С. Такетоми, С. Тикадзуми - Магнитные жидкости (1163253), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Так, когда применяли, например, обычное мыло, получать достаточно высокие концентрации коллондных частиц не удавалось, поскольку последние сразу же слипались, образуя твердые агрегаты, и выпадали в осадок. Таким образом, получались коллоидные растворы с очень малым содержанием магнитных частиц, а потому притяжение таких растворов магнитом было весьма слабым. Исходя из этого, именно намагничиваемость коллоидных растворов экспериментаторы тех лет отодвигали, так сказать, на второй план. Важнейшая заслуга Пейпелла состоит в том, что он впервые использовал эффективные ПАВ, что в свою очередь позволило приготовлять коллондные растворы с очень высоким содержанием частиц и в конечном счете выявило столь важную их способность, как взаимодействие с магнитным полем.
После того как Пейпелл запатентовал свое изобретение, в печати появились работы группы Розенпвейга 19, 10), который в тот период был сотрудником НАСА; зти публикации относятся к устойчивости дисперсных сисгем и к динамике жидких тф, затрагивают многие другие аспекты этого направления и прелставляют собой весьма сушественный вклад в разработку проблематики магнитных жидкостей. Кроме того, Розенцвейг с сотр.
11 Ц осушествил ряд разработок в области магнитожидкостных герметизаторов, которые в настояшее время находят все более широкое применение, а для реализации своих идей в промышленных масштабах даже создал Фирму' >. Таким образом, магнитные жидкости нашли применение в промышленном производстве. Надо сказать, что магнитные жидкости облалают необычными физическими свойствами. Мы ужа.отмечалн, что среди известных дисперсных систем современные магнитные жипкости отличаются исключительно высокой стабильностью", зто установленно исследованиями физических свойств диспергированных частиц. В японии такие свойства изучаются весьма активно„в частности, это относится к субмикроскопическим частицам, получаемым метолом вакуумного нау1ыления [121.
В этой связи следует указать, ч Фирма Гемопынзск сотроканол образовалась в 1969 сл в иастоянне нремн ее презилентом является л-р Р. Московии. — Прим, ред. Глава 1 !6 что процесс «окутывания» таких частиц вну грн магнитной жидкостя молекулами ПАВ осуществляется в днсперсионной среде, а потому разработка эффективных мер против окисления и агрегирования, ос. нованная на физических исследованиях частиц, является исключи тельно плодотворной. В 1987 г. Накатани и др. (13) сообщили о получении магнитных жидкостей с коллоидными частицами из кобальта н никеля. Производство последних осуществлялось специально разработанным способом; характерно, что магнитные моменты таких частиц в диспергнрованном и агрегированном состояниях весьма существенно различаются. Обмен информацией в области исследований магнитных жидкостей происходит следующим образом.
Установилась традиция каждые три года проводить в разных странах международные конференции по магнитным жидкостям. Первая состоялась в 1977 г. в Удино (Р)талия); ее открывал Б.М. Берковский (СССР). Вторая проходила и 1980 г. в Орландо (США) под председательством Р. Розенцвейга я М. 14анна. Третью конференцию в 1983 г. проводил в Бангоре (Великобритания) С.
Чарльз с коллегами. Четвертая международная конференция по магнитным жидкостям состоялась в 1986 г. в Токио (Япония) под председательством Ю. Симоиилзаки. Наконец, пятая конференция проводилась в 1989 г. в Риге (СССР) под председательством Г.Г. Черного' >. Необхолимо подчеркнуть, что материалы зтих конференций, начиная со второй, публикуются в виде сборников сообщений, а также в научно-технической периодике [4). В каяцюй нз таких публикаций приведен список докладов, сделанных на предыдуших конференциях, н перечень патентов в данной области.
Несколько слов о содержании и построении данной монографии. Материал в ней расположен несколько необычным образом в отличие от других изданий подобного рода. Если в учебных пособиях принято сначала излагать теоретичекие основы новой технологии и лишь после зтого переходить к рассмотрению ее практического использования, то настоящая монография построена с тем расчетом, что да. леко не все читатели стремятся, подобно студентам, досконально изучить проблематику ма~нитных жидкостей от самых азов теории до академического уровня. По-видимому, многие читатели хотят ознакомиться с вопросом лишь в самых скромных пределах, ограниченных сугубо практическими интересами. Авторы ставили своей целью наилучшим образом удовлетворить таким запросам, и это сказалось на построении книги.
В начальных и Очереиную, юеовую, кон4ирениню намечено ироаеечи во Франиии, — Прим. Структура и свойства ыасиитиыв живксстсй разделах излагаются минимально необходимые теоретические осноВы без КОТОРЪ|х НВВОзмОжНО НРВВИльНое И ЗффекТИВНОе ИСПОЛЬЗОВВ- ние магнитных жидкостей. По завершении, так сказать, первого знакомства читатель может перехолить к постепенному рассмотрению фундаментальных свойств магнитных жидкостей и их математического описания.
Весь материал расположен по возрастающей сложности, и именно такое изложение способствует, с точки зрения авторов, полному пониманию его без больших затруднений; во всяком случае, можно достаточно легко овладеть той частью материала, которая необходима читателю в узкопрактических целях. 1„3. КЛАССИФИКАЦИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ МАГНИТНЫХ ЖИДКОСТЕЙ Мы уже говорили о том, что магнитные жидкости состоят из трех компонентов: жидкой основы, магнитных коллоидных частиц и ПАВ (рис. 1.2).
