超顺磁性电磁复合材料、其制备方法与高灵敏度电磁阀
阅读说明：本技术 超顺磁性电磁复合材料、其制备方法与高灵敏度电磁阀 (Superparamagnetism electromagnetic composite material, preparation method thereof and high-sensitivity electromagnetic valve ) 是由 张鹏 李蔚 郑文毅 于 2019-09-10 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种超顺磁性电磁复合材料,其包括原料A和原料B,原料A为纳米四氧化三铁,原料B为环氧树脂或聚四氟乙烯；原料A的质量百分比为10％～70％。另外还提供一种该电磁复合材料的制备方法,先称取原料A和原料B,然后加入球磨机,在40～50r/min转速、10～20h内进行球磨混合均匀,然后放进模具在5～25MPa的成型压力下压制成型,完毕,在180℃～360℃温度下进行90～120min的固化反应,以获得超顺磁性电磁复合材料。除此还提供一种高灵敏度电磁阀,采用以上所述的制备方法来制备该电磁阀的具有超顺磁性的静铁芯和动铁芯,可解决现有传统电磁阀中电磁铁存在滞后而导致灵敏度无法提高的问题。(The invention provides a superparamagnetic electromagnetic composite material, which comprises a raw material A and a raw material B, wherein the raw material A is nano ferroferric oxide, and the raw material B is epoxy resin or polytetrafluoroethylene; the mass percentage of the raw material A is 10-70%. And in addition, a preparation method of the electromagnetic composite material is also provided, and the raw material A and the raw material B are weighed firstly, then added into a ball mill, ball-milled and mixed uniformly at the rotating speed of 40-50 r/min for 10-20 h, then put into a mould to be pressed and formed under the forming pressure of 5-25 MPa, and after the completion, the curing reaction is carried out at the temperature of 180-360 ℃ for 90-120 min, so that the superparamagnetic electromagnetic composite material is obtained. The preparation method is adopted to prepare the static iron core and the movable iron core with superparamagnetism of the electromagnetic valve, and the problem that the sensitivity cannot be improved due to hysteresis of the electromagnet in the conventional electromagnetic valve can be solved.)
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种超顺磁性电磁复合材料、其制备方法与高灵敏度电磁阀。
背景技术
在现代工业制造中，自动化程度越来越高，自动控制元件的应用则毫无疑问变得越来越广泛。电磁阀作为系统中的控制元件，其性能参数是控制系统中重要的一个环节。电磁阀最重要的一个性能参数即是电磁阀的响应时间，响应时间越短则灵敏度越高。
目前，各厂家的电磁阀响应时间参差不齐，但中国所生产的电磁阀的响应速度普遍比国外品牌电磁阀的响应速度要慢，寿命和稳定性也要差。电磁阀的响应时间主要取决于其核心部件电磁铁的灵敏度。
