Magnetinių medžiagų kūrimo ir naudojimo istorija

Magnetinių medžiagų naudojimo istorija yra neatsiejamai susijusi su atradimų ir tyrimų istorija magnetiniai reiškiniai, taip pat magnetinių medžiagų raidos ir jų savybių gerinimo istorija.

Pirmieji paminėjimai magnetinėms medžiagoms siekia senovės laikus, kai magnetai buvo naudojami įvairiems negalavimams gydyti.

Pirmasis iš natūralios medžiagos (magnetito) pagamintas prietaisas buvo pagamintas Hanų dinastijos laikais (206 m. pr. Kr. – 220 m. po Kr.). Lunheng tekste (I a. po Kr.) jis aprašytas taip: „Šis įrankis atrodo kaip šaukštas, o jei padėsite jį ant lėkštės, tada jo rankena bus nukreipta į pietus“. Nepaisant to, kad toks „prietaisas“ buvo naudojamas geomancijai, jis laikomas kompaso prototipu.

Hanų dinastijos laikais Kinijoje sukurtas kompaso prototipas: a — natūralaus dydžio modelis; b — išradimo paminklas

Maždaug iki XVIII amžiaus pabaigos.natūralaus natūraliai įmagnetinto magnetito ir juo įmagnetintos geležies magnetinės savybės buvo naudojamos tik kompasų gamybai, nors sklando legendos apie magnetus, kurie buvo montuojami prie įėjimo į namą, siekiant aptikti geležinius ginklus, kurie gali būti paslėpti po atvykstančio asmens drabužiai.

Nepaisant to, kad daugelį amžių magnetinės medžiagos buvo naudojamos tik kompasų gamybai, daugelis mokslininkų užsiėmė magnetinių reiškinių tyrimais (Leonardo da Vinci, J. della Porta, V. Gilbert, G. Galileo, R. Descartes, M. Lomonosovas ir kt.), prisidėjęs prie magnetizmo mokslo plėtros ir magnetinių medžiagų naudojimo.

Tuo metu naudotos kompaso adatos buvo natūraliai įmagnetintos arba įmagnetintos natūralus magnetitas… Tik 1743 m. D. Bernulis sulenkė magnetą ir suteikė jam pasagos formą, o tai labai padidino jo stiprumą.

XIX amžiuje. elektromagnetizmo tyrimai ir tinkamų prietaisų kūrimas sudarė prielaidas plačiai naudoti magnetines medžiagas.

1820 m. HC Oersted atrado ryšį tarp elektros ir magnetizmo. Remdamasis savo atradimu, W. Sturgeonas 1825 metais pagamino pirmąjį elektromagnetą, kuris buvo 30 cm ilgio ir 1,3 cm skersmens geležinis strypas, padengtas dielektriniu laku, sulenktas pasagos pavidalu, ant kurio buvo 18 vielos vijų. žaizda prijungta prie elektros akumuliatoriaus kontaktuojant. Įmagnetinta geležinė pasaga gali išlaikyti 3600 g apkrovą.

Sturgeon elektromagnetas (punktyrinė linija rodo kilnojamojo elektrinio kontakto padėtį, kai elektros grandinė uždaryta)

Tam pačiam laikotarpiui priklauso ir P. Barlow darbai, siekiant sumažinti aplinkinių geležies turinčių dalių sukuriamo magnetinio lauko įtaką laivų kompasams ir chronometrams. Barlow buvo pirmasis, kuris praktiškai panaudojo magnetinio lauko ekranavimo įrenginius.

Pirmasis praktinis pritaikymas magnetinės grandinės susiję su telefono išradimo istorija. 1860 m. Antonio Meucci pademonstravo gebėjimą perduoti garsus laidais naudodamas įrenginį, pavadintą Teletrofonu. A. Meucci prioritetas buvo pripažintas tik 2002 m., iki tol telefono kūrėju buvo laikomas A. Bellas, nepaisant to, kad jo 1836 metų išradimo paraiška buvo pateikta 5 metais vėliau nei A. Meucci paraiška.

T.A.Edison sugebėjo sustiprinti telefono garsą su pagalba transformatorius, vienu metu patentuotas P. N. Yablochkov ir A. Bell 1876 m.

