功能复合材料磁性复合材料精.ppt

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1、功能复合材料磁性复合功能复合材料磁性复合材料材料2022/10/6功能复合材料1第1页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料22.2 聚合物基磁性复合材料聚合物基磁性复合材料聚合物基磁性复合材料主要由聚合物基磁性复合材料主要由强磁粉（功强磁粉（功能体）能体）、聚合物基体（黏结剂）聚合物基体（黏结剂）和和加工助剂加工助剂三大部分三大部分组成。组成。2.2.1 无机磁粉功能体无机磁粉功能体 磁粉性能的优劣与其组成、颗粒大小、粒度分磁粉性能的优劣与其组成、颗粒大小、粒度分布以及制造工艺有关。布以及制造工艺有关。第2页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料31.铁氧体磁粉铁氧体磁粉 B

2、aO Fe2O3或或SrO Fe2O32.SmCo5类磁粉类磁粉 第一代稀土复合永磁材料第一代稀土复合永磁材料3.Sm2Co17类磁粉类磁粉 第二代稀土复合永磁材料第二代稀土复合永磁材料4.NdFeB 第三代稀土复合永磁材料第三代稀土复合永磁材料 磁粉颗粒大小是影响磁性复合材料性能的重要因素。磁粉颗粒大小是影响磁性复合材料性能的重要因素。铁氧体和铁氧体和SmCo5类粉体的矫顽力是由磁体内部的晶粒形类粉体的矫顽力是由磁体内部的晶粒形核机制所控制，因此，当磁粉颗粒尺寸大小接近或等于单畴核机制所控制，因此，当磁粉颗粒尺寸大小接近或等于单畴尺寸大小时，其矫顽力明显提高，抗外界干扰能力明显增大。尺寸大小

3、时，其矫顽力明显提高，抗外界干扰能力明显增大。Sm2Co17和熔融和熔融-淬火法生产的微晶淬火法生产的微晶NdFeB磁粉的矫顽力磁粉的矫顽力是由晶粒内部畴壁钉扎所决定，其矫顽力不受颗粒大小影响，是由晶粒内部畴壁钉扎所决定，其矫顽力不受颗粒大小影响，其颗粒大小主要由填充密度和制造工艺等因素决定。其颗粒大小主要由填充密度和制造工艺等因素决定。磁粉粒度分布也对磁性复合材料性能有影响。磁粉粒度分布也对磁性复合材料性能有影响。第3页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料4第4页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料5第5页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料62.2.2 聚合物

4、基体聚合物基体 分为橡胶类、热固性树脂类和热塑性树脂类三种。分为橡胶类、热固性树脂类和热塑性树脂类三种。2.2.3 加工助剂加工助剂 为了改善复合体系的流动性，常加入各种助剂以为了改善复合体系的流动性，常加入各种助剂以提高磁功能体沿易磁化轴的方向取向和提高磁粉含量，提高磁功能体沿易磁化轴的方向取向和提高磁粉含量，常使用一些硬脂酸盐润滑剂、偶联剂及增塑剂等。其常使用一些硬脂酸盐润滑剂、偶联剂及增塑剂等。其中硅烷偶联剂同时对提高磁功能体的抗氧化能力起到中硅烷偶联剂同时对提高磁功能体的抗氧化能力起到一定作用。一定作用。第6页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料72.2.4 聚合物基磁性复合

5、材料的制备工艺聚合物基磁性复合材料的制备工艺常采用常采用模压模压模压模压、注塑注塑注塑注塑、挤压挤压挤压挤压等工艺技术。等工艺技术。NdFeB/环氧树脂复合材料环氧树脂复合材料的性能与成型压力的关系的性能与成型压力的关系第7页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料82.3 磁性复合材料的性能、分类及应用磁性复合材料的性能、分类及应用2.3.1 磁性复合材料性能与填充磁体含量的关系磁性复合材料性能与填充磁体含量的关系对低填充量的颗粒状磁性功能体填充的复合材料：对低填充量的颗粒状磁性功能体填充的复合材料：r(V)=1+A Vr 相对磁导率；相对磁导率；A 依赖于磁性材料性能、形状和填充量的

