磁流体密封技术的发展概况

磁流体密封中国专利申请技术综述摘要：本文通过对磁流体密封中国专利技术申请文献的检索、统计和分析，介绍了中国专利申请趋势分析，并结合实际专利申请案例，从新材料开发的角度展示了磁性液体用于液体密封近期的一个发展方向。

关键词：磁流体密封中国专利分析引言磁流体密封技术是一种利用新型的纳米材料磁性液体实现密封功效的技术，具有零泄漏、低磨损、高可靠性、完全无污染、能承受高转速、最佳的扭矩传递、低的粘性摩擦等优点,被广泛应用于防尘密封、气体密封、真空密封以及自由控制进给的装置上。

即使是气压高达10Pa的几倍, 也可以通过布置多级密封来实现。

到目前为止, 磁流体密封已成功地应用于计算机磁盘驱动器、单晶炉真空旋转轴、气体激光器等的密封中。

在密封液体上的应用目前尚未达到实用化的阶段，但是具有极大的使用价值。

1中国专利申请趋势分析1.1中国专利申请量年度分布趋势国内磁流体密封技术起步较晚，相关的专利申请量总体呈逐年上升趋势，可划分为以下三个阶段：（1）技术起步期（2002-2009），专利申请量较少且无明显增长趋势，说明此时国内磁流体密封技术刚刚兴起，尚处于起步阶段，市场需求不大；（2）初步发展期（2009-2015），专利申请量较上一阶段出现两个峰点（2010、2014），标志着磁性液体密封用于液体密封技术进入发展阶段；（3）迅猛发展期（2015-2022），专利申请量在总体上呈现大幅上升趋势，说明国内磁流体密封技术得到了快速且有利的发展，这与市场需求是密不可分的。

从数据获取的准确性来说，2023年后，由于专利从申请到公开/公告需要一定的审查周期，许多专利仍处于未公布状态，因此上述数据并不能准确代表2021年实际的专利申请量。

1.2国内专利申请省份分布在磁流体密封技术领域，目前国内各省份申请中，北京、广西、江苏、浙江申请量居多，申请集中于高校所在省份以及经济较发达地区。

2审查实践中的应用通过对磁流体密封技术的专利文献进行检索、阅读和梳理，审查员了解了该领域专利技术的分布特点和发展脉络，有效提高了审查员在对于专利申请发明构思的把握能力，尽快成为本领域专业技术人员，为后续的审查实践提供指导和借鉴。

