Magnētisko materiālu radīšanas un izmantošanas vēsture

Magnētisko materiālu izmantošanas vēsture ir nesaraujami saistīta ar atklājumu un pētījumu vēsturi magnētiskās parādības, kā arī magnētisko materiālu attīstības vēsturi un to īpašību uzlabošanos.

Pirmās pieminēšanas magnētiskiem materiāliem aizsākās senatnē, kad magnēti tika izmantoti dažādu slimību ārstēšanai.

Pirmā ierīce, kas izgatavota no dabīga materiāla (magnetīta), tika ražota Ķīnā Haņu dinastijas laikā (206. g. pmē. — 220. g. p.m.ē.). Lunheng tekstā (1. gadsimts pēc mūsu ēras) tas ir aprakstīts šādi: "Šis rīks izskatās pēc karotes, un, ja jūs to uzliekat uz šķīvja, tad tā rokturis būs vērsts uz dienvidiem." Neskatoties uz to, ka šāda "ierīce" tika izmantota ģeomānijai, tā tiek uzskatīta par kompasa prototipu.

Haņu dinastijas laikā Ķīnā radītā kompasa prototips: a — dabiska izmēra modelis; b — izgudrojuma piemineklis

Apmēram līdz 18. gadsimta beigām.dabiskā dabiski magnetizētā magnetīta un ar to magnetizētā dzelzs magnētiskās īpašības tika izmantotas tikai kompasu izgatavošanai, lai gan ir leģendas par magnētiem, kas uzstādīti pie mājas ieejas, lai atklātu dzelzs ieročus, kurus varētu paslēpt zem ienākošās personas apģērbs.

Neskatoties uz to, ka daudzus gadsimtus magnētiskos materiālus izmantoja tikai kompasu ražošanai, daudzi zinātnieki nodarbojās ar magnētisko parādību izpēti (Leonardo da Vinči, Ž. della Porta, V. Gilberts, G. Galileo, R. Dekarts, M. Lomonosovs u.c.), kas veicināja magnētisma zinātnes attīstību un magnētisko materiālu izmantošanu.

Tajā laikā izmantotās kompasa adatas bija dabiski magnetizētas vai magnetizētas dabiskais magnetīts… Tikai 1743. gadā D. Bernulli izlocīja magnētu un piešķīra tam pakava formu, kas ievērojami palielināja tā izturību.

XIX gs. elektromagnētisma izpēte, kā arī piemērotu ierīču izstrāde ir radījusi priekšnoteikumus magnētisko materiālu plašai izmantošanai.

1820. gadā HC Oersted atklāja saikni starp elektrību un magnētismu. Pamatojoties uz savu atklājumu, V. Stērdžens 1825. gadā izgatavoja pirmo elektromagnētu, kas bija ar dielektrisku laku pārklāts dzelzs stienis, 30 cm garš un 1,3 cm diametrā, izliekts pakava formā, uz kura atradās 18 stieples vijumi. brūce savienota ar elektrisko akumulatoru, veidojot kontaktu. Magnetizētais dzelzs pakavs var noturēt 3600 g lielu slodzi.

Sturgeon elektromagnēts (punktētā līnija parāda kustīgā elektriskā kontakta stāvokli, kad elektriskā ķēde ir aizvērta)

Tam pašam periodam pieder P. Bārlova darbi, lai samazinātu apkārtējo dzelzi saturošo daļu radītā magnētiskā lauka ietekmi uz kuģu kompasiem un hronometriem. Barlow bija pirmais, kas praksē ieviesa magnētiskā lauka ekranēšanas ierīces.

Pirmais praktiskais pielietojums magnētiskās ķēdes kas saistīti ar telefona izgudrošanas vēsturi. 1860. gadā Antonio Meuči demonstrēja spēju pārraidīt skaņas pa vadiem, izmantojot ierīci, ko sauc par Teletrofonu. A. Meuči prioritāte tika atzīta tikai 2002. gadā, līdz tam A. Bells tika uzskatīts par telefona radītāju, neskatoties uz to, ka viņa 1836. gada izgudrojuma pieteikums tika iesniegts 5 gadus vēlāk nekā A. Meuči pieteikums.

T.A.Edisons spēja pastiprināt telefona skaņu ar palīdzību transformators, kuru vienlaikus patentēja P. N. Jabločkovs un A. Bells 1876. gadā.

