Zgodovina nastanka in uporabe magnetnih materialov

Zgodovina uporabe magnetnih materialov je neločljivo povezana z zgodovino odkritij in raziskav magnetni pojavi, kot tudi zgodovino razvoja magnetnih materialov in izboljšanje njihovih lastnosti.

Prve omembe za magnetne materiale segajo v starodavne čase, ko so magnete uporabljali za zdravljenje različnih bolezni.

Prva naprava iz naravnega materiala (magnetita) je bila izdelana na Kitajskem v času dinastije Han (206 pr. n. št. - 220 n. št.). V besedilu Lunheng (1. stoletje našega štetja) je opisano takole: "To orodje je videti kot žlica, in če ga postavite na krožnik, bo njegov ročaj obrnjen proti jugu." Kljub temu, da je bila takšna "naprava" uporabljena za geomantijo, velja za prototip kompasa.

Prototip kompasa, ustvarjen na Kitajskem v času dinastije Han: a — model v naravni velikosti; b — spomenik izumu

Približno do konca 18. stol.magnetne lastnosti naravnega naravno namagnetenega magnetita in z njim namagnetenega železa so uporabljali samo za izdelavo kompasov, čeprav obstajajo legende o magnetih, ki so bili nameščeni na vhodu hiše, da bi odkrili železno orožje, ki bi lahko bilo skrito pod oblačila prihajajoče osebe.

Kljub temu, da so se dolga stoletja magnetni materiali uporabljali le za izdelavo kompasov, so se številni znanstveniki ukvarjali s preučevanjem magnetnih pojavov (Leonardo da Vinci, J. della Porta, V. Gilbert, G. Galileo, R. Descartes, M. Lomonosov itd.), ki je prispeval k razvoju znanosti o magnetizmu in uporabi magnetnih materialov.

Igle kompasa, ki so bile takrat v uporabi, so bile naravno namagnetene oz naravni magnetit… Šele leta 1743 je D. Bernoulli upognil magnet in mu dal obliko podkve, kar je močno povečalo njegovo moč.

V XIX stoletju. raziskave elektromagnetizma in razvoj ustreznih naprav so ustvarili predpogoje za široko uporabo magnetnih materialov.

Leta 1820 je HC Oersted odkril povezavo med elektriko in magnetizmom. Na podlagi svojega odkritja je W. Sturgeon leta 1825 izdelal prvi elektromagnet, ki je bil železna palica, prekrita z dielektričnim lakom, dolga 30 cm in premera 1,3 cm, upognjena v obliki podkve, na kateri je bilo 18 ovojev žice. rana povezana z električno baterijo z vzpostavitvijo stika. Magnetizirana železna podkev zdrži obremenitev 3600 g.

Sturgeon elektromagnet (črtkana črta prikazuje položaj premičnega električnega kontakta, ko je električni tokokrog sklenjen)

V isto obdobje spadajo dela P. Barlowa za zmanjšanje vpliva magnetnega polja, ki ga ustvarjajo okoliški deli, ki vsebujejo železo, na ladijske kompase in kronometre. Barlow je bil prvi, ki je v prakso uporabil naprave za zaščito pred magnetnim poljem.

Prva praktična uporaba magnetna vezja povezanih z zgodovino izuma telefona. Leta 1860 je Antonio Meucci demonstriral sposobnost prenosa zvokov po žicah z uporabo naprave, imenovane Teletrophone. Prednost A. Meuccija je bila priznana šele leta 2002, do takrat pa je A. Bell veljal za ustvarjalca telefona, kljub dejstvu, da je bila njegova prijava izuma iz leta 1836 vložena 5 let kasneje kot prijava A. Meuccija.

T.A.Edisonu je uspelo ojačati zvok telefona s pomočjo transformator, ki sta ga leta 1876 istočasno patentirala P. N. Yablochkov in A. Bell.

Leta 1887 je P. Janet objavil delo, ki opisuje napravo za snemanje zvočnih vibracij. V vzdolžno režo votlega kovinskega valja je bil vstavljen praškasto lakiran jekleni papir, ki valja ni povsem prerezal. Ko je tok šel skozi valj, so morali biti prašni delci usmerjeni na določen način pod delovanjem tok magnetnega polja.

