專利名稱：一種含超細非晶材料的磁流變液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于智能材料領(lǐng)域，具體涉及一種含超細非晶材料的磁流變液。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，磁流變液是微米級的磁性顆粒在載液中形成的懸浮液。在外加磁場作用下，磁流變液能夠在液態(tài)與固態(tài)之間進行可逆的變化，是一種新型的智能材料。
磁流變液與磁流體都是用磁性微粒分散在合適的液體中而形成的懸濁液，有不少文章不加以區(qū)分，但實際上兩者是有區(qū)別的，它們的懸浮粒子的尺寸范圍是不同的，所以性能與應(yīng)用都不相同。
磁流體又稱磁性液體，是由納米級(1～10nm)磁性微粒通過表面活性劑高度分散于載液中所構(gòu)成的穩(wěn)定膠體體系。由于懸浮粒子小，在采用合適的表面活性劑后，布郎運動可以阻止懸浮粒子的團聚。磁性液體同時具有流動性和強磁性，納米級的磁性微粒在磁場的存在下不會形成有序結(jié)構(gòu)，只會趨向于磁場的方向流動，磁流體作為一種功能材料在很多方面具有十分重要的應(yīng)用，如磁密封、磁浮選、探測器、揚聲器等。
磁流變液是由大小在0.1～100μm范圍內(nèi)的軟磁顆粒，與一定量的表面活性劑和防沉劑在適當?shù)妮d液中形成的一種懸浮體系。磁流變液在磁場的作用下，由于軟磁顆粒的磁化產(chǎn)生磁力排成鏈狀或柱狀結(jié)構(gòu)使得磁流變液在毫秒級的時間內(nèi)由液體轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢羟袘?yīng)力和屈服強度的固體，當磁場消失，軟磁顆粒失去磁性，磁流變液又由固體變?yōu)橐后w。磁流變液的這種基本性能使得它成為當前智能材料研究范疇的一個重要分支，具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。如汽車的傳動離合器和可控減振器，無閥芯的各種液體壓閥，電壓傳感器，機器人活動關(guān)節(jié)，機械卡具，光學(xué)拋光，密封，磁流變液綜合鍛煉器等。
自從50年代以來，對磁流變液的研究和制備已取得了一定的進展，并有一部分商品化的磁流變液器件在一些場合得到了應(yīng)用。但由于磁性顆粒與載液的比重相差很大，大多數(shù)磁流變液的沉降穩(wěn)定性較差，而且容易發(fā)生磁性顆粒的沉降結(jié)板，影響了磁流變液的再分散性能，極大地限制了磁流變液的應(yīng)用場合和領(lǐng)域。
為了解決磁性顆粒的沉降和團聚問題，一般加入各種表面活性劑，但事實上，加入過多的表面活性劑不僅會大大增加磁流變液的零場粘度，而且如果添加了不恰當?shù)谋砻婊钚詣┻€很容易在磁性顆粒沉降后形成難以再分散的死板。另一種方法是向磁性材料中加入非磁性的輕質(zhì)材料制成比重較輕的復(fù)合粒子來改善磁流變液的沉降穩(wěn)定性，例如2005年3月16日公開的中國專利CN 1595558A《一種磁流變液及其制備方法》中，采用了表面包覆有氧化硅和氧化鋁的磁性顆粒，雖然在一定程度上提高了磁流變液的穩(wěn)定性，但由于引入了非磁性材料，導(dǎo)致了復(fù)合粒子的磁性能下降，使得所配制的磁流變液的屈服強度也降低。另外2005年1月5日公開的中國專利CN 1560209A《瓜爾豆膠磁流變液》中，是在現(xiàn)有的磁流變液技術(shù)上，采用瓜爾豆膠粉作為沉降穩(wěn)定劑，雖然瓜爾豆膠粉對環(huán)境無害，對提高磁流變液穩(wěn)定性及防止結(jié)板都有作用，但是由于瓜爾豆膠以粉粒的形式加入，在一定程度上增加了體系的粘度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有較低零場粘度系數(shù)、高屈服應(yīng)力、優(yōu)良的抗沉降穩(wěn)定性及磁性能優(yōu)異的磁流變液。
