História vzniku a používania magnetických materiálov

História používania magnetických materiálov je neoddeliteľne spojená s históriou objavov a výskumov magnetické javy, ako aj históriu vývoja magnetických materiálov a zlepšovanie ich vlastností.

Prvé zmienky pre magnetické materiály siahajú až do staroveku, kedy sa magnety používali na liečbu rôznych ochorení.

Prvé zariadenie vyrobené z prírodného materiálu (magnetitu) bolo vyrobené v Číne počas dynastie Han (206 pred Kristom - 220 po Kr.). V texte Lunheng (1. storočie n. l.) je to popísané takto: „Tento nástroj vyzerá ako lyžica a ak ho položíte na tanier, jeho rukoväť bude smerovať na juh.“ Napriek tomu, že sa takéto „zariadenie“ využívalo na geomanciu, považuje sa za prototyp kompasu.

Prototyp kompasu vytvorený v Číne počas dynastie Han: a — model v životnej veľkosti; b – pamiatka vynálezu

Približne do konca 18. stor.Magnetické vlastnosti prírodného magnetitu a ním zmagnetizovaného železa sa používali iba na výrobu kompasov, aj keď existujú legendy o magnetoch, ktoré boli inštalované pri vchode do domu, aby odhalili železné zbrane, ktoré by mohli byť skryté pod oblečenie prichádzajúcej osoby.

Napriek tomu, že po mnoho storočí sa magnetické materiály používali iba na výrobu kompasov, mnoho vedcov sa zaoberalo štúdiom magnetických javov (Leonardo da Vinci, J. della Porta, V. Gilbert, G. Galileo, R. Descartes, M. Lomonosov atď.), ktorý prispel k rozvoju vedy o magnetizme a využití magnetických materiálov.

V tom čase používané strelky kompasu boli prirodzene zmagnetizované alebo zmagnetizované prírodný magnetit… Až v roku 1743 D. Bernoulli ohol magnet a dal mu tvar podkovy, čo výrazne zvýšilo jeho pevnosť.

V XIX storočí. výskum elektromagnetizmu ako aj vývoj vhodných zariadení vytvorili predpoklady pre široké využitie magnetických materiálov.

V roku 1820 HC Oersted objavil spojenie medzi elektrinou a magnetizmom. Na základe svojho objavu vyrobil W. Sturgeon v roku 1825 prvý elektromagnet, čo bola železná tyč pokrytá dielektrickým lakom, dlhá 30 cm a priemer 1,3 cm, ohnutá do tvaru podkovy, na ktorej bolo 18 závitov drôtu. rana spojená s elektrickou batériou vytvorením kontaktu. Podkova z magnetizovaného železa pojme záťaž 3600 g.

Elektromagnet jesetera (bodkovaná čiara znázorňuje polohu pohyblivého elektrického kontaktu, keď je elektrický obvod uzavretý)

Do rovnakého obdobia patria aj práce P. Barlowa na zníženie vplyvu magnetického poľa vytváraného okolitými časťami obsahujúcimi železo na lodné kompasy a chronometre. Barlow ako prvý uviedol do praxe zariadenia na tienenie magnetického poľa.

Prvá praktická aplikácia magnetické obvody súvisiace s históriou vynálezu telefónu. V roku 1860 Antonio Meucci demonštroval schopnosť prenášať zvuky cez drôty pomocou zariadenia nazývaného Teletrophone. Priorita A. Meucciho bola uznaná až v roku 2002, dovtedy bol A. Bell považovaný za tvorcu telefónu, napriek tomu, že jeho prihláška na vynález z roku 1836 bola podaná o 5 rokov neskôr ako prihláška A. Meucciho.

T.A.Edison dokázal zosilniť zvuk telefónu pomocou transformátor, patentovaný súčasne P. N. Yablochkovom a A. Bellom v roku 1876.

V roku 1887 P. Janet publikoval prácu popisujúcu zariadenie na zaznamenávanie zvukových vibrácií. Do pozdĺžnej štrbiny dutého kovového valca sa vložil práškovo potiahnutý oceľový papier, ktorý valec úplne neprerezal. Pri prechode prúdu cez valec sa prachové častice museli určitým spôsobom orientovať pôsobením o prúd magnetického poľa.

