CN102753659B

CN102753659B - 磁流变液及其制造方法

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Publication number: CN102753659B
Application number: CN201080051856.1A
Authority: CN
Inventors: P.马鲁尔
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-09-16
Filing date: 2010-09-16
Publication date: 2015-02-25
Anticipated expiration: 2030-09-16
Also published as: US20110062371A1; DE112010003467B4; WO2011035025A3; CN102753659A; WO2011035025A2; US8282852B2; DE112010003467T5

Abstract

在本文中描述了磁流变（MR）液。MR液包括具有一定粒子密度的许多可磁化粒子。该流体还包括具有一定流体密度的载液，且所述许多可磁化粒子分散在载液内。所述许多可磁化粒子的一部分具有与所述流体密度基本相同的粒子密度。该MR液可包括许多具有可磁化材料外壳和中空核的可磁化粒子。该MR液还可包括许多具有可磁化材料外壳和实心核的可磁化粒子。该MR液可包括许多具有基质和嵌在其内的许多亚微粒子的可磁化粒子。这些粒子的核或基质可包括陶瓷、玻璃或聚合物或其组合。该可磁化材料可包括可磁化金属、金属合金和各种铁氧体，如包含Co、Fe、Mg、Mn、Ni或Zn或其组合的那些。

Description

磁流变液及其制造方法

发明领域

本发明的示例性实施方案涉及磁流变液（magnetorheological fluids），更具体涉及包含具有与该液体的密度匹配的密度的磁性颗粒的磁流变液。

背景

磁流变（MR）液是构造成在经受磁场时几乎立即改变粘度的微米级磁性颗粒的液体。典型的MR液在不存在磁场的情况下具有取决于其流体组分和颗粒组成、粒度、颗粒载量、温度等的易测得粘度。但是，在外加磁场存在下，悬浮的颗粒看起来排列或簇集且该流体显著增稠或胶凝。其有效粘度随之非常高并且需要更大的力（所谓的屈服应力）促进该流体中的流动。通过施加磁场，MR液的粘度提高至变成粘弹性固体的程度。

MR液表现出在外加磁场的影响下在毫秒级时间范围内以数个量级改变它们的流变性和因此它们的流动特性的能力。该诱发的流变变化完全可逆，因此可用在响应磁场环境变化的装置中。这些材料的用途在于，使用磁流变液的适当构造的电子机械传动器可充当计算机基传感或控制器与所需机械输出之间的快速响应的主动接口（active interface）。就汽车用途而言，此类材料被视为减震器、可控悬挂系统、可控动力传动系和发动机架中的减振器和许多电子控制的力/扭矩传递（离合器）装置中的有效工作介质。MR液提供优于其它可控流体，如ER流体（特别是用于汽车用途）的显著优点，因为MR液通常对这些环境中存在的常见污染物不那么敏感，且它们在适度的外加场存在下表现出更大的流变性质差异。载液的流变性质以及悬浮磁性颗粒的尺寸和密度决定使用MR液的装置中的重要流体特性，如沉降速率。MR液中的颗粒沉降在磁化态中，即在施加磁场时显著降低该流体的性能。

MR液通常是分散在基础载液，如矿物油、合成烃、水、硅油、酯化脂肪酸或其它合适的有机液体中的细碎（通常1至100微米直径）低矫顽力、可磁化固体，如铁、镍、钴和它们的磁性合金的非胶体悬浮液。MR液在不存在磁场的情况下具有可接受的低粘度，但在经受例如大约1特斯拉的合适磁场时表现出它们的动态屈服应力的大提高。由于MR液含有通常比悬浮它们用的液相密7至8倍的非胶体固体颗粒，必须制备颗粒在该液相中的合适的分散体以使颗粒在静置时不会显著沉降，它们也不会不可逆凝结形成聚集体。

通过分散触变剂，如煅制或沉淀二氧化硅，使可磁化颗粒保持悬浮，即防止沉降。二氧化硅通过经二氧化硅颗粒之间的氢键合形成网络来稳定MR液。这种网络在剪切下分解并在剪切停止后再形成以在剪切下表现出低粘度的同时使可磁化颗粒保持悬浮。沉淀二氧化硅通常由于其形成方法而具有大粒度和低表面积，而煅制二氧化硅通常具有较小粒度和较大表面积。煅制二氧化硅在使用时通常是表面处理的。但是，沉淀二氧化硅和处理过的煅制二氧化硅都常在运行过程中在MR液中表现出差网络形成和因此低屈服应力。

