Историята на създаването и използването на магнитни материали

Историята на използването на магнитни материали е неразривно свързана с историята на откритията и изследванията магнитни явления, както и историята на развитието на магнитните материали и подобряването на техните свойства.

Първи споменавания за магнитни материали датират от древни времена, когато магнитите са били използвани за лечение на различни заболявания.

Първото устройство от естествен материал (магнетит) е произведено в Китай по време на династията Хан (206 г. пр. Н. Е. — 220 г. сл. Хр.). В текста «Лунхенг» (I в. Сл. Н. Е.) Той е описан по следния начин: «Този инструмент прилича на лъжица и ако го сложите на чиния, тогава дръжката му ще сочи на юг.» Въпреки факта, че такова „устройство“ е било използвано за геомантия, то се счита за прототип на компаса.

Прототип на компаса, създаден в Китай по време на династията Хан: а — модел в естествен размер; б — паметник на изобретението

До около края на 18 век. магнитните свойства на естествения естествено намагнетизиран магнетит и желязото, намагнети с негова помощ, са били използвани само за производството на компаси, въпреки че има легенди за магнити, които са били инсталирани на входа на къща с цел откриване на железни оръжия, които биха могли да бъдат скрити под дрехи на входящ човек.

Въпреки факта, че в продължение на много векове магнитните материали са били използвани само за производството на компаси, много учени са се занимавали с изследване на магнитни явления (Леонардо да Винчи, Ж. дела Порта, В. Гилбърт, Г. Галилей, Р. Декарт, М. Ломоносов и др.), Които допринесоха за развитието на науката за магнетизма и използването на магнитни материали.

Стрелките на компаса, които се използваха по това време, бяха естествено намагнетизирани или намагнетизирани естествен магнетит… Едва през 1743 г. Д. Бернули огъва магнита и му придава форма на подкова, което значително увеличава силата му.

През XIX век. изследванията на електромагнетизма, както и разработването на подходящи устройства са създали предпоставки за широкото използване на магнитни материали.

През 1820 г. Х. К. Ерстед открива връзката между електричеството и магнетизма. Въз основа на откритието си, У. Стърджън през 1825 г. направи първия електромагнит, който представляваше желязна пръчка, покрита с диелектричен лак, с дължина 30 см и диаметър 1,3 см, огъната под формата на подкова, върху която имаше 18 завъртания от тел рана, свързана към електрическа батерия чрез осъществяване на контакт. Подковата от магнетизирано желязо може да побере товар с тегло 3600 g.

Електромагнит от есетра (пунктираната линия показва позицията на подвижния електрически контакт, когато електрическата верига е затворена)

Работите на П. Барлоу за намаляване на влиянието върху корабните компаси и хронометри на магнитното поле, създадено от околните железосъдържащи части, принадлежат към същия период. Барлоу е първият, който прилага на практика устройства за екраниране на магнитно поле.

Първо практическо приложение магнитни вериги свързани с историята на изобретението на телефона. През 1860 г. Антонио Меучи демонстрира способността да предава звуци по проводници с помощта на устройство, наречено Телектрофон. Приоритетът на А. Меучи е признат едва през 2002 г., дотогава А. Бел се счита за създател на телефона, въпреки факта, че молбата му за изобретение от 1836 г. е подадена 5 години по -късно от заявката на А. Меучи.

T.A.Edison успя да усили звука на телефона с помощта на трансформатор, патентован едновременно от П. Н. Яблочков и А. Бел през 1876 г.

През 1887 г. П. Джанет публикува творба, описваща устройство за запис на звукови вибрации. Хартия с прахово боядисана стомана беше поставена в надлъжния процеп на кухия метален цилиндър, който не изряза напълно цилиндъра. Когато токът премина през цилиндъра, праховите частици трябваше да бъдат ориентирани по определен начин под действието на ток на магнитното поле.

През 1898 г. датският инженер В. Поулсен практически реализира идеите на О. Смит за методите на звукозапис. Тази година може да се счита за година на раждане на магнитния запис на информация. V. Poulsen използва като магнитна среда запис стоманена жила за пиано с диаметър 1 mm, навита върху немагнитна ролка.

По време на запис или възпроизвеждане ролката заедно с жицата се върти спрямо магнитната глава, която се движи успоредно на оста си. Като магнитни глави използвани електромагнити, състоящ се от прътовидна сърцевина с намотка, която единият край се плъзна по работния слой.

Индустриалното производство на изкуствени магнитни материали с по -високи магнитни характеристики стана възможно едва след разработването и усъвършенстването на технологиите за топене на метали.

През XIX век. основният магнитен материал е стомана, съдържаща 1,2 … 1,5% въглерод. От края на XIX век. започна да се заменя със стомана, легирана със силиций. XX век характеризиращ се със създаването на много марки магнитни материали, подобряването на методите за тяхното намагнитване и създаването на определена кристална структура.

През 1906 г. в САЩ е издаден патент за магнитен диск с твърдо покритие. Принудителната сила на магнитните материали, използвани за запис, беше ниска, което, в комбинация с висока остатъчна индукция, голяма дебелина на работния слой и ниска технологичност, доведе до факта, че идеята за магнитно записване беше практически забравена до 20 -те години на миналия век.

