DE102013223084A1

DE102013223084A1 - Hohle superelastische formgedächtnislegierungspartikel

Info

Publication number: DE102013223084A1
Application number: DE201310223084
Authority: DE
Inventors: Alan L. Browne
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-11-27
Filing date: 2013-11-13
Publication date: 2014-05-28
Also published as: CN103831434A

Abstract

Hierin werden hohle superelastische Formgedächtnislegierungspartikel offenbart. Ein Beispiel für den hohlen superelastischen Formgedächtnispartikel umfasst einen Außenmantel aus einer Formgedächtnislegierung mit einer Austenit-Endtemperatur (Af), die niedriger als eine Temperatur ist, die bei einer Anwendung auftritt, bei der der Partikel verwendet wird, so dass die Formgedächtnislegierung eine durch mechanische Spannung induzierte Superelastizität aufweist. Der hohle superelastische Formgedächtnispartikel umfasst auch einen hohlen Innenabschnitt, der zumindest teilweise von dem Außenmantel umgeben ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein hohle superelastische Formgedächtnislegierungspartikel.
HINTERGRUND
Eine Formgedächtnislegierung ist ein Legierungsmaterial, das verformt werden kann und dann zu seiner ursprünglichen Form vor der Verformung zurückkehren kann, wenn es einem geeigneten Reiz (z. B. Wärme) ausgesetzt wird. Formgedächtnislegierungen können Einwegmaterialien sein, die sich an eine einzige Form erinnern und die einer Verformung bedürfen, um zum Beispiel eine Niedertemperaturform zu erzeugen. Formgedächtnislegierungen können auch Zweiwegmaterialien sein, die sich an zwei verschiedene Formen erinnern, zum Beispiel eine bei niedrigen Temperaturen und eine bei hohen Temperaturen.
ZUSAMMENFASSUNG
Hierin werden hohle superelastische Formgedächtnislegierungspartikel offenbart. Ein Beispiel für das hohle superelastische Formgedächtnispartikel umfasst einen Außenmantel aus einer Formgedächtnislegierung mit einer Austenit-Endtemperatur (A_f), die niedriger als eine Temperatur ist, die man bei einer Anwendung findet, bei der das Partikel verwendet wird, so dass die Formgedächtnislegierung eine durch mechanische Spannung induzierte Superelastizität aufweist. Das hohle superelastische Formgedächtnispartikel umfasst auch einen hohlen Innenabschnitt, der zumindest teilweise von dem Außenmantel umgeben ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Merkmale und Vorteile von Beispielen der vorliegenden Offenbarung werden durch Heranziehen der folgenden ausführlichen Beschreibung und der Zeichnungen, bei denen gleiche Bezugszeichen ähnlichen, wenngleich vielleicht nicht identischen, Komponenten entsprechen, deutlich. Der Kürze halber können Bezugszeichen oder Merkmale mit einer zuvor beschriebenen Funktion in Verbindung mit anderen Zeichnungen, in denen sie vorkommen, beschrieben werden, müssen es aber nicht.
1 ist ein Diagramm einer auf mechanischer Spannung und Temperatur basierenden Phase für eine Formgedächtnislegierung;
2 ist eine schematische Querschnittdarstellung des Verhaltens eines Beispiels des hierin offenbarten hohlen superelastischen SMA-Partikels;
3 ist eine Querschnittansicht eines Beispiels des hohlen superelastischen SMA-Partikels mit einer unregelmäßigen geometrischen Form;
4 ist eine Querschnittansicht eines Beispiels des hohlen superelastischen SMA-Partikels mit in dem Außenmantel ausgebildeten Poren;
5 ist eine Querschnittansicht eines Beispiels des hohlen superelastischen SMA-Partikels mit einem unvollständigen Außenmantel; und
6 ist eine Querschnittansicht eines Beispiels des hohlen superelastischen SMA-Partikels mit einem Außenmantel mit einer variierenden Wanddicke.
