磁流体密封
磁流体就是以液体形式存在的磁性材料，它是由粒径约为10nm的强磁性粒子，通过表面吸附界面活性剂分子而稳定分散于合适基液中所形成的一种胶态体系。根据所含的磁性粒子不同，可分为铁氧体系、金属系和氮化铁系3类。根据基液的不同可为水基、油基、醚基和酯基。
磁流体是功能材料中的一支新秀，它既具有磁性又具有流动性, 在重力和磁力作用下能够保持稳定, 不会出现沉淀或分层现象。与其他液体相比，磁流体具有以下特点：
(1) 在外加磁场下, 有悬浮在载体中的能力。
(2) 既具有液体的流动性, 又具有固体磁性材料的特性, 有感应磁通的能力。
(3) 调节外加磁场强度, 可以改变磁流体的表观比重和粘度, 能使磁性的固体稳定地悬浮在其中。
(4) 超声波在磁流体中传播时, 其速度以及衰减与外磁场有关, 并显示各向异性。它的介电常数也是各向异性的。光通过稀释的磁流体时, 或磁流体的薄层时, 会产生光的双折射现象。当磁化时, 使相对于磁场方向具有光的各向异性, 具有高的折射率。此外, 在交变磁场中还具有磁粘滞现象。
(5) 在垂直磁场的作用下, 会自发地形成稳定的波峰。
(6) 对外加磁场的响应速度快, 撤去外磁场后,磁流体中的磁性粒子很快呈现无规则分布 ,即在无外加磁场时, 磁流体本身是不显磁性的。
(7) 磁流体在外加磁场的作用中, 将流向并固定在磁场强度高的一方。
对磁流体的研究起源于50 年代,标志是美国的Papell 在1963 年获得的第一个磁流体制备专利,并于1965 年在美国的NASA 航天产品的密封中获得成功应用。自此引发了对这种新型材料的研究开发和应用,并不断的取得新的进展,一步步的从实验室迈向实用化。70 年代我国开始进行磁流体的基础研究和应用探索。磁流体最通常的制备方法是借助于共同沉淀法制得粒度约为10nm 的磁铁矿之类铁氧体之后,吸附以界面活性剂,然后分散于油或水中即制成磁流体。新近又开发成功了将比铁氧体饱和磁化强应更大的纳米金属铁粉分散于液体中的磁流体,它是在水中添加粒径大的正离子或负离子(取代界面活性剂) 而将铁磁性纳米颗粒分散于液体中的离子性磁流体。当前,在磁流体中分散的铁磁性颗粒仅限于10nm 左右的大小,但可以通过改变所分散的铁磁性微粉和分散介质溶剂的性质来适应其各种用途。如果作为铁磁性微粉采用感温性铁氧体时可作磁流体泵和热泵使用;溶剂采用液态金属时
则可制备成导电性磁流体;溶剂采用弹性橡胶时可制成磁性橡胶;如果采用气体作为介质还可制成磁性气体。目前,应用最广的典型用途便是磁流体密封,还有利用磁流体的重力分选技术,以及加速度计等方面均已实用化。磁流体的应用现已扩展到机械、电子、能源、化工、冶金、船舶、航天、遥测、仪表、印刷、环保、卫生、医疗等诸多领域, 在密封、冷却、
润滑、医学、发动机、压缩机、换能器、计量阀、造影剂、生物学、精密研磨、阻尼减振、矿物分离、油水分离、快速印刷、定向淬火、执行元件、磁畴观察、各向异性以及其它方面有着新的应用, 是唯一具有工业实用价值的液体磁性智能化功能材料。
如图所示，磁流体密封件由永磁体、转轴、磁极、磁流体和磁回路组成。由于磁极齿尖处磁场力最强，磁流体集中于齿尖处，在密封间隙内形成一个“O”型液体密封环，将密封间隙充满而达到密封的目的
用铁磁流体封堵泄漏通道的半流体动密封(见图磁流体密封示意图
)。Fe3O4?CrO2等铁
磁性超细微粒悬浮在低挥发性的液体中﹐形成铁磁流体。将铁磁流体置於密封间隙中﹐在磁场力作用下铁磁流体能形成强韧的液体膜﹐藉以阻止泄漏。磁流体密封常用於密封气体﹐适用於密封高真空系统。它可用於高速﹐但不耐高温和高
压。
磁流体密封所具有的优异密封性能,是靠它独特而又先进的密封原理所保证,这样就可以使从普通装置到高、精、尖设备仪器的密封长期稳定工作。磁流体密封与其它密封相比,虽然是较晚被人们发明并得到应用的一种密封形式,但随着社会发展,人类科学技术的进步,它却不同于有些密封形式,这些密封形式如机械密封、填料密封、浮环密封,迷宫密封等。其密封性能已无法满足当今社会密封的使用要求,逐步从各种设备中淘汰出去,而磁流体密封却得到更深入的研究和应用,它正不断向很多领域发展。
半导体材料单晶硅的生产设备单晶炉,它的内部需要很高的密封条件,来保证整支单晶在拉制生产中不被空气污染。而其中最为关键的就是单晶炉上部的籽晶杆旋转密封和下部的坩埚杆旋转密封,即所谓动密封。这两处要使用磁流体密封。下面介绍一下它的密封原理和主要性能。
2 磁流体密封原理
磁流体密封是依靠磁流体的强顺磁性,在外加强磁场作用下,磁流体沿着磁力线存在于密封的间隙中,保持易流动状态。图1为磁流图1体密封装置的结构简图。磁流体密封装置的结构图由磁铁、磁极、外套、磁流体、旋转轴这5个
主要部件组成。一般情况下,旋转轴为运动部件,其余设计为静止部件,在静止与运动部件之间保持一定的间隙,这样在这个间隙中,充满磁流体。由磁流体、磁极、磁铁和旋转轴组成一个有效的磁路,磁场总是存在这样一个连续的磁路中,基本上没有漏磁现象,磁路中将会长期稳定地保持一定的磁场强度,磁流体就会永久地保存在间隙中,来承担动密封作用。在这个间隙中,磁流体排斥一切外来的非磁性物质,即是我们需要密封的介质。这些非磁性物质包括气体、液体、固体。固体一般是指较微小的固体颗粒,它是可流动的。我们在应用中,无论是在正压还是在负压条件下,密封都是由多级组成,只有在无压状态下,如防尘等情况使用一级密封。图2为多级密封的工作情况,密封的总耐压差为P1-P6,而其中的后几级密封中,P4=P5=P6,并无压差,即耐压是由前三级共同承担,后两级是处于“待命”状态,起到备用作用。在这里可以看到,当压差较大时,所需要的密封级数将相应增多。单晶炉内的籽晶杆密封和坩埚杆密封,所设制的密封级数为4级,这是由设备的使用压力和密封寿命来决定的。单晶炉内压力范围是±0.1MPa,连续使用密封寿命可达10年以上,是其它密封形式寿命的几倍,甚至十几倍,使人们对密封装置是一易损件的概念得到了更正。国内做磁流体的厂商大概在7\8家,水平参差不齐,大多数是公司都是只有写字楼,加工全部外委.要不是小作坊式的小公司.做的最大最好的应当是株洲众欣科技公司,他们在株洲栗雨工业园有15亩的厂房和设备.近二年来.在海外市场磁流体应用相对集中的微电子行业\液晶再生行业发现了该公司的产品