6、系数；依赖于磁性材料性能、形状和填充量的系数；V 磁性材料填充的体积分数。磁性材料填充的体积分数。第8页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料9随着填充比例的增加，磁导率明显偏离线性。随着填充比例的增加，磁导率明显偏离线性。r(V)=1+B V 2B，磁感应强度。磁感应强度。对于填充两种或两种以上不同尺寸磁粉及不同对于填充两种或两种以上不同尺寸磁粉及不同尺寸分布和形状的混杂磁性复合材料，如果其粒子尺寸分布和形状的混杂磁性复合材料，如果其粒子形态相似而磁性能不同，则形态相似而磁性能不同，则r 与各磁性材料体积分数与各磁性材料体积分数V i 的关系可表示为的关系可表示为：r(V1，V2)=

7、1+B1V2 2+B2V2 2第9页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料10由于由于磁性材料磁性材料磁性材料磁性材料有有软磁软磁软磁软磁和和硬磁硬磁硬磁硬磁之分，因此也有之分，因此也有相应相应的软磁和硬磁复合材料的软磁和硬磁复合材料。此外，此外，强磁性强磁性(铁磁性和亚铁磁性铁磁性和亚铁磁性)细微颗粒细微颗粒涂覆在涂覆在高聚物材料带上高聚物材料带上高聚物材料带上高聚物材料带上或或金属盘上金属盘上金属盘上金属盘上形成形成磁带或磁盘磁带或磁盘磁带或磁盘磁带或磁盘用于磁记录，用于磁记录，也是一类非常重要的磁性复合材料，又如也是一类非常重要的磁性复合材料，又如与液体混合与液体混合形形成成磁流

8、体磁流体磁流体磁流体等。等。2.3.2 磁性复合材料的分类磁性复合材料的分类2.3.3 磁性复合材料的应用磁性复合材料的应用第10页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料11 2.4 永磁复合材料永磁复合材料一般情况下，永磁材料的一般情况下，永磁材料的密度较高密度较高密度较高密度较高，脆而脆而脆而脆而硬硬硬硬，不易加工不易加工成复杂的形状。成复杂的形状。但是，制成但是，制成高聚物基高聚物基高聚物基高聚物基或或软金属基软金属基复合材复合材料后，上述料后，上述难加工的缺点难加工的缺点可得到克服。可得到克服。典型的永磁材料典型的永磁材料包括包括永磁铁氧体永磁铁氧体、铝镍钴铝镍钴铝镍钴铝镍钴以

9、及以及稀土永磁稀土永磁稀土永磁稀土永磁材料。材料。第11页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料12永磁复合材料永磁复合材料的的功能组元功能组元是是磁性粉末磁性粉末，高高聚物和软金属聚物和软金属起到起到粘结剂粘结剂的作用。的作用。其中，其中，高聚物高聚物使用较为普遍，常用的有使用较为普遍，常用的有环氧树脂环氧树脂、尼龙尼龙和和橡胶橡胶等材料。等材料。第12页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料13永磁复合材料永磁复合材料的的制造方法制造方法常采用常采用模压模压、注塑注塑注塑注塑、挤压挤压等工艺技术。等工艺技术。对于对于软金属粘结工艺软金属粘结工艺来说来说，由于它由于它较为复杂

10、较为复杂，因此除因此除磁体要求在较高温度下磁体要求在较高温度下(200)使用外使用外，很少采用这种很少采用这种金属基复合磁体金属基复合磁体。第13页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料14很显然，与很显然，与高密度的金属磁体高密度的金属磁体或或陶瓷磁陶瓷磁体体(铁氧体铁氧体)相比，相比，复合磁体的复合磁体的优良加工性优良加工性能能是以是以牺牲一部分牺牲一部分磁性能磁性能为为代价的。代价的。第14页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料15非磁性基体非磁性基体非磁性基体非磁性基体及及非磁性相非磁性相的比例的比例直接影响到直接影响到材料的材料的饱和磁化强度饱和磁化强度及及剩余磁化

11、强度剩余磁化强度，它可用，它可用下述关系式来表达：下述关系式来表达：第15页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料16 其中，其中，MrMr为复合磁体的为复合磁体的剩余磁化强度剩余磁化强度；MsMs为磁性组为磁性组元的元的饱和磁化强度；饱和磁化强度；为为复合磁体密度；复合磁体密度；o o为磁性组元为磁性组元的的理论密度理论密度；为复合物中的为复合物中的非磁性相的体积分数非磁性相的体积分数；f f为铁磁性相在外磁场方向的取向度。为铁磁性相在外磁场方向的取向度。第16页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料17由于由于复合永磁材料复合永磁材料的的易成形易成形和和良好加工性良好加工性

