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1、磁性复合材料磁性复合材料(Magnetic composite materials)是以是以高聚物或软金属高聚物或软金属为为基体基体与与磁磁性功能体性功能体复合而成的一类材料。复合而成的一类材料。2. 1 概述概述2. 磁性复合材料磁性复合材料1.无机磁性材料与聚合物基体构成的复合材料。无机磁性材料与聚合物基体构成的复合材料。2.无机磁性材料与低熔点金属基体构成的复合材料。无机磁性材料与低熔点金属基体构成的复合材料。3. 有机聚合物磁性材料与聚合物基体构成的固态复合材料。有机聚合物磁性材料与聚合物基体构成的固态复合材料。4. 以无机磁性材料与载液构成的液态复合材料以无机磁性材料与载液构成的液态
2、复合材料-磁流变体。磁流变体。9/20/20241功能复合材料2. 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强磁粉（功能体）（功能体） 、聚合物基体（黏结剂）聚合物基体（黏结剂） 和和加加工助剂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。分布以及制造工艺有关。9/20/20242功能复合材料1. 铁氧体磁粉铁氧体磁粉 BaO Fe2O3或或SrO Fe2O32. SmCo5类磁粉类磁粉 第一代稀土复合永磁
3、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磁粉颗粒大小是影响磁性复合材料性能的重要因素。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
4、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。9/20/20243功能复合材料9/20/20244功能复合材料9/20/20245功能复合材料2.2.2 聚合物基体聚合物基体 分为橡胶类、热固性树脂类和热塑性树脂类分为橡胶类、热固性树脂类和热塑性树脂类三种。三种。2.2.3 加工助剂加工助剂 为了改
5、善复合体系的流动性，常加入各种助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，常使用一些硬脂酸盐润滑剂、偶联剂磁粉含量，常使用一些硬脂酸盐润滑剂、偶联剂及增塑剂等。其中硅烷偶联剂同时对提高磁功能及增塑剂等。其中硅烷偶联剂同时对提高磁功能体的抗氧化能力起到一定作用。体的抗氧化能力起到一定作用。9/20/20246功能复合材料2.2.4 聚合物基磁性复合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
6、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9/20/20247功能复合材料2.3 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。9/20/20248功能复合材料随着填充比例的增加，磁导率明显偏离线性。随着
7、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，如果其同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，则粒子形态相似而磁性能不同，则r 与各磁性材料与各磁性材料体积分数体积分数V i 的关系可表示为的关系可表示为： r(V1，V2) = 1 + B1V2 2+ B2V2 29/20/20249功能复合材料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
8、应的软磁和硬磁复合材料相应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磁带或磁磁带或磁磁带或磁盘盘盘盘用于磁记录，也是一类非常重要的磁性复合材用于磁记录，也是一类非常重要的磁性复合材料，又如料，又如与液体混合与液体混合形成形成磁流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9/20/202410功能复合材料 2.4 永磁复合材料永磁复合材料一般
9、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，脆而硬脆而硬，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或或软金属基软金属基复合复合材料后，上述材料后，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、铝镍铝镍钴钴以及以及稀土永磁稀土永磁材料。材料。9/20/202411功能复合材料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，高聚物和软金属高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，常用的使用较为普遍，常用的有有环氧树脂环
10、氧树脂、尼龙尼龙和和橡胶橡胶等材料。等材料。9/20/202412功能复合材料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、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，由于它由于它较为较为复杂复杂，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。9/20/202413功能复合材料很显然，与很显然，与高密度的金属磁体高密度的金属磁体或或陶陶瓷磁体瓷磁体(铁氧体铁氧体)相比，相比，复合磁体的复合磁体的优良优良加工性能加工性能是以是以牺牲一部分牺牲一
11、部分磁性能磁性能为为代价代价的。的。9/20/202414功能复合材料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直接影响到材料的到材料的饱和磁化强度饱和磁化强度及及剩余磁化强度剩余磁化强度，它，它可用下述关系式来表达：可用下述关系式来表达：9/20/202415功能复合材料 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为磁性为磁性组元的组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为磁为磁性组元的性组元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非磁性相的体积分数积分数；f f为铁磁性相在外磁场方向的取
12、向度。为铁磁性相在外磁场方向的取向度。9/20/202416功能复合材料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良好加工性能性能，因此常用来制作，因此常用来制作薄壁的微型电机使用薄壁的微型电机使用的的环状定子环状定子，例如，例如计算机主轴电机计算机主轴电机，钟表步钟表步进电机进电机等。等。9/20/202417功能复合材料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，使其适用于制作于制作体积小体积小、形状复杂的永磁体形状复杂的永磁体。如。如汽车汽车仪表用磁体仪表用磁体，磁推轴承磁推轴承及各类及各类蜂鸣器蜂鸣器等。等。9/20/202418功能复合材料复合永磁材