3 磁流体密封性能
3.1 适用压力范围
磁流体密封采用的是多级结构共同分担压力,但又不可能无限制的增加级数来达到密封压力的提高,而是多采用提高磁流体的性能,或是在结构上、磁路设计方面进一步合理来达到一定的承压能力。一般磁流体密封使用压力范围在
0.5MPa以下,负压可达1.3×10-4Pa汞柱,特殊还可提高。我们在实验室研究它的密封压力时,其稳定状态下达到0.87MPa,这是在轴向尺寸和密封级数受到限
制情况下获得的。这就是说磁流体密封适合在低压至高真空情况下使用,密封的两侧都可以承受正压或者负压,没有方向性要求。
3.2 适用温度
磁流体密封装置一般都设有水泠却,用于保障磁流体总是处在常温状态下工作,单晶炉内晶体温度在1400℃左右,密封装置在正常冷却的情况下,工作良好,未受到影响。在设有温度调节装置时,磁流体密封一般可在-20℃至75℃范围内使用,超过此范围将降低密封的使用寿命
3.3 线速度
磁流体密封线速度为0~100m/s,即不仅在低速下能正常工作,高速下同样能达到满意的密封效果。我们在1984年研制的磁流体密封装置就在化工行业上的设备得到应用,其中转速达到8000转/分,在真空条件下使用。而其它形式密封是很难做到的。这是因为磁流体密封属于非接触式密封,超高速度下,摩擦发热不大,并且没有磨损,功率损耗就很小,相对振动和噪声也较小。
3.4 泄漏率
磁流体密封装置是多级密封。前面接触介质压力的几级密封,负责分担全部压力,后面几级密封处于“待命”状态,未参加密封,已无压差,所以介质的泄漏率近似是零,在用氦质谱检漏仪进行检查时,无任何泄漏反应,这方面其它形式密封是无法做到的。单晶炉在生产过程中,就是在真空或氩气保护下进行的,用磁流
体密封两个旋转部件,大大降低了整台设备的漏气率,确保了产品质量。
3.5 维护方面
磁流体密封比接触式密封如机械密封、填料密封、油封等维护量小得多,因为磁流体密封寿命长。北京某单位从1985年陆续购买美国某公司单晶炉5台,一直使用生产单晶硅,一般情况下,没有任何维护工作。只有其中1台1987年使用的单晶炉中籽晶杆密封在1991年发生泄漏而影响到整台设备无法继续工作。我62半导体技术 1997年4月第2期们检查此密封装置,因为外表面没有磁流体补充孔,只好将密封装置全部拆开,磁流体已经很少,无法承受压差,其它零部件完好,通过加进一部分我们制造的真空用磁流体后,密封安装又继续投入使用,至今情况很好。这些年还给其他单位的单晶炉用的磁流体密封进行检修,也主要是为密封补充磁流体。因此,磁流体密封在正常使用中,无需保养维修或更换零部件,根据使用情况可补充磁流体。
3.6 密封尺寸
磁流体密封从结构图中可以看到,主要零件是磁极和磁铁。这两个零件结构的不同设计,整个密封装置的尺寸,轴向或是径向可以限制在很小的范围,来适应机器设备密封处尺寸的需要。再有当密封处的外型尺寸很大,如大型设备的旋转轴或是仪器上微细轴上的密封,用磁流体密封都是能够胜任的。
磁流体密封还有一些优点,表1就磁流体密封和其它形式密封的特性做一比较。综上所述,当在某一设备所使用的密封不仅仅能封住介质压力,还要在密封的泄漏量,稳定性、使用寿命、维修量、功耗等方面加以认真考虑,再确定应用何种形式密封。单晶炉上选用磁流体密封,就是依据这些特性,达到了很好的密封效果。
第33卷第3期 1999年3月 上海交通大学学报 JOU RNAL O F SHAN GHA I J I AO TON G UN I V ER S IT Y V o l .33N o.3 M ar .1999 收稿日期:1998203224 基金项目:上海市教委科技发展基金资助(97H 04)作者简介:顾建明(1948～),男,副教授. 文章编号:100622467(1999)0320380203 磁流体密封间隙对密封性能的影响 顾建明1, 许永兴2, 陆明琦1, 芮 菁1 (1.上海交通大学动力与能源工程学院,上海200030;2.上海电视大学,上海200092) 摘 要:对磁流体在转轴密封中的应用作了探讨.阐明了磁流体密封的原理,根据磁学理论进行了磁回路的计算.在此基础上设计了磁流体密封的试验装置.实验中采用不同的密封间隙,以确定磁流体密封能力与密封间隙之间的关系.同时,进行了轴旋转和静止时磁流体密封能力变化的试验.试验结果表明,磁流体的密封能力随密封级数的增加而提高,随密封间隙的增大而减小,密封间隙在0.05～0.20mm 时,效果较好,同时密封级数有一个最佳值.关键词:磁流体;磁流体密封;密封间隙;密封能力 中图分类号:TH 117;TQ 584.1 文献标识码:A Effe c t of the G a p of M a gne tic F luid S e a l on S e a l C a pa c ity GU J ian 2m ing 1 , X U Y ong 2x ing 2 , L U M ing 2qi 1 , RU I Q ing 1 1.Schoo l of Pow er and Energy Engrg .,Shanghai J iao tong U n iv .,Shanghai 200030,Ch ina 2.Shanghai TV U n iv .,Shanghai 200092,Ch ina Abs tra c t :T he dynam ic seal of sp in shaft w ith m agnetic flu id w as studied .T he p rinci p le of m agnetic flu id seal w as described and w ith the calcu lati on of m agnetic loop based on m agnetic theo ry ,a test un it fo r m ag 2netic flu id seal w as estab ished .In the exp eri m en t ,the relati