A mágneses anyagok keletkezésének és felhasználásának története

A mágneses anyagok használatának története elválaszthatatlanul összefügg a felfedezés és a kutatás történetével mágneses jelenségek, valamint a mágneses anyagok fejlődésének történetét és tulajdonságaik javítását.

Első említések mágneses anyagokhoz az ókorig nyúlnak vissza, amikor a mágneseket különféle betegségek kezelésére használták.

Az első természetes anyagból (magnetitból) készült eszközt Kínában állították elő a Han-dinasztia idején (Kr. e. 206 - i.sz. 220). A Lunheng-szöveg (Kr. u. I. század) a következőképpen írja le: "Ez az eszköz úgy néz ki, mint egy kanál, és ha tányérra teszed, akkor a nyele dél felé mutat." Annak ellenére, hogy egy ilyen "eszközt" használtak a geomanciához, az iránytű prototípusának tekintik.

A Han-dinasztia idején Kínában készített iránytű prototípusa: a — életnagyságú modell; b — a találmány emlékműve

Körülbelül a 18. század végéig.a természetes, természetesen mágnesezett magnetit és a vele mágnesezett vas mágneses tulajdonságait csak iránytűk gyártására használták, bár legendák szerint a mágneseket a ház bejáratánál szerelték fel, hogy felderítsék az alá rejthető vasfegyvereket. az érkező személy ruházata.

Annak ellenére, hogy sok évszázadon át csak iránytű gyártására használták a mágneses anyagokat, sok tudós foglalkozott a mágneses jelenségek vizsgálatával (Leonardo da Vinci, J. della Porta, V. Gilbert, G. Galileo, R. Descartes, M. Lomonoszov stb.), aki hozzájárult a mágnesesség tudományának és a mágneses anyagok felhasználásának fejlődéséhez.

Az akkoriban használt iránytűk természetesen mágnesezettek vagy mágnesezettek voltak természetes magnetit… Csak 1743-ban D. Bernoulli meghajlította a mágnest, és patkó formát adott neki, ami nagymértékben megnövelte az erejét.

A XIX. az elektromágnesesség kutatása, valamint a megfelelő eszközök kifejlesztése megteremtette a mágneses anyagok széles körű alkalmazásának előfeltételeit.

1820-ban HC Oersted felfedezte az elektromosság és a mágnesesség közötti kapcsolatot. Felfedezése alapján W. Sturgeon 1825-ben elkészítette az első elektromágnest, amely egy dielektromos lakkal bevont, 30 cm hosszú és 1,3 cm átmérőjű, patkó alakban hajlított vasrúd volt, amelyen 18 huzalmenet volt. érintkezés útján elektromos akkumulátorhoz csatlakozik. A mágnesezett vas patkó 3600 g teherbírásra képes.

Sturgeon elektromágnes (a szaggatott vonal mutatja a mozgatható elektromos érintkező helyzetét, amikor az elektromos áramkör zárt)

P. Barlow munkái a környező vastartalmú részek által keltett mágneses tér hajók körzőire és kronométereire gyakorolt ​​hatásának csökkentésére ugyanebbe az időszakba tartoznak. Barlow volt az első, aki a gyakorlatban alkalmazta a mágneses tér árnyékoló berendezéseit.

Első gyakorlati alkalmazás mágneses áramkörök a telefon feltalálásának történetével kapcsolatos. 1860-ban Antonio Meucci bemutatta a hangok vezetékeken keresztüli továbbításának képességét a Teletrophone nevű eszközzel. A. Meucci elsőbbségét csak 2002-ben ismerték el, addig A. Bell-t tartották a telefon megalkotójának, annak ellenére, hogy 1836-os találmányi kérelmét 5 évvel később nyújtották be, mint A. Meucci kérelmét.

T.A.Edison a segítségével tudta felerősíteni a telefon hangját transzformátor, amelyet P. N. Yablochkov és A. Bell egyidejűleg szabadalmaztatott 1876-ban.

