Magneettisten materiaalien luomisen ja käytön historia

Magneettisten materiaalien käytön historia liittyy erottamattomasti löytö- ja tutkimushistoriaan magneettisia ilmiöitäsekä magneettisten materiaalien kehityksen historiaa ja niiden ominaisuuksien parantamista.

Ensimmäiset maininnat magneettisille materiaaleille juontavat muinaisista ajoista, jolloin magneetteja käytettiin erilaisten sairauksien hoitoon.

Ensimmäinen luonnonmateriaalista (magnetiitista) valmistettu laite valmistettiin Kiinassa Han-dynastian aikana (206 eKr. - 220 jKr.). Lunheng-tekstissä (1. vuosisadalla jKr.) sitä kuvataan seuraavasti: "Tämä työkalu näyttää lusikalta, ja jos laitat sen lautaselle, sen kahva osoittaa etelään." Huolimatta siitä, että tällaista "laitetta" käytettiin geomantiaan, sitä pidetään kompassin prototyyppinä.

Kiinassa Han-dynastian aikana luodun kompassin prototyyppi: a — luonnollisen kokoinen malli; b — keksinnön muistomerkki

Noin 1700-luvun loppuun asti.luonnollisesti magnetoituneen magnetiitin ja sillä magnetoidun raudan magneettisia ominaisuuksia käytettiin vain kompassien valmistukseen, vaikka on legendoja magneeteista, jotka asennettiin talon sisäänkäyntiin havaitsemaan rauta-aseita, jotka voitaisiin piilottaa saapuvan henkilön vaatteet.

Huolimatta siitä, että vuosisatojen ajan magneettisia materiaaleja käytettiin vain kompassien valmistukseen, monet tiedemiehet tutkivat magneettisia ilmiöitä (Leonardo da Vinci, J. della Porta, V. Gilbert, G. Galileo, R. Descartes, M. Lomonosov jne.), joka myötävaikutti magnetismin tieteen ja magneettisten materiaalien käytön kehittämiseen.

Tuolloin käytössä olleet kompassin neulat olivat luonnollisesti magnetoituja tai magnetoituja luonnollinen magnetiitti… Vasta vuonna 1743 D. Bernoulli taivutti magneetin ja antoi sille hevosenkengän muodon, mikä lisäsi sen vahvuutta huomattavasti.

XIX vuosisadalla. sähkömagnetismin tutkimus sekä sopivien laitteiden kehittäminen ovat luoneet edellytykset magneettisten materiaalien laajalle leviämiselle.

Vuonna 1820 HC Oersted löysi yhteyden sähkön ja magnetismin välillä. Löytönsä perusteella W. Sturgeon teki vuonna 1825 ensimmäisen sähkömagneetin, joka oli dielektrisellä lakalla päällystetty rautatanko, jonka pituus oli 30 cm ja halkaisija 1,3 cm, taivutettu hevosenkengän muotoon, jossa oli 18 lankakierrosta. kytkettynä sähköakkuun koskettamalla. Magnetoitu rautahevosenkenkä kestää 3600 g:n kuorman.

Sturgeon-sähkömagneetti (pisteviiva näyttää liikkuvan sähkökoskettimen sijainnin, kun sähköpiiri on suljettu)

Samaan aikakauteen kuuluvat P. Barlow'n työt, joilla pyritään vähentämään ympäröivien rautaa sisältävien osien aiheuttaman magneettikentän vaikutusta laivojen kompasseihin ja kronometreihin. Barlow otti ensimmäisenä käyttöön magneettikentän suojalaitteet.

Ensimmäinen käytännön sovellus magneettiset piirit liittyvät puhelimen keksimisen historiaan. Vuonna 1860 Antonio Meucci osoitti kykynsä välittää ääntä johtojen kautta käyttämällä Teletrofoni-nimistä laitetta. A. Meuccin prioriteetti tunnustettiin vasta vuonna 2002, siihen asti A. Belliä pidettiin puhelimen luojana, vaikka hänen vuoden 1836 keksintöhakemuksensa jätettiin 5 vuotta myöhemmin kuin A. Meuccin hakemus.

T.A.Edison pystyi vahvistamaan puhelimen ääntä muuntaja, jonka patentoivat samanaikaisesti P. N. Yablochkov ja A. Bell vuonna 1876.

Vuonna 1887 P. Janet julkaisi teoksen, jossa kuvattiin laitetta äänen värähtelyjen tallentamiseen. Onton metallisylinterin pitkittäisuraan työnnettiin jauhemaalattua teräspaperia, joka ei leikannut sylinteriä kokonaan. Kun virta kulki sylinterin läpi, pölyhiukkaset piti suunnata tietyllä tavalla magneettikentän virta.

