Povijest nastanka i uporabe magnetskih materijala

Povijest uporabe magnetskih materijala neraskidivo je povezana s poviješću otkrića i istraživanja magnetske pojave, kao i povijest razvoja magnetskih materijala i poboljšanja njihovih svojstava.

Prvi spomeni za magnetske materijale potječu iz davnih vremena kada su se magneti koristili za liječenje raznih bolesti.

Prvi uređaj izrađen od prirodnog materijala (magnetita) proizveden je u Kini za vrijeme dinastije Han (206. pr. Kr. - 220. po Kr.). U tekstu Lunheng (1. stoljeće nove ere) to je opisano na sljedeći način: "Ovaj alat izgleda kao žlica, a ako ga stavite na tanjur, tada će njegova drška biti usmjerena prema jugu." Unatoč činjenici da je takav "uređaj" korišten za geomantiju, smatra se prototipom kompasa.

Prototip kompasa stvoren u Kini za vrijeme dinastije Han: a — model u prirodnoj veličini; b — spomenik izuma

Otprilike do kraja 18.st.magnetska svojstva prirodnog prirodno magnetiziranog magnetita i njime magnetiziranog željeza korištena su samo za izradu kompasa, iako postoje legende o magnetima koji su postavljani na ulazu u kuću kako bi se otkrilo željezno oružje koje se moglo sakriti ispod odjeća dolazeće osobe.

Unatoč činjenici da su se stoljećima magnetski materijali koristili samo za izradu kompasa, mnogi su se znanstvenici bavili proučavanjem magnetskih pojava (Leonardo da Vinci, J. della Porta, V. Gilbert, G. Galileo, R. Descartes, M. Lomonosov i dr.), koji su pridonijeli razvoju znanosti o magnetizmu i korištenju magnetskih materijala.

Igle kompasa koje su se tada koristile bile su prirodno magnetizirane ili magnetizirane prirodni magnetit… Tek je 1743. D. Bernoulli savio magnet i dao mu oblik potkove, što mu je znatno povećalo snagu.

U XIX stoljeću. istraživanjem elektromagnetizma kao i razvojem odgovarajućih uređaja stvoreni su preduvjeti za široku primjenu magnetskih materijala.

Godine 1820. HC Oersted otkrio je vezu između elektriciteta i magnetizma. Na temelju svog otkrića W. Sturgeon je 1825. izradio prvi elektromagnet, koji je bio željezna šipka prekrivena dielektričnim lakom, duga 30 cm i promjera 1,3 cm, savijena u obliku potkove, na kojoj je bilo 18 zavoja žice. rana spojena na električnu bateriju uspostavljanjem kontakta. Magnetizirana željezna potkova može izdržati teret od 3600 g.

Sturgeon elektromagnet (isprekidana linija prikazuje položaj pomičnog električnog kontakta kada je električni krug zatvoren)

Radovi P. Barlowa na smanjenju utjecaja magnetskog polja koje stvaraju okolni dijelovi koji sadrže željezo na brodske kompase i kronometre pripadaju istom razdoblju. Barlow je prvi u praksu primijenio uređaje za zaštitu od magnetskog polja.

Prva praktična primjena magnetski krugovi vezano uz povijest izuma telefona. Godine 1860. Antonio Meucci demonstrirao je sposobnost prijenosa zvukova preko žica pomoću uređaja nazvanog Teletrophone. Prioritet A. Meuccija priznat je tek 2002. godine, do tada se A. Bella smatralo kreatorom telefona, unatoč činjenici da je njegova prijava izuma iz 1836. godine podnesena 5 godina kasnije od prijave A. Meuccija.

T.A.Edison je uspio pojačati zvuk telefona uz pomoć transformator, koji su istodobno patentirali P. N. Yablochkov i A. Bell 1876. godine.