on sh i p betw een the seal cap acity of m agnetic flu id and the differen t seal gap w as determ ined ,and the variance of m agnetic flu id seal cap acity w as also tested w ith the shaft ro tating o r stati onary .T he resu lt show s that the seal cap acity of m agnetic flu id is raised w ith the increase of seal stage and the decrease of seal gap .W hen the seal gap is betw een 0.05mm and 0.20mm ,the resu lt is better and the num ber of seal stage has an op ti m um value . Ke y w o rds :m agnetic flu id ;m agnetic flu id seal ;seal gap ;seal cap acity 磁流体是一种新材料,它在机械、动力、航天和医学等方面有着广阔的应用前景[1,2].由于它具有独特的超顺磁特性[3],密封是它的又一个重要的用途.自70年代始,美国、前苏联、日本等国先后对磁流体 密封进行了研究和探索.由于磁流体密封是一项新技术,它涉及到磁学、热力学、流体力学等多种学科领域,在机理上是很复杂的.因此,在研究上存在相当的难度.尽管不少国家进行了一定的研究,但无论在理论还是实用上,许多问题有必要进行深入的研究.除了须研制出高性能的磁流体外,研究不同的磁 场强度、不同几何形状的磁极以及不同转轴转速对 密封性能的影响,也是一个十分重要的方面. 1 磁性流体密封原理及实验装置 1.1 密封原理 密封部分原理如图1所示.永久磁铁4和磁极3设置在固定部件上,磁极3和转轴1的间隙内注入磁流体2,将转轴贯穿的空间隔断.图1中,永久磁铁、磁极、磁流体和转轴构成一个封闭磁路.永久磁铁产生的强磁场,将磁流件牢牢地“束缚”在密封间隙内形成液体“O ” 形环,即油膜屏障,用来克服转轴两端的压差.磁流体密封的耐压能力取决于磁场对磁性流体的“束缚”力.
大学本科生毕业论文 摘要 本论文以对磁流体的表面张力的分析为出发点，建立了磁流体密封模型，根据磁流体密封力的最小单元——磁性微粒间的引力，结合磁性微粒在磁场下的浓度分布模型，推导出相应的磁流体密封耐压公式，并应用该磁流体密封耐压公式设计船舶艉轴磁流体密封实验装置的主要参数。依照密封装置的主要参数，设计出密封装置的动力源和传动机构。在设计的船舶艉轴磁流体密封实验装置上，对磁流体密封的主要密封参数进行了实验研究，并分析了影响磁流体密封装置的密封能力的因素,包括磁环、磁流体的性能，密封间隙与密封级数，磁极的齿型及转速。通过对实验数据的分析可知，密封能力是各因素综合影响的结果，任何一个因素的不合理，都能导致密封能力的降低。船舶艉轴密封实验装置，实现了较高的密封压差，对于实船应用具有一定的参考价值。 1
大学本科生毕业论文 第1章绪论 1.1选题的背景和意义 磁流体也叫磁液或铁流体，它是将磁性微粒掺入到载液中是一种对磁场敏感、可流动的液体磁性材料。磁流体自问世以来，在研磨、抛光、润滑、减振、冷却等领域逐步被人们所认识，磁流体在密封领域的应用也逐渐受到人们的重视。 磁流体密封是借助磁流体在磁场的作用下形成的磁流体密封环对气体、液体进行密封，由于它和密封轴之间是通过磁流体进行接触密封，因而避免了密封轴与密封件之间的直接摩擦，降低了附加载荷。在旋转轴密封中具有其它密封方式不可比拟的优点：无泄露、无磨损、结构简单、寿命长，受到国内外学者和工程技术人员的重视，在工业、国防等领域具有重要的意义。 磁流体密封在低压气体密封中的应用较为简单，因为密封压力低，所需的密封级数较少、密封间隙也可以选的比较大，所以容易实现。同时由于密封级数少，故密封装置的轴向尺寸限制较少，密封间隙大，其他诸如转速、磁极齿型等因素对密封装置的密封能力影响也较小，往往可以采用模糊的理论公式或经验公式对密封装置进行设计，就能满足使用的需要。随着密封压力的升高，磁流体密封耐压公式在磁流体密封装置的设计中越来越重要，它的理论水平直接决定了密封装置的性能。传统密封理论公式存在一些缺陷，比如密封力的来源不明确，计算复杂，适用范围小等等，这就不能很好的满足磁流体高压密封设计的需要。因此，应用新的、合理的密封耐压公式对旋转轴高压密封装置的设计是很必要的。 磁流体在气体密封中的应用已经很多，但是在液体密封中的应用较少，本文将磁流体密封技术应用于船舶艉轴密封中，并采用新的耐压公式，计算出密封装置的参数，设计出密封实验装置，进行了具体实验，取得了大量的数据。最后利用实验数据，分析对船舶艉轴磁流体密封的主要影响因素，可为今后进行磁流体密封装置的设计提供一定的帮助。 1.2国内外磁流体密封技术的发展现状 2
Study of Preparation and Stability for Ferromagnetic Fluids Lai Qiongyu, Lu Jizheng, Zhao Yefang, Song Dekuen (Chemical college of Sichuan University Chengdu 610064) Abstract The Fe3O4 magnetic powders of which the average size was 11nm had been prepared by the modified co-precipitation method. The products were characterized by XRD、 IR and TEM. The influences of surfactant amounts and magnetic fluid's concentrations on the stability of the magnetic fluids have been studied. In addition, the antioxidating and the antigathering for the magnetic fluids have been studied too. Key words ferromagnetic fluids, modified co-precipitating, carriers surfactant, stability O4磁粉，采用XRD、IR、TEM对产物进行表征。