根據(jù)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案和工作原理為本發(fā)明所涉及的磁流變液的組成包括晶態(tài)及非晶態(tài)磁性顆粒、載液和表面活性劑。
本發(fā)明克服現(xiàn)有磁流變液的不足，研制出了一種同時含有晶態(tài)及非晶態(tài)軟磁顆粒的磁流變液。這里的晶態(tài)材料是指原子在三維空間作規(guī)則排列、有周期性的點陣結(jié)構(gòu)的材料，例如具有軟磁性能優(yōu)良的鐵、鈷、鎳等金屬或其合金的晶態(tài)磁性顆粒，本發(fā)明優(yōu)選還原羰基鐵粉；非晶態(tài)材料是指內(nèi)部原子空間排列無序、無周期點陣結(jié)構(gòu)的材料，例如具有軟磁性能優(yōu)良的鐵基、鐵鎳基和鈷基非晶合金顆粒，本發(fā)明優(yōu)選鐵基非晶軟磁合金材料。以上優(yōu)選的還原羰基鐵粉及鐵基非晶軟磁合金材料都具有優(yōu)良的軟磁性能磁導(dǎo)率高、矯頑力低，飽和磁化強度高。另外，晶態(tài)磁性顆粒為球形顆粒，非晶態(tài)磁性顆粒為超細的針狀顆粒；在沒有磁場的情況下，所有這些顆粒能在載液中形成一種穩(wěn)定的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有效地提高了磁流變液的抗沉降穩(wěn)定性；而當磁流變液發(fā)生磁流變效應(yīng)時，這些顆粒能形成結(jié)實堅固的鏈狀結(jié)構(gòu)，有效地提高了磁流變液的屈服應(yīng)力。
所述的載液一般為無極性、不揮發(fā)，不含水的非磁性能良好的油，如礦物油、硅油或合成烴油等。本發(fā)明優(yōu)先選用聚α-烯烴，室溫粘度為1～300mPa.s，選用聚α-烯烴是因為其不僅具有高粘度指數(shù)、低揮發(fā)性、低傾點、高閃點、高溫氧化穩(wěn)定性優(yōu)良且對環(huán)境安全的油品性能，更是因為聚α-烯烴能與較多的表面活性劑相作用，能實現(xiàn)添加劑的預(yù)期效果。
所述的表面活性劑可以是離子型表面活性劑、非離子型的表面活性劑的一種或幾種。主要有油酸、Tween-20、含酸性基團的共聚物D-110、磷酸酯鹽F-108、8018-M-1、T152、硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、復(fù)合鋁鈦偶聯(lián)劑等。本發(fā)明優(yōu)選鈦酸酯偶聯(lián)劑和復(fù)合鋁鈦偶聯(lián)劑。
根據(jù)上述目的和工作原理，本發(fā)明的具體技術(shù)方案為該含超細非晶材料的磁流變液，其特征在于該磁流變液的化學(xué)組成成分體積％為磁性顆粒占10～50％，為晶態(tài)的還原羰基鐵和非晶態(tài)的鐵基非晶軟磁合金；其中晶態(tài)的還原羰基鐵為球形顆粒，占磁性顆粒的90～95％，粒度范圍在1～30μm之間；非晶態(tài)的鐵基非晶軟磁合金為針狀顆粒，占磁性顆粒的5～10％，長徑為0.5～1μm，短徑為200～500nm；載液占45～89％，為聚α-烯烴，室溫粘度為1～300mPa.s；表面活性劑占1～5％，為鈦酸酯偶聯(lián)劑和復(fù)合鋁鈦偶聯(lián)劑。
本發(fā)明采用與現(xiàn)有技術(shù)相似的磁流變液的制備方法取磁性顆粒與表面活性劑先機械攪拌活化1小時，然后再向此混合物中加入載液，繼續(xù)攪拌1小時，再將混合后的樣品置于容積為250ml的配有直徑分別為5mm，3mm的ZrO2球的不銹鋼球磨罐內(nèi)，連續(xù)球磨10h，將磨球與樣品分離，即得到磁流變液。
