磁流体密封ppt课件
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美国伊顿的NV-3204离子注入机的束流开关控制开关上的磁流 体密封失效（已运转十年）。曾多方求助无方（曾去中国电子 总局，原电子部绵阳九所（专门从事磁技术研究），兰州大学 磁性材料所），后经兰州大学推荐到兰州理工大学磁性物理与 磁技术研究所，该问题得以圆满解决。
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磁流体 密封在 液下泵 上的应 用。
在精密仪器的转动部分，如X射线衍射仪中的转靶部分的 真空密封，大功率激光器件的转动部件，甚至机械人的活动 部件亦采用磁性液体密封法。此外，单晶炉提拉部位、真空 加热炉等有关部件的密封等，磁性液体是较为理想的动态密 封方式之一。
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磁流体可以作为新型的润滑剂。通常润滑剂易 损耗、易污染环境。磁性液体中的磁性颗粒尺寸仅 为10纳米单位，因此不会损坏轴承，而基液亦可用 润滑油。只要采用合适的磁场就可以将磁性润滑油 约束在所需的部位。 增大扬声器功率。在音圈与磁 铁间隙处滴入磁性液体，由于液体的导热系数比空 气高5~6倍，从而使得在相同条件下功率可以增加1 倍。磁性液体的添加对频响曲线的低频部分影响较 大。通常根据扬声器的结构，选用合适粘滞性的磁 性液体，可使扬声器具有较佳的频响曲线。
磁流体密封
兰州理工大学
磁性物理与磁技术研究所
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1 磁流体简介
磁流体技术出现于20世纪60年代。 1965年Papel. S.S获得世界上第一个具有实 用意义的磁流体专利。60年代初，磁流体首 先由美国NASA在宇宙飞船的活动仓和过渡仓 的密封中应用成功。磁流体正广泛地应用于 密封技术、传感技术、阻尼技术、发电技术、 医疗技术和印刷技术等。一些新的应用领域 不断出现。
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磁流体密封有以下特征:
不需要外部动力； 运动件和静止件之间无刚性接触，因此无磨
损； 运动时和静止时均无泄漏； 具有自行修复能力； 低的摩擦转矩和功耗； 长而可靠的使用寿命（正常寿命10年右）。
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2 磁流体的性质
2.1 磁流体的基本组分
磁流体是磁性粒子、载液以及分散剂（表 面活性剂）三者组合而成。分散剂（表面活性剂） 包覆在超细的磁粒子上，使之弥散于基液中，从 而形成一种稳定的固液混合二相胶体。在磁场作 用下，磁性颗粒带动着被表面活性剂所包裹着的 液体一起运动，因此好像整个液体具有磁性。这 种胶状液体既有固体磁性材料的磁性，又有液体 的流动性，它具有与固体磁性材料和液体物质所 不同的特殊性质。
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谢 谢！
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评价磁流体性能的指标：
1），基体液体要有低的蒸发率， 2），磁流体要有较高的物理性能，即磁性能， 3），磁流体要有较高的化学性能，即抗腐蚀性
和不溶于其它特殊介质的性能， 4），无毒无污染。
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图1磁流体密封结构原理图 （1磁流体密封装置的外轮廓线，2密封盒，3永磁体，4导磁体，5磁 流体，6轴，7磁力线，8磁流体密封装置的中心线）
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8 用于高速摩擦的磁流体密封结构
0 – 极齿, 1 – 法兰， 2 – 托架， 3 - 磁极1， 4 – 挡板1，5 – 永磁体， 6 – 压板2，7 – 磁极2， 8 – 压板，9 – O型密封圈， 10 – 接环， 11- 挡板， 12 – 轴，13 – 紧定螺栓
图
ห้องสมุดไป่ตู้16
高速磁流体密封结构 .