MR液可另外含有表面活性剂以防止可磁化颗粒的凝结和沉降。例如，该可磁化颗粒可以被表面活性剂涂布。表面活性剂通常以小于二氧化硅重量的10重量%的量使用。这通常相当于小于全配方MR液的0.1重量%的浓度。随着表面活性剂的浓度提高，屈服应力降低。屈服应力指示二氧化硅网络的强度。尽管较大量的表面活性剂是合意的，但由于其干扰触变剂的功能，目前可用的表面活性剂的量有限。

尽管触变剂和表面活性剂的使用有效降低MR液中的颗粒沉降，它们并非总是足以实现所需颗粒沉降特性。此外，这些材料的使用还影响该流体的磁性响应特性，如通过降低可磁化颗粒的磁饱和。

因此，希望提供在也保持可磁化颗粒的所需磁性响应特性的同时具有合适的流变和改进的沉降特性的MR液。

发明概述

在本发明的一个示例性实施方案中，提供包括具有一定颗粒密度的许多可磁化颗粒的MR液。该流体还包括具有一定流体密度的载液，且所述许多可磁化颗粒分散在载液内。一部分所述许多可磁化颗粒具有与所述流体密度基本相同的颗粒密度。

在本发明的另一示例性实施方案中，MR液包括许多具有可磁化材料外壳和中空核的可磁化颗粒。该流体还包括载液，所述许多可磁化颗粒分散在载液内。

在本发明的再一示例性实施方案中，MR液包括许多具有可磁化材料外壳和内核的可磁化颗粒，所述内核包含陶瓷或聚合物或其组合。该MR液还包括载液，所述许多可磁化颗粒分散在载液内。

从联系附图理解时本发明的最佳实施方式的下列详述中容易看出上述特征和优点以及本发明的其它特征和优点。

附图简述

仅作为实例，在下列实施方案详述中看出其它目的、特征、优点和细节，该详述参考附图，其中：

图1是如本文中公开的可磁化颗粒和MR液的一个示例性实施方案的示意性截面图；

图2是如本文中公开的可磁化颗粒和MR液的第二示例性实施方案的示意性截面图；

图3是如本文中公开的可磁化颗粒和MR液的第三示例性实施方案的示意性截面图；

图4是如本文中公开的可磁化颗粒和MR液的第四示例性实施方案的示意性截面图；和

图5是如本文中公开的可磁化颗粒和MR液的第五示例性实施方案的示意性截面图。

实施方案描述

根据本发明的示例性实施方案，公开了在MR液中使用具有与载液密度基本相同的颗粒密度的可磁化颗粒以显著降低或可能消除MR液中的颗粒沉降。通过形成可磁化材料的中空颗粒或通过在没有可磁化材料密的材料核（包括各种中空核和实心核）上形成可磁化材料壳从而通过改变颗粒结构来改变颗粒密度。合适的核可以是可磁化材料或不可磁化材料，只要该核不干扰或不以其它方式显著降低可磁化壳的磁性。在另一示例性实施方案中，可磁化颗粒可包括在中空核上的可磁化壳，包括具有中空核的球形颗粒，进一步包括具有球形中空核的那些。在另一示例性实施方案中，该可磁化颗粒可包括具有玻璃、聚合物或陶瓷材料或其组合的实心内核，如玻璃、聚合物或陶瓷微球核的可磁化外壳。

参照图1，根据示例性实施方案，公开了MR液1。MR液1包括载液2和许多可磁化颗粒10。载液2具有下文所述的该载液特有的流体密度。所述许多可磁化颗粒10分散在载液2内，可以使用任何合适的分散体，包括颗粒在该流体中的均匀分散体。可磁化颗粒10具有与载液2的密度基本相同的颗粒密度。在载液2是流体和其它材料（包括各种流变改性微粒）的复合物的实施方案中，载液2的密度是包括所有载体成分，即除可磁化颗粒外的所有成分的载液复合密度。可磁化颗粒10具有与载液2的密度基本相同的密度，以使它们可分散在该流体内并具有显著降低的沉降趋势。在颗粒密度和载液2的密度相等的情况下，在该流体内分散时，颗粒基本没有从载液2中沉降出来的趋势，即它们形成稳定或均匀的悬浮液。但是，不要求完全确定可磁化颗粒10和载液2的密度来获得与现有MR液（其中在可磁化颗粒密度和载液密度之间通常存在显著差异）相比的显著沉降改进。因此，短语“与...基本相同”在本文中的使用可包括可磁化颗粒10和载液2的组合，其中这些材料的密度存在多达0至大约20%的轻微差异，更特别大约0至大约10%的差异，更特别大约0至大约5%的差异。与在可磁化颗粒密度和载液的流体密度之间具有明显更大差异的常规MR液相比，所述各差异范围可提供沉降行为的显著改进。

