17.10.2. Получение магнитных жидкостей

17. 10. 2. Получение магнитных жидкостей

Проблема получения магнитных жидкостей это проблема получения высокодисперсных частиц твердого ферромагнитного материала и диспергирования его в жидкости-носителе.

Первоначальная технология была разработана в 1965 г. американским ученым Розенцвайгом и сводилась к следующему: в шаровых мельницах осуществлялось измельчение грубодисперсных ферромагнитных частиц в присутствии жидкости-носителя и поверхностно-активных веществ (ПАВ) в течение нескольких недель непрерывного действия. После чего грубодисперсная фракция отделялась центрифугированием на суперцентрифугах с фактором разделения 17000 g. В качестве жидкости-носителя используются различные углеводородные и кремнийорганические соединения, вода. В качестве ПАВ – олеиновая кислота. Данный метод позволяет получить ферритовые жидкости, а также жидкости на основе классических ферромагнетиков Fe, Ni, Co. Однако, вследствие большой продолжительности непрерывного действия, значительных энергетических затрат, приводящих к большой стоимости готового продукта, технология дробления не получила широкого распространения. Эта технология считается малоперспективной в будущем.

Альтернативной как в плане снижения энергозатрат, так и в плане существенного повышения производительности оказалась технология получения МЖ на основе химической конденсации, впервые разработанная в Ленинградском технологическом институте профессором Бибиком Е. Е..

Химическая конденсация заключается в осаждении частиц магнетизма из водного раствора солей двух- и трехвалентного железа избытком щелочи

.

Полученный осадок коллоидных частиц переводится в жидкость-носитель при помощи метода пептизации, суть которого заключается в образовании на поверхности частиц слоя ПАВ. В результате агломераты частиц из осадка разъединяются на отдельные частицы, покрытые слоем ПАВ, которые диспергируются в жидкости-носителе.

Метод химической конденсации прост, технологичен, дает возможность получать МЖ на базе различных жидкостей, благодаря чему он взят за основу в современной технологии получения МЖ во всем мире. С учетом последующего выпаривания удается получать МЖ с объемной концентрацией твердой фазы до ~30%.

17. 10. 3. Свойства магнитных жидкостей

На немагнитное тело, помещенное в магнитную жидкость, которая находится в неоднородном магнитном поле, действует дополнительная архимедова сила. Эта сила направлена в сторону уменьшения напряженности магнитного поля. Это приводит к тому, что все немагнитные тела (цветные, драгоценные металлы, стекло и др. ) находящиеся в магнитной жидкости выталкиваются из магнитного поля. Такое свойство магнитных жидкостей получило название левитации.

Подобно жидкостям магнитные жидкости обладают вязкостью. Однако, в отличие от ферросуспензий, в которых диспергированны частицы микронных размеров, и вязкость которых сильно зависит от приложенного магнитного поля (вплоть до отвердения), вязкость МЖ в магнитном поле изменяется весьма незначительно (всего в ~ 1, 3 раза). Небольшое возрастание вязкости связано с выстраиванием магнитных осей феррочастиц вдоль магнитного поля, т. е. с выключением одной из вращательных степеней свободы феррочастиц.

Акустические свойства МЖ (скорость звука, поглощение звуковой энергии, волновое сопротивление) определяются конкретным составом МЖ, их концентрацией и способностью к агрегированию феррочастиц. Скорость звука в магнитных жидкостях всегда несколько меньше скорости звука в жидкости-носителе. Так, если в керосине скорость звука при комнатной температуре и атмосферном давлении ~1300 м/с, то в МЖ, приготовленной на основе керосина, она находится в пределах 1100-1300 м/c.

Коэффициент поглощения звука увеличивается с увеличением концентрации МЖ и может в несколько раз превосходить значение, характерное для жидкости-носителя.

С увеличением температуры скорость звука в МЖ (как и в большинстве простых жидкостей) уменьшается практически по линейному закону. График зависимости скорости звука от температуры (c = f(T)) в дистиллированной воде представлен на рисунке 17. 10а.

График зависимости скорости распространения ультразвука от температуры (c = f(T)) в магнитной жидкости на основе воды представлен на рисунке 17. 10б.

Адиабатная сжимаемость магнитных жидкостей β по мере увеличения концентрации твердой фазы φ линейно убывает. График зависимости магнитной жидкости на основе керосина β = f(j) представлен на рисунке 17. 11.

Таким образом, упругие свойства МЖ достаточно близки к упругим свойствам жидкости-носителя. Даже при предельных концентрациях звуковые волны достаточно хорошо распространяются в МЖ (в отличие от световых волн).