研究摘要 本文采用改性共沉淀法制备出平均粒径为11nm的Fe 3 了表面活性剂用量和磁液浓度对磁液稳定性的影响。另外，对磁粉的防氧化和抗团聚也进行了研究。 关键词 铁磁流体 共沉淀 载液 表面活性剂 稳定性 铁磁流体的制备及稳定性研究 赖琼钰 卢集政 赵叶访 宋德坤 (四川大学化学学院 成都 610064) 铁磁流体(简称磁流体)主要由粒径小于15nm超顺磁性磁粉、载液及表面活性剂3部分组成，这种胶状液体既有固体磁性材料的强磁性，又有液体的流动性。由于具有交叉特性，所以这种液体磁性材料应满足的性能要求是：高的饱和磁化强度，在使用温度下有长期的稳定性，在重力和电磁力的作用下不沉淀，有好的流动性。磁流体在现代技术中得到越来越广泛的应用。如立体声音箱，磁密封，轴承和润滑，磁场传感器，磁光转换器，光纤连接，磁致冷，磁流体发电等[1,2]。近年来，磁流体在医学上的应用日益受到人们关注，被称为“生物导弹”，在外磁场作用下，磁流体作为药物的载体可以在人体内靶向给药，对治疗肿瘤效果显著。另外也用于X-射线或NMR诊断中的不透光材料[3]。 在诸多磁流体的制备中，共沉淀法是制超微磁粒子的一种用得较多且十分有效的方法，已有不少人对此进行过研究[4]。在他人工作基础上，我们采用改性共沉淀法制备出了平均粒径为11nm的Fe3O4磁粉，并对其进行了物相、粒度和形貌的表征。研究了单一表面活性剂和复配表面活性剂对磁流体稳定性的影响，研究了表面活性剂用量及磁粒子含量对磁液稳定性的影响，对Fe3O4微粒的防氧化与抗团聚也进行了研究。 1 实验部分 1.1 试剂准备 按0.5mol/L3分别配制Fe2(NH4)2(SO4)2和FeNH4(SO4)2溶液，并按常规氧化还原滴定法标定其准确浓度。试验中所用试剂均为分析纯，水为去离子高纯水。 1.1.1 按[Fe3+]:[Fe2+]=2:1摩尔比混合两种铁盐溶液，搅拌下加入一定量油酸和油酸钠混合液并将混合液升温至55°C。 1.1.2 配制6mol/dm3 NaOH溶液，搅拌下加入一定量油酸钠和烷基阴离子表面活性剂并将混合液升温至55°C。 1.2 Fe O4纳米磁粉的制备 取100mL. 1.1.1混合液倒入100mL 1.1.2混合液中，搅拌均匀并将pH值调到9~10。反3 应时间约0.5h。将反应液冷至室温，用稀HCl调pH至5~6，减压抽滤，用含表面活性剂的乙醇液洗涤，70°C真空(0.085MPa)烘干得乌黑发亮的样品待用。 1.3 磁流体的制备 在容器中加入水或油作为载液，加入一定量的NNO分散剂(亚甲基萘磺酸钠)，按一定量固液百分比在400r/min搅拌速度下投入制备的样品粉末，得到均匀液体。液体经离心机(4000r/min)分离处理后取其上层液体即得到稳定磁液。 1.4 样品测试 固体样品物相采用X-射线衍射仪分析(D/max-rA, CuKα, 40KV. 150mA, λ=0.1504nm)采用FT红外谱仪测IR谱(PE 16pc, 分辨率2cm-1 KBr压片)，采用透射电子显微镜分析粒度和形貌(TEM-100CX型)。磁液稳定性是通过测悬浮率进行评价的。 2 结果和讨论 2.1 磁粒物相分析 由样品的XRD谱图知各衍射峰位置和强度均与标准粉末衍射数据卡(ASTM 19-629)符合得很好，说明产物为Fe3O4立方单相粉末。由各衍射线的密勒指数和相应的衍射角度计算出平均晶胞常数a为0.8350nm。 固体样品的IR谱图中两强吸收峰分别为586cm-1和434cm-1，应归属为位于氧密堆构成的八面体间隙和四面体
磁流体密封原理 磁流体密封技术是在磁性流体的基础上发展而来的，当磁流体注入磁场的间隙时，它可以充满整个间隙，形成一种“液体的O型密封圈”。 磁流体密封装置的功能是把旋转运动传递到密封容器内，常用于真空密封，其基本原理见下图 磁流体密封装置是由不导磁座、轴承、磁极、永久磁铁、导磁轴、磁流体组成，在均匀稳定磁场的作用下，使磁流体充满于设定的空间内，建立起多级“O型密封圈”，从而达到密封的效果；每级密封圈一般可以承受大于0.15～0.2个大气压的压差。总承压为各级压差之和，一般设计为2.5个大气压，完全满足真空密封的需要；另外经过我公司的研究开发，也可用于高压密封。 2、磁流体密封的特性 ·长寿命 无磨损，具有极佳的工作可靠性。 ·高性能 极限真空度10-6Pa，泄漏率10-12Pa.m3/sec。 ·高适应性： 从低速到高速，从低压到高压，从室温到高温，均能满足各种[wiki]设备[/wiki]的要求。 3、磁流体密封的应用 近年来，国内外真空设备发展迅猛。在许多回转动密封装置上，磁流体密封得到了广泛的应用，例如在单晶硅炉、真空钎焊炉、真空熔炼炉、化学气相沉积、离子镀膜、液晶再生等真空设备的密封，以及高温高压设备及对[wiki]环境[/wiki]要求较高的设备的密封。从而提高产品质量，获得很好的经济效益。 1995年由美国帕佩尔（Papell）发明的磁性流体，是把磁铁矿等强磁性的微细粉末（约100?）在水、油类、酯类、醚类等液体中进行稳定分散的一种胶态液体。这种液体具有在通常离心力和磁场作用下，既不沉降和凝聚又能使其本身承受磁性，可以被磁铁所吸引的特性。 磁流体由3种主要成分组成： 1）固体铁磁体微粒（Fe3O4）； 2）包覆着微粒并阻止其相互凝聚的表面活性剂（稳定剂）； 3）载液（溶媒）。