12、能能，因此常用来制作，因此常用来制作薄壁的微型电机使用的薄壁的微型电机使用的环环状定子状定子，例如，例如计算机主轴电机计算机主轴电机，钟表步进电机钟表步进电机等。等。第17页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料18复合永磁材料的复合永磁材料的良好成型性良好成型性，使其适用于制，使其适用于制作作体积小体积小、形状复杂的永磁体形状复杂的永磁体。如。如汽车仪表用磁汽车仪表用磁体体，磁推轴承磁推轴承及各类及各类蜂鸣器蜂鸣器等。等。第18页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料19复合永磁材料的复合永磁材料的功能体功能体可看作是各类可看作是各类磁磁体粉末体粉末（如（如铁氧体铁氧体、铝镍

13、钴铝镍钴、Sm-Co、Nd-Fe-B等）制成的等）制成的粘结磁体粘结磁体。也可以选用也可以选用两种或两种以上的两种或两种以上的不同磁粉不同磁粉与与高分子材料高分子材料高分子材料高分子材料复合，以便得到复合，以便得到更宽范围的实用性能更宽范围的实用性能。第19页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料20电器元件的小型化电器元件的小型化，导致，导致磁路中磁路中追求追求更高更高更高更高的驱动频率的驱动频率的驱动频率的驱动频率，为此应用的，为此应用的软磁材料软磁材料软磁材料软磁材料，除，除在静态磁在静态磁场下场下经常要求的经常要求的高饱和磁化强度高饱和磁化强度和和高磁导率高磁导率高磁导率高磁导

14、率外，外，还要求它们具有还要求它们具有低的交流损耗低的交流损耗PL。2.5 软磁复合材料软磁复合材料第20页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料21通常通常较大尺寸的较大尺寸的金属软磁材料金属软磁材料，其，其相对磁相对磁导率导率 r 随随驱动频率驱动频率的的增大而急速下降增大而急速下降，如下图所，如下图所示：示：第21页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料22Fe-Si-Al粉末颗粒复合体相对磁导率随驱动频率的变化粉末颗粒复合体相对磁导率随驱动频率的变化第22页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料23如果把如果把软磁材料软磁材料（例如（例如Fe-Si-A1合金）合

15、金）制成粉末制成粉末制成粉末制成粉末，表面被，表面被极薄的极薄的A12O3层层或或高聚物高聚物分隔分隔绝缘绝缘，然后，然后热压或模压固化热压或模压固化成成块状软磁体块状软磁体，则，则第23页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料24 从图从图A、B、D曲线看出，它的曲线看出，它的 r值值在相当宽的驱动频在相当宽的驱动频率范围内率范围内不随交变场频率的升高而下降不随交变场频率的升高而下降不随交变场频率的升高而下降不随交变场频率的升高而下降，从而保持在，从而保持在一个一个较平稳的恒定值较平稳的恒定值较平稳的恒定值较平稳的恒定值。第24页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料25这种

16、复合软磁材料的这种复合软磁材料的相对磁导率相对磁导率相对磁导率相对磁导率 r值可由下值可由下式描述式描述:式中式中d、c和和 分别表示分别表示金属粒子尺寸金属粒子尺寸、块、块状金属相的状金属相的磁导率磁导率和和包覆层厚度包覆层厚度。第25页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料26显然，选择合适的显然，选择合适的金属粒子尺寸金属粒子尺寸金属粒子尺寸金属粒子尺寸和和包覆层包覆层包覆层包覆层厚度厚度厚度厚度即可获得即可获得所需的所需的相对磁导率相对磁导率 r值值，这对，这对电电感器和轭源圈的设计感器和轭源圈的设计是十分重要的。是十分重要的。第26页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合

17、材料27由于由于绝缘物质的包覆绝缘物质的包覆，这类材料的，这类材料的电阻率电阻率比比其其母体合金母体合金高得多高得多(高高1011倍倍)，因此，因此在交变磁场在交变磁场下下具有具有低的磁损耗低的磁损耗低的磁损耗低的磁损耗P PL L。下图显示了在下图显示了在1MHz高频下，复合材料高频下，复合材料磁磁损耗损耗与与粉末颗粒尺寸粉末颗粒尺寸D的关系。的关系。第27页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料28磁磁损损耗耗PL/kW.m-3磁粉粒度磁粉粒度/um磁损耗与软磁粉粒度的关系磁损耗与软磁粉粒度的关系磁损耗与软磁粉粒度的关系磁损耗与软磁粉粒度的关系从图中可看出，从图中可看出，粉末尺寸越