再参照图1，各可磁化颗粒10包括充当附着到其上的可磁化材料30的基底的核20。核20包括中空核22。中空核22可具有如本文所述的任何合适的中空尺寸和形状，包括如本文所述的中空微球。中空核22可包括任何合适的核材料，包括中空玻璃微球26、聚合物（未显示）或陶瓷（未显示）材料或其组合。可磁化材料30可包括任何合适的可磁化材料，包括各种顺磁、超顺磁、铁磁或亚铁磁材料或其组合。可磁化外壳30可包括如本文所述的任何合适的可磁化材料，包括各种可磁化纯金属和金属合金以及各种铁氧体材料。合适的可磁化铁氧体包括Co、Fe、Mg、Mn、Ni或Zn铁氧体或其组合。可磁化颗粒10可任选还包括外保护涂层40。外保护涂层40可以由任何合适的材料，包括纯金属、金属合金、陶瓷、聚合物或玻璃或其组合形成。

参照图2，根据第二示例性实施方案，公开了MR液1。MR液1也包括如上所述的载液2和许多可磁化颗粒10并具有相同的密度和分散特征。可磁化颗粒10也如上所述具有与载液2的密度基本相同的密度，以使它们如本文所述可分散在该流体内并具有显著降低的沉降趋势。

再参照图2，各可磁化颗粒10没有核，而是包括中空腔21，其至少部分被可磁化材料30包封，更特别可完全被可磁化材料30包封。中空腔21可具有如本文所述的任何合适的中空尺寸和形状。可以例如通过使用包括聚合物的核20形成图1或4中所示的类型的颗粒并热解或以其它方式除去核聚合物材料以留下可磁化材料外壳30来形成中空腔21。可磁化材料30可包括任何合适的可磁化材料，包括各种顺磁、超顺磁、铁磁或亚铁磁材料或其组合。可磁化外壳30可以是载液22不可透的，或可以是多孔的，也可以足够多孔以使载液2能部分填充或填满空腔21。如就图1的实施方案所述，可磁化外壳30可包括如本文所述的任何合适的可磁化材料，包括各种可磁化纯金属和金属合金以及各种铁氧体材料。合适的可磁化铁氧体包括Co、Fe、Mg、Mn、Ni或Zn铁氧体或其组合。可磁化颗粒10可任选还包括外保护涂层40。外保护涂层40可以由任何合适的材料，包括纯金属、金属合金、陶瓷、聚合物或玻璃或其组合形成。

参照图3，根据第三示例性实施方案，公开了MR液1。MR液1也包括如上所述的载液2和许多可磁化颗粒10并具有相同的密度和分散特征。可磁化颗粒10也如上所述具有与载液2的密度基本相同的密度，以使它们如本文所述可分散在该流体内并具有显著降低的沉降趋势。

再参照图3，各可磁化颗粒10包括充当附着到其上的可磁化材料30的基底的核20。核20包括实心核24。实心核24可具有如本文所述的任何合适的尺寸和形状，包括如本文所述的实心微球。实心核24可包括任何合适的核材料，包括实心玻璃微球28、聚合物（未显示）或陶瓷材料（未显示）或其组合。可磁化材料30可包括任何合适的可磁化材料，包括各种顺磁、超顺磁、铁磁或亚铁磁材料或其组合。可磁化外壳30可包括如本文所述的任何合适的可磁化材料，包括各种可磁化纯金属和金属合金以及各种铁氧体材料。合适的可磁化铁氧体包括Co、Fe、Mg、Mn、Ni或Zn铁氧体或其组合。可磁化颗粒10可任选还包括外保护涂层40。外保护涂层40可以由任何合适的材料，包括纯金属、金属合金、陶瓷、聚合物或玻璃或其组合形成。

参照图4，根据第四示例性实施方案，公开了MR液1。MR液1也包括如上所述的载液2和许多可磁化颗粒10并具有相同的密度和分散特征。可磁化颗粒10也如上所述具有与载液2的密度基本相同的密度，以使它们如本文所述可分散在该流体内并具有显著降低的沉降趋势。

再参照图4，各可磁化颗粒10包括充当附着到其上的可磁化材料30的基底的核20。核20包括实心核24。实心核24可具有如本文所述的任何合适的尺寸和形状，包括如本文所述的实心微球。实心核24可包括任何合适的核材料，包括实心玻璃微球28（见图3）、实心聚合物微球29或陶瓷材料（未显示）或其组合。可磁化材料30可包括任何合适的可磁化材料，包括各种顺磁、超顺磁、铁磁或亚铁磁材料或其组合。可磁化外壳30可包括如本文所述的任何合适的可磁化材料，包括各种可磁化纯金属和金属合金以及各种铁氧体材料。合适的可磁化铁氧体包括Co、Fe、Mg、Mn、Ni或Zn铁氧体或其组合。可磁化颗粒10可任选还包括外保护涂层40。外保护涂层40可以由任何合适的材料，包括纯金属、金属合金、陶瓷、聚合物或玻璃或其组合形成。