磁流體的原理 磁流体的概念及其组成 产品说明 磁流体的概念及其组成： 磁流体又称磁液或铁流体，是一种对磁场敏感可流动的液体磁性材料。是由磁性纳米颗粒，经过特殊处理均匀分散到液体当中与其混合而成的一种固液相混的胶状液体。它既具有液体的流动性，又具有磁性。 磁流体由三部分组成：磁性微粒、基液（也叫载液）、表面活性剂（也叫分散剂、稳定剂或表面涂层）。 产品名称:工作原理特性命名法安装注意事项 产品说明 一、磁流体密封技术的工作原理： 磁流体密封技术是在磁流体的基础上发展起来的。当磁流体注入到高性能的永久磁铁、导磁性能良好的极靴及主轴所构成的磁回路中时，由于磁极齿尖处磁场力最强，磁流体集中于齿尖处，在密封间隙内形成一系列液体“O”型密封环，将密封间隙充满而达到密封的效果。如上图所示： 试验表明，每级密封环一般可以承受0.15-0.25个大气压，总耐压能力近似为各级耐压能力之和。真空用密封装置一般设计压力为2.5个大气压，完全能够满足真空密封的需要。 二、磁流体密封的特性： 1、严密的密封性：包围着主轴的磁流体能够对空气、水气、烟雾等进行严密的稳定的动、静密封。 3、寿命长、可靠性高：因磁流体的基液是一种惰性、稳定、低蒸气压的二酯基有机材料，挥发量极低，可以说密封的寿命取决于支撑旋转轴的轴承的寿命。 4、无磨损：这种密封是非接触式密封（极靴和主轴不直接接触），无机械部件的接触和磨损。 5、无污染性：由于密封装置本身不存在机械磨损，磁流体饱和蒸气压极低，因而即使用在高真空状态下使用也不会产生污染。 6、低阻尼和高速旋转能力：磁流体极低的粘滞阻力和磁流体密封装置无需接触密封圈的结构，决定了它的稳定操作和高速转动。 三、磁流体密封传动装置命名法： 轴类型：实心轴（S）、空心轴（K）、多轴（D）。 机座类型：法兰式（F）、套筒式（T）、悬臂式（X）。 冷却方式：无水冷（W）、带水冷（Z）。 负荷状态：普通负荷（P）、重负荷（Z）。 运动状态：旋转（略）、往复（W）。 示例：S F 030 Z P——表示实心轴法兰式轴径为φ30带水冷普通负荷的磁流体密封传动装置。
磁流体密封在真空炉上的应用 一、目的、意义及必要性： 随着科技的发展和人们环境意识的提高，密封问题被放到很高的位置，磁流体密封作为一种新型密封方式——无泄露、无摩擦、结构简单、易维修，符合现代倡导的绿色生产、清洁生产等特点，已受到越来越多的关注。 对于磁流体密封在真空炉上应用还原电动机的应有工作环境，杜绝叶轮电机爆燃事故，作为真空炉的资深制造企业，为公司产品在市场的占有率，积极采用新技术，研发新产品的科技含量的基础上，创出华翔公司的特有品牌，明确展示华翔公司真空炉的特点和优势，为客户着想，创卓越产品。 二、国内外现状、水平和发展趋势： 近年来，国内外真空设备发展迅猛。在许多回转动密封装置上，磁流体密封得到了广泛的应用，例如在单晶硅炉、真空钎焊炉、真空熔炼炉、化学气相沉积、离子镀膜、液晶再生等真空设备的密封，以及高温高压设备及对环境要求较高的设备的密封。从而提高产品质量，获得很好的经济效益。并且，磁流体的应用现已扩展到机械、电子、能源、化工、冶金、船舶、航天、遥测、仪表、印刷、环保、卫生、医疗等诸多领域, 在密封、冷却、润滑、医学、发动机、压缩机、换能器、计量阀、造影剂、生物学、精密研磨、阻尼减振、矿物分离、油水分离、快速印刷、定向淬火、执行元件、磁畴观察、各向异性以及其它方面有着新的应用, 是唯一具有工业实用价值的液体磁性智
能化功能材料。 由于我国的磁流体密封技术起步相对较晚，同发达国家相比，仍有较大差距，尚有相当多的工程技术人员不了解此技术，要进行多方面的学习研究。有必要抢先在真空炉上展示和试验性采用。 磁流体密封是一项不断发展并逐步走向成熟和完善的技术。只要用户有更高的应用要求，再生产厂家和用户的密切配合下，这项技术的应用领域将不断拓展，同时也将给生产厂家和用户带来可观的经济效益。 三、课题总体目标及研究内容 目前公司在这项技术的试验性采用过程中对这一问题进行过匹配性技术研究，通过磁流体这种密封方式是否适合本公司的要求。同时前期已经有行业内企业存在启动采用这项技术的动作。 四、技术可行性分析： 首先，磁流体密封是由3部分组成：固体铁磁体微粒(Fe3O4);包覆着微粒并阻止其相互凝聚的表面活性剂(稳定剂)；载液(溶媒)。此密封技术是在磁性流体的基础上发展而来的，当磁流体注入磁场的间隙时，它可以充满整个间隙，形成一种“液体的O型密封圈”。其次，磁流体密封的工作原理是圆环形永久磁铁，极靴和转轴所构成的磁性回路，在磁铁产生的磁场作用下，把放置在轴与极靴顶端缝隙间的磁流体加以集中，使其形成一个所谓的“O”形环，将缝隙通道堵死而达到密封的目的。这种密封方式可用于转轴是磁性体和转轴是
https://www.doczj.com/doc/e38222197.html, 磁流体密封的磁场有限元分析 孙明礼，李德才，何新智，白博海 北京交通大学机电学院，北京（100044） E-mail ：sunmingli1@https://www.doczj.com/doc/e38222197.html, 摘 要：介绍了磁性液体密封的理论，并应用ANSYS 有限元分析软件对一个三槽四齿密封结构进行磁场有限元分析，通过对计算结果进行的分析和讨论，结果表明，转轴侧极齿两侧磁场强度差决定密封装置的密封能力；密封间隙不宜超过0.3mm 。 关键词：磁流体；密封；磁场 中图分类号：TH136 文献表示码：A 1 引言 磁流体密封是近年来迅速发展起来的一项新技术，具有1）严密的密封性2）不可测量的泄漏率3）长寿命4）可靠性高 + 5）没有污染6）能承受高转速7）最佳的扭矩传递8）低的粘性摩擦9）磁性流体密封即使在中断运行时，也不像弹性密封在停机期间，受增塑和驰豫的影响等优点。可以在高速下运行，尤其在旋转轴密封中具有独特的优越性[1]。 磁流体密封原理是利用永久磁铁在转轴和极齿间的密封间隙内产生强磁场，将磁性流体固定在密封间隙内，形成液体0形密封环，磁场力和外界压差相平衡而实现介质密封。但目前普遍采用的磁流体密封结构其密封间隙很小，间隙内的磁场很难直接测量，一般通过解析方法进行近似计算，这样就很难了解间隙磁场的实际分布情况。邹继斌、Sama 等对磁流体密封的磁场问题进行了计算[2-4]，本文利用ANSYS 软件对密封间隙内的磁场进行深入分析。 