目前市场上使用的电磁阀的电磁铁皆为软磁材料制成的，在响应速度方面存在一定的滞后。目前很多研究工作者在这方面做了许多的工作，致力于减小电磁材料的矫顽力，并且他们都取得了一定的成果，但是由于他们研究都是基于软磁材料，虽然能够大大的减小材料的矫顽力，但是矫顽力始终都存在，无法完全消除。因此，开发新型的零矫顽力的电磁阀材料，是一项有重大市场应用前景的课题。
Fe3O4在小尺寸下，当各向异性能减小到与热运动能相当时，磁化方向就不再固定在一个易磁化方向上，易磁化方向做无规律的变化，变成超顺磁材料。超顺磁材料与传统的磁性材料最大的区别在于，其没有磁滞回线，矫顽力为零，因此其磁性随磁化场的磁场强度的变化关系为直线，不存在滞后。显然，如果能将用作电磁阀的电磁铁材料，可以非常好的解决滞后问题。
可见，现有技术还有待改进和提高。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的第一目的在于提供一种超顺磁性电磁复合材料，该电磁复合材料具有零矫顽力、无磁滞回线的优点。
本发明的第二目的在于提供一种超顺磁性电磁复合材料的制备方法，以制备出一种超顺磁性电磁复合材料。
本发明的第三目的在于提供一种高灵敏度电磁阀，采用如上所述的电磁复合材料来制备静铁芯和动铁芯，旨在解决现有传统电磁阀中电磁铁存在滞后而导致灵敏度无法提高的技术问题。
为了达到上述第一目的，本发明采取了以下技术方案：
一种超顺磁性电磁复合材料，其中，所述电磁复合材料包括原料A和原料B，所述原料A为纳米四氧化三铁，原料B为环氧树脂或聚四氟乙烯；按照质量百分比计，所述纳米四氧化三铁为10％～70％。
所述的超顺磁性电磁复合材料中，按照质量百分比计，所述纳米四氧化三铁为50％。
为了达到上述第二目的，本发明采取了以下技术方案：
一种如上所述的电磁复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
S100：称取原料A和原料B；
S200：将已称量好的原料A和原料B分别加入球磨机进行球磨混合；
S300：球磨混合完毕，将混合均匀的原料放入模具，经过压制成型得到生坯；
S400：对所获得的生坯进行固化反应，以获得超顺磁性电磁复合材料。
所述的电磁复合材料的制备方法中，所述球磨机所加入的球磨介质与原料A和原料B的总量之比为1：1。
所述的电磁复合材料的制备方法中，所述球磨介质为氧化锆磨球。
所述的电磁复合材料的制备方法中，所述球磨机转速为40～50r/min，球磨时间为10～20h。
所述的电磁复合材料的制备方法中，所述原料A的粒径为10～30nm。
所述的电磁复合材料的制备方法中，所述生坯成型压力为5～25MPa。
所述的电磁复合材料的制备方法中，所述固化反应的温度为180℃～360℃，固化时间为90～120min。
为了达到上述第三目的，本发明采取了以下技术方案：
一种高灵敏度电磁阀，所述电磁阀设有由如上所述的电磁复合材料所制成的静铁芯和动铁芯。
有益效果：
本发明以纳米四氧化三铁与环氧树脂，或纳米四氧化三铁与聚四氟乙烯作为原料，在一定条件下进行复合以制备出一种新型的零矫顽力的超顺磁性电磁复合材料，用以替代传统的金属软磁体。
并且，还提供了一种该电磁复合材料的制备方法，原料A和原料B通过球磨机混合均匀，然后放入模具经压制成型得到生坯，接着在一定温度下进行固化，以获得一定形状的电磁复合材料，该电磁复合材料具有优良的超顺磁性，同时密度较低，质量较小，运动灵活度高。此外，该电磁复合材料具有较好的切削性能，可以根据需要制成任何形状，并且工艺简单，易于规模化生产，具有很高的实用价值。
最后，利用该电磁复合材料来制备电磁阀的静铁芯和动铁芯，以提高电磁阀的灵敏度。
附图说明
图1为本发明提供的电磁复合材料的制备方法的流程图。
具体实施方式
本发明提供一种超顺磁性电磁复合材料及其制备方法，还提供了一种高灵敏度电磁阀，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下请参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种超顺磁性电磁复合材料，其包括原料A和原料B，所述原料A为纳米四氧化三铁，原料B为环氧树脂或聚四氟乙烯；按照质量百分比计，所述纳米四氧化三铁为10％～70％。例如，纳米四氧化三铁的质量为10％、30％、50％、70％；较为优选地，所述纳米四氧化三铁为50％。