参照图5，根据第五示例性实施方案，公开了MR液1。MR液1也包括如上所述的载液2和许多可磁化颗粒10并具有相同的密度和分散特征。可磁化颗粒10也如上所述具有与载液2的密度基本相同的密度，以使它们如本文所述可分散在该流体内并具有显著降低的沉降趋势。

再参照图5，各可磁化颗粒10包括核20，该核充当嵌在其内的亚微颗粒32形式的可磁化材料30的基质。核20可以是实心核（大致参见图3和4）或多中空（multi-hollow）或多孔核23。多中空或多孔核23可具有如本文所述的任何合适的尺寸和形状，包括如本文所述的微球。多中空或多孔核23可包括任何合适的核材料，包括多中空或多孔聚合物23、玻璃（未显示）或陶瓷（未显示）材料或其组合。可磁化材料30可包括任何合适的可磁化材料，包括各种顺磁、超顺磁、铁磁或亚铁磁材料或其组合。可磁化材料30和亚微颗粒32可包括如本文所述的任何合适的可磁化材料，包括各种可磁化纯金属和金属合金以及各种铁氧体材料。亚微颗粒32可包括纳米尺寸可磁化颗粒。合适的可磁化铁氧体包括Co、Fe、Mg、Mn、Ni或Zn铁氧体或其组合。可磁化颗粒10可任选还包括外保护涂层40。外保护涂层40可以由任何合适的材料，包括纯金属、金属合金、陶瓷、聚合物或玻璃或其组合形成。此类可磁化颗粒的实例包括多中空超顺磁磁铁矿/聚苯乙烯纳米复合微球，其中多中空核包含聚苯乙烯且亚微颗粒包含磁铁矿（Fe₃O₄）。另一实例包括具有嵌在其外表面上的CoFe₂O₄的亚微颗粒或纳米颗粒的中空玻璃微球。

本MR液1的组成在一定范围内可变。在一个示例性实施方案中，MR液中软磁颗粒的固含量为大约5至大约80体积%（例如对Fe而言大约29至大约97重量%），更优选大约20至大约60体积%（对Fe而言例如大约66至大约92重量%）。如本领域技术人员所理解，对不同磁性材料而言，该重量百分比不同。以重量%表示，对许多类型的可磁化材料，包括软磁组合物而言，MR液中软磁颗粒的固含量优选为大约20至大约98重量%，更优选大约50至大约95重量%。在一个示例性实施方案中，液态载体相（liquid carrier phase ）中纳米结构化添加剂颗粒的固含量为大约0.1至大约20重量%，更特别大约1至大约12重量%。MR液中优选的聚合物含量为大约0.1至大约10重量%，更优选大约0.1至大约1重量%。如果使用，附加溶剂优选占MR液的少于大约20重量%。

顺磁、超顺磁、铁磁和亚铁磁材料已用作磁流变液中所用的可磁化颗粒。根据一个示例性实施方案，可磁化颗粒30中所用的可磁化材料可包括可磁化纯金属、金属合金和金属化合物，包括铁氧体的软磁颗粒。这些可包括铁；镍；钴；氧化铁（iron oxide）；γ氧化铁；铁钴合金、铁镍合金、铁硅合金、各种铁氧体，包括Co、Fe、Mg、Mn、Ni或Zn的铁氧体，或其组合，更特别锰锌铁氧体和锌镍铁氧体；氧化铬、氮化铁；钒合金、钨合金、铜合金、锰合金和任何其它合适的软磁颗粒。在一个实施方案中，该软磁颗粒通常具有大约1至大约100微米，更特别大约1至大约20微米的平均粒度。

如所述，可磁化颗粒在本发明的意义上可包括任何合适的可磁化材料，包括顺磁、超顺磁、铁磁和亚铁磁材料。引用下列作为实例：铁、氮化铁、碳化铁、碳含量低于1%的钢、镍和钴。这些材料的混合物也合适，如铁与铝、硅、钴、镍、钒、钼、铬、钨和锰的合金。可引述铁-镍合金和铁-钴合金作为非常适合此用途的合金。磁性铬和铁氧化物也合适，如二氧化铬、γ-Fe₂O₃和Fe₃O₄。在这方面，铁和/或铁合金是优选的可磁化颗粒。可磁化颗粒可选自机械上软并容易压缩并表现出对部件表面的较低摩擦和磨损的金属颗粒。在这方面，包括通过五羰基铁(0)的热分解获得的小球形铁颗粒的羰基铁特别合适。由还原羰基铁产生的可磁化颗粒是具有大约6-9微米的标称粒度和在Rockwell标度上大约B50的硬度（通常相当于黄铜的硬度）的机械上软并容易压缩的金属颗粒。可购得的典型等级的软还原羰基铁是BASF制造的CL、CM、CS、CN、SP、SQ、SL、SD、SB和SM等级和ISP Technologies, Inc.制造的R-2430、R-2410、R-1510、R-1470、R-1430、R-1521和R-2521等级。这些铁颗粒是软磁性的，即它们在磁场下磁化，但在切断磁场时失去它们的磁性。这种软磁性允许链形成和断裂，由此提供可逆的闭态（off-state）和开态（on-state）性质。