2 密封理论 根据磁性流体力学分析，对旋转轴密封，磁性流体内部压强为： ()H p MdH r gh C φρ=+++∫（1） 式中，M 表示磁性流体的磁化强度；H 表示磁场强度；ρ表示磁性流体密度；g 表示重力加速度；φ( r)表示与转速、磁极形状及半 径有关的函数，转速为零时，φ( r)=0；h 表示磁性流体深度；C 表示由边界条件确定的积分常数。 设低压边和高压边磁性流体与被密封介质的分界面分别为1和2，当考虑分解面上介质跃变引起的应力跃变时，则磁性流体密封压差公式为： 2 1 2121()()() H H p MdH r r g h h φφρ?=+?+?∫ 0211 ()2 t t M M μ?? （2） 式中， M t 为磁化强度的切向分量，r 为半径. 一般地，外磁场较强，磁流体饱和磁化．M=Ms(磁性流体的饱和磁化强度)。式 (2)右边第五项可以忽略不计，且重力远小于磁场力，因而密封压差可以近似地表示为： 2121()()()s p M H H r r φφ?=?+? （3） 如果是磁性流体静止密封，式（3）密封压差可进一步简化为： 21()s p M H H ?=? （4） 由（4）式可知，在磁性流体饱和磁化强度一定的情况下，只有尽量提高ΔH 的值才能有效提高密封压差[3-6]。 3 静态磁场分析 在ANSYS 的前处理器中创建磁流体密封的物理环境。采用plan53单元并将此单元的的k3选项修改为对称，将磁流体密封的三维轴对称问题简化为二维平面问题。极靴和转轴的材料分别为电工纯铁和45＃钢，永磁材料为N40型的Nd-Fe-B 。由于磁性流体的
磁流体密封装置使用说明 1．灰尘和溶剂（水、油、酒精、丙酮、氟利昂等）不能侵入磁流体密封装置； 2．泄漏检查使用氦质谱检漏仪进行； 3．不得加上超出规定的压力，真空场合时加压1kg/cm2，加压场合时，只能加压到技术说明规定的压力为止； 4．磁流体密封装置的转轴在静止时，对真空腔抽真空或真空中长时间停止后再运转时，会导致真空压力上升，这个是磁流体密封装置的固有现象，可以通过提早起动等措施来消除； 5．水冷产品使用时，需使用常温、压力为1-3kg/cm2的水，冷却水可以使用普通的自来水(氯离子200mg/L，铁离子0.3mg/L)。此外，装置内不能结水，因为这样会导致轴承生锈，从而使回转不良。 Vacuum Feedthroughs Operation Instructions 1. Prevent dust and solvents (water, oil, alcohol, acetone, Freon, etc) contaminating the vacuum feedthroughs. 2. Using Helium mass spectrum leak detector to detect the leakage rates. 3. It can not be loaded too much pressure beyond its maximal permitted pressure. At the vacuum occasion, it is permitted to load 1 kg/cm2; at the pressurizing occasion, it is only permitted to pressurize within the range of technology allowing. 4. If vacuumizing the vacuum-chamber when the shaft of vacuum feedthrough is at rest or the vacuum feedthruogh begins to work after long-time stopping in vacuum, it may cause a rise in vacuum pressure. This is a connatural phenomenon of vacuum feedthroughs, which can be avoided through advanced startup. 5. When it needs water cooling, the cooling water should be of normal temperature and 1-3 kg/cm2 pressure, which could be ordinary tap water (chlorine ion 200 mg/L, iron ion 0.3mg/L). Besides, water can not exist in the inner parts of vacuum feedthroughs which may cause rust of bearing and circumrotating failure.
磁流体密封 第1章绪论 1.1选题的背景和意义 磁流体也叫磁液或铁流体，它是将磁性微粒掺入到载液中是一种对磁场敏感、可流动的液体磁性材料。磁流体自问世以来，在研磨、抛光、润滑、减振、冷却等领域逐步被人们所认识，磁流体在密封领域的应用也逐渐受到人们的重视。 磁流体密封是借助磁流体在磁场的作用下形成的磁流体密封环对气体、液体进行密封，由于它和密封轴之间是通过磁流体进行接触密封，因而避免了密封轴与密封件之间的直接摩擦，降低了附加载荷。在旋转轴密封中具有其它密封方式不可比拟的优点：无泄露、无磨损、结构简单、寿命长，受到国内外学者和工程技术人员的重视，在工业、国防等领域具有重要的意义。 磁流体密封在低压气体密封中的应用较为简单，因为密封压力低，所需的密封级数较少、密封间隙也可以选的比较大，所以容易实现。同时由于密封级数少，故密封装置的轴向尺寸限制较少，密封间隙大，其他诸如转速、磁极齿型等因素对密封装置的密封能力影响也较小，往往可以采用模糊的理论公式或经验公式对密封装置进行设计，就能满足使用的需要。随着密封压力的升高，磁流体密封耐压公式在磁流体密封装置的设计中越来越重要，它的理论水平直接决定了密封装置的性能。