През 1925 г. в СССР и през 1928 г. в Германия са разработени записващи носители, които са гъвкава хартия или пластмасова лента, върху която е нанесен слой прах, съдържащ карбонилно желязо.

През 20 -те години на миналия век. магнитни материали се създават на базата на сплави от желязо с никел (пермалоид) и желязо с кобалт (пермендура). За използване при високи честоти се предлагат ферокарди, които са ламиниран материал, изработен от хартия, покрита с лак с разпределени в нея частици железен прах.

През 1928 г. в Германия е получен железен прах, състоящ се от частици с размер на микрони, който се предлага да се използва като пълнител при производството на сърцевини под формата на пръстени и пръти. Първото приложение на пермалоя при изграждането на телеграфно реле принадлежи към същия период.

Permalloy и permendyur включват скъпи компоненти — никел и кобалт, поради което в страни с недостиг на подходящи суровини са разработени алтернативни материали.

През 1935 г. Х. Масумото (Япония) създава сплав на базата на желязо, легирано със силиций и алуминий (алсифер).

През 30 -те години на миналия век. се появиха желязо-никел-алуминиеви сплави (YUNDK), които имаха високи (по това време) стойности на коерцитивната сила и специфичната магнитна енергия. Промишленото производство на магнити на базата на такива сплави започва през 40 -те години на миналия век.

В същото време се разработват ферити от различни сортове и се произвеждат никел-цинкови и манган-цинкови ферити. Това десетилетие включва също разработването и използването на магнитодиелектрици на основата на прахове от пермалоид и карбонил желязо.

През същите години бяха предложени разработки, които формираха основата за подобряване на магнитния запис. През 1935 г. в Германия е създадено устройство, наречено Magnetofon-K1, в което се използва магнитна лента за запис на звук, чийто работен слой се състои от магнетит.

През 1939 г. Ф.Matthias (IG Farben / BASF) разработи многослойна лента, състояща се от подложка, лепило и гама железен оксид. За възпроизвеждане и запис са създадени пръстенови магнитни глави с магнитна сърцевина на базата на пермалоид.

През 1940 -те години. развитието на радарната технология доведе до проучвания на взаимодействието на електромагнитна вълна с намагнетизиран ферит. През 1949 г. У. Хюит наблюдава явлението феромагнитен резонанс във феритите. В началото на 1950 -те години. Започват да се произвеждат спомагателни захранващи устройства на базата на ферит.

През 50 -те години на миналия век. в Япония започва търговското производство на твърди магнитни ферити, които са по -евтини от сплавите YUNDK, но са по -ниски от тях по отношение на специфичната магнитна енергия. Началото на използването на магнитни ленти за съхраняване на информация в компютри и за запис на телевизионни предавания датира от същия период.

През 60 -те години на миналия век. тече разработването на магнитни материали на основата на съединения на кобалт с итрий и самарий, което през следващото десетилетие ще доведе до индустриално внедряване и подобряване на подобни материали от различни видове.

През 70 -те години на миналия век. развитието на технологиите за производство на тънки магнитни филми доведе до широкото им използване за запис и съхраняване на информация.

През 80 -те години на миналия век. започва търговското производство на синтеровани магнити, базирани на системата NdFeB. Приблизително по същото време започва производството на аморфни, а малко по -късно и нанокристални магнитни сплави, които се превръщат в алтернатива на пермалоидните, а в някои случаи и на електрическите стомани.

Откриването през 1985 г. на гигантския ефект на магнитосъпротивление в многослойни филми, съдържащи магнитни слоеве с дебелина нанометър, постави основата за нова посока в електрониката-спинова електроника (спинтроника).

През 90 -те години на миналия век. Съединения, базирани на системата SmFeN, бяха добавени към спектъра на композитни твърди магнитни материали и през 1995 г. беше открит ефектът от тунелиране на магнитно съпротивление.

През 2005 г. е открит ефектът на гигантско тунелно магнитосъпротивление. След това бяха разработени и пуснати в производство сензори, базирани на въздействието на гигантско и тунелно магнитосъпротивление, предназначени за използване в комбинирани глави за запис / възпроизвеждане на твърди магнитни дискове, в устройства на магнитна лента и др. Също така бяха създадени устройства за памет с произволен достъп.

През 2006 г. започва индустриалното производство на магнитни дискове за перпендикулярен магнитен запис. Развитието на науката, развитието на нови технологии и оборудване правят възможно не само създаването на нови материали, но и подобряване на характеристиките на създадените преди това.

Началото на XXI век може да се характеризира със следните основни области на изследване, свързани с използването на магнитни материали:

• в електрониката — намаляване на размера на оборудването поради въвеждането на плоски и тънкослойни устройства;

• в разработването на постоянни магнити — подмяна на електромагнити на различни устройства;

• в устройства за съхранение — намаляване на размера на клетката памет и увеличаване на скоростта;

• в електромагнитно екраниране — увеличаване на ефективността на електромагнитните екрани в широк честотен диапазон, като същевременно се намалява тяхната дебелина;

• в захранващи устройства — разширяване на границите на честотния диапазон, в който се използват магнитни материали;

• в течни нехомогенни среди с магнитни частици — разширяване на областите на тяхното ефективно приложение;

• в разработването и създаването на сензори от различен тип — разширяване на обхвата и подобряване на техническите характеристики (особено чувствителност) чрез използването на нови материали и технологии.