EINGEHENDE BESCHREIBUNG
Ein Beispiel/Beispiele der hohlen superelastischen Formgedächtnislegierungs-(SMA)-Partikel, wie sie hierin offenbart werden, kann/können in verschiedensten Anwendungen verwendet werden. Zum Beispiel können die Partikel als Zusätze in magnetorheologischen Fluiden (MR-Fluiden), Klebstoffen (z. B. beim Verbinden verwendet), rutschhemmenden Beschichtungen etc.; oder als Füllstoffe in Konstruktionsteilen (z. B. Verbundplatte oder -strukturen, Gummierzeugnisse wie etwa Motoraufhängungen, Buchsen etc. und/oder dergleichen); oder als Schutzverkleidung oder Unterschicht bei Sportartikeln; oder als Energieabsorber in einer Crashbox; etc. verwendet werden. Es ist auch vorstellbar, dass die hohlen superelastischen Formgedächtnislegierungspartikel in verschiedenen Branchen, zum Beispiel einschließlich der Automobilbranche, des Baugewerbes und der Luftfahrtbranche, brauchbar sein können.
In grafischen Darstellungen von mechanischer Spannung gegen Dehnung erzeugt jede zyklische Änderung der mechanischen Spannung in der Darstellung eine Schleife. Die Fläche dieser Schleife ist gleich der als Wärme dissipierten mechanischen Energie. Es wurde festgestellt, dass während einer superelastischen Vorformung (die nachstehend näher erläutert wird) innere Grenzflächen zwischen den Austenit- und Martensitphase während ihrer Verformung und Bewegung einen erheblichen Betrag verfügbarer mechanischer Energie dissipieren. Man meint, dass bis zu 90% Energiedissipation aufgewiesen werden kann. Man meint auch, dass die Dissipation der mechanischen Energie der superelastischen SMA gewisse mechanische Dämpfungseigenschaften verleihen kann. Man meint, dass die hierin offenbarten hohlen superelastischen SMA-Partikel aufgrund zumindest zum Teil des Vorhandenseins dieser Dämpfungseigenschaften zum Dämpfen von Schallwellenausbreitung und/oder Schwingung vorteilhaft in kraftfahrzeugtechnische oder andere bauliche Elemente integriert werden können. Zum Beispiel können die trockenen hohlen superelastischen SMA-Partikel in einen einzwängenden Zylinder gepackt werden, um Energie durch Hubbewegung zu dissipieren. Die eingefüllten trockenen hohlen superelastischen SMA-Partikel können auch als Isolierungselement (z. B. für Sitze und Ausstattung) zur Minderung von Explosions-, Zusammenstoß- und/oder Aufprallvorgängen verwendet werden.
Man meint auch, dass die hierin offenbarten hohlen superelastischen SMA-Partikel als Zusatz zu den MR-Fluiden aufgenommen werden können, um die Scherfestigkeit und somit die Hubbewegungskräfte in einer MR-Kolben/Dämpfer-Konfiguration zu verbessern. Die einem MR-Fluid zugegebenen hohlen superelastischen SMA-Partikel können auch als Isolierungselement für die Minderung von Explosions-, Zusammenstoß- und/oder Aufprallvorgängen verwendet werden.
In einem Beispiel meint man, dass die SMA sowohl niedrige als auch hohe Frequenzen dämpfen kann, wie etwa von etwa 1 Hz bis etwa 200 Hz bei Schwingungen (z. B. durch die Fahrbahn induzierte Schwingungen) und von etwa 20 Hz bis etwa 20.000 Hz bei akustischen Frequenzen. Ein Dämpfen kann über breiten Bereichen erreicht werden, zum Beispiel wenn mehrere der hohlen superelastischen SMA-Partikel mit einer Größenstreuung genutzt werden (d. h. größere und kleinere Partikel) und/oder wenn mehrere hohle superelastische SMA-Partikel mit einer Wanddickenstreuung genutzt werden (d. h. hohle Partikel mit dünneren Wänden und hohle Partikel mit dickeren Wänden).
