémoire de forme.

Ces matériaux ont la particularité de pouvoir se déformer, puis de retrouver leur forme d'origine lors de l'application d'un stimulus externe (généralement la température). Comme nous l'avons mentionné il y a quelque temps dans un autre article , c'est un matériau intelligent .

Como ejemplo, ¿a quién no se le ha doblado un cubierto o un alfiler ? ¿Os imagináis que con dejarlos en el radiador recuperaran su forma original? Con este tipo de materiales es possible, y sus ventajas no se quedan ahí.

Qu'est-ce que c'est ?

Comme nous l'avons mentionné, les matériaux à mémoire de forme, après avoir subi une déformation, peuvent retrouver leur forme d'origine. Si nous le décrivons ainsi, son comportement semble similaire à celui des matériaux élastiques, mais en réalité, ils sont très différents. Sa particularité réside dans le fait que lorsque la force qui provoque la déformation disparaît, sa forme déformée est maintenue et il est nécessaire d'élever la température du matériau pour qu'il revienne à son état d'origine.

Cette reprise de la forme d'origine avec la température est due à la modification de la structure interne du matériau. Ces matériaux ont tendance à avoir un arrangement laminaire et fibrillaire à basse température , qui permet facilement des déformations , car certaines feuilles peuvent bouger par rapport à d'autres; c'est ce qu'on appelle l'état martensitique. Lorsqu'il est chauffé , le matériau lui-même commence à avoir une disposition cubique beaucoup plus rigide, ce qui ne permet plus le mouvement du matériau et donc ni les déformations; C'est ce qu'on appelle l'état austénitique. Cette transition de la structure laminaire à la structure cubique a une force telle qu'elle redonne au matériau sa forme d'origine et défaire toutes les déformations subies. Une fois la température abaissée à nouveau, le matériau est à nouveau disposé sous une forme laminaire et peut être à nouveau déformé. Ce processus est typique de l'arrangement atomique du matériau, ce qui signifie qu'il peut être répété un nombre incalculable de fois sans affecter son comportement, et ainsi éviter, par exemple, des ruptures mécaniques dues à l'usure ou à la fatigue des capteurs ou des vannes.

À quoi servent les matériaux à mémoire de forme dans l'entreprise ?

Pour faire passer ces matériaux de la phase martensitique à la phase austénitique, comme nous l'avons dit, il est nécessaire d'augmenter leur température. Ceci peut être réalisé en fournissant de la chaleur , ou très commodément, en appliquant de l'électricité . Le fait que la température de ces matériaux puisse être augmentée ou diminuée grâce à l'électricité, comme nous l'avons dit, en fait des candidats idéaux pour jouer le rôle d'actionneurs ou de capteurs. La récupération des déformations est toujours la même à la même température, ce qui signifie qu'elles peuvent servir d'actionneurs et de capteurs très précis. De plus, les déformations qui se produisent habituellement dans ces matériaux s'effectuent plus rapidement que dans d'autres types de matériaux utilisés régulièrement dans ces types d'applications.

Nous avons discuté du fait que les matériaux qui changent de forme peuvent retrouver leur forme d'origine lorsqu'ils sont soumis à la chaleur, puis peuvent être à nouveau déformés. Ceci est très pratique pour certaines applications, mais dans d'autres comme les actionneurs, il s'agit de passer d'une position à une autre, les deux étant fixes. Est-ce possible? La réponse est oui, c'est possible, car il existe des matériaux à changement de forme qui présentent deux mémoires de forme à des températures différentes . Cela permet de régler la géométrie du matériau à deux températures différentes et connues, ce qui est très pratique.

Types de matériaux de forme

Les matériaux à mémoire de forme les plus largement utilisés à ce jour sont ceux de nature métallique . Parmi eux, le soi-disant Nitinol (alliage de nickel et de titane), est l'un des plus utilisés en raison de ses bonnes propriétés. Même ainsi, il existe d'autres alliages métalliques qui ont également une mémoire de forme, tels que les alliages de cuivre, de zinc et d'aluminium (Cu-Zn-Al); Cuivre, Aluminium et Nickel (Cu-Al-Ni); o Fer, Manganèse et Silicium (Fe-Mn-Si).

Jusqu'à récemment, ces types de matériaux n'étaient obtenus que de nature métallique, mais les recherches dans ce domaine qui ont eu lieu ces dernières années ont conduit à l'apparition de plastique matériaux à mémoire de forme. Ceux-ci, en raison de leur nature plastique, sont très prometteurs, par exemple dans les applications où des pièces plus légères sont souhaitées. De plus, les matériaux plastiques à forme changeante ou auto-cicatrisants ont des propriétés similaires aux matériaux à mémoire de forme.

D'autres types de matériaux de forme qui sont encore à l'étude et dont l'utilisation ne s'est pas étendue aussi largement sont les céramiques à mémoire de forme. et à mémoire de forme matériaux ferromagnétiques . Néanmoins, nous sommes sûrs qu'à l'avenir, tous ces types de matériaux auront un grand impact.

Applications

Nous vous montrons ici quelques exemples de son application :

L'une des applications qui commence à se développer actuellement consiste à utiliser ces matériaux pour joindre des tuyaux , sans besoin de soudure. Le principe utilisé est simple, vous prenez un matériau à mémoire de forme, vous le placez à l'intérieur des tubes, puis vous lui appliquez de la chaleur pour qu'il retrouve sa forme d'origine, avec un diamètre plus important, afin de fixer solidement les tubes. La pression même exercée par la matière depuis l'intérieur des tubes les fait coller entre eux et il est très difficile de les séparer, dans certains cas ils résistent mieux que les soudures.

Le même principe est utilisé par exemple dans le secteur de la santé pour ouvrir les obstructions dans le corps. De petits stents sont construits qui peuvent être insérés dans des veines ou des artères bloquées, et lorsqu'ils sont en contact avec la chaleur corporelle, ils se dilatent, permettant au sang de traverser à nouveau.

Ce sont quelques applications de ces matériaux dans des géométries tubulaires, mais leur domaine d'application et de géométries possibles est très large. Par exemple, il peut être appliqué aux carrosseries de voitures ou d'avions , pour modifier leur géométrie pendant qu'ils circulent et donc améliorer leur aérodynamisme , réduisant ainsi la quantité de carburant qu'ils utilisent. Si l'on pense aux actionneurs, dont la fonction est de se déplacer d'une position à une autre, la grande majorité à l'avenir pourrait être faite de matériaux qui changent de forme !

Actuellement, nous pouvons trouver des matériaux à mémoire de forme dans les équipements médicaux et fournitures de soins de santé, des implants dentaires aux outils chirurgicaux (ils sont faciles à stériliser). Aussi dans les objets du quotidien , comme les soutiens-gorge à armatures, qui utilisent la propre chaleur corporelle pour retrouver leur forme, ou dans les matelas, qui reprennent leur forme après avoir subi des déformations dues au fait de s'asseoir dessus. Comme ces matériaux sont légers, résistants et capables de fonctionner à des températures élevées, ils sont également largement utilisés dans les composants aérospatiaux comme les fusées et les sondes spatiales.

En raison de toutes les applications possibles et des avantages que présentent ces matériaux, nous pensons que dans les années à venir, ils donneront beaucoup à dire et nous les retrouverons de plus en plus dans de plus en plus de produits sans nous en rendre compte, car ils sont en plein essor et sont de plus en plus étudiées.

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