18、小粉末尺寸越小粉末尺寸越小粉末尺寸越小，损损损损耗越低耗越低耗越低耗越低。因此，可以通因此，可以通过过调整磁性粉末颗调整磁性粉末颗调整磁性粉末颗调整磁性粉末颗粒的尺寸粒的尺寸粒的尺寸粒的尺寸来调节损来调节损耗耗L值。值。第28页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料29记录记录声音和图像声音和图像，然后，然后将其读出将其读出(再生再生)的的过程，如下图所示：过程，如下图所示：2.6 磁性记录与读出磁性记录与读出 2.6.1 磁性记录材料的工作原理磁性记录材料的工作原理第29页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料30音光音光电气电气信号信号磁性磁性信号信号作为磁作为磁性保留性保

19、留磁头磁头记录材料记录材料磁记录再生的原理示意图磁记录再生的原理示意图第30页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料31由由麦克风及摄像机麦克风及摄像机将将声音及光声音及光声音及光声音及光变成变成电信号电信号电信号电信号，再再由磁头由磁头变成变成磁信号磁信号磁信号磁信号，从而固定在，从而固定在磁记录介磁记录介质质上。上。读出时读出时，与记录过程相反，使，与记录过程相反，使声音和图声音和图像再生像再生。第31页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料32理想的理想的磁记录介质磁记录介质要尽可能地要尽可能地高密度高密度，能，能长期保存记录长期保存记录，再生时，再生时尽可能高输出尽可能

20、高输出。在考虑能够实现在考虑能够实现高密度高密度、长期保存长期保存、高输出高输出高输出高输出时时时时，大致有，大致有两方面的考虑两方面的考虑，一是，一是磁性材料的种类磁性材料的种类，二是二是以磁性层为中心的叠层结构的构成以磁性层为中心的叠层结构的构成。第32页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料33作为记录介质的作为记录介质的强磁性材料强磁性材料强磁性材料强磁性材料，主要性能指标主要性能指标是是矫顽矫顽矫顽矫顽力力力力HcHc和和剩余磁化强度剩余磁化强度剩余磁化强度剩余磁化强度MrMr的大小。的大小。这两个性能指标不仅受这两个性能指标不仅受磁性材料种类磁性材料种类磁性材料种类磁性材料

21、种类的影响，也的影响，也受受颗粒的大小和形状颗粒的大小和形状颗粒的大小和形状颗粒的大小和形状的影响。的影响。2.6.2 磁性记录介质的性能磁性记录介质的性能第33页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料34下表列出了目前使用的下表列出了目前使用的磁记录介质材料磁记录介质材料磁记录介质材料磁记录介质材料的磁特性。的磁特性。磁性材料磁性材料 Mr/T Hc/A.m-1-Fe2O3(14001800)*10-4(15.9231.83)*103Co-Fe2O3(14001800)*10-4(47.7571.62)*103金属金属Fe(23002900)*10-4(111.41127.33)*1

22、03Co-Ni 合金合金(1100012000)*10-4(55.7159.69)*103各种磁性粉末的特性各种磁性粉末的特性表中的排列是表中的排列是按发展的顺序按发展的顺序按发展的顺序按发展的顺序排列的。排列的。第34页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料35从表中可看出，每一次材料的从表中可看出，每一次材料的重大改进重大改进都使都使介质材料的介质材料的介质材料的介质材料的磁性磁性磁性磁性产生一次质的飞跃产生一次质的飞跃，与此同时，也使，与此同时，也使磁记录密度磁记录密度磁记录密度磁记录密度获获得得一次大的提高一次大的提高。磁性材料磁性材料 Mr/T Hc/A.m-1-Fe2O3(

23、14001800)*10-4(15.9231.83)*103Co-Fe2O3(14001800)*10-4(47.7571.62)*103金属金属Fe(23002900)*10-4(111.41127.33)*103Co-Ni 合金合金(1100012000)*10-4(55.7159.69)*103第35页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料36在现有材料基础上，为了在现有材料基础上，为了进一步提高记录进一步提高记录密度密度，就应考虑，就应考虑在叠层结构上在叠层结构上的优化。的优化。2.6.3 叠层结构对磁带性能的影响叠层结构对磁带性能的影响一般对于一般对于粉状磁性材料粉状磁性材料

