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用戰(zhàn)略等等。本文選自：《材料研究學報》,《材料研究學報》報道金屬材料，無機非金屬材料、有機高分子材料、復(fù)合材料以及材料科學的邊緣學科、交叉學科的最新研究成果，特別是國家自然科學基金資助項目的研究成果，刊登國內(nèi)外具有創(chuàng)新性和較高學術(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報、研究論文和評述論文。

　　摘要：磁性液體軸承是利用被磁場固定在電機轉(zhuǎn)軸部位的磁性液體，旋轉(zhuǎn)時形成的液體膜使電機轉(zhuǎn)軸懸浮并自動定中，電機運轉(zhuǎn)時，電機軸與電機其他部件沒有直接接觸，這樣電機工作時的磨損小、噪音低，如使用了SoftSonicTMFDB(流體軸承)的SeagateBarracuda(r)ATAIV，其聲強僅為20 dB，并且還是現(xiàn)在市場主流硬盤內(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年美國宇航局為了解決太空服頭盔轉(zhuǎn)動密封的技術(shù)難題而率先研制成功的。宇航員進入太空所穿宇航服的一個關(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，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的納米級超細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作用下也不會出現(xiàn)凝聚和沉淀現(xiàn)象，具有固體的磁性和液體的流動性，因此具有許多獨特的性質(zhì)，在電子、儀表、機械、化工、環(huán)境、醫(yī)療等行業(yè)領(lǐng)域都具有獨特而廣泛的應(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、碳氫化合物、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)

　　由于磁性液體同時具有磁性和流動性，因此具有許多獨特的磁學、流體力學、光學和聲學特性。

　　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強度的增加而增大。

　　當光通過稀釋的磁性液體時，會產(chǎn)生光的雙折射效應(yīng)與雙向色性現(xiàn)象。當磁性液體被磁化時，使相對于磁場方向具有光的各向異性，偏振光的電矢量平行于外磁場方向比垂直于外磁場方向吸收更多，具有更高的折射率。磁場有關(guān)，呈各向異性;磁性液體在交變場中具有磁導(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

　�、兕w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共沉淀法制成納米級超微粒。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)過程中，通過調(diào)整溶液溫度、鐵鹽濃度、堿的中和過剩量、反應(yīng)時間等，可以對顆粒尺寸進行控制。

　　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行長時間的球磨。

　�、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)境中的動態(tài)密封最為適用。在高保真揚聲器、電機阻尼、磁性傳感器等方面磁性液體均具有獨特的應(yīng)用。

　　磁性液體密封原理　磁性液體旋轉(zhuǎn)軸動密封是一種非接觸式密封(即動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)生強弱相間的非均勻磁場，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個相對封閉的空間內(nèi)提供相互的可靠旋轉(zhuǎn)連接的裝置。全系列的設(shè)計使其在多種場合得到廣泛應(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，基本不需對原設(shè)備進行改造。

　　(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，因而對磁性微粉這類材料的需求更為嚴格。

　　Fe3O4是目前使用極廣泛的磁性材料，如圖4所示，近年的研究對其在磁性紀錄等方面應(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，人們也正在進行大量的試驗，應(yīng)用前景十分廣闊。