Istoria creării și utilizării materialelor magnetice

Istoria utilizării materialelor magnetice este indisolubil legată de istoria descoperirilor și cercetării fenomene magnetice, precum și istoria dezvoltării materialelor magnetice și îmbunătățirea proprietăților acestora.

Primele mențiuni pentru materiale magnetice datează din cele mai vechi timpuri când magneții erau folosiți pentru a trata diverse afecțiuni.

Primul dispozitiv realizat dintr-un material natural (magnetită) a fost produs în China în timpul dinastiei Han (206 î.Hr. - 220 d.Hr.). În textul Lunheng (secolul I d.Hr.) este descris astfel: „Acest instrument arată ca o lingură, iar dacă îl puneți pe o farfurie, atunci mânerul său va îndrepta spre sud”. În ciuda faptului că un astfel de „dispozitiv” a fost folosit pentru geomanție, este considerat un prototip al busolei.

Prototipul busolei creat în China în timpul dinastiei Han: a — model în mărime naturală; b — monument al inventiei

Până cam la sfârșitul secolului al XVIII-lea.proprietățile magnetice ale magnetitului natural magnetizat natural și fierul magnetizat cu acesta au fost folosite numai pentru fabricarea busolelor, deși există legende despre magneți care erau instalați la intrarea unei case pentru a detecta armele de fier care puteau fi ascunse sub un îmbrăcămintea persoanei care vine.

În ciuda faptului că timp de multe secole materialele magnetice au fost folosite numai pentru fabricarea busolelor, mulți oameni de știință s-au angajat în studiul fenomenelor magnetice (Leonardo da Vinci, J. della Porta, V. Gilbert, G. Galileo, R. Descartes, M. Lomonosov etc.), care a contribuit la dezvoltarea științei magnetismului și a utilizării materialelor magnetice.

Acele busolei folosite la acea vreme erau magnetizate sau magnetizate în mod natural magnetit natural… Abia în 1743 D. Bernoulli a îndoit magnetul și i-a dat forma unei potcoave, ceea ce i-a sporit foarte mult puterea.

În secolul al XIX-lea. cercetarea electromagnetismului precum și dezvoltarea dispozitivelor adecvate au creat premisele pentru utilizarea pe scară largă a materialelor magnetice.

În 1820, HC Oersted a descoperit legătura dintre electricitate și magnetism. Pe baza descoperirii sale, W. Sturgeon a realizat în 1825 primul electromagnet, care era o tijă de fier acoperită cu lac dielectric, de 30 cm lungime și 1,3 cm în diametru, îndoită sub formă de potcoavă, pe care erau 18 spire de sârmă. rană conectată la o baterie electrică prin contact. Potcoava de cal magnetizata poate sustine o sarcina de 3600 g.

Electromagnet de sturion (linia punctată arată poziția contactului electric mobil când circuitul electric este închis)

Lucrările lui P. Barlow pentru a reduce influența asupra busolei și cronometrelor navelor a câmpului magnetic creat de părțile din jur care conțin fier aparțin aceleiași perioade. Barlow a fost primul care a pus în practică dispozitive de ecranare a câmpului magnetic.

Prima aplicație practică circuite magnetice legat de istoria invenţiei telefonului. În 1860, Antonio Meucci a demonstrat capacitatea de a transmite sunete prin fire folosind un dispozitiv numit Teletrofon. Prioritatea lui A. Meucci a fost recunoscută abia în 2002, până atunci A. Bell era considerat creatorul telefonului, în ciuda faptului că cererea lui de invenție din 1836 a fost depusă cu 5 ani mai târziu decât cererea lui A. Meucci.

T.A.Edison a reușit să amplifice sunetul telefonului cu ajutorul lui transformator, brevetat simultan de P. N. Yablochkov și A. Bell în 1876.