Superelastische SMA sind, wenn sie sich in dem superelastischen Zustand befinden, hoch verformbar und weisen Formgedächtniseigenschaften auf, d. h. sie haben die Fähigkeit, nach der Verformung ihre ursprüngliche Geometrie zurückzugewinnen, wenn sie einem geeigneten Reiz ausgesetzt werden (d. h. wenn die mechanische Spannung, die die Verformung verursacht, entfernt wird). Man meint, dass die hohlen superelastischen SMA-Partikel in den hierin offenbarten Beispielen eine hohe Verschleißbeständigkeit, eine hohe Festigkeit, eine hohe Zyklusermüdungslebensdauer, eine hohe Bruchzähigkeit und/oder eine hohe mechanische Hysterese aufweisen können (d. h. beim Dämpfen von Schwingungen und Reduzieren von Schallübertragung/-ausbreitung wirksam sind). Abhängig von der Anwendung, bei der die Partikel verwendet werden, können die Partikel auch die Suspensionsstabilität steigern (d. h. das Absetzen von magnetischen Partikeln in einem MR-Trägerfluid reduzieren, ohne in dem Fluid ein Absetzverhinderungsmittel verwenden zu müssen) und/oder die Streckspannung verbessern.
Ferner meint man, dass die superelastischen SMA-Partikel mit einer hohlen geometrischen Form das Gesamtgewicht des Gegenstands reduzieren, in dem sie enthalten sind, und dass sie auch die strukturelle Lebensdauer des Gegenstands, z. B. als Reaktion auf eine physikalische Einwirkung, verbessern können. Während sie beispielsweise eine durch mechanische Spannung induzierte Superelastizität (die nachstehend näher beschrieben wird) aufweist, verbessert die SMA die Energieabsorption (z. B. durch die Biegsamkeit der hohlen SMA-Partikel), wenn der Gegenstand irgendeiner physikalischen Einwirkung ausgesetzt wird. Die Verbesserung der Energieabsorption kann somit eine Effizienz des Gegenstands bei Zusammenstoß steigern, was wiederum die Elastizitätsgrenze und die äußerste Dehnung steigern kann (d. h. die Dehnung, der der Gegenstand oder das Material unterzogen werden kann, bevor die Dehnung die strukturelle Unversehrtheit des Elements aufhebt). Auf diese Weise kann der die superelastische SMA umfassende Gegenstand in der Lage sein, Energie zu dissipieren und zu absorbieren, die höheren Energieeinwirkungen zugeordnet ist, als solche Gegenstände, die die superelastischen SMAs nicht umfassen.
Es ist allgemein bekannt, dass SMAs eine Gruppe von Metallmaterialien sind, die zu einer festgelegten Form, Größe etc. zurückkehren können, wenn sie einem geeigneten Reiz ausgesetzt werden. SMAs durchlaufen Phasenumwandlungen, bei denen die Streckgrenze (d. h. die mechanische Spannung, bei der ein Material eine spezifizierte Abweichung von der Proportionalität von mechanischer Spannung und Dehnung aufweist), die Steifigkeit, das Maß und/oder die Form als Funktion von Temperatur geändert werden. Bei der Niedertemperatur- oder Martensit-Phase befindet sich die SMA in einer verformbaren Phase, und bei der hohen Temperatur der Austenit-Phase kehrt die SMA zu der erinnerten Form (d. h. vor der Verformung) zurück. SMAs sind auch durch mechanische Spannung induzierte SMAs (d. h. superelastische SMAs), die hierin nachstehend weiter beschrieben werden.
Wenn sich die Formgedächtnislegierung in der Martensitphase befindet und erwärmt wird, beginnt sie, in die Austenitphase zu wechseln. Die Austenit-Starttemperatur (A_s) ist die Temperatur, bei der dieses Phänomen einsetzt, und die Austenit-Endtemperatur (A_f) ist die Temperatur, bei der dieses Phänomen vollständig ist. Wenn sich die Formgedächtnislegierung in der Austenitphase befindet und abgekühlt wird, beginnt sie, in die Martensitphase zu wechseln. Die Martensit-Starttemperatur (M_s) ist die Temperatur, bei der dieses Phänomen einsetzt, und die Martensit-Endtemperatur (B_f) ist die Temperatur, bei der dieses Phänomen endet.