Leta 1898 je danski inženir V. Poulsen praktično uresničil ideje O. Smitha o metodah snemanja zvoka. To leto lahko štejemo za rojstno leto magnetnega zapisa informacij. V. Poulsen je kot magnetni zapisovalni medij uporabil jekleno klavirsko žico s premerom 1 mm, navito na nemagnetni zvitek.

Med snemanjem ali predvajanjem se kolut skupaj z žico vrti glede na magnetno glavo, ki se premika vzporedno z njegovo osjo. Kot magnetne glave rabljeni elektromagneti, sestavljen iz paličastega jedra s tuljavo, katerega en konec je drsel po delovni plasti.

Industrijska proizvodnja umetnih magnetnih materialov z višjimi magnetnimi lastnostmi je postala mogoča šele z razvojem in izboljšanjem tehnologij taljenja kovin.

V XIX stoletju. glavni magnetni material je jeklo, ki vsebuje 1,2 ... 1,5% ogljika. Od konca XIX stoletja. začelo nadomeščati jeklo, legirano s silicijem. XX. stoletje je značilno ustvarjanje številnih znamk magnetnih materialov, izboljšanje metod za njihovo magnetizacijo in ustvarjanje določene kristalne strukture.

Leta 1906 je bil v ZDA izdan patent za trdo prevlečen magnetni disk. Prisilna sila magnetnih materialov, uporabljenih za snemanje, je bila nizka, kar je v kombinaciji z visoko preostalo induktivnostjo, veliko debelino delovne plasti in nizko sposobnostjo izdelave povzročilo, da je bila ideja o magnetnem zapisu praktično pozabljena do 20. stoletja.

Leta 1925 v ZSSR in leta 1928 v Nemčiji so razvili snemalne medije, ki so upogljiv papir ali plastični trak, na katerega je nanesen sloj prahu, ki vsebuje karbonilno železo.

V 20. letih prejšnjega stoletja. magnetni materiali so ustvarjeni na osnovi zlitin železa z nikljem (permaloid) in železa s kobaltom (permendura). Za uporabo pri visokih frekvencah so na voljo ferrocardi, ki so laminirani material iz papirja, prevlečenega z lakom, v katerem so razporejeni delci železovega prahu.

Leta 1928 so v Nemčiji pridobili železov prah, sestavljen iz mikronskih delcev, ki je bil predlagan za uporabo kot polnilo pri izdelavi jeder v obliki obročev in palic.V isto obdobje sodi tudi prva uporaba permaloja pri izdelavi telegrafskega releja.

Permalloy in permendyur vsebujeta drage komponente — nikelj in kobalt, zato so v državah, ki nimajo ustreznih surovin, razvili alternativne materiale.

Leta 1935 je H. Masumoto (Japonska) ustvaril zlitino na osnovi železa, legiranega s silicijem in aluminijem (alcifer).

V tridesetih letih prejšnjega stoletja. pojavile so se zlitine železo-nikelj-aluminij (YUNDK), ki so imele visoke (takrat) vrednosti prisilne sile in specifične magnetne energije. Industrijska proizvodnja magnetov na osnovi takšnih zlitin se je začela v štiridesetih letih prejšnjega stoletja.

Istočasno so bili razviti feriti različnih sort in proizvedeni nikelj-cink in mangan-cink feriti. To desetletje je vključevalo tudi razvoj in uporabo magneto-dielektrikov na osnovi prahu permaloidnega in karbonilnega železa.

V istih letih je bil predlagan razvoj, ki je bil osnova za izboljšanje magnetnega zapisa. Leta 1935 je bila v Nemčiji ustvarjena naprava, imenovana Magnetofon-K1, v kateri je bil za snemanje zvoka uporabljen magnetni trak, katerega delovna plast je bila sestavljena iz magnetita.