În 1887, P. Janet a publicat o lucrare care descrie un dispozitiv pentru înregistrarea vibrațiilor sonore. În fanta longitudinală a cilindrului metalic gol, a fost introdusă hârtie de oțel acoperită cu pulbere, care nu a tăiat complet cilindrul. Când curentul trecea prin cilindru, particulele de praf trebuiau orientate într-un anumit fel sub acțiunea curent de câmp magnetic.

În 1898, inginerul danez V. Poulsen a implementat practic ideile lui O. Smith despre metodele de înregistrare a sunetului. Acest an poate fi considerat anul nașterii înregistrării magnetice a informațiilor. V. Poulsen a folosit ca suport magnetic de înregistrare un fir de pian de oțel cu diametrul de 1 mm înfășurat pe o rolă nemagnetică.

În timpul înregistrării sau redării, bobina împreună cu firul se rotește față de capul magnetic, care se mișcă paralel cu axa sa. Ca niște capete magnetice electromagneți folosiți, constând dintr-un miez în formă de tijă cu o bobină, un capăt al căruia aluneca peste stratul de lucru.

Producția industrială de materiale magnetice artificiale cu caracteristici magnetice superioare a devenit posibilă numai după dezvoltarea și îmbunătățirea tehnologiilor de topire a metalelor.

În secolul al XIX-lea. materialul magnetic principal este oțelul care conține 1,2 ... 1,5% carbon. De la sfârșitul secolului al XIX-lea. a început să fie înlocuit cu oțel aliat cu siliciu. Secolul XX caracterizat prin crearea multor mărci de materiale magnetice, îmbunătățirea metodelor de magnetizare a acestora și crearea unei anumite structuri cristaline.

În 1906, a fost eliberat un brevet american pentru un disc magnetic acoperit dur. Forța coercitivă a materialelor magnetice utilizate pentru înregistrare a fost scăzută, ceea ce, în combinație cu inductanța reziduală mare, grosimea mare a stratului de lucru și fabricabilitatea scăzută, a condus la faptul că ideea înregistrării magnetice a fost practic uitată până în anii 20. secol.

În 1925 în URSS și în 1928 în Germania au fost dezvoltate medii de înregistrare, care sunt hârtie flexibilă sau bandă de plastic pe care se aplică un strat de pulbere care conține fier carbonil.

În anii 20 ai secolului trecut. Materialele magnetice sunt create pe baza aliajelor de fier cu nichel (permaloid) și fier cu cobalt (permendura). Pentru utilizare la frecvențe înalte, sunt disponibile ferocarduri, care sunt materiale laminate din hârtie acoperită cu lac cu particule de pulbere de fier distribuite în acesta.

În 1928, în Germania a fost obținută o pulbere de fier constând din particule de dimensiunea micronului, care a fost propusă pentru a fi folosită ca umplutură la fabricarea miezurilor sub formă de inele și tije.Prima aplicare a permalloy în construcția unui releu telegraf aparține aceleiași perioade.

Permalloy și permendyur includ componente scumpe - nichel și cobalt, motiv pentru care au fost dezvoltate materiale alternative în țările lipsite de materii prime adecvate.

În 1935, H. Masumoto (Japonia) a creat un aliaj pe bază de fier aliat cu siliciu și aluminiu (alcifer).

În anii 1930. Au apărut aliajele fier-nichel-aluminiu (YUNDK), care aveau valori ridicate (la acea vreme) ale forței coercitive și ale energiei magnetice specifice. Producția industrială de magneți pe bază de astfel de aliaje a început în anii 1940.

În același timp, au fost dezvoltate ferite de diferite soiuri și au fost produse ferite de nichel-zinc și mangan-zinc. Acest deceniu a inclus și dezvoltarea și utilizarea magneto-dielectricilor pe bază de pulberi de fier permaloid și carbonil.

În aceiași ani, au fost propuse dezvoltări care au stat la baza îmbunătățirii înregistrării magnetice. În 1935, a fost creat în Germania un dispozitiv numit Magnetofon-K1, în care a fost folosită o bandă magnetică pentru a înregistra sunetul, al cărui strat de lucru era format din magnetit.