1887 metais P. Janet paskelbė kūrinį, kuriame aprašo garso virpesių įrašymo įrenginį. Į tuščiavidurio metalinio cilindro išilginę plyšį buvo įkištas milteliniu būdu dengtas plieninis popierius, kuris cilindro iki galo neįpjovė. Kai srovė teka per cilindrą, dulkių dalelės turėjo būti tam tikru būdu orientuotos, veikiant magnetinio lauko srovė.

1898 metais danų inžinierius V. Poulsenas praktiškai įgyvendino O. Smitho idėjas apie garso įrašymo būdus. Šie metai gali būti laikomi magnetinio informacijos įrašymo gimimo metais. V. Poulsenas kaip magnetinę įrašymo laikmeną panaudojo 1 mm skersmens plieninę fortepijono vielą, suvyniotą ant nemagnetinio ritinėlio.

Įrašymo ar atkūrimo metu ritė kartu su viela sukasi magnetinės galvutės atžvilgiu, kuri juda lygiagrečiai savo ašiai. Kaip magnetinės galvos naudojami elektromagnetai, susidedantis iš strypo formos šerdies su spirale, kurios vienas galas nuslysta per darbinį sluoksnį.

Didesnių magnetinių charakteristikų dirbtinių magnetinių medžiagų pramoninė gamyba tapo įmanoma tik sukūrus ir patobulinus metalo lydymo technologijas.

XIX amžiuje. pagrindinė magnetinė medžiaga yra plienas, kuriame yra 1,2 ... 1,5 % anglies. Nuo XIX amžiaus pabaigos. pradėtas keisti plienu, legiruotu siliciu. XX amžius, kuriam būdingas daugelio magnetinių medžiagų prekių ženklų sukūrimas, jų įmagnetinimo metodų tobulinimas ir tam tikros kristalinės struktūros sukūrimas.

1906 m. JAV buvo išduotas patentas kietai padengtam magnetiniam diskui. Įrašymui naudojamų magnetinių medžiagų priverstinė jėga buvo maža, o tai kartu su dideliu likutiniu induktyvumu, dideliu darbinio sluoksnio storiu ir mažu pagaminamumu lėmė tai, kad magnetinio įrašymo idėja buvo praktiškai užmiršta iki XX a. amžiaus.

1925 m. SSRS ir 1928 m. Vokietijoje buvo sukurtos įrašymo laikmenos, tai yra lanksti popierinė arba plastikinė juosta, ant kurios uždedamas miltelių sluoksnis, kuriame yra karbonilinės geležies.

Praėjusio amžiaus 20-aisiais. Magnetinės medžiagos yra sukurtos remiantis geležies ir nikelio (permaloidas) ir geležies su kobaltu (permendura) lydiniais. Naudoti aukštu dažniu galima įsigyti ferokartų, kurie yra laminuota medžiaga iš popieriaus, padengto laku, kuriame pasiskirsto geležies miltelių dalelės.

1928 metais Vokietijoje buvo gauti geležies milteliai, susidedantys iš mikrono dydžio dalelių, kuriuos buvo pasiūlyta naudoti kaip užpildą gaminant žiedų ir strypų pavidalo šerdis.Tam pačiam laikotarpiui priskiriamas pirmasis permalloy panaudojimas telegrafo relės konstrukcijoje.

Permalloy ir permendyur apima brangius komponentus - nikelį ir kobaltą, todėl šalyse, kuriose trūksta tinkamų žaliavų, buvo sukurtos alternatyvios medžiagos.

1935 metais H. Masumoto (Japonija) sukūrė lydinį, kurio pagrindą sudaro geležis, legiruota su siliciu ir aliuminiu (alciferis).

1930-aisiais. Atsirado geležies-nikelio-aliuminio lydiniai (YUNDK), kurie (tuo metu) turėjo aukštas priverstinės jėgos ir specifinės magnetinės energijos vertes. Pramoninė tokių lydinių magnetų gamyba prasidėjo 1940 m.

Tuo pačiu metu buvo kuriami įvairių atmainų feritai, gaminami nikelio-cinko ir mangano-cinko feritai. Šis dešimtmetis taip pat apėmė magnetodielektrikų, pagrįstų permaloidiniais ir karboniliniais geležies milteliais, kūrimą ir naudojimą.

Tais pačiais metais buvo pasiūlyti pokyčiai, kurie sudarė magnetinio įrašymo tobulinimo pagrindą. 1935 metais Vokietijoje buvo sukurtas prietaisas pavadinimu Magnetofon-K1, kuriame garsui įrašyti buvo naudojama magnetinė juosta, kurios darbinį sluoksnį sudarė magnetitas.

