磁流变液的制备

• 　　磁流变液一般由铁磁性易磁化颗粒、母液油和稳定剂三种物质构成。铁磁性（软磁性）固体颗粒有球状、棒状和纺锤状三种形态，密度为7～8g/cm3，其中球形颗粒的直径在0.1～500μm [10]范围内。目前可用作磁流变液的铁磁性固体颗粒是具有较高磁化饱和强度的羰基铁粉、纯铁粉或铁合金 。由于羰基铁粉饱和磁化强度为2.15特斯拉，且物性较软、具有可压缩性、材料成本低、购买方便，已成为最常用的材料之一。磁流变液的母液油（分散剂）一般是非导磁且性能良好的油，如矿物油、硅油、合成油等,它们须具有较低的零场粘度、较大范围的温度稳定性、不污染环境等特性 。稳定剂用来减缓或防止磁性颗粒沉降的产生。因为磁性颗粒的比重较大，容易沉淀或离心分离，加入少量的稳定剂是必须的。磁流变液的稳定性主要受两种因素的影响：一是粒子的聚集结块，即粒子相互聚集形成很大的团；二是粒子本身的沉降，即磁性粒子随时间的沉淀。这两种因素都可以通过添加剂或表面活性剂来减缓。由超精细石英粉形成的硅胶是一种典型的稳定剂，这种粒子具有很大的表面积，每个粒子具有多孔疏松结构可以吸附大量的潮气，磁性颗粒可由这些结构支撑均匀地分布在母液中。另一方面，表面活性剂可以形成网状结构吸附在磁性颗粒的周围以减缓粒子的沉降。稳定剂必须有特殊的分子结构，一端有一个对磁性颗粒界面产生高度亲和力的钉扎功能团，另一端还需一个极易分散于某种基液中去的适当长度的弹性基团。

  　　将这三种物质按一定的比例混合均匀，即可形成磁流变液。良好的磁流变液必须具有下列性能：(1)具有优良的磁化和退磁特性，以保证磁流变液的磁流变效应是一种可逆变化。因此这种流体的磁滞回线必须狭窄，内聚力较小，而磁导率很大，尤其是磁导率的初始值和极大值必须很大；(2)应具有较大的磁饱和特性，以便使得尽可能大的“磁流”通过悬浮液的横截面，从而给颗粒相互间提供尽可能大的能量；(3)应具有较小的能量损耗，在工作期间，全部损耗(如磁滞现象、涡流现象等)都应该是一个很小的量；(4)应具有高度磁化和稳定的性能，这就要求磁流变液中的强磁性粒子的分布必须均匀，而且分布率保持不变；(5)应具备极高的“击穿磁场”，以防止磁流变液被磨损并改变性能；(6)应在相当宽的温度范围内具有极高的稳定性，以保证磁流变液的流变性能不会在正常工作温度范围内发生改变；(7)构成磁流变液的原材料应是价廉的而不是稀有的。

  　　目前国际上关于磁流变液材料制备方法和工艺的报道比较多。中国科技大学磁流变研究组陈祖耀、江万权等人用Y-辐射技术产生直径在２００nm～５μm 的Co粒子，并将铁颗粒表面复合此纳米尺寸的Co粒子，形成铁复合物为悬浮粒子制备的磁流变液。在中国科技大学的旋转式磁流变液测试系统上测试，结果表明剪切屈服应力显着增大；用直径为２.５μm～８μm羰基铁粉分散于硅油中，并用偶联剂预先处理，改善液态相和固态相的相容性，可有效防止粒子沉淀，该磁流变液效应显着，且具有较大的温度稳定性。2002年，中国科学技术大学磁流变研究组成功地筛选制备了KDC—1磁流变液，该样品实验室工艺稳定，有较大的剪切屈服强度和沉降稳定性，其主要力学性能指标与美国Lord公司产品接近。现已完成对3家友邻研究单位KDC—1 MRF小批量实验室规模供给，反映良好。