În 1939, F. Matthias (IG Farben / BASF) a dezvoltat o bandă multistrat constând dintr-un suport, adeziv și oxid de fier gamma. Au fost create capete magnetice inelare cu un miez magnetic bazat pe permaloid pentru redare și înregistrare.

În anii 1940. dezvoltarea tehnologiei radar a condus la studii ale interacțiunii unei unde electromagnetice cu ferita magnetizată. În 1949, W. Hewitt a observat fenomenul de rezonanță feromagnetică în ferite. La începutul anilor 1950.Încep să se producă surse de alimentare auxiliare pe bază de ferită.

În anii 1950. În Japonia a început producția comercială de ferite magnetice dure, care erau mai ieftine decât aliajele YUNDK, dar inferioare acestora în ceea ce privește energia magnetică specifică. Începutul utilizării benzilor magnetice pentru a stoca informații în computere și pentru a înregistra emisiuni de televiziune datează din aceeași perioadă.

În anii 60 ai secolului trecut. este în desfășurare dezvoltarea materialelor magnetice pe bază de compuși de cobalt cu ytriu și samariu, ceea ce în următorul deceniu va duce la implementarea industrială și îmbunătățirea materialelor similare de diferite tipuri.

În anii 70 ai secolului trecut. dezvoltarea tehnologiilor de producere a filmelor magnetice subțiri a condus la utilizarea pe scară largă a acestora pentru înregistrarea și stocarea informațiilor.

În anii 80 ai secolului trecut. începe producția comercială de magneți sinterizați pe baza sistemului NdFeB. Cam în același timp, a început producția de aliaje magnetice amorfe și puțin mai târziu, nanocristaline, care au devenit o alternativă la permaloid și, în unele cazuri, la oțelurile electrice.

Descoperirea în 1985 a efectului de magnetorezistă gigant în filmele multistrat care conțin straturi magnetice groase de nanometri a pus bazele unei noi direcții în electronică - electronica de spin (spintronica).

În anii 90 ai secolului trecut. Compușii bazați pe sistemul SmFeN au fost adăugați în spectrul materialelor magnetice dure compozite și în 1995 a fost descoperit efectul de tunel de magnetorezistă.

În 2005a fost descoperit efectul de magnetorezistă a tunelului gigant. După aceea, au fost dezvoltați și introduși în producție senzori bazați pe efectul magnetoresistenței gigantice și tunel, destinate utilizării în capete combinate de înregistrare/reproducere ale discurilor magnetice rigide, în dispozitive cu bandă magnetică etc. Au fost create și dispozitive de memorie cu acces aleatoriu.

În 2006, a început producția industrială de discuri magnetice pentru înregistrarea magnetică perpendiculară. Dezvoltarea științei, dezvoltarea noilor tehnologii și echipamente fac posibilă nu numai crearea de noi materiale, ci și îmbunătățirea caracteristicilor celor create anterior.

Începutul secolului XXI poate fi caracterizat prin următoarele domenii principale de cercetare legate de utilizarea materialelor magnetice:

• în electronică — reducerea dimensiunii echipamentelor datorită introducerii dispozitivelor plate și cu peliculă subțire;

• în dezvoltarea magneților permanenți — înlocuirea electromagneților în diverse dispozitive;

• în dispozitivele de stocare — reducerea dimensiunii celulei de memorie și creșterea vitezei;

• în ecranarea electromagnetică — creșterea eficienței scuturilor electromagnetice într-o gamă largă de frecvență, reducând în același timp grosimea acestora;

• în surse de alimentare — extinderea limitelor intervalului de frecvență în care sunt utilizate materiale magnetice;

• în medii lichide neomogene cu particule magnetice — extinderea zonelor de aplicare efectivă a acestora;

• în dezvoltarea și crearea de senzori de diferite tipuri — extinderea gamei și îmbunătățirea caracteristicilor tehnice (în special a sensibilității) prin utilizarea de noi materiale și tehnologii.