传统密封理论公式存在一些缺陷，比如密封力的来源不明确，计算复杂，适用范围小等等，这就不能很好的满足磁流体高压密封设计的需要。因此，应用新的、合理的密封耐压公式对旋转轴高压密封装置的设计是很必要的。 磁流体在气体密封中的应用已经很多，但是在液体密封中的应用较少，本文将磁流体密封技术应用于船舶艉轴密封中，并采用新的耐压公式，计算出密封装置的参数，设计出密封实验装置，进行了具体实验，取得了大量的数据。最后利用实验数据，分析对船舶艉轴磁流体密封的主要影响因素，可为今后进行磁流体密封装置的设计提供一定的帮助。 1.2国内外磁流体密封技术的发展现状 1.2.1磁流体简介 磁流体是由超微细磁粉在液体（载体）中稳定分散而形成的能流动、有超顺磁性的胶体，它无剩磁和矫顽力，可通过磁进行控制，在磁场作用下形成具有磁性的流体，其密封膜承压能力与磁场强度成正比。因此磁流体是阻塞密封比较理
科技成果——磁性液体密封的关键技术技术开发单位北京交通大学 技术简介 磁性液体密封是一种新型的密封方式，具有零泄漏、长寿命、高可靠性等优点。磁性液体是由直径为纳米量级的磁性固体颗粒均匀分散在基载液中而形成的一种稳定的胶体溶液，这种溶液即使在重力场、电场、磁场作用下也能长期稳定的存在，不产生沉淀与分离。磁性液体既具有液体的流动性又具有固体磁性材料的磁性，因此有着广泛的应用和很高的学术价值。 利用磁性液体对磁场的响应特性，把磁性液体注入到由高性能的永磁体、导磁良好的极靴和转轴所构成的导磁回路的间隙中，会形成数个磁性液体“O”型圈，当磁性液体受压差作用时，会在非均匀磁场中移动，不均匀磁场就会使磁性液体产生对抗压差的磁力，进而达到新的平衡，这样就起到了密封的作用。磁性液体密封的应用范围极其广泛，密封适应性强，无论是静态密封还是动态密封，无论是旋转密封还是往复密封，都可以应用。在某些方面，它的优点是传统密封方式无法比拟的。 因而包括美国航空航天局NASA公司在内的世界各国的军工单位一直以来都非常重视磁性液体密封的发展和应用。美国航空航天局（NASA）2011年在其官方网站上指出，磁性液体密封是今后十年内重点研究的领域之一。磁性液体密封方面已建设中试生产线，全面验证了核心技术、工艺和设备，准备进入规模化生产线建设阶段。
主要技术指标 泄漏率＜10-12Pa?m3/s；密封寿命＞10年；线速度＞20m/s。 技术特点 （1）零泄漏：在动态和静态测试中，采用质谱测定法对氦气密封进行评估，在常温常压下，氦气的泄漏量小于10-12Pa?m3/s，通常人们称为零泄漏； （2）使用寿命长：一般寿命在十年以上； （3）高可靠性：磁性液体密封装置包括一块简单的永磁体、极靴和少量的磁性液体，唯一会产生磨损的是轴承，因而可靠性高； （4）完全无污染：由于没有机械磨损，液体密封环不产生污染系统的粒子； （5）能承受高转速：最高可承受几十万rpm的高转速; （6）最佳的扭矩传递：传动轴可进行100%的扭矩传动而没有功率损耗，并能够不间断地提供同向旋转； （7）低的粘性摩擦：磁性液体粘性摩擦小，并不依赖于密封所加的压力，因而运转平稳。 技术水平国际领先 适用范围 各类真空炉，烧结炉，钎焊炉，淬火炉，热处理炉，单晶硅炉，真空泵，镀膜机，化学气相沉积设备，离心束刻蚀机、分子泵、超高速离心机、鼓风机等设备。 专利状态授权专利40项
磁流体密封 磁流体就是以液体形式存在的磁性材料，它是由粒径约为10nm的强磁性粒子，通过表面吸附界面活性剂分子而稳定分散于合适基液中所形成的一种胶态体系。根据所含的磁性粒子不同，可分为铁氧体系、金属系和氮化铁系3类。根据基液的不同可为水基、油基、醚基和酯基。 磁流体是功能材料中的一支新秀，它既具有磁性又具有流动性, 在重力和磁力作用下能够保持稳定, 不会出现沉淀或分层现象。与其他液体相比，磁流体具有以下特点： (1) 在外加磁场下, 有悬浮在载体中的能力。 (2) 既具有液体的流动性, 又具有固体磁性材料的特性, 有感应磁通的能力。 (3) 调节外加磁场强度, 可以改变磁流体的表观比重和粘度, 能使磁性的固体稳定地悬浮在其中。 (4) 超声波在磁流体中传播时, 其速度以及衰减与外磁场有关, 并显示各向异性。它的介电常数也是各向异性的。光通过稀释的磁流体时, 或磁流体的薄层时, 会产生光的双折射现象。当磁化时, 使相对于磁场方向具有光的各向异性, 具有高的折射率。此外, 在交变磁场中还具有磁粘滞现象。 (5) 在垂直磁场的作用下, 会自发地形成稳定的波峰。 (6) 对外加磁场的响应速度快, 撤去外磁场后,磁流体中的磁性粒子很快呈现无规则分布 ,即在无外加磁场时, 磁流体本身是不显磁性的。 (7) 磁流体在外加磁场的作用中, 将流向并固定在磁场强度高的一方。 对磁流体的研究起源于50 年代,标志是美国的Papell 在1963 年获得的第一个磁流体制备专利,并于1965 年在美国的NASA 航天产品的密封中获得成功应用。自此引发了对这种新型材料的研究开发和应用,并不断的取得新的进展,一步步的从实验室迈向实用化。70 年代我国开始进行磁流体的基础研究和应用探索。磁流体最通常的制备方法是借助于共同沉淀法制得粒度约为10nm 的磁铁矿之类铁氧体之后,吸附以界面活性剂,然后分散于油或水中即制成磁流体。新近又开发成功了将比铁氧体饱和磁化强应更大的纳米金属铁粉分散于液体中的磁流体,它是在水中添加粒径大的正离子或负离子(取代界面活性剂) 而将铁磁性纳米颗粒分散于液体中的离子性磁流体。当前,在磁流体中分散的铁磁性颗粒仅限于10nm 左右的大小,但可以通过改变所分散的铁磁性微粉和分散介质溶剂的性质来适应其各种用途。如果作为铁磁性微粉采用感温性铁氧体时可作磁流体泵和热泵使用;溶剂采用液态金属时 则可制备成导电性磁流体;溶剂采用弹性橡胶时可制成磁性橡胶;如果采用气体作为介质还可制成磁性气体。目前,应用最广的典型用途便是磁流体密封,还有利用磁流体的重力分选技术,以及加速度计等方面均已实用化。磁流体的应用现已扩展到机械、电子、能源、化工、冶金、船舶、航天、遥测、仪表、印刷、环保、卫生、医疗等诸多领域, 在密封、冷却、