已经发现，磁流变微粒材料，如处理成包含整合氮（integrated nitrogen）的羰基铁，表现出提高的抗氧化性。不受制于任何理论，据信，甚至小百分比的整合氮的存在可用于延迟与MR液使用相关的氧化过程，从而提供提高的微粒抗氧化性和更稳固的磁性能。富氮颗粒可构成MR液的全部或一部分微粒组分。所用的处理过的或富氮的MR颗粒的量是使相关MR液的磁流变响应性保持在所需参数内的量。

MR颗粒的微粒分布可以是单峰或双峰的。术语“双峰”用于表示该流体中所用的固体颗粒群的尺寸或直径具有两个不同的最大值。双峰颗粒可以是球形或大致球形的。在双峰组成中，预计颗粒分成两个不同尺寸的群体 - 小直径尺寸和大直径尺寸。大直径尺寸的颗粒组具有标准偏差不大于总平均直径尺寸的大约2/3的大平均直径尺寸。同样地，较小颗粒组具有标准偏差不大于总平均直径值的大约2/3的小平均直径尺寸。

在一个实施方案中，小颗粒的直径为至少1微米以使它们悬浮和充当磁流变颗粒。粒度的实用上限为大约100微米，因为更大粒度的颗粒通常在构造上不是球形的，而是倾向于是其它形状的附聚物。但是，对本文中公开的实施方案的实践而言，大颗粒组的平均直径或最常见粒度优选为小颗粒组中的平均直径或中值粒度的5至10倍。这两组的重量比可以在0.1至0.9内。大和小颗粒组的组成可以相同或不同。羰基铁颗粒是优选的。此类材料通常具有球形构造并非常适合小和大颗粒组。

在用于高温用途的MR液中，预计处理更容易氧化的至少一部分颗粒以提供氮扩散区。在双峰MR液组合物中，预计用氮处理一类颗粒的至少一部分。在双峰MR液中，优选在并入MR载液中之前处理具有小平均粒度分布的至少一部分颗粒。

可磁化颗粒10可具有任何合适的尺寸和形状。涂有有机聚合物的本发明的可磁化颗粒的基于它们的重量（重均）的平均最长尺寸优选为0.1至100微米，最优选1至50微米。

可磁化颗粒的形状可以是不规则、杆状或针状的。如果目的是实现高填充度，球形或类似球形的形状特别优选。

可以使用已知表现出磁流变活性的任何固体，尤其包括顺磁、超顺磁和铁磁元素和化合物。合适的磁响应性颗粒的实例包括铁、铁合金（如包括铝、硅、钴、镍、钒、钼、铬、钨、锰和/或铜的那些）、氧化铁（包括Fe₂O₃和Fe₃O₄）、氮化铁、碳化铁、羰基铁、镍、钴、二氧化铬、不锈钢和硅钢。合适的颗粒的实例包括纯铁粉（straight iron powder）、还原铁粉、氧化铁粉/纯铁粉混合物和氧化铁粉/还原铁粉混合物。优选的磁响应性微粒是羰基铁，优选还原羰基铁。

应该选择粒度以使其在经受磁场时表现出多畴特征。在一个示例性实施方案中，可磁化颗粒10的平均粒径通常为大约0.1至大约1000微米，更特别大约0.1至大约500微米，更特别大约1.0至大约10微米，并优选以总组合物的大约50至90重量%的量存在。

据信，本文所述的可磁化材料，如羰基铁可沉积在本文所述类型的颗粒的核20上。可以使用任何合适的沉积方法，包括各种形式的电镀、CVD、PVD等进行可磁化材料30的沉积。

MR液1包括至少一部分如本文所述的具有中空腔21或核20的颗粒。MR液1还可包括一部分不含中空腔或核的传统实心可磁化颗粒。在此类混合物中，这部分传统颗粒如本文所述具有沉降趋势；但是，如本文所述的具有中空腔21或核20的那部分颗粒与完全由传统实心可磁化颗粒构成的传统MR液相比提供改进的抗沉降性。