1 veranschaulicht ein Diagramm einer auf mechanischer Spannung und Temperatur basierenden Phase für eine Formgedächtnislegierung. Die horizontale SMA-Linie stellt den temperaturbasierten Phasenübergang zwischen dem martensitischen und dem austenitischen Zustand bei einem willkürlich gewählten Wert der mechanischen Spannung dar. Diese Linie zeigt mit anderen Worten die hierin vorstehend beschriebene temperaturbasierte Formgedächtniswirkung.
Superelastizität (SE) tritt auf, wenn die SMA bei einer Temperatur, die über der A_f der SMA liegt, mechanisch verformt wird. In einem Beispiel ist die SMA von der A_f der SMA bis zu etwa A_f plus 50°C superelastisch. Die Formulierung des SMA-Materials kann somit so gewählt werden, dass der Bereich, in dem die SMA superelastisch ist, bei einer Anwendung, bei der die hohlen superelastischen SMA-Partikel verwendet werden, einen größeren Teil eines interessierenden Temperaturbereichs überspannt. Zum Beispiel kann es wünschenswert sein, eine SMA mit einer A_f von 0°C zu wählen, so dass die Superelastizität des Materials bei Temperaturen aufgewiesen wird, die von 0°C bis etwa 50°C reichen. Andere Beispiele für geeignete SMA-Materialien weisen eine Austenit-Endtemperatur A_f auf, die von einer Tieftemperatur (z. B. –150°C) bis über 150°C reicht.
Diese Art der Verformung (d. h. mechanische Verformung bei einer Temperatur, die über der A_f der SMA liegt) bewirkt eine durch mechanische Spannung induzierte Phasenumwandlung von der Austenitphase zu der Martensitphase. Das Anlegen von ausreichend mechanischer Spannung, wenn sich eine SMA in ihrer Austenitphase befindet, lässt die SMA zu ihrer Martensitphase mit niedrigerem Modul wechseln, bei der die SMA bis zu 8% ”superelastische” Verformung aufweisen kann (d. h. rückbildbare Dehnungen in der Größenordnung von bis zu 8% sind erreichbar). Die durch mechanische Spannung induzierte Martensitphase ist bei Temperaturen über der A_f instabil, so das ein Entfernen der angelegten mechanischen Spannung die SMA zu ihrer Austenitphase zurückwechseln lässt. Das Anlegen einer extern angelegten mechanischen Spannung bewirkt ein Ausbilden der Martensitphase bei Temperaturen, die höher als die Martensit-Starttemperatur ist, die einem Zustand von null mechanischer Spannung zugeordnet ist (siehe 1). Somit ist die Martensit-Starttemperatur (M_s) eine Funktion der angelegten mechanischen Spannung. Superelastische SMAs können mehrere Male mehr als gewöhnliche Metalllegierungen gedehnt werden, ohne plastisch verformt zu werden. Diese Eigenschaft wird aber über einem spezifischen Temperaturbereich von A_f bis A_f plus 50°C beobachtet, und die größte Rückbildungsfähigkeit tritt innerhalb dieses Bereichs auf. Ein Beispiel der Verformung und anschließenden Formrückbildung eines hohlen superelastischen SMA-Partikels 10A ist in 2 gezeigt.
Die Temperatur, bei der die SMA sich an ihre Hochtemperaturform erinnert, kann zum Beispiel durch Ändern der Zusammensetzung der Legierung und durch Wärmebehandlung modifiziert werden. Die Zusammensetzung einer SMA kann gesteuert werden, um eine A_f vorzusehen, die unter der Betriebstemperatur der Anwendung liegt, bei der die Partikel verwendet werden, so dass sich die SMA-Partikel superelastisch verhalten, wenn ausreichend mechanische Spannung angelegt wird. In einem Beispiel wird die A_f so gewählt, dass sie innerhalb etwa 5°C unter der Betriebstemperatur der Anwendung liegt, bei der die superelastischen SMA-Partikel verwendet werden.