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图1，磁流体结构示意图
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2.1.1磁性粒子
常用的磁性颗粒有：
1) 非金属颗粒：亚铁磁性的铁氧体，Fe3O4、等； 2) 金属颗粒：铁（Fe）、镍（Ni）、钴（Co）、钆
（Gd）等； 3) 合金：FeCo、FeC、FeNi、Fe-CO-Ni等； 4) 氮化物：Fe3N等； 5) 化合物：Co-Fe3O4.、CoFe2O4和NiFe2O4等。
13 磁性液体的主要应用
利用磁性液体可被磁控的特性，人们利用环状永磁体在旋 转轴密封部件产生一环状的磁场分布，从而可将磁性液体约 束在磁场之中而形成磁性液体的“O”形环，且没有磨损，可 以做到长寿命的动态密封。这也是磁性液体较早、较广泛的 应用之一。在电子计算机中为了防止尘埃进入硬盘中损坏磁 头和磁盘，在转轴处也已普遍采用磁性液体的防尘密封。
磁性液体还有其他许多用途，如仪器仪表中的阻 尼器、无声快速的磁印刷、磁性液体发电机、医疗中 的照影剂等。
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鉴定结果
2004年12月18日由甘肃省科技厅组织鉴定
研究结果：
密封压力:30kgf/cm2(国内已报道密封压力:0.5-3kgf/cm2)； 转速:>2万转/分； 专利:实用新型专利两项，发明专利一项； 论文:5篇，其中两篇被EI检索； 解决生产急需一项：中美合资丹东安顺微电子有限公司的一台
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磁性颗粒非常小，属零维纳米材料（所谓零维纳 米材料是指材料在三维尺寸上具有纳米材料的特征）。 铁氧体等颗粒的直径约为10nm（100Å），金属磁性 颗粒的直径约为6nm（60 Å）。在这样小的尺寸下， 强磁性颗粒已丧失了大块材料的铁磁或亚铁磁性能， 而呈现没有磁滞现象的超顺磁状态，其磁化曲线是可 逆的。磁性颗粒的磁偶极矩之间的静磁作用被分子间 的热运动，即布朗运动所削弱或抵消，而不致互相集 结，磁性颗粒在基液中作无规则的热运动。磁性颗粒 的尺寸小，可以防止聚集和沉降。磁性液体胶体体系 的稳定性是由磁性颗粒的热运动来决定的，这种热运 动随着粒子尺寸的减小而增加。但是磁性颗粒的尺寸 又不能太小，当粒子直径小于1~2nm时磁性能就会消 失。
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2.1.2 载液
基液不同，可生成不同性能、不同应用领域 的磁性液体，如水基、煤油基、二醋基、烃基， 聚苯基、硅油基、氟化烃基，氟炭基，金属有机 化合物，镓、汞、钒、铟锡合金等液态金属等。 对于磁性液体润滑和密封来说，通常选用矿物油 和硅油机体；碳氢化合物机体基体的磁性液体通 常用作分散和打印设备；医学上应用的一般为水 基体的磁性液体。通常液体基体需要有低的蒸发 率，无毒，抗腐蚀介质和不溶于特殊介质等特性。
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2.1.3 分散剂-油酸、丁二酸、氟醚酸
为了使磁流体中磁性微粒不相互于吸引，或不 因重力场作用而引起的沉淀，在磁性颗粒制取过程 中正确的选择分散剂，使其与载液性能相匹配以及 把掺与载液中磁性微粒直径控制在小于10nm以下。 微粒间的电偶极相互作用可以被分散剂所克服，使 粒子间不能靠近。重力场所引起的沉淀作用，因分 散剂的作用以及微粒在载液中的浓度远小于100% （浓度大约10%左右），因此不易沉淀。为了防止 颗粒间由于静磁与电偶矩的相互作用而聚集成团， 产生沉积，每个磁性颗粒的表面必需化学吸附一层 长链的高分子或聚合物分子膜，这层膜厚1～2nm， 并且是单分子层。此即为表面活性剂。
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密封的重要性
20世纪70年代，苏联“联盟11号”飞船顺 利完成进入礼炮1号空间站各项任务后，在 再入大气层前，实施返回舱和轨道舱分离时， 连接两舱的分离插头分离后，返回舱的压力 阀门密封失效，返回舱的空气从该处泄露， 舱内迅速减压，致使3名宇航员因急性缺氧， 体液沸腾而死亡；