可磁化颗粒10也可任选被各种聚合物涂料，包括各种明胶涂布。在这方面，术语“明胶”包含明胶凝聚层和类似明胶的复合凝聚层。明胶与合成聚合电解质的组合特别优选作为含明胶的复合凝聚层。合适的合成聚合电解质是通过例如马来酸、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺的均聚或共聚制成的那些。术语“明胶”还包含用常规硬化剂，例如甲醛或戊二醛进一步交联的明胶。

可以引用下列作为合适的合成聚合物：聚酯、聚氨酯特别是聚酯型聚氨酯（polyester urethanes）和聚醚型聚氨酯（polyether urethanes）、聚碳酸酯、聚酯-聚碳酸酯共聚物、聚脲、三聚氰胺树脂、聚硅氧烷、含氟聚合物和乙烯基聚合物。可以引用下列作为合适的乙烯基聚合物的实例：聚氯乙烯、聚乙烯酯，例如聚乙酸乙烯酯，聚苯乙烯、聚丙烯酸酯，例如聚甲基丙烯酸甲酯，聚丙烯酸乙基己酯、聚甲基丙烯酸十二烷基酯、聚甲基丙烯酸十八烷基酯或聚丙烯酸乙酯，和聚乙烯醇缩醛，如聚乙烯醇丁缩醛。其它合适的合成聚合物包括不同的乙烯基和亚乙烯基单体的共聚物或三元共聚物，例如聚苯乙烯-共聚-丙烯腈，和(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯酸酯的共聚物。乙烯基聚合物、聚脲和/或聚氨酯是在这方面特别优选的有机聚合物。

载液2可包括任何合适的载液。载液2通常包括溶剂。载液可任选还包括各种抗沉降剂。这些抗沉降剂可以被描述为触变剂、表面活性剂、分散剂、增稠剂、流变改性剂、抗磨剂等。

MR液1可包括任何合适的溶剂，包括各种有机液体。极性有机液体是可用的一类有机液体。在一个实施方案中，该溶剂具有相对较高的沸点以致该溶剂在使用时不蒸发。合适的溶剂包括本领域中已知的MR载液，如乙二醇、乙二醇醚、矿物油、机油、硅油等。在一个示例性实施方案中，该溶剂可包括大约1至大约50重量%的MR液，更特别大约4至大约15重量%。在另一示例性实施方案中，该溶剂基本不含水。

MR液根据另一示例性实施方案可含有矿物油、石蜡油、液压油（所谓的变压器油，其含有氯化芳族化合物并以它们的高绝缘性质和耐高温性为特征）以及各种氯化和氟化油作为载液。也可以使用硅油、氟化硅油、聚醚、氟化聚醚和聚醚-聚硅氧烷共聚物。在一个示例性实施方案中，在25℃下测得的载液的粘度为大约1至1000 mPa，更特别大约3至800 mPa。

该载液可以是任何有机流体，更特别是非极性有机流体，其中载液构成MR液的连续相。合适的流体的实例包括硅油、矿物油、蓖麻油包括市售低粘度蓖麻油、石蜡油、有机硅共聚物、白油、液压油、变压器油、卤化有机液体（如氯化烃、卤化石蜡、全氟化聚醚和氟化烃）、二酯、聚氧化烯、氟化有机硅、氰基烷基硅氧烷、二醇和合成烃油（包括不饱和和饱和的）。也可以使用这些流体的混合物作为磁流变液的载体组分。优选载液是非挥发性、非极性的并且不包括任何显著量的水。优选载液是合成烃油，特别是由8至20个碳原子的高分子量α烯烃通过酸催化的二聚和通过使用烷基化三铝作为催化剂的低聚生成的那些油。聚-α-烯烃是特别优选的载液。

在一个示例性实施方案中，载体组分的粘度优选为在室温下大约1至大约100,000厘泊，更特别大约1至大约10,000厘泊，更特别大约1至大约1,000厘泊。

在另一示例性实施方案中，该载液可以是水基或水性流体。在一个实施方案中，可以仅使用水。但是，可以添加少量（少于总制剂的大约5重量%，更特别大约0.1至大约5体积%）的极性、水混溶性有机溶剂，如甲醇、乙醇、丙醇、二甲亚砜、二甲基甲酰胺、碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、丙酮、四氢呋喃、二乙醚、乙二醇、丙二醇等。

可以使用任何合适的抗沉降剂。合适的抗沉降剂包括不降低或减小可磁化颗粒30的性能并与载液相容的材料。这些包括分散在溶剂内的各种触变剂。触变剂包括煅制或沉淀二氧化硅。在与合适的溶剂一起使用时，二氧化硅可通过经二氧化硅颗粒之间的氢键合形成网络来稳定MR液。这种网络在剪切下分解并在剪切停止后再形成以在剪切下表现出低粘度的同时使可磁化颗粒保持悬浮。沉淀二氧化硅通常由于其形成方法而具有大粒度和低表面积，而煅制二氧化硅通常具有较小粒度和较大表面积。煅制二氧化硅在使用时通常是表面处理的。但是，沉淀二氧化硅和处理过的煅制二氧化硅都常在运行过程中在MR液中表现出差网络形成和因此低屈服应力。