Wie vorstehend erwähnt weisen die hohlen superelastischen SMA-Partikel eine durch mechanische Spannung induzierte Superelastizität auf, wenn sie bei Temperaturen liegen, die höher als die Austenit-Endtemperatur (A_f) der bestimmten SMA sind. Einige Beispiele der superelastischen SMA, die hierin verwendet werden kann, umfassen Legierungen auf Nickel-Titan-Basis, Legierungen auf Indium-Titan-Basis, Legierungen auf Nickel-Aluminium-Basis, Legierungen auf Nickel-Gallium-Basis, Legierungen auf Kupfer-Basis (z. B. Kupfer-Zink-Legierungen, Kupfer-Aluminium-Legierungen, Kupfer-Gold- und Kupfer-Zinn-Legierungen), Legierungen auf Gold-Cadmium-Basis, Legierungen auf Silber-Cadmium-Basis, Legierungen auf Indium-Cadmium-Basis, Legierungen auf Mangan-Kupfer-Basis, Legierungen auf Eisen-Platin-Basis, Legierungen auf Eisen-Palladium-Basis und dergleichen. Einige spezifische Beispiele umfassen Legierungen aus Kupfer-Zink-Aluminium-Nickel, Kupfer-Aluminium-Nickel, Nickel-Titan, Zink-Kupfer-Gold-Eisen, Gold-Cadmium, Eisen-Platin, Titan-Niob, Gold-Kupfer-Zink, Eisen-Mangan, Zirkonium-Kobalt, Zink-Kupfer und Titan-Vanadium-Palladium. Beispiele für nickel-titanbasierte Legierungen umfassen Legierungen aus Nickel und Titan, Legierungen aus Nickel, Titan und Platin, Legierungen aus Nickel, Titan und Palladium oder Legierungen aus Nickel, Titan und mindestens einem anderen Metall.
Wie in allen 2 bis 6 gezeigt ist, umfassen die hohlen superelastischen SMA-Partikel 10A, 10B, 10C, 10D, 10E einen Außenmantel 12, der einen hohlen Innenraum 14 vollständig oder teilweise umgibt. Der Außenmantel 12 kann vollständig (bei 12 gezeigt) oder unvollständig (12') sein. Ein vollständiger Mantel 12 weist eine durchgehende, nicht poröse Außenfläche auf. Die Oberfläche des vollständigen Mantels kann glatt sein oder kann Oberflächenunregelmäßigkeiten wie etwa Vorsprünge, Unebenheiten, Vertiefungen, Einsenkungen oder Löcher, die darin ausgebildet sind, aufweisen. Die Oberflächenunregelmäßigkeiten des vollständigen Mantels 12 können Vorsprünge, Unebenheiten, etc., die sich aus der Oberfläche des vollständigen Mantels heraus erstrecken, oder Dellen, Löcher, Einsenkungen, etc. die in der Oberfläche des vollständigen Mantels 12 ausgebildet sind, sein, doch erstrecken sich diese Unregelmäßigkeiten nicht durch den Mantel 12 zu dem Innenraum 14. Man meint, dass das Vorhandensein von Oberflächenunregelmäßigkeiten dazu beitragen kann, in einem System, in dem die Partikel eingebettet sind, eine verbesserte mechanische Komponente der Bindung (mechanisches Ineinandergreifen) zu erzeugen. Beispiele für vollständige Mäntel 12 sind in 2, 3 und 6 gezeigt. Das in 3 gezeigte Beispiel weist eine stark gebogene, aber vollständige Oberfläche auf.
Ein unvollständiger Mantel 12' kann Pore(n), Loch/Löcher, Riss(e), Fehlstelle(n), Spalt(e), etc. umfassen, die sich von der Oberfläche des Außenmantels 12' durch die Dicke des Außenmantels 12' erstrecken, so dass der hohle Innenraum 14 des Partikels freigelegt wird. Ein unvollständiger Mantel 12' kann eine einzelne Pore, ein einzelnes Loch, einen einzelnen Riss etc. umfassen oder kann mehrere Poren, Löcher, Risse etc. umfassen. Beispiele für unvollständige Mäntel 12' sind in 4 und 5 gezeigt. Insbesondere zeigt 4 mehrere Poren 16, und 5 zeigt einen einzelnen Riss, Bruch, Spalt etc. 18 in dem Außenmantel 12'.
