MgO蒸镀设备中的磁流体密封技术.docx

MgO蒸镀设备中的磁流体密封技术李小华 彭俊林（四川虹欧显示器件有限公司）摘 要： 简要介绍磁流体密封的基础知识以及虹欧C1线MgO电子蒸镀设备中使用的磁流体密封及其维护保养方法。关键词：磁流体 磁流体密封 MgO电子蒸镀前言虹欧PDP C1线MgO蒸镀是一台高真空度电子镀膜设备，腔室内不但真空度很高（可达10-5Pa），而且温度也较高（200～350℃），电机等动力装置全部外置。不论是其各大腔室内基板传送还是加料室MgO颗粒供料，均需要把外部大气环境下的动力传递到各腔室内部，由于存在这么大的压力差，传动轴在穿过腔室壁时采用传统的密封方式已经不能适应，最好的选择就是磁流体密封。本文结合C1线MgO蒸镀设备使用的磁流体密封介绍磁流体及磁流体密封原理, 以增强对磁流体密封技术的了解。磁流体1、磁流体简介磁流体作为一种特殊的功能材料，自20世纪60年代问世以来，逐步被人们所认识，应用也在逐步扩展。磁流体由磁性粒子、表面活性剂和液态载体三部分组成。纳米级的磁性粒子包裹一层长链的表面活性剂，均匀地分散在液态载体中，形成的一种稳定的胶状体。一般选取Fe3O4、铁、钴、镍等磁性好的超细微粒为磁性粒子，以水、有机溶剂或油为载体，以油酸为表面活性剂。由于磁性粒子很小(一般约10纳米或更小)，在载体中呈现出混乱的布朗运动，这种热运动加上表面又有活性剂，足以抵消重力的沉降作用以及削弱粒子间电、磁的相互凝聚作用，每一磁性粒子都是分离的，而且能抵抗粒子间的相互吸引力而不使它们凝聚，即使在强磁场下，它内部的颗粒也不会凝聚、沉淀（如图1所示）。 图1 磁流体组成磁流体在静态时不具磁性，仅在外加磁场作用时，才表现出磁性。磁性粒子和载体浑成一体，从而使磁流体既具有普通磁性材料的磁性，同时又具有液体的流动性，因此具有很多独特的性质。2、磁流体重要性能指标评价磁流体的指标很多，如饱和磁化强度、稳定性、粘度等，其中饱和磁化强度和稳定性是评价磁流体优劣最重要的指标。磁流体是一种可以受磁场控制的流体，其磁化强度是平衡态的状态参数，它与粒子结合的形态结构、粒子自身磁性质、外磁场及温度有关。随磁场的增加，磁性流体的磁化强度会达到其饱和值，这时所有磁性粒子的磁矩都沿着磁场取向，此时，尽管有布朗运动，但是布朗运动对磁化强度的温度关系没有贡献【1】。在相同磁化饱和强度下，磁流体的品质还取决于磁流体的稳定性。磁流体的稳定性要求在重力场、磁场、温度场、力场等各种非均匀场下能够长期稳定而不沉淀，不聚结，在给定条件下，对某种磁性粒子，只有当颗粒直径小于某一临界尺寸即超顺磁性临界尺寸时，才有可能在磁液中长期稳定悬浮。3、磁流体的超顺磁性在由微小粒子形成的磁性材料中，当粒子尺寸小于某一临界值时，整个粒子可沿一个方向自发磁化到饱和而形成单磁畴，称为单畴颗粒，由单畴颗粒组成的集合体具有超顺磁性，这些单畴颗粒都具有自己的磁化强度，但它们的磁化方向是混乱的，因而整体的磁化强度为零。在外磁场的作用下，每个单畴颗粒的磁化强度都转向磁场，有如顺磁物质那样，但它的磁化率要比顺磁的大约大1000倍。当外加磁去掉后，超顺磁体的磁化强度也随之变为零，没有磁滞。物质的这种性质称为超顺磁性。二、磁流体密封1、磁流体密封的结构及原理磁流体密封是磁流体应用中比较成熟的一个分支, 尤其在真空密封方面正在发挥越来越大的作用。磁流体密封以旋转动密封为主，磁流体旋转密封装置的功能是把旋转运动传递到被密封的容器或腔室内，是一种非接触式密封(即动件和静件没有直接接触)。把磁性流体注入到由高性能的永磁铁、导磁良好的极靴和轴所构成的导磁回路的间隙中，会形成液态“Ο”型圈实现密封（图2）。图2 磁流体密封原理在实际应用中，其详细构成如图3所示，以最常用的法兰式旋转磁密封为例，通常由轴承、极靴、永磁铁、导磁轴（或传动轴）和磁流体等组成。其中极靴也称磁极头，安装在永磁铁的磁极端部，其作用是为了使磁场有较好的磁力线分布，材料一般选用电工纯铁DT。工作原理是:由环形永磁铁、极靴和导磁轴构成闭合磁回路，利用永磁铁中的磁能，在极齿（图4）顶部产生强磁场，将磁流体紧紧吸在极齿顶部的密封间隙内，形成数个液态“O”型密封环，把间隙锁住，从而实现多级密封。图3 法兰式旋转磁密封结构示意图图4磁密封剖面图2、磁流体密封级数和耐压能力磁密封的级数和极齿环的数量紧密相关，极齿的位置有两种形式：一是设计在极靴上, 二是设计在导磁套或者转轴上，如图4所示，极齿环设计加工在转轴上，每个极靴对应8个极齿，一共16个极齿，可以形成16级密封。对于每一级密封来说，其耐压能力与磁流体性能、密封装置的极齿齿型、极齿数量、密封间隙、轴的转速、温度等有关【2】。应该说良好的磁流体密封，每级的耐压能力不低于0.15～0.2 个大气压，整体的耐压能力近似等于每级的耐压能力之和。为适应真空