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【摘 要】磁性液体是一种新型的功能材料，既具有液体的流动性，又有磁性材料的磁性。磁性液体独特的性质，决定了磁性液体应用的广泛性。磁性液体密封是磁性液体最重要的应用之一。本文着重介绍了磁性液体密封的原理及应用情况。
【关键词】磁性液体密封研究
一、 磁性液体
磁性液体（Magnetic Fluid），又叫磁流体、磁性流体或铁磁流体（Ferrofluid）。它是由直径约为10nm的磁性固体微粒在特定的表面活性剂的作用下均匀分散到基液中与其混合而成的一种固液相混的胶体溶液。微粒与载液通过表面活性剂浑成的这种液体即使在重力场、电场、磁场作用下也能长期稳定的存在，不产生沉淀和分离。
磁性液体主要由基载液、磁性微粒和表面活性剂组成。其中，磁性微粒是磁性液体的核心部分，磁性微粒的材料通常有Fe3O4，γ-Fe2O3，MeFe2O4（Me=Co、Mn、Ni等），Ni，Co，Fe，FeCo和FeNi合金等。基载液是磁性微粒存在的载体，通常要满足低蒸发率、低粘度和高稳定性、耐高温和抗辐射等条件，通常所选用的基载液有水、煤油、酯及二酯、氟碳基化合物、硅酸盐类等，目前国内，以酯及二酯类基载液所制磁性液体最为稳定和实用。表面活性剂对于磁性液体十分重要，它决定着磁性液体是否能制成及是否稳定，它就像一个小型“弹簧”一端稳定固定在磁性微粒的表面，一端伸向基载液，一方面防止磁性微粒氧化，另一方面消弱静磁吸引力和克服范德瓦尔斯力，防止磁性微粒的聚集。
二、 磁性液体的应用
磁性液体是一种新型的功能材料，既具有液体的流动性，又有磁性材料的磁性。因此，通过控制磁场，可以对磁性液体进行定位、定向移动，可以改变磁性微粒的聚集形式、浓度等；同时磁性液体还具有许多独特的性质，如磁化特性、磁粘特性、温度特性、磁光特性等。这些独特的性质，决定了磁性液体应用的广泛性，目前涉及的应用领域主要包括密封、传感器、润滑、研磨、减震、扬声器、生物医学等领域。
三、磁性液体密封发展的概况
磁性液体密封是磁性液体最重要的应用之一，它是一种非接触式的液体密封，具有密封性能好、泄漏率低、摩擦力矩小、寿命长等特点，在许多场合具有不可替代的作用。磁性液体密封的概念最早由Adolph Razdowitz于1951年提出，当时主要是为了解决航空雷达同心引线接头的转动问题。美国阀门公司的Moscowitz和Rosensweig继续从事这种磁性液体密封的研究及改进工作，并于1968另立门户，组建了美国磁性液体公司（Ferrotec Corporation）。从此，磁性液体的密封技术获得了长足的发展。磁性液体密封根据轴与极靴是否相对运动，可分为动密封和静密封两大类；而按照轴与极靴的运动形式，动密封又分为旋转轴密封和往复轴密封。
磁性液体的发展随着技术的进步而不断的趋于成熟，而且国内外也相继的有成熟的产品的出现。磁性液体得到广泛的应用在各类真空设备上，例如甩带机、镀膜机和单晶硅炉等。往复轴密封无论在理论还是在实验研究尤其是在实际应用上均不成熟，主要表现在：确定往复轴运动参数和密封件结构参数与耐压能力以及密封寿命的定量化关系；如何进行密封间隙内磁性流体流动机理的分析以及对往复轴运动时磁性液体运动状态的准确刻画等。磁性液体静止密封由于其相对复杂的结构和较高的价格，在工业领域很少应用。对于磁性液体静止密封的研究主要是由于磁性液体静密封耐压的研究可以作为动密封耐压研究的基础——当旋转轴速度超过时，离心力对磁性液体耐压能力的影响才能显示出来，即在一般旋转速度下，磁性液体的动耐压能力近似等于静止密封的耐压能力；同样，在磁性液体往复轴运动速度不高，运动行程不大时，往复运动参数对耐压的影响同样可忽略不记。因此在动密封研究不便的情况下，可用研究静密封来代替。
图1 磁性液体密封原理示意图
Fig.1 Schematic diagram of magnetic fluid seal
参考文献：
[1]周文运.永磁铁氧体和磁性液体设计工艺[M]. 成都：电子科技大学出版社， 1991.
[2]李德才.磁性液体的理论及应用[M]. 北京：科学出版社，2003.
[3]牛晓坤，钟伟. 磁性液体的应用[J]. 化学工程师，2004.111（12）：45.
[4]蔡国琰，刘存芳. 磁流体力学及磁流体的工程应用[J]. 山东工业大学学报，1994.12（4）：347-351.
[5]李国栋.2002-2003年磁性功能材料及应用新进展[J]. 稀有金属材料及工程， 2005， 34（5）：673.
[6]张世伟， 李云奇. 磁流体动密封的工业应用[J] . 工业加热， 1995， 123（1）：26-28.
[7]Adolph Razdowitz. Rotary joint[P]， US2557140， June 19， 1951.
[8]李德才.磁性液体的理论及应用[D]. 北方交通大学博士论文，北京交通大学，1995.
[9]Fertman V E. Heat Dissipation in High Speed Magnetic Fluid Shaft seal[J]. IEEE Transactions on Magnetics， 1980，16（2）：113-117.
