니티놀 개요

니티놀이라고도 하는 니켈-티타늄 합금은 니켈과 티타늄으로 구성된 이진 합금입니다. 두 원소의 원자 비율은 거의 동일합니다(니티놀 55와 니티놀 60이 일반적입니다).

오스테나이트 상과 마르텐사이트 상

온도와 기계적 압력의 변화로 인해 니티놀은 오스테나이트 상과 마르텐사이트 상이라는 두 가지 결정 구조 단계를 갖습니다.

니티놀에서 오스테나이트는 모상이라고 하며, 고온에서 합금에 의해 나타나는 결정상입니다. 온도가 낮아지면 오스테나이트는 점차 마르텐사이트(아상)로 전환됩니다.

마르텐사이트와 오스테나이트가 변하는 과정에는 4가지 온도가 있습니다:

* As: 온도 상승 과정에서 마르텐사이트가 오스테나이트로 전환되기 시작하는 온도입니다.

* Af: 온도 상승 과정에서 마르텐사이트가 오스테나이트로 전환이 완료되는 온도.

* Ms: 온도 강하 과정에서 오스테나이트가 마르텐사이트로 전환되기 시작하는 온도.

* Mf: 온도 강하 과정에서 오스테나이트가 마르텐사이트로 전환을 완료하는 온도.

니티놀의 상변환은 열 히스테리시스를 가지므로 같은 이유로 As는 Mf와 같지 않으며, Af는 Ms와 같지 않습니다.

니티놀의 두 가지 특성

1. 모양 기억

형상 기억은 특정 형상의 모상이 Af 온도 이상에서 Mf 온도 이하로 냉각되어 마르텐사이트를 완전히 형성하여 마르텐사이트가 Mf 온도 이하로 변형될 때 발생합니다. Af 온도 이하로 가열된 후 역상 변환을 통해 재료는 자동으로 모상 형상으로 복원됩니다. 사실 형상 기억 효과는 니티놀의 열에 의한 상 전이 과정입니다. 이는 니티놀이 특정 온도에서 변형된 후 온도가 "전이 온도"보다 높을 때 변형되지 않은 원래의 모양을 복원하는 능력을 말합니다.

2. 초탄성

소위 초탄성은 샘플이 외부 힘의 영향으로 탄성 한계 변형률보다 훨씬 큰 변형을 생성하고 언로드 중에 변형률이 자동으로 복원 될 수있는 현상을 말합니다. 모상에서는 외부 응력의 영향으로 변형이 마르텐사이트 상 전이를 유발하여 합금이 일반 재료와 다른 기계적 거동을 나타냅니다. 탄성 한계는 일반 재료보다 훨씬 큽니다. 그리고 더 이상 후크의 법칙을 따르지 않습니다. 형상 기억 효과와 비교할 때 초탄성은 열을 포함하지 않습니다.

니티놀의 응용 분야

1. 안경테

일반 대중에게는 잘 알려지지 않은 니티놀 응용 분야가 많지만, 일부는 꽤 친숙합니다. 니티놀로 만든 안경테는 모양이 심하게 구부러질 수 있지만 다시 완벽하게 정상으로 돌아옵니다. 또한 몇 년 전 휴대폰에 풀아웃 안테나가 등장했을 때 많은 안테나가 니티놀로 만들어져 부러지거나 영구적으로 구부러지지 않고 구부러질 수 있었습니다.

2. 치아 교정

여러분이나 여러분의 자녀가 니티놀을 경험했을 수 있는 또 다른 초탄성 응용 분야는 교정용 아치 와이어입니다. 교정 의사는 니티놀 와이어를 구부려 치아에 부착합니다. 와이어는 초탄성이기 때문에 곧게 펴진 상태로 돌아가려고 노력하며 치아에 지속적으로 힘을 가합니다. 따라서 교정 장치를 조이기 위해 치과를 방문하는 횟수를 줄일 수 있습니다.

3. 의료 기기

니티놀로 만든 수술 기구와 부품은 특히 최소 침습 또는 관절경 수술에서 많은 필요를 충족합니다. 이러한 제품은 니티놀의 초탄성 및 피로 저항성을 활용할 수 있습니다. 구부러진 도구는 곧게 펴서 단단한 튜브인 캐뉼라를 통해 삽입할 수 있습니다. 캐뉼라에서 나오면 도구는 원래 모양으로 돌아갑니다. 외과의가 시술을 수행한 다음 도구를 다시 캐뉼라로 집어넣으면 다시 곧게 펴져 쉽게 제거할 수 있습니다.

니티놀의 초탄성 품질과 생체 적합성은 체내에 이식되는 다양한 유형의 의료 기기를 만드는 데 이상적입니다. 우리에게 익숙한 응용 분야는 혈관을 지지하고 혈관을 열어두는 장치인 스텐트입니다. 니티놀의 초탄성 덕분에 스텐트나 심장 판막과 같은 의료 기기를 카테터 내부에 맞는 모양으로 압축할 수 있습니다. 카테터가 몸의 정확한 위치에 배치되고 장치가 풀리면 원래 모양으로 돌아갑니다.

이와 같은 초탄성 덕분에 니티놀은 목의 경동맥이나 다리의 혈관에 사용되는 스텐트에 적합한 유일한 소재입니다. 이러한 취약한 위치에서 스텐트 부위에 충격을 가하면 스텐트가 휘어지지만 니티놀 스텐트는 원래의 모양으로 돌아갑니다. 다른 재질로 만들어진 스텐트는 이러한 충격에 의해 찌그러지거나 영구적으로 구부러질 수 있습니다.

4. 기타 응용 분야

잘 알려지지 않은 여러 응용 분야에서도 니티놀의 형상 기억 기능을 사용합니다. 한 유명 컴퓨터 제조업체는 PCMCIA(Personal Computer Memory Card International Association) 카드를 꺼내기 위해 니티놀 장치를 사용했습니다. 또한 니티놀은 항공기의 유압 튜브 끝을 연결하는 커플링에도 사용됩니다. 덜 심각한 용도로는 마술 가게의 숟가락을 뜨거운 물에 넣으면 구부러지게 하는 데 니티놀을 사용하기도 합니다.