磁流体作为智能润滑介质的特性磁流体作为一种新型的智能润滑介质，近年来在工业和科研领域受到了广泛的关注。

它是由纳米级别的磁性颗粒分散在基液中形成的胶体溶液，具有独特的磁性和流变特性，能够在外部磁场的作用下改变其物理状态，从而实现对摩擦和磨损的有效控制。

本文将探讨磁流体作为智能润滑介质的特性，分析其在不同应用场景中的潜力和挑战。

一、磁流体的组成与制备磁流体的制备是其特性研究的基础。

磁流体主要由磁性颗粒、基液和表面活性剂组成。

磁性颗粒是磁流体的核心，通常由铁、钴、镍等磁性材料制成，其粒径一般在纳米级别，以保证磁流体的稳定性和流动性。

基液则是磁性颗粒分散的介质，可以是水、油或其他有机溶剂，其选择取决于应用环境和性能要求。

表面活性剂的作用是降低磁性颗粒之间的相互作用力，防止颗粒聚集，提高磁流体的稳定性。

磁流体的制备方法多样，包括共沉淀法、溶胶-凝胶法、微乳液法等。

共沉淀法是将磁性材料的前驱体在溶液中混合，通过控制反应条件使其形成磁性颗粒，然后通过表面活性剂进行稳定化处理。

溶胶-凝胶法则是通过溶胶中的金属离子与有机配体反应形成凝胶，再经过热处理得到磁性颗粒。

微乳液法则是利用表面活性剂在油水界面形成的微乳液作为反应容器，将磁性颗粒限制在微乳液内部生长，从而得到均匀分散的磁流体。

二、磁流体的磁性与流变特性磁流体的磁性特性是其作为智能润滑介质的关键。

在无磁场的情况下，磁流体中的磁性颗粒由于表面活性剂的作用而均匀分散，不表现出磁性。

当施加外部磁场时，磁性颗粒会沿着磁场方向排列，形成链状结构，从而改变磁流体的流变特性。

这种特性使得磁流体能够在不同的工况下调整其润滑性能，实现智能控制。

磁流体的流变特性研究主要集中在其在不同磁场强度和频率下的表现。

实验表明，随着磁场强度的增加，磁流体的粘度会显著增加，这是因为磁性颗粒在磁场作用下形成的链状结构增加了流体的内部摩擦。

同时，磁场的频率也会影响磁流体的流变特性，高频磁场下磁流体的响应速度更快，但粘度增加的幅度较小。

磁性流体密封及基发展现状磁性流体密封是一种新型的密封技术，通过磁力场作用于磁性流体，使其在轴向方向上生成密封效果，可以替代传统的机械密封，具有广泛的应用领域和前景。

本文将介绍磁性流体密封及其基发展现状。

一、磁性流体密封的基本原理磁性流体密封是一种基于磁力作用的密封技术，其基本原理是通过在被密封部位的磁环周围施加磁场，使被密封的物质与磁性流体形成一定的密封效果。

磁性流体是由含有磁性颗粒的液体组成，当外加磁场时，液体中的磁性颗粒会在磁场的作用下发生取向，磁性流体将表现出更高的粘度和黏度，从而能够形成有效的密封效果。

此外，磁性流体还具有防腐蚀、耐高温等优点，增加了其在实际应用中的可靠性和灵活性。

二、磁性流体密封的发展历程目前磁性流体密封技术已有数十年的发展历史。

在20世纪60年代初期，磁性流体这一新型物质被首次发现，引起了密封领域的广泛关注。

自此开始，磁性流体密封技术逐渐发展成为一种新型的密封技术，并在常规机械密封无法满足严苛运行条件下得到广泛应用。

至今，磁性流体密封技术已进入到实际应用中，出现了多种不同类型的磁性流体密封装置，包括单级磁性流体密封装置、双级磁性流体密封装置等，广泛应用于化工、旋转设备、泵类、风机类、压缩机类、轮机等领域。

三、磁性流体密封的发展现状随着磁性流体密封技术的不断发展，其在实际应用中也变得更加成熟和可靠。

目前主要集中在如何提高磁性流体密封的性能和可靠性、开发新的磁性流体密封材料、进一步降低密封系统的运行成本等方面；对于高压、高速、高温、腐蚀性介质等特殊条件下的应用，磁性流体密封的研究目前也在不断进行中。

近年来，随着纳米技术和微电子技术的不断发展，在磁性流体密封技术领域中也出现了新的研究方向和技术趋势。

例如，将纳米材料用于磁性流体密封材料的制备，可以提高材料的稳定性和耐高温性能。

另外，利用微电子技术和智能控制技术，磁性流体密封系统还可实现实时监测和自动控制，提高了其在实际应用中的可靠性和安全性。

磁流体密封技术的发展及应用综述1、磁流体磁流体也称磁液或铁磁流体(英文为MagneticFluid或Ferrofluid),它是将铁磁性纳米微粒掺入到载液中,并用表面活性分散剂使其均匀地分散到载液中,从而形成的一种固液相混的悬浮状的胶体。

磁流体具有以下特点:①在磁场的作用下,磁化强度随外加磁场的增加而增加,直至饱和,而外磁场去除以后又无任何磁滞现象,磁场对磁流体的作用力表现为体积力。

②与一般纳米粒子相同,具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应。

③具有液体的流动性,在通常的离心力和磁场的作用下,既不沉降,也不凝集。

磁流体是一种在工程技术甚至生物医学领域具有广泛用途的高科技材料。

20世纪60年代中期,美国首先成功用于解决宇航服可动部分的真空密封以及在失重状态下宇宙飞船液体燃料的固定问题。

此后磁流体技术逐渐被人们所认识,其研究应用一直是世界各国十分关注的前沿课题,我国科研工作者经过数年的潜心研究,于1997年生产出首批产品。

目前国际上仅美、中、俄、日等少数国家能够生产。

磁流体结构模型及实物图如图1所示,磁流体组分材料概况如表1所示。

2、磁流体密封磁流体密封是利用在外加磁场作用下磁流体具有承受压力差的能力而实现的密封。

其基本原理如图2所示,磁性回路由永久磁铁、极靴和转轴组成。

放置在导磁性良好的转轴与极靴顶部之间的制作精良的磁流体在高性能的永久磁铁产生的磁场作用下高度集中,形成一个液体o型密封圈,当磁流体受到压力差作用时,磁流体在非均匀磁场中略微移动,产生了对抗压力差的磁力,从而达到新的平衡,进而将转轴与极靴间的缝隙堵死而达到密封的目的。