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20世纪80年代的美国哥伦比亚航天飞机由 于动力箱的密封失效而坠毁，7名机组人员 全部遇难。
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用作阻尼器件。磁性液体具有一定的粘滞性，利 用磁特性可以阻尼掉系统中不希望产生的振荡模式。例 如，步进电机是用来将电脉冲转换为精确的机械运动， 其特点是迅速地被加速和减速，因此常导致系统呈振荡 状态。为了消除振荡而变为平滑的运动，仅需将少量磁 性液体注入磁极的间隙中，在磁极作用下磁性液体自然 地定位于转动部位。
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用作磁记录材料。近年来各种信息量飞速增加，需 要记录的信息量也不断增加，要求记录材料高性能化， 特别是记录高密度化。高记录密度的记录材料与超微粒 有密切的关系。例如，要求每1cm2可记录1000万条以 上记录，那么一条信息要求被记录在1~10mm2中，至 少具有300阶段分层次的记录，在1~10 mm2中至少必 须要有300个记录单位。若以超微粒作记录单元，记录 密度大大提高。磁性纳米微粒由于尺寸小、具有单磁畴 结构、矫顽力很高的特性，用它制磁记录材料可以提高 信噪比，改善图象质量。作为磁记录单元的磁性粒子的 大小必须满足以下要求：颗粒的长度应远小于记录波长； 粒子的宽度（如可能，长度也包括在内）应该远小于记 录深度；一个单元的记录体积中，尽可能有更多的磁性 粒子。
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它在粒子表面形成一层长链分子粒子表面的活 性剂如同弹性垫，隔开了磁性粒子，以防止粒子因 范得华力和磁力作用而聚集，布朗运动使其在基液 中均匀分布分散剂的高分子的链要足够长，以致颗 粒接近时排斥力应大于吸引力。 此外，高分子链的 一端应和磁性颗粒产生化学吸附，另一端应和基液 亲和，分散于基液中。分散剂通常选择带有官能团 如：OOH、H2OH 、H2NH2的长链分子。这些长链 分子的作用是通过这些官能团和磁性颗粒相互作用， 在磁性颗粒表面形成单分子层的紧密连接。长链分 子必需和载体的极性相同，才能不会阻止维系胶体 体系稳定的热运动。每一种磁性液体和应选用一种 对应的表面活性剂。
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磁流体 密封在 液下泵 上的应 用。
在精密仪器的转动部分，如X射线衍射仪中的转靶部分的 真空密封，大功率激光器件的转动部件，甚至机械人的活动 部件亦采用磁性液体密封法。此外，单晶炉提拉部位、真空 加热炉等有关部件的密封等，磁性液体是较为理想的动态密 封方式之一。
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磁流体可以作为新型的润滑剂。通常润滑剂易 损耗、易污染环境。磁性液体中的磁性颗粒尺寸仅 为10纳米单位，因此不会损坏轴承，而基液亦可用 润滑油。只要采用合适的磁场就可以将磁性润滑油 约束在所需的部位。 增大扬声器功率。在音圈与磁 铁间隙处滴入磁性液体，由于液体的导热系数比空 气高5~6倍，从而使得在相同条件下功率可以增加1 倍。磁性液体的添加对频响曲线的低频部分影响较 大。通常根据扬声器的结构，选用合适粘滞性的磁 性液体，可使扬声器具有较佳的频响曲线。
磁流体密封
兰州理工大学
磁性物理与磁技术研究所
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1 磁流体简介
磁流体技术出现于20世纪60年代。 1965年Papel. S.S获得世界上第一个具有实 用意义的磁流体专利。60年代初，磁流体首 先由美国NASA在宇宙飞船的活动仓和过渡仓 的密封中应用成功。磁流体正广泛地应用于 密封技术、传感技术、阻尼技术、发电技术、 医疗技术和印刷技术等。一些新的应用领域 不断出现。
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磁流体密封有以下特征:
不需要外部动力； 运动件和静止件之间无刚性接触，因此无磨
损； 运动时和静止时均无泄漏； 具有自行修复能力； 低的摩擦转矩和功耗； 长而可靠的使用寿命（正常寿命10年右）。