1887. gadā P. Dženeta publicēja darbu, kurā aprakstīta ierīce skaņas vibrāciju ierakstīšanai. Dobā metāla cilindra gareniskajā spraugā tika ievietots ar pulveri pārklāts tērauda papīrs, kas pilnībā nesagrieza cilindru. Kad strāva gāja caur cilindru, putekļu daļiņas bija jāorientē noteiktā veidā, iedarbojoties magnētiskā lauka strāva.

1898. gadā dāņu inženieris V. Poulsens praktiski īstenoja O. Smita idejas par skaņu ierakstīšanas metodēm. Šo gadu var uzskatīt par informācijas magnētiskā ieraksta dzimšanas gadu. V. Poulsens kā magnētisko ierakstīšanas līdzekli izmantoja tērauda klavieru stiepli ar 1 mm diametru, kas bija uztīts uz nemagnētiska ruļļa.

Ierakstīšanas vai atskaņošanas laikā spole kopā ar vadu griežas attiecībā pret magnētisko galviņu, kas pārvietojas paralēli savai asij. Tāpat kā magnētiskās galvas lietoti elektromagnēti, kas sastāv no stieņa formas serdes ar spoli, kuras viens gals slīdēja pāri darba slānim.

Mākslīgo magnētisko materiālu ar augstākiem magnētiskajiem raksturlielumiem rūpnieciska ražošana kļuva iespējama tikai pēc metālu kausēšanas tehnoloģiju izstrādes un pilnveidošanas.

XIX gs. galvenais magnētiskais materiāls ir tērauds, kas satur 1,2 ... 1,5% oglekļa. No XIX gadsimta beigām. sāka aizstāt ar tēraudu, kas leģēts ar silīciju. XX gadsimtu raksturo daudzu magnētisko materiālu zīmolu radīšana, to magnetizācijas metožu uzlabošana un noteiktas kristāla struktūras izveide.

1906. gadā tika izdots ASV patents magnētiskajam diskam ar cieto pārklājumu. Ierakstīšanai izmantoto magnētisko materiālu piespiedu spēks bija mazs, kas kombinācijā ar lielu atlikušo induktivitāti, lielu darba slāņa biezumu un zemu izgatavojamību noveda pie tā, ka ideja par magnētisko ierakstu tika praktiski aizmirsta līdz 20. gadiem. gadsimtā.

1925. gadā PSRS un 1928. gadā Vācijā tika izstrādāti ierakstu nesēji, kas ir elastīga papīra vai plastmasas lente, uz kuras tiek uzklāts karbonildzelzi saturoša pulvera slānis.

Pagājušā gadsimta 20. gados. magnētiskie materiāli tiek radīti, pamatojoties uz dzelzs sakausējumiem ar niķeli (permaloīds) un dzelzs ar kobaltu (permendura). Izmantošanai augstās frekvencēs ir pieejamas ferokartes, kas ir laminēts materiāls no papīra, kas pārklāts ar laku un tajā izkliedētas dzelzs pulvera daļiņas.

1928. gadā Vācijā tika iegūts dzelzs pulveris, kas sastāv no mikronu izmēra daļiņām, ko ierosināja izmantot kā pildvielu serdeņu ražošanā gredzenu un stieņu veidā.Pirmais permalloy pielietojums telegrāfa releja konstrukcijā attiecas uz to pašu periodu.

Permalloy un permendyur ietver dārgas sastāvdaļas - niķeli un kobaltu, tāpēc valstīs, kurās trūkst piemērotu izejvielu, ir izstrādāti alternatīvi materiāli.

1935. gadā H. Masumoto (Japāna) izveidoja sakausējumu, kura pamatā ir dzelzs, kas leģēts ar silīciju un alumīniju (alcifer).

20. gadsimta 30. gados. parādījās dzelzs-niķeļa-alumīnija sakausējumi (YUNDK), kuriem bija augstas (tajā laikā) piespiedu spēka un īpatnējās magnētiskās enerģijas vērtības. Uz šādiem sakausējumiem balstītu magnētu rūpnieciskā ražošana sākās 20. gadsimta 40. gados.

Tajā pašā laikā tika izstrādāti dažādu šķirņu ferīti un ražoti niķeļa-cinka un mangāna-cinka ferīti. Šī desmitgade ietvēra arī magnetodielektriķu izstrādi un izmantošanu, kuru pamatā ir permaloīda un karbonildzelzs pulveri.

Tajos pašos gados tika ierosināti jauninājumi, kas veidoja pamatu magnētiskās ierakstīšanas uzlabošanai. 1935. gadā Vācijā tika izveidota iekārta ar nosaukumu Magnetofon-K1, kurā skaņas ierakstīšanai tika izmantota magnētiskā lente, kuras darba slānis sastāvēja no magnetīta.