磁流体密封技术应用中的注意事项 来源：输配电设备网时间：2008-07-30 阅读：206次 标签： (1)在安装内部未装轴承的磁流体密封件时,应保证转轴或导磁套与极靴组件不接触,最好有比较均匀的间隙量;在安装内部装有轴承的磁流体密封件时,应保证主机轴承和磁流体密封件内的轴承的旋转互不干涉。也就是说要保证一定的同轴度要求。 (2)在怀疑磁流体密封件有故障时,不能随意拆开磁流体密封件的内部元件,以免造成不必要的损坏。 (3)磁流体密封件用于真空密封时,应注意不要将丙酮、乙醇、酸、碱、水、非真空用油和其它溶剂滴入到磁流体密封件内,以免引起密封失效。 (4)设备停放很长时间后,如果驱动磁流体密封件的动力比较小,在重新开始工作前应先将磁流体密封件的旋转轴转动几周,然后再开启动力。 (5)当温度升高时,磁流体密封的耐压能力有所下降,考虑到温度的影响,设计时应将转轴表面的线速度控制在20m/s以下。如果密封部位的温度高于80℃或磁流体轴的线速度超过20m/s时,需要进行冷却处理,把温度控制在一定的范围之内。带有水冷装置的磁流体密封件在工作前,应先将冷却水接通,然后才能启动旋转,避免因一定时间内的过热而造成密封失效。 (6)对于高速旋转的轴来说,离心力对磁流体的影响不可忽视,在密封组件的结构设计上应采取相应措施。 (7)在磁流体密封件初始使用阶段,如果发现有少量的磁液溢出,但真空仍能维持,一般密封效果不受影响。这是因为在加注磁液时,控制加注量比较困难,一旦加注过多,多余的磁液会被抽走,直到保持适量为止。磁液注入量与耐压之间的关系是:开始时增大磁液的注入量,耐压基本上呈线性增大,但注入量达到一定值后,耐压不再增大,而是稳定在一个恒定状态。 (8)在初次使用磁流体密封件时,应将抽真空的时间适当延长些,以便将密封件内部一切不利于真空的成分全部抽走,如果设备系统的其它密封没有问题,再次抽真空时,真空度将会很快上升。 (9)设计磁流体密封件的结构时,应注意磁流体密封件各元件的材料选择、极靴齿形的结
磁流体密封工作原理 (1)磁流体的组成 1995年由美国帕佩尔（Papell）发明的磁性流体，是把磁铁矿等强磁性的微细粉末（约100?）在水、油类、酯类、醚类等液体中进行稳定分散的一种胶态液体。这种液体具有在通常离心力和磁场作用下，既不沉降和凝聚又能使其本身承受磁性，可以被磁铁所吸引的特性。 磁流体由3种主要成分组成： ①固体铁磁体微粒（Fe3O4）； ②包覆着微粒并阻止其相互凝聚的表面活性剂（稳定剂）； ③载液（溶媒） (2)磁流体的特性 磁流体是一种叫胶体溶液。作为密封用的磁流体，其性能要求是：稳定性好，不凝聚、不沉淀、不分解；饱和磁化强度高；起始磁导率大；粘度和饱和蒸气低，其他如凝固点、沸点、导热率、比热和表面张力等也有一定的要求。影响磁流体稳定的主要因素有：微粒力度大小、表面活性剂和载液以及它们的合理配比。稳定性是磁流体各种特性存在的前提。 2.磁流体密封的工作原理 圆环形永久磁铁，极靴和转轴所构成的磁性回路，在磁铁产生的磁场作用下，把放置在轴与极靴顶端缝隙间的磁流体加以集中，使其形成一个所谓的“O”形环，将缝隙通道堵死而达到密封的目的。这种密封方式可用于转轴是磁性体和转轴是非磁性体两种场合。前者磁束集中于间隙处并贯穿转轴而构成磁路，而后者磁束比不通过转轴，只是通过密封间隙中的磁流体而构成磁路。 3.极限条件 磁流体密封在工作时会受到下列条件的限制： (1)蒸发。磁流体由磁性微粒、表面活性剂和载液3部分组成，载液的蒸发是决定密封极限旋转频率和使用寿命的主要因素。因为密封是靠有限的磁流体工作的。为此，应选用蒸汽压低的载液，使蒸发损失为最小值。 (2)温升。温度升高会导致磁铁退磁和磁流体的蒸发。因为温度升高，粘度降低，功率消耗也就降低，这是有利的一面。但是温度的、升高，磁饱和强度下降，也可能使密封的耐压能力有些下降，因此，磁流体温度一般不应高于105℃，否则应采用冷却措施。 (3)极限真空度。磁流体密封极限真空度取决于载液的挥发度，用二脂润滑剂作成的载液可满足1.333×10-7Pa超高真空技术的要求 (4)周速。一般磁流体密封适用于高周速30m/s以上的运转，无极限标志。但考虑到温度和散热，周速应限制在60～80m/s，此时还要考虑极限耐压能力。
铁磁流体（ferrofluid, ferrum拉丁语“铁”与fluid“流体”两词的混成词）是一种在磁场存在时强烈极化的液体。铁磁流体由悬浮于载流体当中纳米数量级的铁磁微粒组成；其载流体通常为有机溶液或水。铁磁微粒由表面活性剂包裹以防止其因范德华力和磁力作用而发生凝聚。尽管被称为铁磁流体，但它们本身并不表现铁磁性。这是因为在外部磁场不存在的情况下，铁磁流体无法保持磁性。事实上，铁磁流体表现顺磁性，并且由于它们的高磁化率，通常被认为具有“超顺磁性”。产生铁磁流体在实际当中很难，一般要求高温及电磁浮置等条件。 描述 铁磁流体由显微镜可见的铁磁纳米微粒组成，通常源自磁铁矿、赤铁矿或者其他包含铁的混合物。这些纳米微粒的典型大小为10纳米；在这个足够小的尺度上，热搅动可以使它们在载流体当中被均一地分散开，从而使它们对流体的整体磁性反应起作用。这一作用方式类似于顺磁性水盐溶液（如硫酸铜或氯化锰水溶液）当中的离子作用使得溶液具有顺磁性。 真正的铁磁流体是稳定的。这意味着固体微粒即使在极强的磁场当中也不发生凝聚或者分相。然而，表面活性剂经过一定时间（若干年）会发生分解，导致纳米微粒最终凝聚并且分离出来，从而不再对流体的磁性反应起作用。 磁流变流体（MRF）是指类似于铁磁流体（FF）并于磁场存在下凝固的液体。磁流变流体含有微米量级的微粒，大小比组成铁磁流体的微粒高1-3个数量级。 [编辑]正常场不稳定性 铁磁流体处于由位于碟子下方的钕磁铁引起的磁场当中，表现出正常场不稳定性。 当一种顺磁性流体处于一段足够强的垂直磁场中时，其表面自然形成一种褶皱构型。这一显著的效应被认为是具有正常场不稳定性。褶皱的形成增加了流体的表面自由能和引力能，却减少了磁能。褶皱只有在磁场强度高于临界磁场时才会形成，此时磁能的减少在数值上超过表面自由能和引力能的增加。铁磁流体具有异常高的磁化系数，一块小条形磁铁即可达到其临界磁场并使其产生褶皱（见图）。