另外，如图1所示，本发明提供一种如上所述的电磁复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
S100：称取原料A和原料B；
S200：将已称量好的原料A和原料B分别加入球磨机进行球磨混合；
S300：球磨混合完毕，将混合均匀的原料放入模具，经过压制成型得到生坯；
S400：对所获得的生坯进行固化反应，以获得超顺磁性电磁复合材料。
其中，所述球磨机所加入的球磨介质与原料A和原料B的总量之比为1：1。优选地，所述球磨介质为氧化锆磨球，即是，氧化锆与原料之比为1:1，原料包括原料A和原料B。
所述球磨机转速为40～50r/min，如40r/min、45r/min、50r/min，球磨时间为10～20h，如10h、15h、20h。较为优选地，转速为45r/min，时间为15h。
所述原料A的粒径为10～30nm之间。
所述生坯成型压力为5～25MPa，如5MPa、15MPa、20MPa、25MPa。
所述固化反应的温度为180℃～360℃，如180℃、270℃、360℃；固化时间为90～120min，如90min、100min、120min。
首先，制备纳米四氧化三铁粉体末。按照配方称取适量无水氯化铁，七水硫酸亚铁和聚丙烯酸溶解于水中，用氨水调节pH＝9，得到黑色胶体溶液，再补加适量聚丙烯酸溶液，50℃下超声一段时间后，于Millipore超滤装置中(超滤膜孔径为10KD)超滤浓缩5次，除去杂质后分散在水中，60℃真空干燥12h便可得到黑色纳米Fe3O4粉体末，颗粒的粒径分布在10～30nm区间。
实施例1：
称量20g黑色纳米四氧化三铁粉体末、180g环氧树脂，然后与200g氧化锆磨球一并加入球磨机，进行球磨混合，球磨机转速为40r/min，球磨时间为10h。接着，将混合均匀的粉料放入模具中干压成型，成型压力为5MPa，根据实际需求，可制成为电磁阀的静铁芯、动铁芯形状的生坯零件。随后，将所获得的生坯零件放入电阻炉中进行固化反应，固化温度为270℃，时间为120min，固化后冷却至室温，可得到由纳米四氧化三铁/环氧树脂复合材料制成的电磁阀零件，如静铁芯、动铁芯。
将该电磁阀零件装配至电磁阀进行测试，开阀时间小于2秒，闭阀时间小于5秒，其中闭阀时间比目前采用通用电磁材料的电磁阀的缩短20秒以上时间，该项性能明显改善，缩短燃气具熄火后阀门的关闭时间，提高燃气具使用安全性。
实施例2：
称量60g黑色纳米四氧化三铁粉体末、140g环氧树脂，然后与200g氧化锆磨球一并加入球磨机，进行球磨混合，球磨机转速为45r/min，球磨时间为10h。接着，将混合均匀的粉料放入模具中干压成型，成型压力为15MPa，根据实际需求，可制成为电磁阀的静铁芯、动铁芯形状的生坯零件。随后，将所获得的生坯零件放入电阻炉中进行固化反应，固化温度为270℃，时间为100min，固化后冷却至室温，可得到由纳米四氧化三铁/环氧树脂复合材料制成的电磁阀零件，如静铁芯、动铁芯。
将该电磁阀零件装配至电磁阀进行测试，开阀时间小于2秒，闭阀时间小于5秒，其中闭阀时间比目前采用通用电磁材料的电磁阀的缩短20秒以上时间，该项性能明显改善，缩短燃气具熄火后阀门的关闭时间，提高燃气具使用安全性。
实施例3：
称量100g黑色纳米四氧化三铁粉体末、100g环氧树脂，然后与200g氧化锆磨球一并加入球磨机，进行球磨混合，球磨机转速为45r/min，球磨时间为15h。接着，将混合均匀的粉料放入模具中干压成型，成型压力为20MPa，根据实际需求，可制成为电磁阀的静铁芯、动铁芯形状的生坯零件。随后，将所获得的生坯零件放入电阻炉中进行固化反应，固化温度为180℃，时间为90min，固化后冷却至室温，可得到由纳米四氧化三铁/环氧树脂复合材料制成的电磁阀零件，如静铁芯、动铁芯。
将该电磁阀零件装配至电磁阀进行测试，开阀时间小于2秒，闭阀时间小于5秒，其中闭阀时间比目前采用通用电磁材料的电磁阀的缩短20秒以上时间，该项性能明显改善，缩短燃气具熄火后阀门的关闭时间，提高燃气具使用安全性。
实施例4：
称量140g黑色纳米四氧化三铁粉体末、60g环氧树脂，然后与200g氧化锆磨球一并加入球磨机，进行球磨混合，球磨机转速为50r/min，球磨时间为15h。接着，将混合均匀的粉料放入模具中干压成型，成型压力为25MPa，根据实际需求，可制成为电磁阀的静铁芯、动铁芯形状的生坯零件。随后，将所获得的生坯零件放入电阻炉中进行固化反应，固化温度为180℃，时间为90min，固化后冷却至室温，可得到由纳米四氧化三铁/环氧树脂复合材料制成的电磁阀零件，如静铁芯、动铁芯。