V roku 1898 dánsky inžinier V. Poulsen prakticky realizoval myšlienky O. Smitha o metódach záznamu zvuku. Tento rok možno považovať za rok zrodu magnetického záznamu informácií. V. Poulsen použil ako magnetické záznamové médium oceľový klavírny drôt s priemerom 1 mm navinutý na nemagnetickom kotúči.

Počas nahrávania alebo prehrávania sa cievka spolu s drôtom otáča voči magnetickej hlave, ktorá sa pohybuje rovnobežne s jej osou. Ako magnetické hlavy použité elektromagnety, pozostávajúce z tyčového jadra s cievkou, ktorej jeden koniec sa posúval cez pracovnú vrstvu.

Priemyselná výroba umelých magnetických materiálov s vyššími magnetickými vlastnosťami bola možná až po vývoji a zdokonalení technológií tavenia kovov.

V XIX storočí. hlavným magnetickým materiálom je oceľ obsahujúca 1,2 ... 1,5 % uhlíka. Od konca XIX storočia. sa začala nahrádzať oceľou legovanou kremíkom. XX storočia charakterizované vytvorením mnohých značiek magnetických materiálov, zdokonalením metód ich magnetizácie a vytvorením určitej kryštálovej štruktúry.

V roku 1906 bol vydaný americký patent na magnetický disk s tvrdým povlakom. Koercitívna sila magnetických materiálov používaných na záznam bola nízka, čo v kombinácii s vysokou zvyškovou indukčnosťou, veľkou hrúbkou pracovnej vrstvy a nízkou vyrobiteľnosťou viedlo k tomu, že myšlienka magnetického záznamu bola až do 20. rokov prakticky zabudnutá. storočí.

V roku 1925 v ZSSR a v roku 1928 v Nemecku boli vyvinuté záznamové médiá, ktorými sú ohybná papierová alebo plastová páska, na ktorú je nanesená vrstva prášku s obsahom karbonylového železa.

V 20. rokoch minulého storočia. magnetické materiály vznikajú na báze zliatin železa s niklom (permaloid) a železa s kobaltom (permendura). Pre použitie pri vysokých frekvenciách sú k dispozícii ferokarty, ktoré sú laminovaným materiálom vyrobeným z papiera potiahnutého lakom, v ktorom sú rozmiestnené čiastočky železného prášku.

V roku 1928 bol v Nemecku získaný železný prášok pozostávajúci z častíc s mikrónovou veľkosťou, ktorý bol navrhnutý na použitie ako plnivo pri výrobe jadier vo forme krúžkov a tyčí.Prvá aplikácia permalloy pri konštrukcii telegrafného relé patrí do rovnakého obdobia.

Permalloy a permendyur obsahujú drahé komponenty — nikel a kobalt, a preto sa v krajinách, kde chýbajú vhodné suroviny, vyvinuli alternatívne materiály.

V roku 1935 vytvoril H. Masumoto (Japonsko) zliatinu na báze železa legovaného kremíkom a hliníkom (alcifer).

V tridsiatych rokoch 20. storočia. objavili sa železo-nikel-hliníkové zliatiny (YUNDK), ktoré mali vysoké (v tom čase) hodnoty koercitívnej sily a špecifickej magnetickej energie. Priemyselná výroba magnetov na báze takýchto zliatin sa začala v 40. rokoch 20. storočia.

Súčasne sa vyvíjali ferity rôznych odrôd a vyrábali sa nikel-zinkové a mangán-zinkové ferity. Toto desaťročie zahŕňalo aj vývoj a používanie magnetodielektrík na báze permaloidných a karbonylových práškov železa.

Počas tých istých rokov bol navrhnutý vývoj, ktorý vytvoril základ pre zlepšenie magnetického záznamu. V roku 1935 vzniklo v Nemecku zariadenie s názvom Magnetofon-K1, v ktorom sa na záznam zvuku používala magnetická páska, ktorej pracovnú vrstvu tvoril magnetit.