24、，先制造，先制造以适当高分以适当高分子为粘结剂的涂料子为粘结剂的涂料，然后把该涂料，然后把该涂料用适当的方用适当的方法进行涂敷、干燥法进行涂敷、干燥，制造出如下图所示的一种，制造出如下图所示的一种层压薄片层压薄片，这就是，这就是记录磁带记录磁带。显然，它属于。显然，它属于叠叠层型的功能复合材料层型的功能复合材料。第36页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料37磁粉磁粉磁粉磁粉粘结剂粘结剂粘结剂粘结剂添加剂添加剂添加剂添加剂磁层磁层磁层磁层下涂层下涂层下涂层下涂层背涂层背涂层背涂层背涂层基膜基膜基膜基膜记录磁带的结构记录磁带的结构第37页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料3

25、8到目前为止，为到目前为止，为提高涂敷型磁带的性能提高涂敷型磁带的性能提高涂敷型磁带的性能提高涂敷型磁带的性能采采取了下面一些措施：取了下面一些措施：(1)提高磁性层中提高磁性层中磁性材料的填充率磁性材料的填充率磁性材料的填充率磁性材料的填充率；(2)尽可能尽可能缩小磁性材料的颗粒缩小磁性材料的颗粒；(3)缩小磁头与磁带间的空隙缩小磁头与磁带间的空隙，防止磁损失。，防止磁损失。第38页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料39上面这些都是能够提高磁带记录密度的上面这些都是能够提高磁带记录密度的措施。但是，这些改进都是措施。但是，这些改进都是有限度的有限度的，超过一超过一定极限值定极限值

26、会导致一些会导致一些负面作用负面作用出现。出现。因此，为了因此，为了进一步改善记录密度进一步改善记录密度，就需，就需要有要有新的叠层构思和技术新的叠层构思和技术，即要创造出，即要创造出以复合以复合以复合以复合技术为中心技术为中心技术为中心技术为中心的新功能。的新功能。第39页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料40目前，研究者对此进行两种尝试。目前，研究者对此进行两种尝试。一、尝试把现在一、尝试把现在单一的磁性层单一的磁性层变成变成双磁双磁性层性层。二、不是用二、不是用涂敷磁性粉末和粘结剂混合涂敷磁性粉末和粘结剂混合成的涂料的方法成的涂料的方法来制造来制造磁性层磁性层，而是依靠，而是

27、依靠真真真真空镀敷空镀敷空镀敷空镀敷Co/NiCo/Ni合金薄膜合金薄膜合金薄膜合金薄膜的方法，来制造磁带。的方法，来制造磁带。第40页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料41把把单一磁性层单一磁性层变成变成双磁性层双磁性层双磁性层双磁性层的尝试是采用的尝试是采用上上层使用高娇顽力的微颗粒金属磁性材料层使用高娇顽力的微颗粒金属磁性材料，厚度，厚度为为0.4um，下层使用低矫顽力的钴改性的氧化铁下层使用低矫顽力的钴改性的氧化铁磁性材料磁性材料，厚度为，厚度为2.5um。这样，。这样，上层能够高效率上层能够高效率上层能够高效率上层能够高效率地记录地记录地记录地记录，再生用，再生用高频和较

28、强磁场记录的亮度信号高频和较强磁场记录的亮度信号。第41页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料42另一方面，因为另一方面，因为色调信号色调信号和和声音信号声音信号是低是低频，频，在磁性层深部在磁性层深部才变弱。所以适当地搭配才变弱。所以适当地搭配上层上层与下层的厚度与下层的厚度及及矫顽力矫顽力矫顽力矫顽力可得到比可得到比只使用一种磁只使用一种磁性材料的磁性层性材料的磁性层更高的输出功率。更高的输出功率。这样，这样，不同波长都提高了输出功率不同波长都提高了输出功率，可获，可获得得更清晰的图像和声音更清晰的图像和声音。然而这种然而这种双层结构双层结构给涂敷技术给涂敷技术提出更高的要提出更