本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比，具有較低零場粘度系數(shù)、高屈服應(yīng)力、優(yōu)良的抗沉降穩(wěn)定性及磁性能優(yōu)異的優(yōu)點。具體為本發(fā)明的磁流變液所含有的球形及針狀顆粒能相互作用相互支撐，形成一種穩(wěn)定的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有效地提高了磁流變液在零磁場時的沉降穩(wěn)定性以及固化后的屈服應(yīng)力；另外，晶態(tài)及非晶態(tài)磁性顆粒較之單種材料在軟磁的綜合性能上也得到了提高，同時改善了所配制的磁流變液的性能。本發(fā)明的磁流變液零場粘度為0.2-0.5Pa.s；沉降穩(wěn)定性好，絕對不結(jié)板，靜置一個月，沉降率為6％-15％，并且極易再分散；在600mT場強下的剪切屈服應(yīng)力為7-80kPa；流變性能優(yōu)于其他類型的磁流變液。
具體實施例方式
根據(jù)本發(fā)明磁流變液的化學(xué)組成成分，采用現(xiàn)有技術(shù)的制備方法，取磁性顆粒與表面活性劑先機械攪拌活化1小時，然后再向此混合物中加入載液，繼續(xù)攪拌1小時，再將混合后的樣品置于容積為250ml的配有直徑分別為5mm，3mm的ZrO2球的不銹鋼球磨罐內(nèi)，連續(xù)球磨10h，將磨球與樣品分離，即得到磁流變液，制備了4批磁流變液，其中表1為本發(fā)明磁流變液實施例的化學(xué)組成成分表，表2為本發(fā)明磁流變液實施例測試的性能表。
表1為本發(fā)明磁流變液實施例的化學(xué)組成成分表體積％

表2為本發(fā)明磁流變液實施例的測試性能表

權(quán)利要求
1.一種含超細非晶材料的磁流變液，其特征在于該磁流變液的化學(xué)組成成分體積％為磁性顆粒占10～50％，為晶態(tài)的還原羰基鐵和非晶態(tài)的鐵基非晶軟磁合金；載液占45～89％，為聚α-烯烴，室溫粘度為1～300mPa.s；表面活性劑占1～5％，為鈦酸酯偶聯(lián)劑和復(fù)合鋁鈦偶聯(lián)劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含超細非晶材料的磁流變液，其特征在于晶態(tài)的還原羰基鐵為球形顆粒，占磁性顆粒的90～95％，粒度范圍在1～30μm之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含超細非晶材料的磁流變液，其特征在于非晶態(tài)的鐵基非晶軟磁合金為針狀顆粒，占磁性顆粒的5～10％，長徑為0.5～1μm，短徑為200～500nm。
全文摘要
本發(fā)明屬于智能材料領(lǐng)域，特別涉及一種含超細非晶材料的磁流變液。該磁流變液的化學(xué)組成成分體積％為磁性顆粒占10～50％，為晶態(tài)的還原羰基鐵和非晶態(tài)的鐵基非晶軟磁合金；其中晶態(tài)的還原羰基鐵為球形顆粒，占磁性顆粒的90～95％，粒度范圍在1～30μm之間；非晶態(tài)的鐵基非晶軟磁合金為針狀顆粒，占磁性顆粒的5～10％，長徑為0.5～1μm，短徑為200～500nm；載液占45～89％，為聚α－烯烴，室溫粘度為1～300mPa.s；表面活性劑占1～5％，為鈦酸酯偶聯(lián)劑和復(fù)合鋁鈦偶聯(lián)劑。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有較低零場粘度系數(shù)、高屈服應(yīng)力、優(yōu)良的抗沉降穩(wěn)定性及磁性能優(yōu)異的優(yōu)點。
文檔編號H01F1/12GK1776835SQ200510134250
公開日2006年5月24日 申請日期2005年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月15日
發(fā)明者李紅云, 柳學(xué)全 申請人:鋼鐵研究總院