V roku 1939 F. Matthias (IG Farben / BASF) vyvinul viacvrstvovú pásku pozostávajúcu z podkladu, lepidla a gama oxidu železa. Pre prehrávanie a nahrávanie boli vytvorené prstencové magnetické hlavy s magnetickým jadrom na báze permaloidu.

V 40. rokoch 20. storočia. vývoj radarovej technológie viedol k štúdiám interakcie elektromagnetickej vlny s magnetizovaným feritom. V roku 1949 W. Hewitt pozoroval fenomén feromagnetickej rezonancie vo feritoch. Začiatkom 50. rokov 20. storočia.Začínajú sa vyrábať pomocné napájacie zdroje na báze feritu.

V 50. rokoch 20. storočia. V Japonsku sa začala komerčná výroba tvrdých magnetických feritov, ktoré boli lacnejšie ako zliatiny YUNDK, ale boli pod nimi z hľadiska špecifickej magnetickej energie. Do rovnakého obdobia sa datuje aj začiatok používania magnetických pások na uchovávanie informácií v počítačoch a na záznam televízneho vysielania.

V 60. rokoch minulého storočia. prebieha vývoj magnetických materiálov na báze zlúčenín kobaltu s ytriom a samáriom, ktorý v nasledujúcom desaťročí povedie k priemyselnej implementácii a zdokonaľovaniu podobných materiálov rôznych typov.

V 70. rokoch minulého storočia. vývoj technológií na výrobu tenkých magnetických filmov viedol k ich širokému využívaniu na záznam a ukladanie informácií.

V 80. rokoch minulého storočia. začína komerčná výroba spekaných magnetov na báze systému NdFeB. Približne v rovnakom čase sa začala výroba amorfných a o niečo neskôr aj nanokryštalických magnetických zliatin, ktoré sa stali alternatívou permaloidov a v niektorých prípadoch aj elektroocelí.

Objav obrovského magnetorezistentného efektu v roku 1985 vo viacvrstvových filmoch obsahujúcich magnetické vrstvy s hrúbkou nanometrov položil základ pre nový smer v elektronike – spinovú elektroniku (spintronika).

V 90. rokoch minulého storočia. Do spektra kompozitných tvrdých magnetických materiálov boli pridané zlúčeniny založené na systéme SmFeN a v roku 1995 bol objavený tunelový efekt magnetorezistencie.

V roku 2005bol objavený efekt magnetorezistencie obrovského tunela. Potom boli vyvinuté a uvedené do výroby snímače založené na účinku obrovskej a tunelovej magnetorezistencie, určené pre použitie v kombinovaných záznamových / reprodukčných hlavách pevných magnetických diskov, v magnetopáskových zariadeniach a pod. Boli vytvorené aj pamäťové zariadenia s náhodným prístupom.

V roku 2006 sa začala priemyselná výroba magnetických diskov pre kolmý magnetický záznam. Rozvoj vedy, vývoj nových technológií a zariadení umožňujú nielen vytvárať nové materiály, ale aj zlepšovať vlastnosti predtým vytvorených materiálov.

Začiatok XXI storočia možno charakterizovať týmito hlavnými oblasťami výskumu súvisiaceho s používaním magnetických materiálov:

• v elektronike — zmenšenie veľkosti zariadení v dôsledku zavedenia plochých a tenkovrstvových zariadení;

• pri vývoji permanentných magnetov — nahradenie elektromagnetov v rôznych zariadeniach;

• v úložných zariadeniach — zmenšenie veľkosti pamäťovej bunky a zvýšenie rýchlosti;

• v elektromagnetickom tienení — zvýšenie účinnosti elektromagnetických tienenia v širokom frekvenčnom rozsahu pri znížení ich hrúbky;

• v napájacích zdrojoch – rozšírenie limitov frekvenčného rozsahu, v ktorom sa používajú magnetické materiály;

• v tekutých nehomogénnych médiách s magnetickými časticami - rozšírenie oblastí ich efektívnej aplikácie;

• pri vývoji a tvorbe senzorov rôznych typov — rozširovanie sortimentu a zlepšovanie technických charakteristík (najmä citlivosti) pomocou nových materiálov a technológií.