29、高的要求，不是求，不是常规涂敷方法常规涂敷方法能实现的。能实现的。第42页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料43Co-Ni合金薄膜磁带合金薄膜磁带是基于将来是基于将来需记录信号的需记录信号的波长波长可能可能向短波长方向发展向短波长方向发展的角度出发而设计和构的角度出发而设计和构思的。思的。短波长的磁场短波长的磁场由于由于波及的深度浅波及的深度浅，考虑到厚，考虑到厚度损失的问题，那么度损失的问题，那么0.2um程度的超薄膜程度的超薄膜是最理是最理想的。要制造这样的超薄膜，想的。要制造这样的超薄膜，真空蒸镀法真空蒸镀法是适合的。是适合的。第43页，本讲稿共73页2022/10/6功能复

30、合材料44此外，此外，磁性材料磁性材料磁性材料磁性材料具有较好的性能，本身就可具有较好的性能，本身就可以以提高记录密度提高记录密度。各种磁性粉末的特性如下表各种磁性粉末的特性如下表所示所示磁性材料磁性材料 Mr/T Hc/A.m-1-Fe2O3(14001800)*10-4(15.9231.83)*103Co-Fe2O3(14001800)*10-4(47.7571.62)*103金属金属Fe(23002900)*10-4(111.41127.33)*103Co-Ni 合金合金(1100012000)*10-4(55.7159.69)*103第44页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材

31、料45由表中可见，由表中可见，剩磁最大剩磁最大的是的是Co-Ni合金，合金，如果镀成薄膜，如果镀成薄膜，磁性材料的填充率磁性材料的填充率几乎接近几乎接近100。无论是。无论是剩磁大剩磁大，还是，还是填充率大填充率大都对都对提高提高输出功率输出功率有好处。有好处。磁性材料磁性材料 Mr/T Hc/A.m-1-Fe2O3(14001800)*10-4(15.9231.83)*103Co-Fe2O3(14001800)*10-4(47.7571.62)*103金属金属Fe(23002900)*10-4(111.41127.33)*103Co-Ni 合金合金(1100012000)*10-4(55.7

32、159.69)*103第45页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料462.7 磁流体磁流体磁流体磁流体是是强磁性强磁性(铁磁性和亚铁磁性铁磁性和亚铁磁性)细微颗细微颗粒粒与与一种液体一种液体均匀混合而成的均匀混合而成的胶状液体胶状液体。它既具有强磁性材料的它既具有强磁性材料的多种磁特性多种磁特性多种磁特性多种磁特性，又具有，又具有液体的特性液体的特性液体的特性液体的特性。第46页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料47磁性液体磁性液体由强磁性由强磁性单畴颗粒单畴颗粒(磁粉磁粉)、基质液体基质液体(基液基液)和和分散剂分散剂(表面活性剂表面活性剂)组成。组成。第47页，本讲稿

33、共73页2022/10/6功能复合材料48为了防止为了防止磁粉沉淀和凝聚磁粉沉淀和凝聚，使磁性液体稳，使磁性液体稳定，必须选择适当的定，必须选择适当的磁粉粒径磁粉粒径、分散剂分散剂分散剂分散剂物性参物性参量和用量量和用量以及以及基液基液物性参量物性参量，使磁粉磁偶极矩，使磁粉磁偶极矩间间作用力和热作用力作用力和热作用力的的综合效应产生势垒综合效应产生势垒，以，以利于利于磁性液体稳定磁性液体稳定。第48页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料49组成中的组成中的磁粉磁粉采用采用金属或非金属强磁材料金属或非金属强磁材料，通过通过化学沉淀法化学沉淀法、热分解法热分解法、机械研磨法机械研磨法、

34、电电解解等方法制成，粒径约等方法制成，粒径约1 100 nm的的单畴颗粒单畴颗粒。第49页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料50基质液体基质液体的种类很多，常根据用途的种类很多，常根据用途选用。目前多采用选用。目前多采用非金属基液非金属基液，主要有，主要有以下六种。以下六种。第50页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料51(1)水水一种一种常用和经济常用和经济的基液，可在较宽范围内的基液，可在较宽范围内调节调节pH值；但容易蒸发，适于制备值；但容易蒸发，适于制备在选矿和在选矿和磁印刷等方面磁印刷等方面应用的应用的磁性液体磁性液体。第51页，本讲稿共73页2022/10/6