Vuonna 1898 tanskalainen insinööri V. Poulsen toteutti käytännössä O. Smithin ajatukset äänen tallennusmenetelmistä. Tätä vuotta voidaan pitää tiedon magneettisen tallennuksen syntymävuotena. V. Poulsen käytti magneettisena tallennusvälineenä teräspianolankaa, jonka halkaisija oli 1 mm, kierretty ei-magneettiselle rullalle.

Tallennuksen tai toiston aikana kela yhdessä langan kanssa pyörii suhteessa magneettiseen päähän, joka liikkuu yhdensuuntaisesti akselinsa kanssa. Kuten magneettipäät käytettyjä sähkömagneetteja, joka koostuu sauvan muotoisesta ytimestä, jossa on kela, jonka toinen pää liukuu työkerroksen yli.

Keinotekoisten magneettisten materiaalien teollinen tuotanto, joilla on korkeammat magneettiominaisuudet, tuli mahdolliseksi vasta metallinsulatustekniikoiden kehittämisen ja parantamisen jälkeen.

XIX vuosisadalla. päämagneettinen materiaali on teräs, joka sisältää 1,2 ... 1,5 % hiiltä. XIX vuosisadan lopusta. alettiin korvata piillä seostetulla teräksellä. XX vuosisadalle on ominaista monien magneettisten materiaalien luominen, niiden magnetointimenetelmien parantaminen ja tietyn kiderakenteen luominen.

Vuonna 1906 Yhdysvalloissa myönnettiin patentti kovapäällysteiselle magneettilevylle. Tallennukseen käytettyjen magneettisten materiaalien pakkovoima oli pieni, mikä yhdessä suuren jäännösinduktanssin, työkerroksen suuren paksuuden ja alhaisen valmistettavuuden kanssa johti siihen, että ajatus magneettisesta tallentamisesta unohtui käytännössä 20-luvulle asti. vuosisadalla.

Vuonna 1925 Neuvostoliitossa ja vuonna 1928 Saksassa kehitettiin tallennusvälineitä, jotka ovat joustavaa paperia tai muoviteippiä, jolle levitetään karbonyylirautaa sisältävä kerros jauhetta.

Viime vuosisadan 20-luvulla. magneettisia materiaaleja luodaan raudan ja nikkelin (permaloidin) ja raudan koboltin (permendura) seoksista. Korkeilla taajuuksilla käyttöön on saatavana ferrokortteja, jotka ovat laminoitua materiaalia, joka on valmistettu lakalla päällystetystä paperista, johon on levinnyt rautajauhehiukkasia.

Vuonna 1928 Saksassa hankittiin mikronin kokoisista hiukkasista koostuvaa rautajauhetta, jota ehdotettiin käytettäväksi täyteaineena renkaiden ja sauvojen muodossa olevien ytimien valmistuksessa.Permalloyn ensimmäinen käyttö lennätinreleen rakentamisessa kuuluu samaan ajanjaksoon.

Permalloy ja permendyur sisältävät kalliita komponentteja - nikkeliä ja kobolttia, minkä vuoksi vaihtoehtoisia materiaaleja on kehitetty maissa, joissa ei ole sopivia raaka-aineita.

Vuonna 1935 H. Masumoto (Japani) loi metalliseoksen, joka perustuu piin ja alumiinin kanssa seostettuun rautaan (alcifer).

1930-luvulla. ilmestyi rauta-nikkeli-alumiinilejeeringit (YUNDK), joilla oli korkeat (silloin) pakkovoiman ja ominaismagneettisen energian arvot. Tällaisiin metalliseoksiin perustuvien magneettien teollinen tuotanto alkoi 1940-luvulla.

Samaan aikaan kehitettiin erilaisia ​​ferriittejä ja tuotettiin nikkeli-sinkki- ja mangaani-sinkkiferriittejä. Tälle vuosikymmenelle kuului myös permaloidi- ja karbonyylirautajauheisiin perustuvien magneto-dielektristen aineiden kehittäminen ja käyttö.

Samojen vuosien aikana ehdotettiin kehitystä, joka muodosti perustan magneettisen tallennuksen parantamiselle. Vuonna 1935 Saksassa luotiin Magnetofon-K1-niminen laite, jossa äänen tallentamiseen käytettiin magneettinauhaa, jonka työkerros koostui magnetiitista.