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2 磁流体的性质
2.1 磁流体的基本组分
磁流体是磁性粒子、载液以及分散剂（表 面活性剂）三者组合而成。分散剂（表面活性剂） 包覆在超细的磁粒子上，使之弥散于基液中，从 而形成一种稳定的固液混合二相胶体。在磁场作 用下，磁性颗粒带动着被表面活性剂所包裹着的 液体一起运动，因此好像整个液体具有磁性。这 种胶状液体既有固体磁性材料的磁性，又有液体 的流动性，它具有与固体磁性材料和液体物质所 不同的特殊性质。
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谢 谢！
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评价磁流体性能的指标：
1），基体液体要有低的蒸发率， 2），磁流体要有较高的物理性能，即磁性能， 3），磁流体要有较高的化学性能，即抗腐蚀性
和不溶于其它特殊介质的性能， 4），无毒无污染。
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图1磁流体密封结构原理图 （1磁流体密封装置的外轮廓线，2密封盒，3永磁体，4导磁体，5磁 流体，6轴，7磁力线，8磁流体密封装置的中心线）
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8 用于高速摩擦的磁流体密封结构
0 – 极齿, 1 – 法兰， 2 – 托架， 3 - 磁极1， 4 – 挡板1，5 – 永磁体， 6 – 压板2，7 – 磁极2， 8 – 压板，9 – O型密封圈， 10 – 接环， 11- 挡板， 12 – 轴，13 – 紧定螺栓
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ห้องสมุดไป่ตู้16
高速磁流体密封结构 .
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图1，磁流体结构示意图
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2.1.1磁性粒子
常用的磁性颗粒有：
1) 非金属颗粒：亚铁磁性的铁氧体，Fe3O4、等； 2) 金属颗粒：铁（Fe）、镍（Ni）、钴（Co）、钆
（Gd）等； 3) 合金：FeCo、FeC、FeNi、Fe-CO-Ni等； 4) 氮化物：Fe3N等； 5) 化合物：Co-Fe3O4.、CoFe2O4和NiFe2O4等。
13 磁性液体的主要应用
利用磁性液体可被磁控的特性，人们利用环状永磁体在旋 转轴密封部件产生一环状的磁场分布，从而可将磁性液体约 束在磁场之中而形成磁性液体的“O”形环，且没有磨损，可 以做到长寿命的动态密封。这也是磁性液体较早、较广泛的 应用之一。在电子计算机中为了防止尘埃进入硬盘中损坏磁 头和磁盘，在转轴处也已普遍采用磁性液体的防尘密封。
磁性液体还有其他许多用途，如仪器仪表中的阻 尼器、无声快速的磁印刷、磁性液体发电机、医疗中 的照影剂等。
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鉴定结果
2004年12月18日由甘肃省科技厅组织鉴定
研究结果：
密封压力:30kgf/cm2(国内已报道密封压力:0.5-3kgf/cm2)； 转速:>2万转/分； 专利:实用新型专利两项，发明专利一项； 论文:5篇，其中两篇被EI检索； 解决生产急需一项：中美合资丹东安顺微电子有限公司的一台
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磁性颗粒非常小，属零维纳米材料（所谓零维纳 米材料是指材料在三维尺寸上具有纳米材料的特征）。 铁氧体等颗粒的直径约为10nm（100Å），金属磁性 颗粒的直径约为6nm（60 Å）。在这样小的尺寸下， 强磁性颗粒已丧失了大块材料的铁磁或亚铁磁性能， 而呈现没有磁滞现象的超顺磁状态，其磁化曲线是可 逆的。磁性颗粒的磁偶极矩之间的静磁作用被分子间 的热运动，即布朗运动所削弱或抵消，而不致互相集 结，磁性颗粒在基液中作无规则的热运动。磁性颗粒 的尺寸小，可以防止聚集和沉降。磁性液体胶体体系 的稳定性是由磁性颗粒的热运动来决定的，这种热运 动随着粒子尺寸的减小而增加。但是磁性颗粒的尺寸 又不能太小，当粒子直径小于1~2nm时磁性能就会消 失。