35、功能复合材料52(2)酯酯类和类和二酯二酯类类蒸气压低蒸气压低，粘滞性适当粘滞性适当，润滑性好润滑性好，适，适于制备于制备在真空密封和阻尼系统中在真空密封和阻尼系统中应用的磁性应用的磁性液体。液体。第52页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料53(3)烃烃烃烃类类粘度较低粘度较低，电阻率和介电常数较高电阻率和介电常数较高，适，适于制备在要求于制备在要求电绝缘好、粘滞性低的情况下电绝缘好、粘滞性低的情况下应应用的磁性液体。用的磁性液体。第53页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料54(4)氯碳氯碳类类适用适用温度范围宽温度范围宽，对氯气等稳定性高对氯气等稳定性高，不不溶于其他

36、液体溶于其他液体，适于制备，适于制备在温度变化大在温度变化大和和有氯有氯气的恶劣条件下气的恶劣条件下应用的磁性液体。应用的磁性液体。第54页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料55(5)聚苯醚聚苯醚聚苯醚聚苯醚类类蒸气压低蒸气压低，抗辐射性好抗辐射性好，适于制备，适于制备在高在高真空或辐照环境中真空或辐照环境中应用的磁性液体。应用的磁性液体。第55页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料56(6)水银水银和和低熔点金属合金低熔点金属合金低熔点金属合金低熔点金属合金导热性和导电性高导热性和导电性高，适于制备在需要，适于制备在需要高高传热或导电的情况下传热或导电的情况下应用的磁性

37、液体。应用的磁性液体。第56页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料57分散剂分散剂使使磁粉表面磁粉表面吸附一层吸附一层长链分长链分子子，构成，构成缓冲层缓冲层，并使磁粉在，并使磁粉在磁场和电磁场和电场作用下场作用下不会凝聚不会凝聚。第57页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料58因此，要求因此，要求分散剂的分子链分散剂的分子链分散剂的分子链分散剂的分子链一端一端吸附在吸附在磁粉表面磁粉表面，另一端，另一端与基液胶溶吸附与基液胶溶吸附与基液胶溶吸附与基液胶溶吸附；另外，还要求分子链另外，还要求分子链有一定链长有一定链长，以获，以获得有效的得有效的防凝聚作用防凝聚作用。第58页

38、，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料59分散剂分散剂主要有主要有阴离子分散剂阴离子分散剂、阳离子阳离子分散剂分散剂、两性分散剂两性分散剂和和中性中性(非离子非离子)分散分散剂剂。分散剂用量分散剂用量一般约为一般约为磁粉重量磁粉重量的的510。第59页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料60 2.7.1 磁流体的种类磁流体的种类根据组成、特性和应用要求，磁性液体可分根据组成、特性和应用要求，磁性液体可分为三类。为三类。(1)非金属非金属非金属非金属磁磁磁磁(粉粉粉粉)性液体：性液体：性液体：性液体：(2)金属金属磁磁磁磁(粉粉粉粉)性液体性液体性液体性液体(3)纯金属纯金属磁

39、性液体磁性液体第60页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料61(1)非金属磁非金属磁(粉粉)性液体性液体以以非金属磁粉非金属磁粉(目前主要为目前主要为Fe3O4磁粉磁粉)与与非非金属基液金属基液均匀混合成的均匀混合成的胶状液体胶状液体，是目前应用，是目前应用最多的一类。最多的一类。第61页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料62(2)金属磁金属磁(粉粉)性液体性液体以以铁铁(Fe)、钴、钴(Co)或其合金磁粉或其合金磁粉与与非金属基非金属基液液均匀混合成的均匀混合成的胶状液体胶状液体，其磁化强度高，磁，其磁化强度高，磁性强。目前尚处干研究阶段。性强。目前尚处干研究阶段。第6

40、2页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料63(3)纯金属磁性液体纯金属磁性液体以以金属磁粉金属磁粉和和金属基液金属基液均勾混合成的均勾混合成的胶状液胶状液胶状液胶状液体体体体。其。其磁性、导热性磁性、导热性和和导电性好导电性好，适于制造一些，适于制造一些特殊装置如特殊装置如磁流体发电机磁流体发电机。目前多处于研究阶。目前多处于研究阶段，应用较少。段，应用较少。第63页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料642.7.2 磁流体的特性和应用磁流体的特性和应用磁性液体磁性液体磁性液体磁性液体与与固态磁性材料固态磁性材料相比具有以相比具有以下四个方面的特点下四个方面的特点:第64页