Vuonna 1939 F. Matthias (IG Farben / BASF) kehitti monikerroksisen teipin, joka koostuu alustasta, liimasta ja gamma-rautaoksidista. Rengasmagneettipäät, joissa on permaloidiin perustuva magneettinen ydin, on luotu toistoa ja tallennusta varten.

1940-luvulla. tutkatekniikan kehitys johti tutkimuksiin sähkömagneettisen aallon vuorovaikutuksesta magnetoidun ferriitin kanssa. Vuonna 1949 W. Hewitt havaitsi ferriiteissä ferromagneettisen resonanssin ilmiön. 1950-luvun alussa.Ferriittipohjaisia ​​apuvirtalähteitä aletaan valmistaa.

1950-luvulla. Japanissa aloitettiin kovien magneettisten ferriittien kaupallinen tuotanto, jotka olivat halvempia kuin YUNDK-lejeeringit, mutta magneettisen ominaisenergian suhteen niitä huonompia. Magneettinauhan käyttö tietojen tallentamiseen tietokoneisiin ja televisiolähetysten tallentamiseen juontaa juurensa samalle ajanjaksolle.

Viime vuosisadan 60-luvulla. kobolttiyhdisteisiin yttriumin ja samariumin kanssa perustuvien magneettisten materiaalien kehittäminen on meneillään, mikä seuraavan vuosikymmenen aikana johtaa erilaisten vastaavien materiaalien teolliseen käyttöön ja parantamiseen.

Viime vuosisadan 70-luvulla. ohuiden magneettikalvojen tuotantoteknologioiden kehitys johti niiden laajaan käyttöön tietojen tallentamiseen ja tallentamiseen.

Viime vuosisadan 80-luvulla. NdFeB-järjestelmään perustuvien sintrattujen magneettien kaupallinen tuotanto alkaa. Samoihin aikoihin alettiin valmistaa amorfisia ja hieman myöhemmin nanokiteisiä magneettiseoksia, joista tuli vaihtoehto permaloidille ja joissakin tapauksissa sähköteräksille.

Vuonna 1985 löydetty jättiläismäinen magnetoresistenssin vaikutus monikerroksisissa kalvoissa, jotka sisältävät nanometrin paksuisia magneettikerroksia, loi perustan uudelle suunnalle elektroniikassa - spinelektroniikassa (spintroniikassa).

Viime vuosisadan 90-luvulla. SmFeN-järjestelmään perustuvia yhdisteitä lisättiin kovien magneettisten komposiittimateriaalien spektriin ja vuonna 1995 havaittiin magnetoresistenssin tunnelointivaikutus.

Vuonna 2005jättimäinen tunnelin magneettiresistanssiefekti löydettiin. Sen jälkeen kehitettiin ja otettiin tuotantoon jättimäisen ja tunnelin magneettiresistanssin vaikutukseen perustuvia antureita, jotka on tarkoitettu käytettäväksi kiintolevyjen yhdistetyissä tallennus-/toistopäissä, magneettinauhalaitteissa jne. Myös Random Access -muistilaitteita luotiin.

Vuonna 2006 aloitettiin magneettilevyjen teollinen tuotanto kohtisuoraan magneettiseen tallennukseen. Tieteen kehitys, uusien teknologioiden ja laitteiden kehittäminen mahdollistavat uusien materiaalien luomisen lisäksi myös aiemmin luotujen ominaisuuksien parantamisen.

XXI vuosisadan alkua voidaan luonnehtia seuraavilla magneettisten materiaalien käyttöön liittyvillä tutkimusaloilla:

• elektroniikassa — laitteiden koon pienentäminen litteiden ja ohutkalvolaitteiden käyttöönoton vuoksi;

• kestomagneettien kehittämisessä - sähkömagneettien korvaaminen erilaisissa laitteissa;

• tallennuslaitteissa - muistisolun koon pienentäminen ja nopeuden lisääminen;

• sähkömagneettisessa suojauksessa — sähkömagneettisten suojien tehokkuuden lisääminen laajalla taajuusalueella ja samalla niiden paksuuden vähentäminen;

• teholähteissä — magneettisten materiaalien käytön taajuusalueen rajojen laajentaminen;

• nestemäisissä epähomogeenisissa väliaineissa, joissa on magneettisia hiukkasia - niiden tehokkaan käyttöalueen laajentaminen;

• erityyppisten antureiden kehittämisessä ja luomisessa — valikoiman laajentaminen ja teknisten ominaisuuksien (erityisesti herkkyyden) parantaminen käyttämällä uusia materiaaleja ja teknologioita.