13、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体粉末磁体粉末（如（如铁氧体铁氧体、铝镍钴铝镍钴、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不同磁粉粉与与高分子材料高分子材料复合，以便得到复合，以便得到更宽范围更宽范围的实用性能的实用性能。9/20/202419功能复合材料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更高的驱动频率高的驱动频率，为此应用的，为此应用的软磁材料软磁材料，除，除在在静态磁场下静态磁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高磁导率磁导率外，还
14、要求它们具有外，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9/20/202420功能复合材料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，其相对相对磁导率磁导率 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，如下图所示：如下图所示：9/20/202421功能复合材料Fe-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9/20/202422功能复合材料如果把如果把软磁材料软磁材料（例如（例如Fe-Si-A1合金）合金）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
15、隔绝缘分隔绝缘，然后，然后热压或模压固化热压或模压固化成成块状软块状软磁体磁体，则，则9/20/202423功能复合材料 从图从图A、B、D曲线看出，它的曲线看出，它的 r值值在相当宽的在相当宽的驱动频率范围内驱动频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，从而保持在一个从而保持在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。9/20/202424功能复合材料这种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 r值可值可由下式描述由下式描述: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
16、寸、块状金属相的块状金属相的磁导率磁导率和和包覆层厚度包覆层厚度。9/20/202425功能复合材料显然，选择合适的显然，选择合适的金属粒子尺寸金属粒子尺寸和和包包覆层厚度覆层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，这对这对电感器和轭源圈的设计电感器和轭源圈的设计是十分重要的。是十分重要的。9/20/202426功能复合材料由于由于绝缘物质的包覆绝缘物质的包覆，这类材料的，这类材料的电阻电阻率率比其比其母体合金母体合金高得多高得多(高高1011倍倍)，因此，因此在在交变磁场下交变磁场下具有具有低的磁损耗低的磁损耗PL。下图显示了在下图显示了在1MHz高频下，复合材料高频下
17、，复合材料磁损耗磁损耗与与粉末颗粒尺寸粉末颗粒尺寸D的关系。的关系。9/20/202427功能复合材料磁磁损损耗耗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从图中可看出，出，粉末尺寸越粉末尺寸越粉末尺寸越粉末尺寸越小小小小，损耗越低损耗越低损耗越低损耗越低。因此，可以因此，可以通过通过调整磁性粉调整磁性粉调整磁性粉调整磁性粉末颗粒的尺寸末颗粒的尺寸末颗粒的尺寸末颗粒的尺寸来来调节损耗调节损耗L值。值。9/20/202428功能复合材料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
18、(再生再生)的过程，如下图所示：的过程，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9/20/202429功能复合材料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9/20/202430功能复合材料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变成变成电电信号信号，再，再由磁头由磁头变成变成磁信号磁信号，从而固定在，从而固定在磁记录介质磁记录介质上。上。读出时读出时，与记录过程相反，使，与记录过程相反，使声音和声音和图像再生图像再生。9/2
19、0/202431功能复合材料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、高高输出时输出时，大致有，大致有两方面的考虑两方面的考虑，一是，一是磁性材磁性材料的种类料的种类，二是，二是以磁性层为中心的叠层结构以磁性层为中心的叠层结构的构成的构成。9/20/202432功能复合材料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力矫顽力矫顽力矫顽力HcHc和和剩余磁化强度剩余磁化强度剩余磁化强度剩
20、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种类的影响，的影响，也受也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9/20/202433功能复合材料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的磁特性。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(4
21、7.7571.62)*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。9/20/202434功能复合材料从表中可看出，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介质介质介质材料的磁性材料的磁性材料的磁性材料的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，也使磁磁磁磁记录密度记录密度记录密度记录密度获得获得一次大
22、的提高一次大的提高。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)*1039/20/202435功能复合材料在现有材料基础上，为了在现有材料基础上，为了进一步提高记进一步提高记录密度录密度，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