41、，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料65(1)高度的稳定性高度的稳定性。能长期保持均匀状态，。能长期保持均匀状态，在在磁场和重力场磁场和重力场中不会发生中不会发生凝聚和成团现象凝聚和成团现象。(2)可控的粘滞性可控的粘滞性。可由。可由外加磁场外加磁场控制其控制其粘度，并使粘度，并使粘度对磁场表现各向异性粘度对磁场表现各向异性。第65页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料66(3)典型的超顺磁性典型的超顺磁性。无。无磁滞回线磁滞回线现象，现象，即即剩磁和矫顽力剩磁和矫顽力都为零；都为零；(4)可调节的磁浮力可调节的磁浮力。即可用。即可用外加磁场外加磁场改变磁性液体的改变磁性液

42、体的表观密度和浮力表观密度和浮力。第66页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料67由于由于磁性液体磁性液体兼有兼有强磁性强磁性和和液态性液态性质质，因而在，因而在电子、电机、仪表、石油化工电子、电机、仪表、石油化工和科学研究和科学研究中得到应用。中得到应用。第67页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料68如用于如用于运动部件的阻尼运动部件的阻尼、润滑和密封润滑和密封，不同密，不同密度物体的度物体的分选和分离分选和分离，失重状态下用的磁性燃料，失重状态下用的磁性燃料和磁性笔，和磁性笔，磁控印刷磁控印刷，磁控染色磁控染色，由磁性液体作，由磁性液体作为工作物质的为工作物质的陀螺陀

43、螺、声换能器声换能器、磁流体电机磁流体电机和和磁磁芯芯等。等。第68页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料692.8 磁性复合材料的老化机理及防护磁性复合材料的老化机理及防护 磁性复合材料（特别是磁性复合材料（特别是NdFeB）易氧化腐蚀的问题）易氧化腐蚀的问题仍然是当前稀土磁性复合材料的主要问题。仍然是当前稀土磁性复合材料的主要问题。SmCo5复合永磁磁性能劣化的外界原因：复合永磁磁性能劣化的外界原因：1.吸附在磁粉表面的氧和湿气在成型中很难全部除去，吸附在磁粉表面的氧和湿气在成型中很难全部除去，它与磁粉表面反应导致氧化腐蚀，使性能劣化；它与磁粉表面反应导致氧化腐蚀，使性能劣化；2

44、.成型时有大量的含氧杂质裹入复合材料，导致磁粉的成型时有大量的含氧杂质裹入复合材料，导致磁粉的氧化；氧化；3.用含强氧化剂的树脂体系为基体材料时，加速了磁粉用含强氧化剂的树脂体系为基体材料时，加速了磁粉的氧化和性能劣化。的氧化和性能劣化。第69页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料70 NdFeB复合永磁材料性能的劣化机理复合永磁材料性能的劣化机理:由于由于NdFeB中各相存在电位差异，磁体表面发生中各相存在电位差异，磁体表面发生电化学反应，其腐蚀顺序为：电化学反应，其腐蚀顺序为：富富B相相 富富Nd相相 Nd2Fe14B相相 研究表明，磁体表面吸附的氧和湿气是使磁体性研究表明，磁体

45、表面吸附的氧和湿气是使磁体性能劣化的原因。能劣化的原因。第70页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料71 基体体系中的强氧化物质对基体体系中的强氧化物质对NdFeB 复合材料磁性能复合材料磁性能的影响如下图所示：的影响如下图所示：不饱和聚酯树脂中的过氧化物对功能体的氧化导致不饱和聚酯树脂中的过氧化物对功能体的氧化导致复合材料磁性能的下降看来是主要原因。复合材料磁性能的下降看来是主要原因。第71页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料72对对NdFeB复合永磁材料的氧化防护常采用两种方法：复合永磁材料的氧化防护常采用两种方法：1.对磁体表面进行抗氧化腐蚀涂层；对磁体表面进行抗氧化腐蚀涂层；2.对对NdFeB合金本身组成进行改性。合金本身组成进行改性。其中涂层法为主要途径，其主要原理是在磁体表面形其中涂层法为主要途径，其主要原理是在磁体表面形成一层致密保护膜，使内部磁体与外界环境隔绝，从而成一层致密保护膜，使内部磁体与外界环境隔绝，从而达到抗氧化腐蚀的作用。达到抗氧化腐蚀的作用。涂层方法主要有：磷化物处理、有机硅以及钛酸涂层方法主要有：磷化物处理、有机硅以及钛酸酯类偶联剂处理。酯类偶联剂处理。第72页，本讲稿共73页2022/10/6功能复合材料73第73页，本讲稿共73页