[发明专利]使用表面改良粒子的磁流变材料

说明书

本发明涉及某些液体材料，当其暴露于磁场中时呈现出流动阻力的实质性增加。特别是本发明涉及使用表面改良粒子成份用以增强屈服强度的磁流变材料。

在存在磁场时经受表面粘度变化的液体混合物通常称为宾汉（Bingham）磁液体或磁流变材料。磁流变材料通常是由分散在一种液体载体中的铁磁或顺磁粒子组成，这些粒子典型地其直径大于0.1微米，在存在磁场的情况下，这些粒子形成极化，由此在液体中构成粒子链。这些粒子链起到增加整个材料表面粘度或流动阻力的作用，而在没有磁场的情况时，粒子恢复到未组链或自由状态，并且整个材料的表面粘度或流动阻力也相应地降低了。这些宾汉磁液体混合物表现出与对电流变材料通常观察到的相似的可控制性能，而电流变材料是对电场起反应而非对磁场起反应。

电流变及磁流变材料两者均可用在一些装置如阻压器，减振器及弹性机构中提供可变化的阻压力，并可用在各种离合，制动及阀装置中用于控制力矩及/或压力值。在这些应用中磁流变材料固有地比电流变材料带来更多的优越性。磁流变液体比电流变液体呈现较高的屈服强度，并由此产生出较大的阻尼力。此外，与使电流变材料有效工作所需的昂贵高压电源相比，磁流变材料可由简单的低压电磁线圈方便地产生磁场所激励。对能有效使用磁流变材料的装置类型的专门的描述记载在未定案的美国专利申请系列文献07/900571及07/900567中，其名称分别为“磁流变液体阻尼器”及“磁流变液体装置”，申请日均为1992年6月18日，它们的全部内容结合在此作为参考。

磁流变或宾汉磁液体可与胶态磁液体或铁液体相区分。在胶态磁液体中的粒子，其直径典型为5至10毫微米。在施加磁场时，胶态铁液体不呈现粒子结构或增加流动阻力。而是使胶态磁液体经受正比于磁场梯度的作用于整个材料的体积力。这个力使整个胶态铁液体被吸引到高磁场强度的区域上。

磁流变液体及相应的装置已在一些专利和出版物中作过讨论。例如在美国专利US    2575360中提供了对一种可机电控制的力矩施加装置的说明，该装置使用一种磁流变材料在两个独立转动部件之间提供驱动连接，这些独立转动部件例如为离合器及制动器中所使用的部件。能满足于这种应用的液体混合物据述为散布在合适液体媒介如一种轻润滑油中的通常称为“羰基铁粉”的软铁粉末以50%的体积组成的。

另一种利用磁或电场可控制运动部件之间滑动的装置公开在美国专利US    2661825中。在这些可运动部件中间的空间中填有一种场反应介质。磁场或电场能量的增长通过该介质产生了对结果滑动量的控制。所述的对施加磁场起反应的液体包括羰基铁粉及轻重量的矿物油。

美国专利US    2886151中描述了力传递装置例如离合器及制动器，它们中使用了对电场或磁场起反应的一种液膜耦合。所公开的对磁场起反应的一个例子包括还原的氧化铁粉及在25℃时具有2至20厘泊粘度的一种润滑级油。

使用来控制磁流变液体流动的阀结构描述在美国专利US    2670749及US    3010471中。用于该公开的阀结构中的磁液体包括铁磁、顺磁及逆磁材料。在US    3010471中所规定的一种专门磁液体混合物由在一种羟重量碳氢化合物油中的羰基铁悬浮物组成。所述在US    2670749中使用的磁液体混合物由分散在或是硅油或是氯化物或氟化物悬浮液中的羰基铁粉组成。

在US    2667237中公开了多种磁流变材料的混合物。该混合物被确定为在一种液体，冷却剂、阻氧化剂气体或半固态润滑脂中分散的小顺磁或铁磁粒子。对于磁流变材料的一种优选混合物是由铁粉和轻机械油组成的。所陈述的一种特别优选的磁粉为具有8微米平均粒子尺寸的羰基铁粉。另外可能用的载体成分包括煤油，润滑脂及硅油。

美国专利US    4992190中公开了一种对磁场起反应的流变材料。该所公开的混合物材料为在一种液体载体中分布的可磁化粒子及硅胶。该可磁化粒子可为粉状磁铁矿或具有被隔离还原羰基铁粉的羰基铁粉，例如由GAF公司生产的铁粉特别适用。所描述的液体载体在100°F时具有的粘度其范围为1至1000厘泊。合适载媒的专门例子包括Conoco    LVT油，煤油，轻石腊油，矿物油及硅油。一种优选的载媒为在100°F时粘度范围为10至1000厘泊的硅油。