Magnetmaterjalide loomise ja kasutamise ajalugu

Magnetmaterjalide kasutamise ajalugu on lahutamatult seotud avastamise ja uurimise ajalooga magnetilised nähtused, samuti magnetmaterjalide arengulugu ja nende omaduste paranemist.

Esimesed mainimised magnetiliste materjalide jaoks pärinevad iidsetest aegadest, mil magneteid kasutati erinevate vaevuste raviks.

Esimene looduslikust materjalist (magnetiidist) valmistatud seade toodeti Hiinas Hani dünastia ajal (206 eKr – pKr 220). Lunhengi tekstis (1. sajand pKr) kirjeldatakse seda järgmiselt: "See tööriist näeb välja nagu lusikas ja kui paned selle taldrikule, siis selle käepide osutab lõunasse." Hoolimata asjaolust, et sellist "seadet" kasutati geomantiaks, peetakse seda kompassi prototüübiks.

Hiinas Hani dünastia ajal loodud kompassi prototüüp: a — elusuuruses mudel; b — leiutise monument

Umbes 18. sajandi lõpuni.loodusliku looduslikult magnetiseeritud magnetiidi ja sellega magnetiseeritud raua magnetilisi omadusi kasutati ainult kompasside valmistamiseks, kuigi on legende, et magnetid paigaldati maja sissepääsu juurde, et tuvastada raudrelvi, mida saab peita. sissetuleva inimese riided.

Hoolimata asjaolust, et sajandeid kasutati magnetilisi materjale ainult kompasside valmistamiseks, tegelesid magnetnähtuste uurimisega paljud teadlased (Leonardo da Vinci, J. della Porta, V. Gilbert, G. Galileo, R. Descartes, M. Lomonosov jt), kes aitas kaasa magnetismiteaduse ja magnetmaterjalide kasutamise arendamisele.

Sel ajal kasutusel olnud kompassinõelad olid loomulikult magnetiseeritud või magnetiseeritud looduslik magnetiit… Alles 1743. aastal painutas D. Bernoulli magneti ja andis sellele hobuseraua kuju, mis suurendas oluliselt selle tugevust.

XIX sajandil. nii elektromagnetismi uurimine kui ka sobivate seadmete väljatöötamine on loonud eeldused magnetmaterjalide laialdaseks kasutamiseks.

1820. aastal avastas HC Oersted seose elektri ja magnetismi vahel. Oma avastuse põhjal valmistas W. Sturgeon 1825. aastal esimese elektromagneti, milleks oli dielektrilise lakiga kaetud raudpulk pikkusega 30 cm ja läbimõõduga 1,3 cm, painutatud hobuseraua kujul, millel oli 18 traadi keerdu. haav ühendatud elektriakuga kontakti tekitades. Magnetiseeritud rauast hobuseraud mahutab 3600 g koormuse.

Sturgeoni elektromagnet (punktiirjoon näitab liikuva elektrikontakti asukohta, kui elektriahel on suletud)

Samasse perioodi kuuluvad P. Barlow tööd ümbritsevate rauda sisaldavate osade poolt tekitatava magnetvälja mõju vähendamiseks laevade kompassidele ja kronomeetritele. Barlow võttis esimesena kasutusele magnetvälja varjestusseadmed.

Esimene praktiline rakendus magnetahelad seotud telefoni leiutamise ajalooga. 1860. aastal demonstreeris Antonio Meucci võimet edastada helisid juhtmete kaudu, kasutades seadet nimega Teletrofon. A. Meucci prioriteetsust tunnustati alles 2002. aastal, kuni selle ajani peeti A. Belli telefoni loojaks, hoolimata sellest, et tema 1836. aasta leiutistaotlus esitati 5 aastat hiljem kui A. Meucci taotlus.

T.A.Edison suutis telefoni heli võimendada abiga trafo, mille patenteerisid samaaegselt P. N. Yablochkov ja A. Bell 1876. aastal.