Leta 1939 je F. Matthias (IG Farben / BASF) razvil večslojni trak, sestavljen iz podlage, lepila in gama železovega oksida. Za predvajanje in snemanje so bile ustvarjene obročaste magnetne glave z magnetnim jedrom na osnovi permaloida.

V štiridesetih letih prejšnjega stoletja. razvoj radarske tehnologije je privedel do študij interakcije elektromagnetnega valovanja z magnetiziranim feritom. Leta 1949 je W. Hewitt opazoval pojav feromagnetne resonance v feritih. V zgodnjih petdesetih letih prejšnjega stoletja.Začenjajo se proizvajati pomožni napajalniki na osnovi feritov.

V petdesetih letih prejšnjega stoletja. Na Japonskem se je začela komercialna proizvodnja trdih magnetnih feritov, ki so bili cenejši od zlitin YUNDK, a slabši od njih glede specifične magnetne energije. V isto obdobje sega tudi začetek uporabe magnetnih trakov za shranjevanje informacij v računalnike in snemanje televizijskih oddaj.

V 60. letih prejšnjega stoletja. poteka razvoj magnetnih materialov na osnovi spojin kobalta z itrijem in samarijem, kar bo v naslednjem desetletju privedlo do industrijske implementacije in izboljšave podobnih materialov različnih vrst.

V 70. letih prejšnjega stoletja. razvoj tehnologij za proizvodnjo tankih magnetnih filmov je pripeljal do njihove široke uporabe za zapisovanje in shranjevanje informacij.

V 80. letih prejšnjega stoletja. se začne komercialna proizvodnja sintranih magnetov na osnovi sistema NdFeB. Približno v istem času se je začela proizvodnja amorfnih in malo kasneje nanokristalnih magnetnih zlitin, ki so postale alternativa permaloidnim in v nekaterih primerih električnim jeklom.

Odkritje leta 1985 velikanskega magnetorezistenčnega učinka v večplastnih filmih, ki vsebujejo nanometrske magnetne plasti, je postavilo temelje za novo smer v elektroniki - spin elektronika (spintronika).

V 90. letih prejšnjega stoletja. Spektru kompozitnih trdih magnetnih materialov so dodali spojine na osnovi sistema SmFeN in leta 1995 odkrili učinek magnetorezistenčnega tuneliranja.

Leta 2005odkrit je bil velikanski tunelski magnetorezistenčni učinek. Nato so bili razviti in uvedeni v proizvodnjo senzorji, ki temeljijo na učinku velikanskega in tunelskega magnetoupora, namenjeni uporabi v kombiniranih snemalno/reprodukcijskih glavah trdih magnetnih diskov, v napravah z magnetnimi trakovi itd. Ustvarjene so bile tudi pomnilniške naprave z naključnim dostopom.

Leta 2006 se je začela industrijska proizvodnja magnetnih diskov za pravokotno magnetno snemanje. Razvoj znanosti, razvoj novih tehnologij in opreme omogočajo ne le ustvarjanje novih materialov, temveč tudi izboljšanje lastnosti predhodno ustvarjenih.

Začetek XXI stoletja lahko zaznamujejo naslednja glavna področja raziskav, povezanih z uporabo magnetnih materialov:

• v elektroniki - zmanjšanje velikosti opreme zaradi uvedbe ploščatih in tankoplastnih naprav;

• pri razvoju trajnih magnetov — zamenjava elektromagnetov v različnih napravah;

• v napravah za shranjevanje — zmanjšanje velikosti pomnilniške celice in povečanje hitrosti;

• pri elektromagnetni zaščiti — povečanje učinkovitosti elektromagnetne zaščite v širokem frekvenčnem območju ob zmanjšanju njihove debeline;

• v napajalnikih - razširitev meja frekvenčnega območja, v katerem se uporabljajo magnetni materiali;

• v tekočih nehomogenih medijih z magnetnimi delci - razširitev področij njihove učinkovite uporabe;

• pri razvoju in ustvarjanju senzorjev različnih vrst — razširitev obsega in izboljšanje tehničnih lastnosti (predvsem občutljivosti) z uporabo novih materialov in tehnologij.