Historien om opprettelsen og bruken av magnetiske materialer

Historien om bruken av magnetiske materialer er uløselig knyttet til historien til oppdagelser og forskning magnetiske fenomener, samt historien om utviklingen av magnetiske materialer og forbedringen av deres egenskaper.

Første omtaler for magnetiske materialer dateres tilbake til antikken da magneter ble brukt til å behandle ulike plager.

Den første enheten laget av et naturlig materiale (magnetitt) ble produsert i Kina under Han-dynastiet (206 f.Kr. - 220 e.Kr.). I Lunheng-teksten (1. århundre e.Kr.) beskrives det slik: "Dette verktøyet ser ut som en skje, og hvis du legger det på en tallerken, vil håndtaket peke mot sør." Til tross for at en slik "enhet" ble brukt til geomancy, regnes den som en prototype av kompasset.

Prototype av kompasset laget i Kina under Han-dynastiet: en modell i naturlig størrelse; b - monument av oppfinnelsen

Fram til omtrent slutten av 1700-tallet.de magnetiske egenskapene til naturlig naturlig magnetisert magnetitt og jernet magnetisert med den ble kun brukt til fremstilling av kompasser, selv om det er legender om magneter som ble installert ved inngangen til et hus for å oppdage jernvåpen som kunne være skjult under en innkommende persons klær.

Til tross for at magnetiske materialer i mange århundrer bare ble brukt til fremstilling av kompass, var mange forskere engasjert i studiet av magnetiske fenomener (Leonardo da Vinci, J. della Porta, V. Gilbert, G. Galileo, R. Descartes, M. Lomonosov, etc.), som bidro til utviklingen av vitenskapen om magnetisme og bruk av magnetiske materialer.

Kompassnålene som var i bruk på den tiden var naturlig magnetisert eller magnetisert naturlig magnetitt… Det var først i 1743 at D. Bernoulli bøyde magneten og ga den formen av en hestesko, noe som i stor grad økte dens styrke.

I XIX århundre. forskning på elektromagnetisme samt utvikling av egnede enheter har skapt forutsetninger for utstrakt bruk av magnetiske materialer.

I 1820 oppdaget HC Oersted sammenhengen mellom elektrisitet og magnetisme. Basert på hans oppdagelse laget W. Sturgeon i 1825 den første elektromagneten, som var en jernstang dekket med dielektrisk lakk, 30 cm lang og 1,3 cm i diameter, bøyd i form av en hestesko, som det var 18 vindinger med tråd på. viklet koblet til et elektrisk batteri ved å lage kontakt. Den magnetiserte hesteskoen i jern kan holde en belastning på 3600 g.

Størelektromagnet (den stiplede linjen viser posisjonen til den bevegelige elektriske kontakten når den elektriske kretsen er lukket)

Arbeidene til P. Barlow for å redusere innflytelsen på skipskompasser og kronometre av magnetfeltet skapt av de omkringliggende jernholdige delene tilhører samme periode. Barlow var den første som satte magnetfeltskjermingsenheter i praksis.

Første praktiske bruk magnetiske kretser relatert til historien til oppfinnelsen av telefonen. I 1860 demonstrerte Antonio Meucci evnen til å overføre lyder over ledninger ved hjelp av en enhet kalt Teletrophone. A. Meuccis prioritet ble anerkjent først i 2002, inntil da ble A. Bell ansett som skaperen av telefonen, til tross for at hans søknad om oppfinnelse fra 1836 ble sendt inn 5 år senere enn A. Meuccis søknad.

T.A.Edison var i stand til å forsterke lyden av telefonen ved hjelp av transformator, patentert samtidig av P. N. Yablochkov og A. Bell i 1876.

I 1887 publiserte P. Janet et verk som beskrev en enhet for opptak av lydvibrasjoner. Pulverlakkert stålpapir ble satt inn i den langsgående slissen til den hule metallsylinderen, som ikke kuttet sylinderen helt. Når strømmen gikk gjennom sylinderen, måtte støvpartiklene orienteres på en bestemt måte under påvirkning av magnetisk feltstrøm.

I 1898 implementerte den danske ingeniøren V. Poulsen praktisk talt O. Smiths ideer om lydopptaksmetoder. Dette året kan betraktes som fødselsåret for den magnetiske registreringen av informasjon. V. Poulsen brukte som magnetisk opptaksmedium en pianotråd av stål med en diameter på 1 mm viklet på en ikke-magnetisk rull.

Under opptak eller avspilling roterer spolen sammen med ledningen i forhold til magnethodet, som beveger seg parallelt med aksen. Som magnetiske hoder brukte elektromagneter, bestående av en stavformet kjerne med en spole, hvis ene ende gled over arbeidslaget.

Industriell produksjon av kunstige magnetiske materialer med høyere magnetiske egenskaper ble mulig først etter utvikling og forbedring av metallsmelteteknologier.

I XIX århundre. det viktigste magnetiske materialet er stål som inneholder 1,2 ... 1,5 % karbon. Fra slutten av XIX århundre. begynte å bli erstattet av stål legert med silisium. XX århundre preget av etableringen av mange merker av magnetiske materialer, forbedring av metoder for deres magnetisering og etablering av en viss krystallstruktur.

I 1906 ble det utstedt et amerikansk patent for en hardbelagt magnetisk disk. Tvangskraften til de magnetiske materialene som ble brukt til opptak var lav, noe som, i kombinasjon med høy restinduktans, stor tykkelse på arbeidslaget og lav produksjonsevne, førte til at ideen om magnetisk opptak praktisk talt ble glemt frem til 20-tallet århundre.