1887. aastal avaldas P. Janet teose, milles kirjeldas seadet helivibratsioonide salvestamiseks. Õõnesmetallist silindri pikisuunas olevasse pilusse sisestati pulbervärvitud teraspaber, mis ei lõikanud silindrit täielikult läbi. Kui vool läbis silindrit, pidid tolmuosakesed olema teatud viisil orienteeritud. magnetvälja vool.

1898. aastal viis Taani insener V. Poulsen praktiliselt ellu O. Smithi ideed helisalvestusmeetodite kohta. Seda aastat võib pidada info magnetilise salvestamise sünniaastaks. V. Poulsen kasutas magnetilise salvestusmeediumina mittemagnetilisele rullile keritud 1 mm läbimõõduga terasklaveritraati.

Salvestamise või taasesituse ajal pöörleb rull koos juhtmega magnetpea suhtes, mis liigub paralleelselt oma teljega. Nagu magnetpead kasutatud elektromagneteid, mis koosneb mähisega vardakujulisest südamikust, mille üks ots libises üle töökihi.

Kõrgemate magnetomadustega tehismagnetmaterjalide tööstuslik tootmine sai võimalikuks alles pärast metallisulatustehnoloogiate väljatöötamist ja täiustamist.

XIX sajandil. peamine magnetiline materjal on teras, mis sisaldab 1,2 ... 1,5% süsinikku. Alates XIX sajandi lõpust. hakati asendama räniga legeeritud terasega. XX sajandit iseloomustab paljude magnetmaterjalide kaubamärkide loomine, nende magnetiseerimismeetodite täiustamine ja teatud kristallstruktuuri loomine.

1906. aastal anti kõvakattega magnetkettale välja USA patent. Salvestamiseks kasutatud magnetmaterjalide sundjõud oli madal, mis koos suure jääk-induktiivsuse, suure töökihi paksuse ja madala valmistatavusega viis selleni, et magnetsalvestuse idee oli kuni 20ndateni praktiliselt unustatud. sajandil.

1925. aastal NSV Liidus ja 1928. aastal Saksamaal töötati välja salvestuskandjad, milleks on painduv paber- või plastlint, millele kantakse karbonüülrauda sisaldav pulbrikiht.

Eelmise sajandi 20. aastatel. Magnetmaterjalid luuakse raua ja nikli (permaloid) ja raua ja koobalti (permendura) sulamite põhjal. Kõrgetel sagedustel kasutamiseks on saadaval ferrokaardid, mis on lamineeritud materjal, mis on valmistatud paberist, mis on kaetud lakiga, milles on jaotunud rauapulbri osakesed.

1928. aastal saadi Saksamaal mikronisuurustest osakestest koosnev rauapulber, mida tehti ettepanek kasutada täiteainena rõngaste ja varraste kujul südamike valmistamisel.Permalloy esmakordne kasutamine telegraafirelee ehitamisel kuulub samasse perioodi.

Permalloy ja permendyur sisaldavad kalleid komponente — niklit ja koobaltit, mistõttu on sobiva tooraine puudumisega riikides välja töötatud alternatiivseid materjale.

1935. aastal lõi H. Masumoto (Jaapan) sulami, mis põhines räni ja alumiiniumiga legeeritud raual (alcifer).

1930. aastatel. Ilmusid raud-nikkel-alumiiniumi sulamid (YUNDK), millel oli kõrge (sel ajal) sunnijõu ja spetsiifilise magnetenergia väärtused. Sellistel sulamitel põhinevate magnetite tööstuslik tootmine algas 1940. aastatel.

Samal ajal töötati välja erinevat sorti ferriite ning toodeti nikkel-tsink- ja mangaan-tsinkferriite. See kümnend hõlmas ka permaloid- ja karbonüülraua pulbritel põhinevate magnetodielektrikute väljatöötamist ja kasutamist.

Samadel aastatel pakuti välja arendusi, mis olid aluseks magnetsalvestuse täiustamisele. 1935. aastal loodi Saksamaal aparaat nimega Magnetofon-K1, milles heli salvestamiseks kasutati magnetlinti, mille töökiht koosnes magnetiidist.