Die superelastische SMA kann eine beliebige regelmäßige geometrische Form (z. B. einschließlich regelmäßiger dreidimensionaler Formen) oder eine beliebige unregelmäßige geometrische Form (einschließlich unregelmäßiger dreidimensionaler Formen) aufweisen. Zum Beispiel können die hohlen superelastischen SMA-Partikel vollkommene oder unvollkommene hohle Kugeln, hohle Prismen, hohle Pyramiden, hohle Zylinder etc. sein. Als weitere Beispiele kann die Außenfläche der Partikel gebogen, winkelförmig oder Kombinationen derselben sein. Ein Beispiel eines Partikels 10A mit einer regelmäßigen geometrischen Form ist in 2 gezeigt, während ein Beispiel eines Partikels 10B mit einer unregelmäßigen geometrischen Form in 3 gezeigt ist. In manchen Fällen umfassen die hohlen Partikel innerhalb von mehreren Partikeln mindestens einige unterschiedliche und willkürliche Formen (z. B. sind einige Partikel Kugeln, einige sind Zylinder, einige Partikel sind unregelmäßig geformt, etc.).
Man meint, dass hohle Partikel aufgrund einer relativ dünnen Wanddicke (d. h. Manteldicke) und einer niedrigeren Nettodichte der einzelnen SMA-Partikel 10A, 10B, 10C, 10D, 10E eine relativ niedrige Masse haben. Wenn in einem Beispiel die Wanddicke kleiner als 5% des Radius des Partikels 10A, 10B, 10C, 10D, 10E ist, ist die Masse/das Gewicht des Partikels 10A, 10B, 10C, 10D, 10E kleiner als die Masse/das Gewicht eines äquivalenten Volumens eines typischen Schmieröls. Somit können die hohlen superelastischen SMA-Partikel 10A, 10B, 10C, 10D, 10E wenig Gewichtswirkung auf den Gegenstand, das Material, etc. haben, in dem die Partikel enthalten sind.
Während die erwünschte Wanddicke der hohlen superelastischen SMA-Partikel 10A, 10B, 10C, 10D, 10E abhängig von der Anwendung, bei der die Partikel 10A, 10B, 10C, 10D, 10E verwendet werden, variieren kann, kann zum Beispiel die Wanddicke von etwa 1 μm bis etwa 500 μm reichen. Dieser Bereich kann abhängig von der Gesamtgröße (z. B. dem von einer Seite der Außenfläche zur anderen Seite der Außenfläche gemessenen Durchmesser) des Partikels 10A, 10B, 10C, 10D, 10E abhängen. Der obere Grenzwert der Wanddicke kann eine beliebige Dicke sein, die kleiner als 100% des Radius des Partikels ist. Wenn die Wanddicke zunimmt, pflegen die Partikel mehr Steifigkeit aufzuweisen. Im Allgemeinen nähert sich die Steifigkeit ihrem größten Wert, wenn der Radius des Innenraums 14 auf nahezu null schrumpft. Somit kann die Wanddicke abhängig von einer erwünschten Steifigkeit der hohlen superelastischen SMA-Partikel verändert werden.
Die Wanddicke eines einzelnen Partikels kann einheitlich sein oder sie kann variieren. Eine variierende Wanddicke ist in 6 gezeigt, wo einige Teile des Außenmantels 12 dicker als andere Teile des Außenmantels 12 sind.
Es versteht sich, dass die Größe der hohlen superelastischen SMA-Partikel 10A, 10B, 10C, 10D, 10E, die in einer einzelnen Anwendung verwendet werden, relativ einheitlich sein kann oder variieren kann (d. h. es kann eine Streuung von Partikelgrößen verwendet werden). Die Partikelgröße bezeichnet allgemein den Durchmesser des Partikels 10A, 10B, 10C, 10D, 10E, gemessen von einem Punkt auf der Außenfläche des Außenmantels 12, 12' zu einem anderen Punkt auf der Außenfläche des Außenmantels 12, 12'. Wenn das Partikel eine unregelmäßige Form aufweist, kann ein mittlerer Durchmesser herangezogen werden, um die Größe des Partikels zu ermitteln. Zum Beispiel können die hierin offenbarten Partikel 10A, 10B, 10C, 10D, 10E eine Größe aufweisen, die von etwa 20 μm bis etwa 20 mm reicht. Die Größe der Partikel 10A, 10B, 10C, 10D, 10E kann auch von der Anwendung abhängen, in der die Partikel 10A, 10B, 10C, 10D, 10E verwendet werden soll.