[10]何新智.大直径磁性液体密封和磁性液体倾角传感器的研究[D]. 北京航空航天大学，2013.
【关键词】磁性液体密封研究
一、 磁性液体
磁性液体（Magnetic Fluid），又叫磁流体、磁性流体或铁磁流体（Ferrofluid）。它是由直径约为10nm的磁性固体微粒在特定的表面活性剂的作用下均匀分散到基液中与其混合而成的一种固液相混的胶体溶液。微粒与载液通过表面活性剂浑成的这种液体即使在重力场、电场、磁场作用下也能长期稳定的存在，不产生沉淀和分离。
磁性液体主要由基载液、磁性微粒和表面活性剂组成。其中，磁性微粒是磁性液体的核心部分，磁性微粒的材料通常有Fe3O4，γ-Fe2O3，MeFe2O4（Me=Co、Mn、Ni等），Ni，Co，Fe，FeCo和FeNi合金等。基载液是磁性微粒存在的载体，通常要满足低蒸发率、低粘度和高稳定性、耐高温和抗辐射等条件，通常所选用的基载液有水、煤油、酯及二酯、氟碳基化合物、硅酸盐类等，目前国内，以酯及二酯类基载液所制磁性液体最为稳定和实用。表面活性剂对于磁性液体十分重要，它决定着磁性液体是否能制成及是否稳定，它就像一个小型“弹簧”一端稳定固定在磁性微粒的表面，一端伸向基载液，一方面防止磁性微粒氧化，另一方面消弱静磁吸引力和克服范德瓦尔斯力，防止磁性微粒的聚集。
二、 磁性液体的应用
磁性液体是一种新型的功能材料，既具有液体的流动性，又有磁性材料的磁性。因此，通过控制磁场，可以对磁性液体进行定位、定向移动，可以改变磁性微粒的聚集形式、浓度等；同时磁性液体还具有许多独特的性质，如磁化特性、磁粘特性、温度特性、磁光特性等。这些独特的性质，决定了磁性液体应用的广泛性，目前涉及的应用领域主要包括密封、传感器、润滑、研磨、减震、扬声器、生物医学等领域。
三、磁性液体密封发展的概况
磁性液体密封是磁性液体最重要的应用之一，它是一种非接触式的液体密封，具有密封性能好、泄漏率低、摩擦力矩小、寿命长等特点，在许多场合具有不可替代的作用。磁性液体密封的概念最早由Adolph Razdowitz于1951年提出，当时主要是为了解决航空雷达同心引线接头的转动问题。美国阀门公司的Moscowitz和Rosensweig继续从事这种磁性液体密封的研究及改进工作，并于1968另立门户，组建了美国磁性液体公司（Ferrotec Corporation）。从此，磁性液体的密封技术获得了长足的发展。磁性液体密封根据轴与极靴是否相对运动，可分为动密封和静密封两大类；而按照轴与极靴的运动形式，动密封又分为旋转轴密封和往复轴密封。
磁性液体的发展随着技术的进步而不断的趋于成熟，而且国内外也相继的有成熟的产品的出现。磁性液体得到广泛的应用在各类真空设备上，例如甩带机、镀膜机和单晶硅炉等。往复轴密封无论在理论还是在实验研究尤其是在实际应用上均不成熟，主要表现在：确定往复轴运动参数和密封件结构参数与耐压能力以及密封寿命的定量化关系；如何进行密封间隙内磁性流体流动机理的分析以及对往复轴运动时磁性液体运动状态的准确刻画等。磁性液体静止密封由于其相对复杂的结构和较高的价格，在工业领域很少应用。对于磁性液体静止密封的研究主要是由于磁性液体静密封耐压的研究可以作为动密封耐压研究的基础——当旋转轴速度超过时，离心力对磁性液体耐压能力的影响才能显示出来，即在一般旋转速度下，磁性液体的动耐压能力近似等于静止密封的耐压能力；同样，在磁性液体往复轴运动速度不高，运动行程不大时，往复运动参数对耐压的影响同样可忽略不记。因此在动密封研究不便的情况下，可用研究静密封来代替。
图1 磁性液体密封原理示意图
Fig.1 Schematic diagram of magnetic fluid seal
参考文献：
[1]周文运.永磁铁氧体和磁性液体设计工艺[M]. 成都：电子科技大学出版社， 1991.
[2]李德才.磁性液体的理论及应用[M]. 北京：科学出版社，2003.
[3]牛晓坤，钟伟. 磁性液体的应用[J]. 化学工程师，2004.111（12）：45.
[4]蔡国琰，刘存芳. 磁流体力学及磁流体的工程应用[J]. 山东工业大学学报，1994.12（4）：347-351.
[5]李国栋.2002-2003年磁性功能材料及应用新进展[J]. 稀有金属材料及工程， 2005， 34（5）：673.
[6]张世伟， 李云奇. 磁流体动密封的工业应用[J] . 工业加热， 1995， 123（1）：26-28.
[7]Adolph Razdowitz. Rotary joint[P]， US2557140， June 19， 1951.
[8]李德才.磁性液体的理论及应用[D]. 北方交通大学博士论文，北京交通大学，1995.
[9]Fertman V E. Heat Dissipation in High Speed Magnetic Fluid Shaft seal[J]. IEEE Transactions on Magnetics， 1980，16（2）：113-117.
[10]何新智.大直径磁性液体密封和磁性液体倾角传感器的研究[D]. 北京航空航天大学，2013.