磁流体密封中的转轴可以是磁性体,也可以是非磁性体。

前者的磁束集中于转轴与极靴间的缝隙处,通过转轴构成磁性回路;后者的磁束并不通过转轴,而是通过缝隙中的磁流体构成磁性回路。

图2所示的磁流体单磁铁双极靴密封结构的耐压能力差(小于0.1MPa),所以实践中大量采用的是多磁铁多极靴结构,如图3所示。

磁流体密封国内重点申请人专利技术综述国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心摘要：本文通过对磁流体密封国内重点申请人专利技术申请文献的检索、统计和分析，介绍了国内重点申请人专利申请趋势分析，针对国内重点申请人专利申请进行了技术分支。

关键词：磁流体密封中国申请人专利分析引言在机械设备中普遍存在着泄漏问题，泄漏不仅造成能源浪费和环境污染，严重的还会危及人身安全，带来巨大经济损失。

密封是防止机械设备泄漏不可缺少的，传统密封如垫片密封、机械密封、填料密封和迷宫密封等，虽然它们结构简单、成本低廉，但是它们有的易磨损、功耗大，有的寿命低、易污染；尤其在轴以高速旋转时，传统密封很难达到密封要求；而磁流体作为一种新型材料用于密封能够克服传统密封的上述一些不足。

人类对于磁流体密封的研究始于上个世纪，1948年，美国人Rosensweig向美国国家专利局申请了世界上第一个关于磁性流体密封的专利，国内对磁流体密封技术的研究相对于西方国家较晚，但经过数十年的潜心研究和探索也已取得较快的发展，尤其在近五年内研究较为活跃，提交了较多专利申请。

因此，本文针对磁流体密封的国内重点申请人专利申请做了系统的分析。

1国内重点申请人专利申请趋势分析1.1国内重点申请人专利申请趋势在磁流体密封技术领域，目前国内主要申请人以高校申请为主，其次是企业、个人、科研单位。

在国内申请中，广西科技大学、北京交通大学和清华大学的申请量远远超出其它申请人的申请量，其次是国内企业，个人申请、科研单位和机关团体的申请量相对较少。

由于磁流体密封技术在国内专利申请起步属于较晚，因而研发主力主要集中于高校。

广西科技大学、北京交通大学和清华大学为磁流体密封领域的国内重点申请人。

目前国内重点发明人主要有李德才、杨小龙、陈帆、孙彭、郝付祥等。

其中李德才是北京交通大学和清华大学专利申请的发明人，杨小龙、陈帆、孙彭、郝付祥是广西科技大学专利申请的发明人。

李德才曾经是北京交通大学副教授，现为清华大学机械系长聘教授、博士生导师；杨小龙为广西科技大学副教授、硕士生导师；因而，李德才教授和杨小龙教授是国内磁流体密封技术领域的领军发明人。

关于磁性流体密封装置项目产业化前景分析一、项目的技术方案和技术水平磁性流体密封装置是我公司研制开发的一种新型转轴动密封方式，常用于真空密封，它是由不导磁外壳、轴承、磁极、永久磁铁、导磁轴、磁性液体组成，由于磁性液体的超顺磁特性，在磁场的作用下，磁性液体会充满整个环形间隙，形成一个液体的“O”型密封圈，从而达到密封、润滑的目的。

