从青铜时代起，人们已经利用金属的独特性质，用加热、锻打、铸造、弯曲等方法使它们改变形状。现在冶金学家们又前进了一步，创造出会使古代炼金术士羡慕的金属混合物即合金。这些金属只要温度发生变化就会变成两种完全不同的又会互相转化的稳定形状，经过适当加热或冷却又会恢复原状。

用这些所谓记忆金属制成的物件，经过成形，退火和冷却，然后再把它们弯曲或压制成别的形状，但加热时又会恢复原状。人们还可以“教”它在冷却时再回到第二种形状。只要不超过这种合金的临界温度范围，这种循环可以无限制地继续下去。

最近研制的这种合金中，有一些能在室温上下具有这种性质，显示出技术上许多应用性，给人的印象很深刻。第一种记忆合金——镍钛合金（Nitinol）大约在十年前开始为设计人员利用。在短短的时间内，已得到难以置信的种种用途，并且有希望使用途成倍增加。班克斯引擎（Banks Engine）也许是其中最惊人的，它是一种利用太阳热改变镍钛丝的形状以产生动力的机器。在生物医学上的应用也已达到能设计像心脏起搏器与栓塞筛那样的急救装置。工业上已把类似的合金用作联接器用来联接一些难以连接的材料。利用这些合金的惊人变形能力还制成了省力的恒温器开关，开窗器以及其它自动部件。

金属这种变形能力实质上并不是什么新发现。有些金属具有一种特殊的晶体结构形状，叫做马氏体。把某种合金加热到高温后迅速冷却即可形成马氏体。很多这样的金属（如钢）、能永久保持这种新的晶体排列。但这种新的合金，由于一个结晶层在另一结晶层上滑移，经受一种附加的弹性位移。这些合金重新加热时其内部结晶层滑回到原来状态。这些变化在一个精确的可预知的温度变化范围内发生，由组成这种合金的比例成分决定。

形状记忆的现象于1938年在普通的黄铜（铜和锌的合金）中首次被人发现。这种黄铜只在华氏-238°时才改变形状，许多年来黄铜的这种效应不过在技术上引起人们的好奇而已。可是，到六十年代初，当时称为美国马里兰州银泉海军军械实验所的威廉，比勒研制出叫做Nitinol的镍钛合Nitinol所显示的形状记忆效应达到非比寻常的程度。

有一种生物医学装置以非常简单的方式表明镍钛合金的作用。1971年获得专利权的一种子宫内节育器设计得像一根金属丝，插入子宫内既无痛苦又很方便。当体温使这根金属丝变热时，它就在子宫内蜷曲成所要求的形状。遗憾的是，由于研制合适的镍钛合金所需的费用，子宫内节育器的进一步研究改进就被推迟了。

镍钛合金在-460℉—212℉的范围内显示出形状记忆的效应，这完全取决于其组成成分。例如50%镍与50%钛组成的合金分别在低温度233°F和高温度260°F时改变形状。增加镍的成分会降低这两个改变形状的温度点。

要找到所需合金的正确组成成分既费时又费钱，而且由于钛的活动性使困难更大。特别困难的是设计作生物医药用途的合金，因为放置在生物体内的移植器改变形状的高温度必须是体温，其低温度又不能太低以致在插入时引起身体的不适或损害。

波士顿的贝思、以色列医院与哈佛医学院的莫里斯、西蒙提出了在保健事业方面利用镍钛合金的形状记忆能力的一种特别巧妙的方法。在循环系统中流动的血凝块到达心肺时会引起严重的损害甚至死亡。虽然抗凝血药可防止血栓的形成，但是在许多容易发生内出血的病人身上不可以使用。西蒙所作出的贡献是在通向心或肺的静脉内装上一个过滤器（用精细的镍钛丝制成的筛子），以防止血块进入心肺。所以采用镍钛合金的理由之一是它可用导管插入静脉管中，当镍钛合金达到身体温度时，镍钛丝就“记起了”它原来的形状，在静脉里变成一个筛子。