Während eine Vielzahl unterschiedlicher Formen und Konfigurationen der Partikel 10A, 10B, 10C, 10D, 10E beschrieben wurden, versteht sich, dass die Form des Partikels 10A, 10B, 10C, 10D, 10E durch die Anwendung vorgegeben werden kann, bei der das Partikel 10A, 10B, 10C, 10D, 10E verwendet werden soll. Zum Beispiel können superelastische SMA-Partikel mit einem vollständigen Mantel 12 bei Anwendungen erwünscht sein, bei denen geringes Gewicht erwünscht ist, wie etwa bei Aufnahme in MR-Fluiden, Aufnahme in Polymer(en) vor dem Härten, etc.
In noch anderen Beispielen umgibt der Außenmantel 12 oder 12' ein Innenmaterial (nicht gezeigt), das in dem hohlen Innenraum 14 vorhanden ist. Bei diesen Beispielen sind die Partikel nicht länger hohl, sondern der Außenmantel 12, 12' der superelastischen SMA bildet vielmehr eine Haut auf einem anderen Kernmaterial. Das in dem Innenraum 14 vorhandene Kernmaterial kann aus verschiedensten Materialien gewählt werden.
In einem Beispiel kann das Kernmaterial ein Opfergerüst/eine Opferschablone sein, das/die die Bildung des Außenmantels 12, 12' ermöglicht. Wenn in diesem Beispiel der Außenmantel ein unvollständiger Außenmantel 12' ist, dann kann das Opfergerüst/die Opferschablone durch die Pore(n), das Loch/die Löcher etc. entfernt werden, um das hohle Partikel zu erhalten. Das Entfernen des Opfergerüsts/der Opferschablone kann von dem Material abhängen, aus dem das Gerüst/die Schablone gebildet ist. Zum Beispiel kann ein Entfernen verwirklicht werden, wenn das Opfergerüst/die Opferschablone ein sprödes Material, wie etwa eine Keramik, ist. In diesem Fall lässt ein Verformen des Mantels 12' das Gerüst/die Schablone brechen. Das mehrfache Verformen kann das Gerüst/die Schablone in kleine Partikel zerbrechen, die durch die Pore(n), das Loch/die Löcher etc. entfernt werden können. Das Opfergerüst/die Opferschablone kann auch aus einem Material bestehen, das durch eine geeignete Chemikalie aufgelöst werden kann. Zum Beispiel könnte ein Gerüst/eine Schablone aus Eisen durch Zugeben von Cola und dann Gießen des aufgelösten Inhalts aus der Pore/den Poren, dem Loch/den Löchern etc. aufgelöst werden, um den hohlen Innenraum 14 zu erhalten.
Als weiteres Beispiel kann das Kernmaterial ein Schaumstoff oder ein festes Material sein. In manchen Fällen ist die Dichte des Kernmaterials größer als die des Außenmantels 12, 12' aus superelastischer SMA; und in anderen Fällen ist die Dichte des Kernmaterials geringer als die des Außenmantels 12, 12' aus superelastischer SMA. Das Kernmaterial kann auch ein hohles Partikel sein, auf dem der Außenmantel 12, 12' aus superelastischer SMA ausgebildet ist. In diesen Fällen kann das hohle Kernmaterial aus Keramik, Metall, Glas oder einem anderen Material, das einen hohlen Innenraum umgibt, gebildet sein.
Es versteht sich, dass die hierin vorgesehenen Bereiche den genannten Bereich und einen beliebigen Wert oder Unterbereich in dem genannten Bereich umfassen. Zum Beispiel sollte ein Bereich von etwa 100°C bis etwa 300°C über A_f so ausgelegt werden, dass er nicht nur die explizit aufgeführten Grenzwerte von etwa 100°C bis etwa 300°C über A_f umfasst, sondern auch einzelne Werte, wie etwa 105°C, 150°C, 175°C, 200°C über A_f etc. und Unterbereiche, wie etwa von etwa 150°C bis etwa 250°, von etwa 180°C bis etwa 295°C, etc., umfasst. Wenn ”etwa” verwendet wird, um einen Wert zu beschreiben, soll dies weiterhin geringfügige Schwankungen (bis zu +/–10%) von dem genannten Wert einschließen.
