磁性液體新制造工業(yè)要求

　　文章是一篇材料論文，主要講述了磁性液體及其制造工藝和材料新科技工程運(yùn)用戰(zhàn)略等等。本文選自：《材料研究學(xué)報(bào)》,《材料研究學(xué)報(bào)》報(bào)道金屬材料，無(wú)機(jī)非金屬材料、有機(jī)高分子材料、復(fù)合材料以及材料科學(xué)的邊緣學(xué)科、交叉學(xué)科的最新研究成果，特別是國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目的研究成果，刊登國(guó)內(nèi)外具有創(chuàng)新性和較高學(xué)術(shù)水平的關(guān)于材料，特別是高新材料的組成、結(jié)構(gòu)、制備方法和性能的研究簡(jiǎn)報(bào)、研究論文和評(píng)述論文。

　　摘要：磁性液體軸承是利用被磁場(chǎng)固定在電機(jī)轉(zhuǎn)軸部位的磁性液體，旋轉(zhuǎn)時(shí)形成的液體膜使電機(jī)轉(zhuǎn)軸懸浮并自動(dòng)定中，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)軸與電機(jī)其他部件沒有直接接觸，這樣電機(jī)工作時(shí)的磨損小、噪音低，如使用了SoftSonicTMFDB(流體軸承)的SeagateBarracuda(r)ATAIV，其聲強(qiáng)僅為20 dB，并且還是現(xiàn)在市場(chǎng)主流硬盤內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率最高的產(chǎn)品。

　　關(guān)鍵詞：磁性液體,制造工業(yè),材料工程,材料應(yīng)用,材料論文

　　1　引　言

　　磁性液體最初是1965年美國(guó)宇航局為了解決太空服頭盔轉(zhuǎn)動(dòng)密封的技術(shù)難題而率先研制成功的。宇航員進(jìn)入太空所穿宇航服的一個(gè)關(guān)鍵部位--頸部，必須用液體磁性材料制作。頸部是宇航帽與宇航服連接之處，既要讓宇航員的頭部能夠自由轉(zhuǎn)動(dòng)，又要密封度高。如果密封不夠，宇航服里的氧氣泄漏，宇航員生命受到威脅。這個(gè)連接部位，若用固體物質(zhì)顯然太硬，而一般液體物質(zhì)密度不夠，惟有液體的納米磁性材料符合要求。

　　所謂磁性液體(Magnetic Liquids)，并非是指液態(tài)的磁性材料(物質(zhì)處于液態(tài)的溫度都高于其居里溫度，所以目前還沒有液態(tài)的磁性材料)，而是把用表面活性劑處理過(guò)的納米級(jí)超細(xì)磁性微粒高度分散于基液中形成的一種均勻膠體溶液。該溶液在重力和磁場(chǎng)作用下也不會(huì)出現(xiàn)凝聚和沉淀現(xiàn)象，具有固體的磁性和液體的流動(dòng)性，因此具有許多獨(dú)特的性質(zhì)，在電子、儀表、機(jī)械、化工、環(huán)境、醫(yī)療等行業(yè)領(lǐng)域都具有獨(dú)特而廣泛的應(yīng)用。根據(jù)用途不同，可以選用不同基液的產(chǎn)品。

　　2　磁性液體的分類

　　磁性液體按材料、超微粒的制作、分散方法等不同，分為以下幾類：

　　(1)鐵氧體型磁性液體　主要以金屬氧化物作為磁性微粒，以水、碳?xì)浠�合物、礦物油、精制油、二酯基液、透平油氟醚油等為基液。

　　(2)金屬型磁性液體　以金屬或合金作為微粒，按基液的不同分為非導(dǎo)體型和導(dǎo)體型。非導(dǎo)體型金屬磁液一般以甲苯或煤油為基液，導(dǎo)體型則以非磁性金屬膜(或合金膜)去覆蓋磁性金屬微粒。

　　(3)復(fù)合型磁性液體　他是以普通磁性液體和非磁性微粒復(fù)合形成的一種新型磁性液體。

　　3　磁性液體的性質(zhì)

　　由于磁性液體同時(shí)具有磁性和流動(dòng)性，因此具有許多獨(dú)特的磁學(xué)、流體力學(xué)、光學(xué)和聲學(xué)特性。

　　磁性液體表現(xiàn)為超順磁性，本征矯頑力為0，沒有剩磁;在外磁場(chǎng)下，磁性液體被磁化，滿足修正的伯努利方程。與常規(guī)伯努利方程相比，添加了一項(xiàng)磁性能，使磁性液體具有其他流體所沒有的、與磁性相關(guān)聯(lián)的新性質(zhì)：例如磁性液體的表觀密度隨外磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加而增大。