23、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，先制造，先制造以适当以适当高分子为粘结剂的涂料高分子为粘结剂的涂料，然后把该涂料，然后把该涂料用适用适当的方法进行涂敷、干燥当的方法进行涂敷、干燥，制造出如下图所，制造出如下图所示的一种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，。显然，它属于它属于叠层型的功能复合材料叠层型的功能复合材料。9/20/202436功能复合材料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9/20/2024
24、37功能复合材料到目前为止，为到目前为止，为提高涂敷型磁带的性提高涂敷型磁带的性能能采取了下面一些措施：采取了下面一些措施：(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；(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。9/20/202438功能复合材料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，超过超过一定极限值一定极限值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
25、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，即要创造出以复以复合技术为中心合技术为中心的新功能。的新功能。9/20/202439功能复合材料目前，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性层双磁性层。二、不是用二、不是用涂敷磁性粉末和粘结剂涂敷磁性粉末和粘结剂混合成的涂料的方法混合成的涂料的方法来制造来制造磁性层磁性层，而，而是依靠是依靠真空镀敷真空镀敷Co/Ni合金薄膜合金薄膜的方法，的方法，来制造磁带。来制造磁带。9/20/202440功能复合材料把把单一磁性层单一
26、磁性层变成变成双磁性层双磁性层的尝试是采的尝试是采用用上层使用高娇顽力的微颗粒金属磁性材料上层使用高娇顽力的微颗粒金属磁性材料，厚度为厚度为0.4um，下层使用低矫顽力的钴改性下层使用低矫顽力的钴改性的氧化铁磁性材料的氧化铁磁性材料，厚度为，厚度为2.5um。这样，这样，上层能够高效率地记录上层能够高效率地记录，再生用，再生用高频和较强高频和较强磁场记录的亮度信号磁场记录的亮度信号。9/20/202441功能复合材料另一方面，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是低频，低频，在磁性层深部在磁性层深部才变弱。所以适当地搭才变弱。所以适当地搭配配上层与下层的厚度上层与下层的厚度
27、及及矫顽力矫顽力可得到比可得到比只使只使用一种磁性材料的磁性层用一种磁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，可获得获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提出更高的要求，不是的要求，不是常规涂敷方法常规涂敷方法能实现的。能实现的。9/20/202442功能复合材料Co-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需记录信号的波长的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的角度出发而设计和构思的。计和构思的。短波长的磁场短波长的磁
28、场由于由于波及的深度浅波及的深度浅，考虑到，考虑到厚度损失的问题，那么厚度损失的问题，那么0.2um程度的超薄膜程度的超薄膜是是最理想的。要制造这样的超薄膜，最理想的。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。9/20/202443功能复合材料此外，此外，磁性材料磁性材料具有较好的性能，本具有较好的性能，本身就可以身就可以提高记录密度提高记录密度。各种磁性粉末的特各种磁性粉末的特性如下表所示性如下表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
29、.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)*1039/20/202444功能复合材料由表中可见，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几乎接近近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都对对提高输出功率提高输出功率有好处。有好处。磁性材料磁性材料 Mr/T Hc/A.m-1 -Fe2O3(14001800)*10-4(15.9231.83)*103
30、Co- -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)*1039/20/202445功能复合材料2.7 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)细细微颗粒微颗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，又，又具有具有液体的特性液体的特性。9/20/202446功能复合材料磁性液体磁性液体由强磁
31、性由强磁性单畴颗粒单畴颗粒(磁磁粉粉)、基质液体基质液体(基液基液)和和分散剂分散剂(表面表面活性剂活性剂)组成。组成。9/20/202447功能复合材料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，使磁性液体稳定，必须选择适当的稳定，必须选择适当的磁粉粒径磁粉粒径、分散剂分散剂物物性参量和用量性参量和用量以及以及基液基液物性参量物性参量，使磁粉磁，使磁粉磁偶极矩间偶极矩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综合效应产生势垒势垒，以利于，以利于磁性液体稳定磁性液体稳定。 9/20/202448功能复合材料组成中的组成中的磁粉磁粉采用采用金属或非金属强磁金属或非金属强磁材
32、料材料，通过，通过化学沉淀法化学沉淀法、热分解法热分解法、机械机械研磨法研磨法、电解电解等方法制成，粒径约等方法制成，粒径约1 100 nm的的单畴颗粒单畴颗粒。9/20/202449功能复合材料基质液体基质液体的种类很多，常根据用的种类很多，常根据用途选用。目前多采用途选用。目前多采用非金属基液非金属基液，主，主要有以下六种。要有以下六种。9/20/202450功能复合材料(1)水水一种一种常用和经济常用和经济的基液，可在较宽范的基液，可在较宽范围内调节围内调节pH值；但容易蒸发，适于制备值；但容易蒸发，适于制备在在选矿和磁印刷等方面选矿和磁印刷等方面应用的应用的磁性液体磁性液体。9/20/