Beim Beschreiben und Beanspruchen der hierin offenbarten Beispiele umfassen die Singularformen ”ein”, ”eine”, ”einer” sowie ”der”, ”die”, ”das” Pluralbezeichnungen, sofern der Zusammenhang nicht klar das Gegenteil vorgibt.
Während mehrere Beispiele beschrieben wurden, wird der Fachmann auf dem Gebiet erkennen, dass die offenbarten Beispiele abgewandelt werden können. Daher ist die vorstehende Beschreibung als nicht einschränkend zu betrachten.

Claims

Hohles superelastisches Formgedächtnispartikel, umfassend: einen Außenmantel aus einer Formgedächtnislegierung mit einer Austenit-Endtemperatur (A_f), die niedriger als eine Temperatur ist, die bei einer Anwendung auftritt, bei der das Partikel verwendet wird, so dass die Formgedächtnislegierung eine durch mechanische Spannung induzierte Superelastizität aufweist; und einen hohlen Innenabschnitt, der zumindest teilweise von dem Außenmantel umgeben ist; wobei eine Form des Partikels eine regelmäßige dreidimensionale geometrische Kugel oder ein regelmäßiger dreidimensionaler geometrischer Zylinder oder eine unregelmäßige dreidimensionale geometrische Kugel oder ein unregelmäßiger dreidimensionaler geometrischer Zylinder ist.
Hohles superelastisches Formgedächtnispartikel nach Anspruch 1, wobei der Außenmantel eine Wanddicke aufweist, die von etwa 1 μm bis etwa 500 μm reicht; und wobei die Wanddicke variiert.
Hohles superelastisches Formgedächtnispartikel nach Anspruch 1, wobei der Außenmantel eine Wanddicke aufweist, die kleiner als 5% eines Radius des Partikels ist.
Hohles superelastisches Formgedächtnispartikel nach Anspruch 1, wobei die Formgedächtnislegierung gewählt ist aus einer Kupfer-Zink-Aluminium-Nickel-Legierung, einer Kupfer-Aluminium-Nickel-Legierung, einer Nickel-Titan-Legierung, einer Zink-Kupfer-Gold-Eisen-Legierung, einer Gold-Cadmium-Legierung, einer Eisen-Platin-Legierung, einer Titan-Niob-Legierung, einer Gold-Kupfer-Zink-Legierung, einer Eisen-Mangan-Legierung, einer Zirkonium-Kobalt-Legierung, einer Zink-Kupfer-Legierung und einer Titan-Vanadium-Palladium-Legierung.
Hohles superelastisches Formgedächtnispartikel nach Anspruch 1, wobei der Außenmantel nicht porös ist; und wobei der nicht poröse Außenmantel Oberflächenunregelmäßigkeiten umfasst.
Hohles superelastisches Formgedächtnispartikel nach Anspruch 1, wobei der Außenmantel porös ist.
Hohles superelastisches Formgedächtnispartikel nach Anspruch 6, wobei der poröse Außenmantel einen einzelnen Spalt umfasst.
Hohles superelastisches Formgedächtnispartikel nach Anspruch 6, wobei der poröse Außenmantel mehrere Poren umfasst.
Hohles superelastisches Formgedächtnispartikel nach Anspruch 1, wobei ein Durchmesser oder ein mittlerer Durchmesser des Partikels von etwa 20 μm bis etwa 20 mm reicht.
Hohles superelastisches Formgedächtnispartikel nach Anspruch 1, wobei die A_f von etwa –150°C bis etwa 150°C reicht.
Hohles superelastisches Formgedächtnispartikel nach Anspruch 1, wobei die A_f innerhalb von 5°C unter der Temperatur liegt, die in der Anwendung auftritt, in der der Partikel verwendet wird.