1939. aastal töötas F. Matthias (IG Farben / BASF) välja mitmekihilise teibi, mis koosneb alusmaterjalist, liimist ja gammaraudoksiidist. Taasesitamiseks ja salvestamiseks on loodud permaloidil põhineva magnetsüdamikuga rõnga magnetpead.

1940. aastatel. radaritehnoloogia areng viis elektromagnetlaine ja magnetiseeritud ferriidi vastastikmõju uuringuteni. 1949. aastal täheldas W. Hewitt ferriitides ferromagnetilise resonantsi nähtust. 1950. aastate alguses.Tootma hakatakse ferriidipõhiseid abitoiteallikaid.

1950. aastatel. Jaapanis hakati tootma kõvasid magnetferriite, mis olid YUNDK-sulamitest odavamad, kuid jäid neile spetsiifilise magnetenergia poolest alla. Samasse perioodi ulatub ka magnetlintide kasutamise algus arvutitesse info salvestamiseks ja telesaadete salvestamiseks.

Eelmise sajandi 60ndatel. käimas on koobalti ütriumi ja samariumi ühenditel põhinevate magnetmaterjalide väljatöötamine, mis järgmisel kümnendil toob kaasa eri tüüpi sarnaste materjalide tööstusliku juurutamise ja täiustamise.

Eelmise sajandi 70ndatel. õhukeste magnetkilede tootmise tehnoloogiate areng tõi kaasa nende laialdase kasutamise teabe salvestamiseks ja salvestamiseks.

Eelmise sajandi 80ndatel. algab NdFeB süsteemil põhinevate paagutatud magnetite kaubanduslik tootmine. Umbes samal ajal hakati tootma amorfseid ja veidi hiljem nanokristallilisi magnetsulameid, millest sai alternatiiv permaloidile ja mõnel juhul ka elektriterastele.

Hiiglasliku magnetresistentsuse efekti avastamine 1985. aastal nanomeetri paksuseid magnetkihte sisaldavates mitmekihilistes kiledes pani aluse elektroonika uuele suunale – spinelektroonikale (spintroonika).

Eelmise sajandi 90ndatel. Komposiitkõvade magnetiliste materjalide spektrisse lisati SmFeN süsteemil põhinevad ühendid ja 1995. aastal avastati magnetresistentsuse tunneldusefekt.

2005. aastalavastati hiiglaslik tunneli magnetresistentsuse efekt. Pärast seda töötati välja ja lasti tootmisse hiiglasliku ja tunneli magnetresistentsuse mõjul põhinevad andurid, mis on mõeldud kasutamiseks kõvade magnetketaste kombineeritud salvestus- / taasesituspeades, magnetlintseadmetes jne. Samuti loodi muutmäluseadmed.

2006. aastal alustati magnetketaste tööstuslikku tootmist risti magnetilise salvestamise jaoks. Teaduse areng, uute tehnoloogiate ja seadmete arendamine võimaldab mitte ainult luua uusi materjale, vaid ka parandada varem loodud materjalide omadusi.

XXI sajandi algust saab iseloomustada järgmiste peamiste magnetmaterjalide kasutamisega seotud uurimisvaldkondadega:

• elektroonikas — seadmete suuruse vähendamine lame- ja õhukese kilega seadmete kasutuselevõtu tõttu;

• püsimagnetite väljatöötamisel — elektromagnetite asendamine erinevates seadmetes;

• salvestusseadmetes - mäluelemendi suuruse vähendamine ja kiiruse suurendamine;

• elektromagnetilises varjestuses — elektromagnetiliste varjeste efektiivsuse suurendamine laias sagedusvahemikus, vähendades samal ajal nende paksust;

• toiteallikates — magnetiliste materjalide kasutamise sagedusvahemiku piiride laiendamine;

• magnetosakestega mittehomogeenses vedelas keskkonnas - laiendades nende tõhusat rakendusala;

• erinevat tüüpi andurite väljatöötamisel ja loomisel — valiku laiendamine ja tehniliste omaduste (eriti tundlikkuse) parandamine uute materjalide ja tehnoloogiate kasutamise kaudu.