　　當(dāng)光通過(guò)稀釋的磁性液體時(shí)，會(huì)產(chǎn)生光的雙折射效應(yīng)與雙向色性現(xiàn)象。當(dāng)磁性液體被磁化時(shí)，使相對(duì)于磁場(chǎng)方向具有光的各向異性，偏振光的電矢量平行于外磁場(chǎng)方向比垂直于外磁場(chǎng)方向吸收更多，具有更高的折射率。磁場(chǎng)有關(guān)，呈各向異性;磁性液體在交變場(chǎng)中具有磁導(dǎo)率頻散、磁粘滯性等現(xiàn)象。

　　4　磁性液體的制作方法

　　(1)獲得磁性液體的基本條件

　　①顆粒尺寸應(yīng)小于某一臨界尺寸，該臨界尺寸在10 nm以下。

　�、陬w粒在溶劑中應(yīng)達(dá)到一定的表面活性化要求，從而即使在范德瓦爾斯等各種能量的作用下，也不發(fā)生凝聚。

　　(2)磁性液體的制作工藝

　　以磁性氧化物超微粒子的制作工藝為例

　　磁性氧化物化學(xué)穩(wěn)定，容易制成粉末，用途廣泛。 磁性液體用氧化物的粒徑絕大多數(shù)應(yīng)分布在10 nm以下。一般是以磁鐵礦等鐵氧體氧化物為主體，由金屬鹽類水溶液通過(guò)共沉淀法制成納米級(jí)超微粒。以磁鐵礦(Fe2O3·2Fe3O4)為例，就是在Fe2+和Fe3+的濃度比為1∶2的鐵鹽溶液中加入堿溶液，例如NaOH溶液，使其析出Fe2O3·2Fe3O4。在反應(yīng)過(guò)程中，通過(guò)調(diào)整溶液溫度、鐵鹽濃度、堿的中和過(guò)剩量、反應(yīng)時(shí)間等，可以對(duì)顆粒尺寸進(jìn)行控制。

　　此外，下述方法也可獲得氧化物超微顆粒：

　�、賹⒐滔喾磻�(yīng)得到的鐵氧體在含有表面活性劑的油中進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的球磨。

　�、谑硅F氧體構(gòu)成金屬的醇鹽，并把他溶于乙醇等溶劑中，加水分解獲得。

　�、劾�用等離子體、弧光等使金屬蒸發(fā)，在含有適量氧的稀薄氣體中凝聚獲得

　　5　磁性液體的應(yīng)用

　　(1)磁性液體原被稱為“磁流體”，也有稱為“磁液”的。磁性液體應(yīng)用最廣泛的是磁性密封技術(shù)，尤其在要求真空、防塵、或封氣體等特殊環(huán)境中的動(dòng)態(tài)密封最為適用。在高保真揚(yáng)聲器、電機(jī)阻尼、磁性傳感器等方面磁性液體均具有獨(dú)特的應(yīng)用。

　　磁性液體密封原理　磁性液體旋轉(zhuǎn)軸動(dòng)密封是一種非接觸式密封(即動(dòng)件和靜件沒有直接接觸)，其工作原理是：由環(huán)狀永磁體，導(dǎo)磁極靴和導(dǎo)磁轉(zhuǎn)軸構(gòu)成閉合磁路，利用永磁體中的磁能，在轉(zhuǎn)軸與極靴極齒頂端的齒形間隙中產(chǎn)生強(qiáng)弱相間的非均勻磁場(chǎng)，將磁性液體緊緊吸住，形成磁性液體“O”型密封環(huán)，把間隙堵死，從而達(dá)到密封的目的。

　　(2)磁性液體真空密封連接器是一種能夠在2個(gè)相對(duì)封閉的空間內(nèi)提供相互的可靠旋轉(zhuǎn)連接的裝置。全系列的設(shè)計(jì)使其在多種場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用，例如單晶硅爐、各類鍍膜設(shè)備、氣相沉積、液晶再生、半導(dǎo)體刻蝕系統(tǒng)等超高真空系統(tǒng)和設(shè)備。如圖3所示。磁性液體真空密封連接器組件根據(jù)各類常用真空設(shè)備使用的真空旋轉(zhuǎn)軸連接器技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)制造，可直接替代相應(yīng)的真空密封連接器使用，基本不需對(duì)原設(shè)備進(jìn)行改造。

　　(3)磁性微粉是各類磁性器件的主要原料，現(xiàn)代通訊，信息等的發(fā)展使諸如電感等磁性器件向超微化方向發(fā)展，因而對(duì)磁性微粉這類材料的需求更為嚴(yán)格。

　　Fe3O4是目前使用極廣泛的磁性材料，如圖4所示，近年的研究對(duì)其在磁性紀(jì)錄等方面應(yīng)用取得了不少突破，其納米化產(chǎn)品效能如吸波效應(yīng)、催化作用等，人們也正在進(jìn)行大量的試驗(yàn)，應(yīng)用前景十分廣闊。