В зависимости от того, из какого магнитного материала образованы коллондные частицы — из окисного (типа магнетита) или из металлического (тила кобальта), — магнитные жидкости носят название соответственно окисных или металлических. Большинство коммерческих магнитных жидкостей относится к первой из этих групп. Очевидно, что в пределах одной только окисной группы возможны широкие вариации характеристик в зависимости от природы используемой основы, а потому и области применения магнитных жидкостей тоже неодинаковы.
В этом разделе проблема использования рассматривается кратко, а в гл. 6 и 7 — подробно. Четкая классификация современных магнитных жидкостей содеРжится в каталоге Мааро Маяла (15]. Одна из таблиц каталога приведена в этом разлеле. Наиболее показательный пример применения магнитных жидкостей — герметизация валов и плотностные сепараторы, причем узел |'ермегизации может иметь самые разнообразные устройства. МагннтОжидкосгные герметизаторы подразделяются на вакуумные, газовые, пылевые, гидравлические и многие другие; характерно, что и в более узкой группе устройств имеются свои разновидности, определяемые спецификой требований.
В случае вакуумных герметизатоРов. например„необходимо подобрать такую основу для магнитной жидкости, чтобы ее пары не могли загрязнять вакуумируеатую полость. Иначе говоря, нужна основа с низкой упругостью паров, например, типа алкилнафталина. Последний представляет собой органическую жидкость, используемую как основной компонент масла Г8 Глава 1 для диффузионных вакуумных насосов; она обладает очень низкой упругостью пара и не разлагается даже при высоких температурах.
Для вакуумнь|х герметизаторов рекомендуется использовать„в частности, магнитную жидкость ЕУ-42 именно с алкилнафталином в качестве жидкой основы. Для газовых герметизаторов н в ряде других случаев необходимо иметь магнитную жидкость с очень сильной намагниченностью, которая необходима для выдерживания весьма высокого давления газа. С этой целью обычно используют жидкость марки РУ-55, для которой характерна повышенная намагниченность.
Очевидно, что лротивопылевым герметизатором совсем не обязательно выдерживать большой перепад давления, однако момент трения у них должен быть по возможности малым, и поэтому основные требования в даном случае предъявляются к реологическим характеристикам магнитной жидкости: ее вязкость необходимо довести до возможно более низкого уровня. Такому условию удовлетворяет, в частности, жидкость марки ВР$-1.
При конструировании пщравлических герметизаторов необходимо принимать во внимание возможность весьма нежелательного эффекта смешивания магнитной жидкости с герметизируемой жидкой средой. Во избежание этого следует использовать Фторорганические основы. Так, например, основой в магнитной жидкости РЕ-3020 служит перфторполиэфир. В производстве полупроводниковых устройств и в некоторых смежных областях эффективно используются фторнстые газы, и очевидно, что магнитожидкостные герметизаторы для таких производств должны обладать достаточно высокой' коррозионной стойкостью. Именно такую характеристику имеет магнитная жидкость марки РЕ-1 525. В плотностных сепараторах и аналогичных нм механизмах магнитные жидкости используются в значительных объемах, в связи с чем необходимо снижать их себестоимость. Этой задаче вполне отвечает магнитная жидкость марки Р(уа'-40 с водой в качестве основы.
Как видно из табл. 1.1, вязкость я магнитной жидкости зависит в основном от вязкости жидкой основы, однако существует ряд других факторов, которые сильно влияют на этот параметр (среди них— температура). Температурная зависимость вязкости магнитных жидкостей очень близка аналогичной зависимости для обычных жилко.
стей. Она хорошо описывается известной Формулой Андраде: ч = ч ехр (сЕгаТ), (1.1) где че и дŠ— положительные константы, й — постоянная Больпма на (1,38 1О 'з Дж/К), Т вЂ” температура магнитной жидкости (К) Структура и свойства магиитныл живностей ~1йз ~3 Ф Ю ио л ф о о о о ц ~ч 1 $ о о о а ю~ ~р~~Фй д ай но и а1 з З~$о Я1Ря гла 20 о й1 м Ю1 %~ Ъ 'Ф 10м о в нй 5,0 3,1 3,1 3,5 Ъ,Ф 5,5 5,6 3,7 06ратнае теегператуа 7(7, Ю ах ' Рис. 1.3.
Тсмпвраттриая зависимость вязкости магнитной жидкости марки Р г'-42 по паиным каталога Мааро Майна. Это соответствие подтверждается следующим образом. Определяют температурную зависимость вязкости магнитной жидкости, например, марки Рт'-42. Получают график, представленный на рис. 1.3; он позволяет констатировать, что для описания такой зависимости точность данной формулы вполне достаточна.
Кроме жидких основ, вязкости и областей применения, в табл. 1.1 приведены основные физические характеристики ряда современных магнитных жидкостей, в частности поверхностное натяжение, упругость паров и температура воспламенения. Глава 2. Силы, действующие на магнитную жидкость в магнитном поле, и герметизация валов магнитной жидкостью 2.1, МАГНИТНАЯ СИЛА, ДЕЙСТВУЮШАЯ НА МАГНИТНУЮ ЖИДКОСТЬ При анализе динамики магнитных жидкостей используется ряд математических моделей, которые отличаются друг от друга различной степенью общности. Эта ситуация весьма напоминает разнообразие научных подходов, связанных с применением ньютоновской механики, теории относительности или квантовой механики.
Например, для проектирования автомобилей, видимо, можно было бы использовать основные положения теории относительности, однако такой подход вряд ли был бы оправдан, так как вполне достаточно для этой цели механики Ньютона. Аналогично и в динамике магнитных жидкостей наиболее рационально применение тех моделей, которые обеспечивают достаточную для практических целей точность, сохраняя при зтом приемлемый уровень простоты.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