MR液可另外含有表面活性剂以防止可磁化颗粒的凝结和沉降。例如，该可磁化颗粒可以被表面活性剂涂布。表面活性剂通常以小于二氧化硅重量的10重量%的量使用。这通常相当于小于全配方MR液的0.1重量%的浓度。随着表面活性剂的浓度提高，屈服应力降低。屈服应力指示二氧化硅网络的强度。尽管较大量的表面活性剂本来是合意的，但由于其干扰触变剂的功能，目前可用的表面活性剂的量有限。

MR液1还可在载液2中包括增稠剂。在一个示例性实施方案中，本发明的MR液另外含有至少一种为该磁流变液提供触变性质并提高可磁化颗粒30的悬浮液的抗沉降稳定性的增稠剂。增稠剂的实例包括细碎无机或有机微粒，包括凝胶、硅酸盐如膨润土、金属氧化物，如二氧化钛、氧化铝或二氧化硅，和/或通过火焰水解获得的微分散水合二氧化硅，它们可以以商品名Aerosil.RTM.或HDK.RTM.分别购自Degussa AG, Germany和购自Wacker GmbH, Germany。

MR液1还可在载液2中包括各种添加剂颗粒作为触变剂。这些可包括纳米结构化材料，如氧化物、碳化物、氮化物和硼化物。氧化物添加剂颗粒适合许多目前的MR液，包括例如SiO₂、TiO₂、ZrO₂和Fe₃O₄。该添加剂颗粒能通过聚合物连接，并通常具有明显小于软磁颗粒粒度的平均粒度。该添加剂颗粒的平均粒度可以为大约10^-5至软磁颗粒的大致平均粒度。添加剂颗粒的平均粒度通常为大约1至大约1,000纳米，更特别大约1至大约100纳米，大约10至大约20纳米的粒度适合许多用途。添加剂颗粒与软磁颗粒的重量比通常为大约0.004至大约0.4，更特别大约0.01至大约0.05。

在本文所述的流体组合物中也可以使用疏水有机粘土作为抗沉降剂、增稠剂和流变改性剂。它们提高本文所述的磁流变液组合物的粘度和屈服应力。在使用时，该有机粘土通常以总组合物重量的大约0.1至大约6.5重量%，更特别是大约3至大约6重量%的浓度存在。

该疏水有机粘土在任何可磁化颗粒沉降出时提供软沉降物。软沉降物导致易于再分散。合适的粘土热、机械和化学稳定并具有比传统使用的抗沉降剂，如硅石或二氧化硅低的硬度。本文所述的本发明的组合物优选在小于100/sec的剪切速率下剪切稀化并在剪切稀化后在少于大约5分钟内恢复它们的结构。

适用于本文所述的MR液组合物的有机粘土通常衍生自膨润土。膨润土倾向于是触变性和剪切稀化的，即它们形成容易通过施加剪切破坏并在移除剪切时再形成的网络。本文所用的“衍生自”是指用有机材料处理膨润土材料以制造有机粘土。膨润土、蒙脱石和蒙脱土有时可互换使用。但是，本文所用的“膨润土”是指包括蒙脱石粘土、蒙脱土粘土和水辉石粘土的一类粘土。蒙脱土通常构成大部分膨润土。蒙脱土是硅酸铝。水辉石是硅酸镁。

用有机材料将粘土改性以经由常规方法（通常阳离子交换反应）将无机表面阳离子替换成有机表面阳离子。合适的有机改性剂的实例包括胺、羧酸酯、鏻或锍盐、或苄基或其它有机基团。胺可以是例如季胺或芳胺。

据信，有机粘土在有机溶液中通过与在水溶液中的粘土所涉及的机制类似的机制自取向。但是，两者之间存在基本差异。例如，油不能将电荷以及水性溶液溶剂化。有机粘土的胶凝性质极大取决于有机部分对基础油的亲合力。其它重要性质是分散程度和颗粒/颗粒相互作用。通过剪切力的强度和持续时间，有时通过使用极性活化剂控制分散程度。主要通过粘土表面上的有机部分控制颗粒/颗粒相互作用。