I 1925 i USSR og i 1928 i Tyskland ble det utviklet opptaksmedier, som er fleksibelt papir eller plastbånd som et lag med pulver som inneholder karbonyljern er påført.

På 20-tallet av forrige århundre. magnetiske materialer er laget basert på legeringer av jern med nikkel (permaloid) og jern med kobolt (permendura). For bruk ved høye frekvenser er ferrokort tilgjengelig, som er laminert materiale laget av papir belagt med lakk med partikler av jernpulver fordelt i det.

I 1928 ble det oppnådd et jernpulver bestående av partikler i mikronstørrelse, som ble foreslått brukt som fyllstoff ved fremstilling av kjerner i form av ringer og stenger.Den første bruken av permalloy i konstruksjonen av et telegrafrelé tilhører samme periode.

Permalloy og permendyur inkluderer dyre komponenter - nikkel og kobolt, og det er grunnen til at alternative materialer har blitt utviklet i land som mangler egnede råvarer.

I 1935 skapte H. Masumoto (Japan) en legering basert på jern legert med silisium og aluminium (alcifer).

På 1930-tallet. jern-nikkel-aluminiumslegeringer (YUNDK) dukket opp, som hadde høye (på den tiden) verdier av tvangskraft og spesifikk magnetisk energi. Den industrielle produksjonen av magneter basert på slike legeringer begynte på 1940-tallet.

Samtidig ble det utviklet ferritter av ulike varianter og nikkel-sink og mangan-sink ferritter. Dette tiåret inkluderte også utvikling og bruk av magneto-dielektriske midler basert på permaloid- og karbonyljernpulver.

I løpet av de samme årene ble det foreslått utviklinger som dannet grunnlaget for forbedring av magnetisk registrering. I 1935 ble en enhet kalt Magnetofon-K1 opprettet i Tyskland, der et magnetbånd ble brukt til å ta opp lyd, hvis arbeidslag besto av magnetitt.

I 1939 utviklet F. Matthias (IG Farben / BASF) en flerlagstape bestående av bakside, lim og gammajernoksid. Ringmagnetiske hoder med en magnetisk kjerne basert på permaloid er laget for avspilling og opptak.

På 1940-tallet. utviklingen av radarteknologi førte til studier av samspillet mellom en elektromagnetisk bølge og magnetisert ferritt. I 1949 observerte W. Hewitt fenomenet ferromagnetisk resonans i ferritter. På begynnelsen av 1950-tallet.Ferrittbaserte hjelpestrømforsyninger begynner å bli produsert.

På 1950-tallet. I Japan begynte kommersiell produksjon av harde magnetiske ferritter, som var billigere enn YUNDK-legeringer, men dårligere enn dem når det gjelder spesifikk magnetisk energi. Begynnelsen av bruken av magnetbånd for å lagre informasjon i datamaskiner og for å ta opp TV-sendinger går tilbake til samme periode.

På 60-tallet av forrige århundre. utviklingen av magnetiske materialer basert på forbindelser av kobolt med yttrium og samarium er i gang, noe som i det neste tiåret vil føre til industriell implementering og forbedring av lignende materialer av ulike typer.

På 70-tallet av forrige århundre. utviklingen av teknologier for produksjon av tynne magnetiske filmer førte til utbredt bruk for opptak og lagring av informasjon.

På 80-tallet av forrige århundre. kommersiell produksjon av sintrede magneter basert på NdFeB-systemet starter. Omtrent samtidig startet produksjonen av amorfe, og litt senere, nanokrystallinske magnetiske legeringer, som ble et alternativ til permaloid, og i noen tilfeller til elektrisk stål.

Oppdagelsen i 1985 av den gigantiske magnetoresistenseffekten i flerlagsfilmer som inneholder nanometertykke magnetiske lag la grunnlaget for en ny retning innen elektronikk - spinnelektronikk (spintronikk).

På 90-tallet av forrige århundre. Forbindelser basert på SmFeN-systemet ble lagt til spekteret av kompositthardmagnetiske materialer, og i 1995 ble magnetoresistens-tunneleffekten oppdaget.

I 2005den gigantiske tunnelmagnetoresistenseffekten ble oppdaget. Deretter ble sensorer basert på effekten av gigant- og tunnelmagnetoresistens utviklet og satt i produksjon, beregnet for bruk i kombinerte opptaks-/reproduksjonshoder på harde magnetiske disker, i magnetbåndenheter, etc. Tilfeldig tilgang minneenheter ble også opprettet.

I 2006 startet den industrielle produksjonen av magnetiske disker for vinkelrett magnetisk opptak. Utviklingen av vitenskap, utvikling av nye teknologier og utstyr gjør det mulig ikke bare å lage nye materialer, men også å forbedre egenskapene til tidligere opprettede.

Begynnelsen av XXI århundre kan karakteriseres av følgende hovedområder for forskning knyttet til bruk av magnetiske materialer:

• innen elektronikk — å redusere størrelsen på utstyr på grunn av introduksjonen av flate og tynnfilmsenheter;

• i utviklingen av permanente magneter — erstatning av elektromagneter i forskjellige enheter;

• i lagringsenheter — redusere størrelsen på minnecellen og øke hastigheten;

• i elektromagnetisk skjerming - øke effektiviteten til elektromagnetiske skjold i et bredt frekvensområde samtidig som tykkelsen reduseres;

• i strømforsyninger - utvide grensene for frekvensområdet der magnetiske materialer brukes;

• i flytende inhomogene medier med magnetiske partikler - utvider områdene for deres effektive anvendelse;

• i utvikling og etablering av sensorer av forskjellige typer - utvide spekteret og forbedre tekniske egenskaper (spesielt følsomhet) gjennom bruk av nye materialer og teknologier.