1939. gadā F. Matthias (IG Farben / BASF) izstrādāja daudzslāņu lenti, kas sastāv no pamatnes, līmvielas un gamma dzelzs oksīda. Atskaņošanai un ierakstīšanai ir izveidotas gredzenveida magnētiskās galviņas ar magnētisko serdi, kura pamatā ir permaloīds.

1940. gados. radaru tehnoloģiju attīstība noveda pie pētījumiem par elektromagnētiskā viļņa mijiedarbību ar magnetizētu ferītu. 1949. gadā V. Hjūits ferītos novēroja feromagnētiskās rezonanses fenomenu. 1950. gadu sākumā.Sāk ražot papildu barošanas blokus uz ferīta bāzes.

1950. gados. Japānā sākās cieto magnētisko ferītu komerciāla ražošana, kas bija lētāki nekā YUNDK sakausējumi, taču īpatnējās magnētiskās enerģijas ziņā bija zemāki par tiem. Tajā pašā laika posmā aizsākās magnētisko lentu izmantošana informācijas glabāšanai datoros un televīzijas raidījumu ierakstīšanai.

Pagājušā gadsimta 60. gados. tiek izstrādāti magnētiskie materiāli, kuru pamatā ir kobalta savienojumi ar itriju un samāriju, kas tuvākajā desmitgadē novedīs pie dažādu veidu līdzīgu materiālu rūpnieciskas ieviešanas un uzlabošanas.

Pagājušā gadsimta 70. gados. plānu magnētisko plēvju ražošanas tehnoloģiju attīstība izraisīja to plašu izmantošanu informācijas ierakstīšanai un uzglabāšanai.

Pagājušā gadsimta 80. gados. sākas saķepināto magnētu komerciāla ražošana uz NdFeB sistēmas bāzes. Aptuveni tajā pašā laikā sākās amorfo un nedaudz vēlāk nanokristālisko magnētisko sakausējumu ražošana, kas kļuva par alternatīvu permaloīdiem un dažos gadījumos arī elektriskajiem tēraudiem.

1985. gadā atklātais milzu magnētiskās pretestības efekts daudzslāņu plēvēs, kas satur nanometru biezus magnētiskos slāņus, lika pamatu jaunam virzienam elektronikā - spin elektronikai (spintronikai).

Pagājušā gadsimta 90. gados. Kompozītmateriālu cieto magnētisko materiālu spektram tika pievienoti savienojumi, kuru pamatā ir SmFeN sistēma, un 1995. gadā tika atklāts magnētiskās pretestības tunelēšanas efekts.

2005. gadātika atklāts milzu tuneļa magnētiskās pretestības efekts. Pēc tam tika izstrādāti un ražošanā nodoti sensori, kas balstīti uz milzu un tuneļa magnētiskās pretestības efektu, kas paredzēti izmantošanai cieto magnētisko disku kombinētajās ierakstīšanas/reproducēšanas galviņās, magnētisko lentu ierīcēs u.c. Tika izveidotas arī brīvpiekļuves atmiņas ierīces.

2006. gadā tika uzsākta magnētisko disku rūpnieciskā ražošana perpendikulārai magnētiskai ierakstīšanai. Zinātnes attīstība, jaunu tehnoloģiju un iekārtu attīstība ļauj ne tikai radīt jaunus materiālus, bet arī uzlabot iepriekš izveidoto īpašības.

XXI gadsimta sākumu var raksturot ar šādām galvenajām pētījumu jomām, kas saistītas ar magnētisko materiālu izmantošanu:

• elektronikā — iekārtu izmēra samazināšana, ieviešot plakanas un plānslāņa ierīces;

• pastāvīgo magnētu izstrādē — elektromagnētu nomaiņa dažādās ierīcēs;

• atmiņas ierīcēs — atmiņas šūnas izmēra samazināšana un ātruma palielināšana;

• elektromagnētiskajā ekranējumā — elektromagnētisko vairogu efektivitātes paaugstināšana plašā frekvenču diapazonā, vienlaikus samazinot to biezumu;

• barošanas blokos — magnētisko materiālu izmantošanas frekvenču diapazona robežu paplašināšana;

• šķidrās nehomogēnās vidēs ar magnētiskām daļiņām — paplašinot to efektīvas pielietošanas zonas;

• dažāda veida sensoru izstrādē un izveidē — paplašinot diapazonu un uzlabojot tehniskos parametrus (īpaši jutīgumu), izmantojot jaunus materiālus un tehnoloģijas.