MR液1还可在载液2中包括合适的分散剂。在另一示例性实施方案中，本发明的MR液1包括分散剂。合适的分散剂的实例包括卵磷脂、油酸和油酸盐如油酸铁、脂肪酸、碱皂，如硬脂酸锂、硬脂酸钠或三硬脂酸铝，含亲脂基团的磺酸盐和膦酸盐，和甘油酯，如单硬脂酸甘油酯。在使用时，该分散剂可以以可磁化颗粒重量的大约0.01至大约2重量%，更特别大约0.1至大约0.5重量%的量存在。

MR液1还可在载液2中包括合适的抗磨损剂或减摩剂或其组合。在另一示例性实施方案中，本发明的MR液1包括为该流体提供抗磨损和减摩性质的添加剂。可以使用任何合适的抗磨损剂，包括各种胶态添加剂，如胶态聚四氟乙烯、胶态石墨或胶态二硫化钼，和它们的组合或混合物。附加的抗磨添加剂包括例如，发动机润滑剂，如包括硫代磷（thiophosphorus）或硫代氨基甲酸盐的那些，包括二烷基二硫代磷酸锌（ZDDP）。

在另一示例性实施方案中，本发明的MR液1还可含有润滑剂添加剂，包括聚四氟乙烯、石墨或二硫化钼中的至少一种。此外，该添加剂具有等于或小于10微米的粒度以优化该添加剂的润滑可磁化颗粒的能力。

尽管已参照示例性实施方案描述了本发明，但本领域技术人员会理解，在不背离本发明范围的情况下，可以作出各种改动并可将其要素换成等效物。此外，可以在不背离其基本范围的情况下作出许多修改以使特定情况或材料适应本发明的教导。因此，本发明无意限于作为本发明的最佳实施模式公开的具体实施方案，而是包括落在本申请范围内的所有实施方案。

Claims

1.磁流变液，其包含：

具有一定颗粒密度的许多可磁化颗粒，其包含外壳，所述外壳是多孔的并包含可磁化材料；和

具有一定流体密度的载液，所述许多可磁化颗粒分散在所述载液内，一部分所述许多可磁化颗粒具有与所述流体密度相同的颗粒密度。

2.权利要求1的磁流变液，其中各个所述许多可磁化颗粒具有内腔。

3.权利要求2的磁流变液，其中各个所述可磁化颗粒是球形的。

4.权利要求1的磁流变液，其中各个所述可磁化颗粒包含可磁化外壳和内核。

5.权利要求4的磁流变液，其中所述内核包含陶瓷、玻璃或聚合物或其组合。

6.权利要求4的磁流变液，其中所述内核包含基质，所述基质具有分散在其中的许多可磁化亚微颗粒。

7.权利要求6的磁流变液，其中所述基质包含陶瓷、玻璃或聚合物或其组合。

8.权利要求6的磁流变液，其中所述基质是多孔的。

9.权利要求1的磁流变液，其中所述可磁化材料包含顺磁、超顺磁、铁磁或亚铁磁材料或其组合。

10.权利要求1的磁流变液，其中所述可磁化材料包含铁氧体。

11.权利要求10的磁流变液，其中所述铁氧体包含Co、Fe、Mg、Mn、Ni或Zn或其组合。

12.权利要求2的磁流变液，其中构造所述可磁化材料的外壳以使所述载体可渗入该内腔。

13.磁流变液，其包含：

许多具有可磁化材料外壳和内核的可磁化颗粒，所述可磁化材料外壳是多孔的，所述内核包含陶瓷、玻璃或聚合物或其组合；和

载液，所述许多可磁化颗粒分散在该载液内。

14.权利要求13的磁流变液，其中所述内核包含实心核或中空核之一。

15.权利要求13的磁流变液，其中所述可磁化颗粒包含铁氧体。

16.权利要求15的磁流变液，其中所述铁氧体包含Co、Fe、Mg、Mn、Ni或Zn或其组合。

17.制造MR液的方法，包括：

形成构造成接收许多可磁化颗粒的载液，所述载液具有一定流体密度；

形成具有一定颗粒密度的所述许多可磁化颗粒，其包含外壳，所述外壳是多孔的并包含可磁化材料；所述可磁化颗粒具有与所述流体密度相同的颗粒密度；和

将所述可磁化颗粒分散在该载液中。

18.权利要求17的方法，其中形成所述许多可磁化颗粒包括对各个所述许多颗粒的每一个而言，在包含玻璃、聚合物或陶瓷或其组合的中空或实心内核上沉积可磁化材料层作为外壳。

19.权利要求18的方法，进一步包括除去所述内核以产生许多可磁化颗粒，其中各个所述可磁化颗粒包含外壳和内腔。

20.权利要求17的方法，其中形成所述许多可磁化颗粒包括对所述各个所述许多颗粒的每一个而言，形成许多可磁化材料亚微颗粒和包含玻璃、聚合物或陶瓷或其组合的基质，其中所述亚微颗粒嵌在所述基质中。