Godine 1887. P. Janet objavio je rad koji opisuje uređaj za snimanje zvučnih vibracija. Čelični papir premazan prahom umetnut je u uzdužni utor šupljeg metalnog cilindra, koji nije u potpunosti prerezao cilindar. Kada je struja prolazila kroz cilindar, čestice prašine morale su biti usmjerene na određeni način pod djelovanjem struja magnetskog polja.

Godine 1898. danski inženjer V. Poulsen praktički je proveo ideje O. Smitha o metodama snimanja zvuka. Ova se godina može smatrati godinom rođenja magnetskog snimanja informacija. V. Poulsen upotrijebio je kao magnetski medij za snimanje čeličnu klavirsku žicu promjera 1 mm namotanu na nemagnetski svitak.

Tijekom snimanja ili reprodukcije, kolut zajedno sa žicom rotira u odnosu na magnetsku glavu koja se kreće paralelno sa svojom osi. Kao magnetske glave korišteni elektromagneti, koji se sastoji od jezgre u obliku šipke sa svitkom, čiji je jedan kraj klizio preko radnog sloja.

Industrijska proizvodnja umjetnih magnetskih materijala s višim magnetskim svojstvima postala je moguća tek nakon razvoja i usavršavanja tehnologije taljenja metala.

U XIX stoljeću. glavni magnetski materijal je čelik koji sadrži 1,2 ... 1,5% ugljika. Od kraja XIX stoljeća. počeo zamjenjivati ​​čelik legiran silicijem. XX. stoljeće karakterizira stvaranje mnogih marki magnetskih materijala, poboljšanje metoda za njihovo magnetiziranje i stvaranje određene kristalne strukture.

Godine 1906. izdan je američki patent za magnetski disk s tvrdim premazom. Prisilna sila magnetskih materijala korištenih za snimanje bila je niska, što je u kombinaciji s visokim rezidualnim induktivitetom, velikom debljinom radnog sloja i niskom obradivošću dovelo do činjenice da je ideja magnetskog snimanja bila praktički zaboravljena sve do 20-ih godina prošlog stoljeća. stoljeća.

Godine 1925. u SSSR-u i 1928. u Njemačkoj razvijeni su mediji za snimanje, koji su savitljivi papir ili plastična traka na koju je nanesen sloj praha koji sadrži karbonilno željezo.

U 20-im godinama prošlog stoljeća. magnetski materijali nastaju na bazi legura željeza s niklom (permaloid) i željeza s kobaltom (permendura). Za korištenje na visokim frekvencijama dostupni su ferrocards, koji su laminirani materijal izrađen od papira premazanog lakom u koji su raspoređene čestice željeznog praha.

Godine 1928. u Njemačkoj je dobiven željezni prah koji se sastojao od čestica mikronske veličine, za koji je predloženo da se koristi kao punilo u proizvodnji jezgri u obliku prstenova i šipki.Istom razdoblju pripada i prva primjena permaloja u izradi telegrafskog releja.

Permalloy i permendyur uključuju skupe komponente — nikal i kobalt, zbog čega su razvijeni alternativni materijali u zemljama koje nemaju odgovarajuće sirovine.

Godine 1935. H. Masumoto (Japan) stvorio je leguru na bazi željeza legiranog silicijem i aluminijem (alcifer).

Tridesetih godina prošlog stoljeća. pojavile su se legure željezo-nikal-aluminij (YUNDK), koje su imale visoke (za to vrijeme) vrijednosti koercitivne sile i specifične magnetske energije. Industrijska proizvodnja magneta na bazi takvih legura započela je 1940-ih.

Istodobno su razvijeni feriti raznih vrsta i proizvedeni nikal-cink i mangan-cink feriti. Ovo desetljeće također uključuje razvoj i korištenje magneto-dielektrika na bazi permaloidnog i karbonilnog željeznog praha.

Tijekom istih godina predloženi su razvoji koji su činili osnovu za poboljšanje magnetskog snimanja. Godine 1935. u Njemačkoj je stvoren uređaj pod nazivom Magnetofon-K1 u kojem je za snimanje zvuka korištena magnetska vrpca čiji se radni sloj sastojao od magnetita.