将该电磁阀零件装配至电磁阀进行测试，开阀时间小于2秒，闭阀时间小于5秒，其中闭阀时间比目前采用通用电磁材料的电磁阀的缩短20秒以上时间，该项性能明显改善，缩短燃气具熄火后阀门的关闭时间，提高燃气具使用安全性。
实施例5：
称量20g黑色纳米四氧化三铁粉体末、180g聚四氟乙烯粉末，然后与200g氧化锆磨球一并加入球磨机，进行球磨混合，球磨机转速为45r/min，球磨时间为15h。接着，将混合均匀的粉料放入模具中干压成型，成型压力为20MPa，根据实际需求，可制成为电磁阀的静铁芯、动铁芯形状的生坯零件。随后，将所获得的生坯零件放入电阻炉中进行固化反应，缓慢升温至270℃，保温90min，固化后随炉冷却至室温，可得到由纳米四氧化三铁/聚四氟乙烯复合材料制成的电磁阀零件，如静铁芯、动铁芯。
将该电磁阀零件装配至电磁阀进行测试，开阀时间小于2秒，闭阀时间小于5秒，其中闭阀时间比目前采用通用电磁材料的电磁阀的缩短20秒以上时间，该项性能明显改善，缩短燃气具熄火后阀门的关闭时间，提高燃气具使用安全性。
实施例6：
称量60g黑色纳米四氧化三铁粉体末、140g聚四氟乙烯粉末，然后与200g氧化锆磨球一并加入球磨机，进行球磨混合，球磨机转速为45r/min，球磨时间为15h。接着，将混合均匀的粉料放入模具中干压成型，成型压力为20MPa，根据实际需求，可制成为电磁阀的静铁芯、动铁芯形状的生坯零件。随后，将所获得的生坯零件放入电阻炉中进行固化反应，缓慢升温至270℃，保温100min，固化后随炉冷却至室温，可得到由纳米四氧化三铁/聚四氟乙烯复合材料制成的电磁阀零件，如静铁芯、动铁芯。
将该电磁阀零件装配至电磁阀进行测试，开阀时间小于2秒，闭阀时间小于5秒，其中闭阀时间比目前采用通用电磁材料的电磁阀的缩短20秒以上时间，该项性能明显改善，缩短燃气具熄火后阀门的关闭时间，提高燃气具使用安全性。
实施例7：
称量100g黑色纳米四氧化三铁粉体末、100g聚四氟乙烯粉末，然后与200g氧化锆磨球一并加入球磨机，进行球磨混合，球磨机转速为45r/min，球磨时间为15h。接着，将混合均匀的粉料放入模具中干压成型，成型压力为15MPa，根据实际需求，可制成为电磁阀的静铁芯、动铁芯形状的生坯零件。随后，将所获得的生坯零件放入电阻炉中进行固化反应，缓慢升温至360℃，保温120min，固化后随炉冷却至室温，可得到由纳米四氧化三铁/聚四氟乙烯复合材料制成的电磁阀零件，如静铁芯、动铁芯。
将该电磁阀零件装配至电磁阀进行测试，开阀时间小于2秒，闭阀时间小于5秒，其中闭阀时间比目前采用通用电磁材料的电磁阀的缩短20秒以上时间，该项性能明显改善，缩短燃气具熄火后阀门的关闭时间，提高燃气具使用安全性。
实施例8：
称量140g黑色纳米四氧化三铁粉体末、60g聚四氟乙烯粉末，然后与200g氧化锆磨球一并加入球磨机，进行球磨混合，球磨机转速为50r/min，球磨时间为10h。接着，将混合均匀的粉料放入模具中干压成型，成型压力为15MPa，根据实际需求，可制成为电磁阀的静铁芯、动铁芯形状的生坯零件。随后，将所获得的生坯零件放入电阻炉中进行固化反应，缓慢升温至360℃，保温120min，固化后随炉冷却至室温，可得到由纳米四氧化三铁/聚四氟乙烯复合材料制成的电磁阀零件，如静铁芯、动铁芯。
将该电磁阀零件装配至电磁阀进行测试，开阀时间小于2秒，闭阀时间小于5秒，其中闭阀时间比目前采用通用电磁材料的电磁阀的缩短20秒以上时间，该项性能明显改善，缩短燃气具熄火后阀门的关闭时间，提高燃气具使用安全性。
除此之外，本发明还提供一种高灵敏度电磁阀，所述电磁阀设有由如上所述的电磁复合材料所制成的静铁芯和动铁芯。该电磁阀的静铁芯、动铁芯具有无磁滞回线、零矫顽力的特点，解决了现有传统电磁阀中电磁铁存在滞后导致灵敏度无法提高的问题，使得本发明提供的电磁阀响应时间迅速，灵敏度得到提高。
综上所述，本发明以纳米四氧化三铁与环氧树脂，或纳米四氧化三铁与聚四氟乙烯作为原料，在一定条件下进行复合以制备出一种新型的零矫顽力的超顺磁性电磁复合材料，用以替代传统的金属软磁体。
并且，还提供了一种该电磁复合材料的制备方法，原料A和原料B通过球磨机混合均匀，然后放入模具经压制成型得到生坯，接着在一定温度下进行固化，以获得一定形状的电磁复合材料，该电磁复合材料具有优良的超顺磁性，同时密度较低，质量较小，运动灵活度高。此外，该电磁复合材料具有较好的切削性能，可以根据需要制成任何形状，并且工艺简单，易于规模化生产，具有很高的实用价值。
最后，利用该电磁复合材料来制备电磁阀的静铁芯和动铁芯，以提高电磁阀的灵敏度。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。