另一些静脉装置要用外科手术植入，不过据西蒙说把镍钛筛子植入血管是个较小的门诊手术，经确诊后可立即进行。

虽然这种技术迄今尚未用于人体，但在狗身上所做的实验结果是令人鼓舞的。西蒙在一条狗身上植入一个装置，这条狗已经活了五年，而且产仔两次。在人身上移植镍钛合金装置要等食品与医药管理局测定这种合金的生物相容性后才能进行。

镍钛合金在其它许多生物医药方面已经使用。用镍钛合金制成的夹板与夹子可以用来连接人造肢关节，加固严重骨折的骨头。可以促使弯曲的脊椎骨伸直。这种合金装置植入所需要的地方时是冷的，体温使它热到足以改变形状。纽约州立大学的菲利普获得一项人造心脏专利：用镍钛合金制成的收缩“肌”以辅助左心室的功用。

镍钛合金在工业上也有许多用途，最初的用途之一是用于F-14喷气式战斗机上的高压水管的特殊联接器。这些管子由于太靠近机身的铝质表面不能用普通的焊接技术制成的接头。

目前，由于镍钛合金价格贵、加工难，除特殊的专门需要外，还不能广泛使用。但是新近研制成功的具有记忆特性的黄铜合金却比镍钛合金便宜得多，而且容易加工制造，极大地扩展了应用的潜在可能性。

形状记忆黄铜是通过许多人的工作而发展起来的，有勒文、卡索里克大学，比利时普罗蒂厄斯金属协会，英国德尔塔金属公司与富尔默研究所，在美国有与富尔默研究所联合试验的雷切姆合作研究所。这种合金是用铜、锌、铝、与其它一些尚未查明的金属微量元素制成。人们可以控制其组成成分使之形状改变温度控制在-148°F到212°F间的任何一点。

在美国，雷切姆公司已采用形状记忆的黄铜套管连接小管子。在丙烷吹管加热下，它们缩成防漏接头，与管子同样牢固。

在英国，形状记忆黄铜的制造商德尔塔公司正在大规模生产黄铜弹簧圈作控制温度之用。任何一个弹簧圈看上去都平淡无奇，德尔塔制造的弹簧圈也并不比别家的好看，但是它们能做非常巧妙的事情。有许多直接的应用，其中包括一种装置，能对暖房里的空气温度作出反应，从而自动开关通气窗。另一种用途是恒温阀门，用来控制单个热水汀，不必用电气开关系统。这些弹簧也用于操纵一个热敏离合器风扇，用来冷却汽车的散热器，这样，每1.5英里可省油一加仑。

这些应用完全是可能的，因为这种黄铜合金的形状记忆效果强而有力。形状记忆黄铜足以关闭一个普通散热器的阀门，不用外界帮助。

合金的这种做具体工作的能力意味着形状记忆金属也能够用作能源，将热差转变为自然力。第一个形状记忆热机的概念是由镍钛合金的发明者威廉、比勒和大卫、戈尔茨坦于1968年在美国取得专利的。里奇韦、班克斯于七十年代在劳伦斯、利佛摩实验所研制了这种发动机。最近研制出的形状记忆黄铜，费用低廉，从经济观点看，这种装置可能付诸实际应用。德尔塔公司在继续建造一个黄铜合金制的热机。

这种装置的理论效率很低。根据勒文，卡索里克大学的一位研究人员的计算，其理论效率只有4%或5%。但是，这种小玩意儿的魅力在于它能依靠只有几度的温差起作用。已经有人提出这些发动机能用来回收被发电站排放的热水中废弃的热能。

在一个充满机械奇迹与科学奇迹的世界里，记忆金属似乎是一种微不足道的玩意儿。然而，要使这种贵重的金属克服重重困难所需要的精密复杂的技术水平，是冶金业求之不得的，使比较复杂的电和机械上所需解决的问题简化了。

[Science，1981，6期]

——“科普译文竞赛”征文选登