1939 m. F. Matthias (IG Farben / BASF) sukūrė daugiasluoksnę juostą, susidedančią iš pagrindo, klijų ir gama geležies oksido. Atkūrimui ir įrašymui sukurtos žiedinės magnetinės galvutės su magnetine šerdimi, kurios pagrindas yra permaloidas.

1940 m. radarų technologijos raida paskatino elektromagnetinės bangos sąveikos su įmagnetintu feritu tyrimus. 1949 metais W. Hewittas pastebėjo feritų feromagnetinio rezonanso reiškinį. 1950-ųjų pradžioje.Pradedami gaminti pagalbiniai ferito maitinimo šaltiniai.

1950 m. Japonijoje prasidėjo komercinė kietųjų magnetinių feritų gamyba, kurie buvo pigesni už YUNDK lydinius, tačiau savitine magnetine energija prastesni už juos. Tuo pačiu laikotarpiu pradėta naudoti magnetines juostas informacijai saugoti kompiuteriuose ir televizijos laidoms įrašyti.

Praėjusio amžiaus 60-aisiais. vyksta magnetinių medžiagų, kurių pagrindą sudaro kobalto junginiai su itriu ir samariumi, kūrimas, o tai per artimiausią dešimtmetį paskatins pramoniniu būdu diegti ir tobulinti panašias įvairių tipų medžiagas.

Praėjusio amžiaus 70-aisiais. plėtojant plonų magnetinių plėvelių gamybos technologijas, jos buvo plačiai naudojamos informacijos įrašymui ir saugojimui.

Praėjusio amžiaus 80-aisiais. pradedama komercinė sukepintų magnetų gamyba NdFeB sistemos pagrindu. Maždaug tuo pačiu metu pradėti gaminti amorfiniai, o kiek vėliau ir nanokristaliniai magnetiniai lydiniai, kurie tapo alternatyva permaloidiniam, o kai kuriais atvejais ir elektriniam plienui.

1985 m. atrastas milžiniškas magnetinės varžos efektas daugiasluoksnėse plėvelėse, kuriose yra nanometrų storio magnetiniai sluoksniai, padėjo pagrindą naujai elektronikos krypčiai – sukimosi elektronikai (spintronikai).

Praėjusio amžiaus 90-aisiais. SmFeN sistemos pagrindu pagaminti junginiai buvo įtraukti į kompozitinių kietųjų magnetinių medžiagų spektrą ir 1995 m. buvo atrastas magnetinės varžos tunelinis efektas.

2005 metaisbuvo atrastas milžiniškas tunelio magnetinės varžos efektas. Po to buvo sukurti ir pradėti gaminti jutikliai, pagrįsti milžiniškos ir tunelinės magnetinės varžos efektu, skirti naudoti kombinuotose kietųjų magnetinių diskų įrašymo / atkūrimo galvutėse, magnetinių juostų įrenginiuose ir kt. Taip pat buvo sukurti laisvosios kreipties atminties įrenginiai.

2006 metais pradėta pramoninė magnetinių diskų gamyba statmenam magnetiniam įrašymui. Mokslo plėtra, naujų technologijų ir įrangos kūrimas leidžia ne tik kurti naujas medžiagas, bet ir pagerinti anksčiau sukurtų savybių.

XXI amžiaus pradžia gali būti apibūdinama šiomis pagrindinėmis tyrimų sritimis, susijusiomis su magnetinių medžiagų naudojimu:

• elektronikoje - įrangos dydžio sumažinimas dėl plokščių ir plonasluoksnių įrenginių įvedimo;

• kuriant nuolatinius magnetus – elektromagnetų keitimas įvairiuose įrenginiuose;

• saugojimo įrenginiuose - atminties ląstelės dydžio sumažinimas ir greičio didinimas;

• elektromagnetiniame ekranavime – elektromagnetinių ekranų efektyvumo didinimas plačiame dažnių diapazone mažinant jų storį;

• maitinimo šaltiniuose – išplečiant dažnių diapazono, kuriame naudojamos magnetinės medžiagos, ribas;

• skystose nehomogeninėse terpėse su magnetinėmis dalelėmis – plečiant jų efektyvaus panaudojimo sritis;

• kuriant ir kuriant įvairių tipų jutiklius – plečiant asortimentą ir gerinant technines charakteristikas (ypač jautrumą) naudojant naujas medžiagas ir technologijas.