33、202451功能复合材料(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，适于制备适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应用的磁性液体。磁性液体。9/20/202452功能复合材料(3)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，适于制备在要求适于制备在要求电绝缘好、粘滞性低的电绝缘好、粘滞性低的情况下情况下应用的磁性液体。应用的磁性液体。9/20/202453功能复合材料(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，不溶于其他液体不溶于其他液体，适于制备，适于制备在温度变化大
34、在温度变化大和和有氯气的恶劣条件下有氯气的恶劣条件下应用的磁性液体。应用的磁性液体。9/20/202454功能复合材料(5)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，适于制备在高真空或辐照环境中在高真空或辐照环境中应用的磁性液体。应用的磁性液体。9/20/202455功能复合材料(6)水银水银和和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，适于制备在需要高传热或导电的情况下高传热或导电的情况下应用的磁性液体。应用的磁性液体。9/20/202456功能复合材料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长链分子分子，构成，构成缓冲
35、层缓冲层，并使磁粉在，并使磁粉在磁场磁场和电场作用下和电场作用下不会凝聚不会凝聚。9/20/202457功能复合材料因此，要求因此，要求分散剂的分子链分散剂的分子链一端一端吸附吸附在磁粉表面在磁粉表面，另一端，另一端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，以获得有效的获得有效的防凝聚作用防凝聚作用。9/20/202458功能复合材料分散剂分散剂主要有主要有阴离子分散剂阴离子分散剂、阳离阳离子分散剂子分散剂、两性分散剂两性分散剂和和中性中性(非离子非离子)分散剂分散剂。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。9/20/2
36、02459功能复合材料 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，磁性液体根据组成、特性和应用要求，磁性液体可分为三类。可分为三类。(1)非金属非金属磁磁(粉粉)性液体：性液体： (2)金属金属磁磁(粉粉)性液体性液体(3)纯金属纯金属磁性液体磁性液体9/20/202460功能复合材料(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)与与非金属基液非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，是目前应用最多的一类。目前应用最多的一类。9/20/202461功能复合材料(2)金属磁金属磁(粉粉)性液体性液体以
37、以铁铁(Fe)、钴钴(Co)或其合金磁粉或其合金磁粉与与非金非金属基液属基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，其磁化强度高，磁性强。目前尚处干研究阶段。高，磁性强。目前尚处干研究阶段。9/20/202462功能复合材料(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胶状液体状液体。其。其磁性、导热性磁性、导热性和和导电性好导电性好，适于，适于制造一些特殊装置如制造一些特殊装置如磁流体发电机磁流体发电机。目前多。目前多处于研究阶段，应用较少。处于研究阶段，应用较少。9/20/202463功能复合材料2.7.2 磁流体的特性和
38、应用磁流体的特性和应用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相比具有以下四个方面的特点以下四个方面的特点:9/20/202464功能复合材料(1)高度的稳定性高度的稳定性。能长期保持均匀。能长期保持均匀状态，在状态，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凝聚和成团现象成团现象。(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控制其粘度，并使制其粘度，并使粘度对磁场表现各向异性粘度对磁场表现各向异性。9/20/202465功能复合材料(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现象，即象，即剩磁和矫顽力剩磁和矫顽力都为零；都为零；(4)可调
39、节的磁浮力可调节的磁浮力。即可用。即可用外加磁外加磁场场改变磁性液体的改变磁性液体的表观密度和浮力表观密度和浮力。9/20/202466功能复合材料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液态性质性质，因而在，因而在电子、电机、仪表、石电子、电机、仪表、石油化工和科学研究油化工和科学研究中得到应用。中得到应用。9/20/202467功能复合材料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，不同密度物体的不同密度物体的分选和分离分选和分离，失重状态下用，失重状态下用的磁性燃料和磁性笔，的磁性燃料和磁性笔，磁控印刷磁控印刷，磁控染色磁控染色，由磁性液体作为工作物质的由
40、磁性液体作为工作物质的陀螺陀螺、声换能器声换能器、磁流体电机磁流体电机和和磁芯磁芯等。等。9/20/202468功能复合材料2.8 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）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。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
41、劣化；2. 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。9/20/202469功能复合材料 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：发生电化学反应，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研究表明，磁体表面吸附的氧和
42、湿气是使磁体性能劣化的原因。体性能劣化的原因。9/20/202470功能复合材料 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 复合材料复合材料磁性能的影响如下图所示：磁性能的影响如下图所示： 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。化导致复合材料磁性能的下降看来是主要原因。9/20/202471功能复合材料对对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，从而达到抗氧化腐蚀的作用。境隔绝，从而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。酸酯类偶联剂处理。9/20/202472功能复合材料9/20/202473功能复合材料