Godine 1939. F. Matthias (IG Farben / BASF) razvio je višeslojnu traku koja se sastoji od podloge, ljepila i gama željeznog oksida. Za reprodukciju i snimanje stvorene su prstenaste magnetske glave s magnetskom jezgrom na bazi permaloida.

1940-ih godina. razvoj radarske tehnologije doveo je do studija interakcije elektromagnetskog vala s magnetiziranim feritom. W. Hewitt je 1949. uočio pojavu feromagnetske rezonancije u feritima. Početkom 1950-ih.Počinju se proizvoditi pomoćni izvori napajanja na bazi ferita.

Pedesetih godina prošlog stoljeća. U Japanu je započela komercijalna proizvodnja tvrdih magnetskih ferita, koji su bili jeftiniji od YUNDK legura, ali su im bili inferiorni u pogledu specifične magnetske energije. U isto razdoblje seže i početak uporabe magnetskih vrpci za pohranu informacija u računala i za snimanje televizijskih emisija.

60-ih godina prošlog stoljeća. u tijeku je razvoj magnetskih materijala na bazi spojeva kobalta s itrijem i samarijem, što će u sljedećem desetljeću dovesti do industrijske primjene i usavršavanja sličnih materijala raznih vrsta.

70-ih godina prošlog stoljeća. razvoj tehnologija za proizvodnju tankih magnetskih filmova doveo je do njihove raširene uporabe za snimanje i pohranu informacija.

80-ih godina prošlog stoljeća. počinje komercijalna proizvodnja sinteriranih magneta na bazi NdFeB sustava. Otprilike u isto vrijeme započela je proizvodnja amorfnih, a nešto kasnije i nanokristalnih magnetskih legura, koje su postale alternativa permaloidnim, au nekim slučajevima i električnim čelicima.

Otkriće 1985. godine golemog magnetootpornog efekta u višeslojnim filmovima koji sadrže magnetske slojeve debljine nanometara postavilo je temelje za novi smjer u elektronici - spin elektroniku (spintroniku).

90-ih godina prošlog stoljeća. Spojevi koji se temelje na sustavu SmFeN dodani su spektru kompozitnih tvrdih magnetskih materijala, a 1995. godine otkriven je efekt tuneliranja magnetskog otpora.

Godine 2005otkriven je efekt ogromnog tunelskog magnetootpora. Nakon toga su razvijeni i pušteni u proizvodnju senzori temeljeni na učinku divovskog i tunelskog magnetootpora, namijenjeni za korištenje u kombiniranim glavama za snimanje/reprodukciju tvrdih magnetskih diskova, u uređajima za magnetsku vrpcu itd. Također su stvoreni uređaji za memoriju s izravnim pristupom.

2006. godine započela je industrijska proizvodnja magnetskih diskova za okomito magnetsko snimanje. Razvoj znanosti, razvoj novih tehnologija i opreme omogućuju ne samo stvaranje novih materijala, već i poboljšanje karakteristika prethodno stvorenih.

Početak XXI stoljeća može se okarakterizirati sljedećim glavnim područjima istraživanja koja se odnose na korištenje magnetskih materijala:

• u elektronici — smanjenje veličine opreme zbog uvođenja ravnih i tankoslojnih uređaja;

• u razvoju trajnih magneta — zamjena elektromagneta u raznim uređajima;

• u uređajima za pohranu — smanjenje veličine memorijske ćelije i povećanje brzine;

• u elektromagnetskoj zaštiti — povećanje učinkovitosti elektromagnetske zaštite u širokom frekvencijskom području uz smanjenje njihove debljine;

• u izvorima napajanja — širenje granica frekvencijskog raspona u kojem se koriste magnetski materijali;

• u tekućim nehomogenim medijima s magnetskim česticama — širenje područja njihove učinkovite primjene;

• u razvoju i stvaranju senzora različitih tipova — proširenje asortimana i poboljšanje tehničkih karakteristika (osobito osjetljivosti) korištenjem novih materijala i tehnologija.