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2.1.2 载液
基液不同，可生成不同性能、不同应用领域 的磁性液体，如水基、煤油基、二醋基、烃基， 聚苯基、硅油基、氟化烃基，氟炭基，金属有机 化合物，镓、汞、钒、铟锡合金等液态金属等。 对于磁性液体润滑和密封来说，通常选用矿物油 和硅油机体；碳氢化合物机体基体的磁性液体通 常用作分散和打印设备；医学上应用的一般为水 基体的磁性液体。通常液体基体需要有低的蒸发 率，无毒，抗腐蚀介质和不溶于特殊介质等特性。
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2.1.3 分散剂-油酸、丁二酸、氟醚酸
为了使磁流体中磁性微粒不相互于吸引，或不 因重力场作用而引起的沉淀，在磁性颗粒制取过程 中正确的选择分散剂，使其与载液性能相匹配以及 把掺与载液中磁性微粒直径控制在小于10nm以下。 微粒间的电偶极相互作用可以被分散剂所克服，使 粒子间不能靠近。重力场所引起的沉淀作用，因分 散剂的作用以及微粒在载液中的浓度远小于100% （浓度大约10%左右），因此不易沉淀。为了防止 颗粒间由于静磁与电偶矩的相互作用而聚集成团， 产生沉积，每个磁性颗粒的表面必需化学吸附一层 长链的高分子或聚合物分子膜，这层膜厚1～2nm， 并且是单分子层。此即为表面活性剂。
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密封的重要性
20世纪70年代，苏联“联盟11号”飞船顺 利完成进入礼炮1号空间站各项任务后，在 再入大气层前，实施返回舱和轨道舱分离时， 连接两舱的分离插头分离后，返回舱的压力 阀门密封失效，返回舱的空气从该处泄露， 舱内迅速减压，致使3名宇航员因急性缺氧， 体液沸腾而死亡；
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20世纪80年代的美国哥伦比亚航天飞机由 于动力箱的密封失效而坠毁，7名机组人员 全部遇难。
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用作阻尼器件。磁性液体具有一定的粘滞性，利 用磁特性可以阻尼掉系统中不希望产生的振荡模式。例 如，步进电机是用来将电脉冲转换为精确的机械运动， 其特点是迅速地被加速和减速，因此常导致系统呈振荡 状态。为了消除振荡而变为平滑的运动，仅需将少量磁 性液体注入磁极的间隙中，在磁极作用下磁性液体自然 地定位于转动部位。
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用作磁记录材料。近年来各种信息量飞速增加，需 要记录的信息量也不断增加，要求记录材料高性能化， 特别是记录高密度化。高记录密度的记录材料与超微粒 有密切的关系。例如，要求每1cm2可记录1000万条以 上记录，那么一条信息要求被记录在1~10mm2中，至 少具有300阶段分层次的记录，在1~10 mm2中至少必 须要有300个记录单位。若以超微粒作记录单元，记录 密度大大提高。磁性纳米微粒由于尺寸小、具有单磁畴 结构、矫顽力很高的特性，用它制磁记录材料可以提高 信噪比，改善图象质量。作为磁记录单元的磁性粒子的 大小必须满足以下要求：颗粒的长度应远小于记录波长； 粒子的宽度（如可能，长度也包括在内）应该远小于记 录深度；一个单元的记录体积中，尽可能有更多的磁性 粒子。
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它在粒子表面形成一层长链分子粒子表面的活 性剂如同弹性垫，隔开了磁性粒子，以防止粒子因 范得华力和磁力作用而聚集，布朗运动使其在基液 中均匀分布分散剂的高分子的链要足够长，以致颗 粒接近时排斥力应大于吸引力。 此外，高分子链的 一端应和磁性颗粒产生化学吸附，另一端应和基液 亲和，分散于基液中。分散剂通常选择带有官能团 如：OOH、H2OH 、H2NH2的长链分子。这些长链 分子的作用是通过这些官能团和磁性颗粒相互作用， 在磁性颗粒表面形成单分子层的紧密连接。长链分 子必需和载体的极性相同，才能不会阻止维系胶体 体系稳定的热运动。每一种磁性液体和应选用一种 对应的表面活性剂。