它与一般的机械转轴密封相比较，具有无摩擦、耗功小、无噪音、零泄漏、长寿命等优点，主要应用在单晶硅炉、真空烧结炉、钎焊炉、镀膜机等真空产品的转轴密封上。

该产品技术已成熟，市场前景非常广阔。

（2）关键技术a、磁性流体磁性流体密封的核心是选择合适的磁性流体。

磁性流体亦称磁液，是一种可流动的液体磁性材料，它是把磁性微粒粉末均匀地分散在基液中而形成的稳定胶体（如图2），这种胶体具有在重力、离心力和磁场作用下不沉降、不凝聚、本身具有超顺磁性和被磁场吸引的特性。

根据基液的不同，磁性流体可分为水基、酯及二酯基、碳氢化合物、氟碳化合物和硅油基等磁性流体。

对于密封装置，如果没有具有适当饱和磁化强度和粘度，长寿命的磁性流体就谈不上实现密封的长寿命，而磁性流体的寿命主要决定于基液的饱和蒸气压的大小，要想获得长寿命的磁性流体，就要选择在工作温度下基本不蒸发的基液，我们选用的二酯基磁性流体在87℃时每平方厘米表面蒸发量与不宜过大，以0.04T以下为好。

当温度变化时，粘度也变化，温度升高粘度下降，图4为二酯基磁流体的粘温曲线，由此可知，选用的磁流体的粘度较小为宜，大于100 mPa·s。

b 、磁聚焦结构磁流体密封的另一关键技术及难点是磁聚焦结构，即密封部位的齿、槽、间隙之间关系的匹配。

它涉及流体力学、电磁场计算和机械加工等领域。

磁聚焦结构匹配的总目的是在永久磁体尺寸一定的情况下，使齿下的磁场强度最大，而槽下的磁场强度最小并确定最佳级数，使耐压力最大。

对此从工艺角度看，必须保证磁极环和轴同心，所有的偏心、不垂直和轴的径向跳动都对密封能力造成影响。

■磁性流体密封技术磁性流体密封技术是在磁性流体的基础上发展的，当磁性流体注入具有磁场的间隙中时，它可以充满整个间隙，成为一种液体“O型密封圈”。

磁性流体真空进给装置是一种把旋转运动传入真空容器的装置，其基本构成为一个永久磁场，两个磁极，一个磁性转动轴和磁性流体。

传动轴是一个多级结构，由磁极和转轴组成。

在每级环形间隙中，充满了磁性流体。

在理想状态下，所有磁性流体密封在每一级极间与磁极之间，形成一系列的“磁性流体密封圈”。

每级“磁性流体密封圈”能随的压差0.15-0.2个大气压，整个区域的随能力为密封圈子总的承压能力，为适应真空环境，磁性流体密封圈标准设计压力大于两个大气压，所以说是绝对安全的。

Magnetic fluid Sealing TechniqueSealing techniques of magnetic fluid take advantage ofresponse of Magnetic fluids. When a Magnetic fluid is placed intoa gap between the surfaces of rotating and stationary elementsin the presence of magnetic fluid, it assumes the shape ofa"Liquid O-ring" to comple电话y fill the gap.The magnetic fluid vacuum rotary feed through is a device thattransmits rotary motion into a vacuum chamber. The basiccomponents are permanent magnet, two pole pieces, a magneticallypermeable shaft and Magnetic fluid. The shaft (of pole pieces)contains a multistage structure, completed bye the pole pieces and the shaft, concentrating magnetic flux in the radial gap under each stage. In the ideal situation, all flux lines are confined under each stage, and none are in interstate region. The magnetic fluid is trapped andheld in each-stage, forming a series of " Liquid Oring" with intervening regions that are filled with air. Each stage can typically sustain a pressure differential of 0.15-0.2 atmospheres. All stages act in series to provide a total pressure capability for the seal. For vacuum applications Magnetic fluid seals are normally designed to sustain a pressure differential of greater than two atmospheres, thus allowing a safety margin.■特性密封圈特性：磁性流体包围整个转轴，成为一隔绝空气，水气，烟雾等元素的密封圈，几乎无泄漏的特性，密封圈的泄漏微弱到已无法测量，甚至使用质谱仪也无法测量（1*10-11Torr/e/sec）Hermetic sealing: The Magnetic fluid surrounding the shaft provides a hermetic seal against gas, vapor, mist and other contaminants.长寿命特性："液体O型密封圈"由一个稳定的磁性流体构成，其装置可长期使用10年无需维修。