[发明专利]磁流变液及其制造方法

说明书

发明领域

本发明的示例性实施方案涉及磁流变液（magnetorheological fluids），更具体涉及包含具有与该液体的密度匹配的密度的磁性颗粒的磁流变液。

背景

磁流变（MR）液是构造成在经受磁场时几乎立即改变粘度的微米级磁性颗粒的液体。典型的MR液在不存在磁场的情况下具有取决于其流体组分和颗粒组成、粒度、颗粒载量、温度等的易测得粘度。但是，在外加磁场存在下，悬浮的颗粒看起来排列或簇集且该流体显著增稠或胶凝。其有效粘度随之非常高并且需要更大的力（所谓的屈服应力）促进该流体中的流动。通过施加磁场，MR液的粘度提高至变成粘弹性固体的程度。

MR液表现出在外加磁场的影响下在毫秒级时间范围内以数个量级改变它们的流变性和因此它们的流动特性的能力。该诱发的流变变化完全可逆，因此可用在响应磁场环境变化的装置中。这些材料的用途在于，使用磁流变液的适当构造的电子机械传动器可充当计算机基传感或控制器与所需机械输出之间的快速响应的主动接口（active interface）。就汽车用途而言，此类材料被视为减震器、可控悬挂系统、可控动力传动系和发动机架中的减振器和许多电子控制的力/扭矩传递（离合器）装置中的有效工作介质。MR液提供优于其它可控流体，如ER流体（特别是用于汽车用途）的显著优点，因为MR液通常对这些环境中存在的常见污染物不那么敏感，且它们在适度的外加场存在下表现出更大的流变性质差异。载液的流变性质以及悬浮磁性颗粒的尺寸和密度决定使用MR液的装置中的重要流体特性，如沉降速率。MR液中的颗粒沉降在磁化态中，即在施加磁场时显著降低该流体的性能。

MR液通常是分散在基础载液，如矿物油、合成烃、水、硅油、酯化脂肪酸或其它合适的有机液体中的细碎（通常1至100微米直径）低矫顽力、可磁化固体，如铁、镍、钴和它们的磁性合金的非胶体悬浮液。MR液在不存在磁场的情况下具有可接受的低粘度，但在经受例如大约1特斯拉的合适磁场时表现出它们的动态屈服应力的大提高。由于MR液含有通常比悬浮它们用的液相密7至8倍的非胶体固体颗粒，必须制备颗粒在该液相中的合适的分散体以使颗粒在静置时不会显著沉降，它们也不会不可逆凝结形成聚集体。

通过分散触变剂，如煅制或沉淀二氧化硅，使可磁化颗粒保持悬浮，即防止沉降。二氧化硅通过经二氧化硅颗粒之间的氢键合形成网络来稳定MR液。这种网络在剪切下分解并在剪切停止后再形成以在剪切下表现出低粘度的同时使可磁化颗粒保持悬浮。沉淀二氧化硅通常由于其形成方法而具有大粒度和低表面积，而煅制二氧化硅通常具有较小粒度和较大表面积。煅制二氧化硅在使用时通常是表面处理的。但是，沉淀二氧化硅和处理过的煅制二氧化硅都常在运行过程中在MR液中表现出差网络形成和因此低屈服应力。

MR液可另外含有表面活性剂以防止可磁化颗粒的凝结和沉降。例如，该可磁化颗粒可以被表面活性剂涂布。表面活性剂通常以小于二氧化硅重量的10重量%的量使用。这通常相当于小于全配方MR液的0.1重量%的浓度。随着表面活性剂的浓度提高，屈服应力降低。屈服应力指示二氧化硅网络的强度。尽管较大量的表面活性剂是合意的，但由于其干扰触变剂的功能，目前可用的表面活性剂的量有限。

尽管触变剂和表面活性剂的使用有效降低MR液中的颗粒沉降，它们并非总是足以实现所需颗粒沉降特性。此外，这些材料的使用还影响该流体的磁性响应特性，如通过降低可磁化颗粒的磁饱和。

因此，希望提供在也保持可磁化颗粒的所需磁性响应特性的同时具有合适的流变和改进的沉降特性的MR液。

发明概述

在本发明的一个示例性实施方案中，提供包括具有一定颗粒密度的许多可磁化颗粒的MR液。该流体还包括具有一定流体密度的载液，且所述许多可磁化颗粒分散在载液内。一部分所述许多可磁化颗粒具有与所述流体密度基本相同的颗粒密度。

在本发明的另一示例性实施方案中，MR液包括许多具有可磁化材料外壳和中空核的可磁化颗粒。该流体还包括载液，所述许多可磁化颗粒分散在载液内。

在本发明的再一示例性实施方案中，MR液包括许多具有可磁化材料外壳和内核的可磁化颗粒，所述内核包含陶瓷或聚合物或其组合。该MR液还包括载液，所述许多可磁化颗粒分散在载液内。

从联系附图理解时本发明的最佳实施方式的下列详述中容易看出上述特征和优点以及本发明的其它特征和优点。

附图简述

仅作为实例，在下列实施方案详述中看出其它目的、特征、优点和细节，该详述参考附图，其中：