1887-ben P. Janet kiadott egy munkát, amelyben egy hangrezgések rögzítésére szolgáló eszközt írt le. Az üreges fémhenger hosszirányú nyílásába porszórt acélpapírt helyeztek, ami nem vágta el teljesen a hengert. Amikor az áram áthaladt a hengeren, a porrészecskéket bizonyos módon orientálni kellett a mágneses mező áram.

1898-ban V. Poulsen dán mérnök gyakorlatilag megvalósította O. Smith hangrögzítési módszerekkel kapcsolatos elképzeléseit. Ezt az évet tekinthetjük az információk mágneses rögzítésének születési évének. V. Poulsen mágneses adathordozóként egy nem mágneses tekercsre tekercselt 1 mm átmérőjű acél zongorahuzalt használt.

Felvétel vagy lejátszás közben a tekercs a vezetékkel együtt forog a mágneses fejhez képest, amely a tengelyével párhuzamosan mozog. Mint a mágneses fejek használt elektromágnesek, amely egy tekercses rúd alakú magból áll, amelynek egyik vége átcsúszott a munkarétegen.

A magasabb mágneses tulajdonságokkal rendelkező mesterséges mágneses anyagok ipari előállítása csak a fémolvasztási technológiák fejlesztése és továbbfejlesztése után vált lehetővé.

A XIX. a fő mágneses anyag az 1,2 ... 1,5% szenet tartalmazó acél. A XIX. század végétől. elkezdték felváltani a szilíciummal ötvözött acélt. A XX. századot a mágneses anyagok számos márkájának létrehozása, a mágnesezési módszerek fejlesztése és egy bizonyos kristályszerkezet létrehozása jellemezte.

1906-ban amerikai szabadalmat adtak ki egy kemény bevonatú mágneslemezre. A rögzítéshez használt mágneses anyagok kényszerítő ereje alacsony volt, ami a nagy maradék induktivitás, a nagy munkaréteg vastagság és az alacsony gyárthatóság együttesen oda vezetett, hogy a mágneses rögzítés gondolata a 20-as évekig gyakorlatilag feledésbe merült. század.

1925-ben a Szovjetunióban és 1928-ban Németországban dolgoztak ki olyan rögzítési adathordozókat, amelyek rugalmas papír vagy műanyag szalag, amelyre karbonilvasat tartalmazó porréteget visznek fel.

A múlt század 20-as éveiben. mágneses anyagokat hoznak létre vas és nikkel (permaloid) és vas és kobalt (permendura) ötvözetei alapján. A nagyfrekvenciás használathoz ferrokártyák állnak rendelkezésre, amelyek laminált papírból készülnek, amely lakkal van bevonva, és benne vaspor részecskék vannak elosztva.

1928-ban Németországban mikron méretű részecskékből álló vasport szereztek be, amelyet gyűrűk és rudak formájában töltőanyagként javasoltak magok gyártásához.A permalloy első alkalmazása a távíró relé felépítésében ugyanebbe az időszakba tartozik.

A permalloy és a permendyur drága összetevőket – nikkelt és kobaltot – tartalmaz, ezért alternatív anyagokat fejlesztettek ki azokban az országokban, ahol nincs megfelelő nyersanyag.

1935-ben H. Masumoto (Japán) megalkotta a szilíciummal és alumíniummal ötvözött vas alapú ötvözetet (alcifer).

Az 1930-as években. Megjelentek a vas-nikkel-alumínium ötvözetek (YUNDK), amelyek nagy (akkori) kényszerítő erővel és fajlagos mágneses energiával rendelkeztek. Az ilyen ötvözeteken alapuló mágnesek ipari gyártása az 1940-es években kezdődött.

Ezzel párhuzamosan különféle fajtájú ferriteket fejlesztettek ki, és nikkel-cink és mangán-cink ferriteket állítottak elő. Ebbe az évtizedbe beletartozott a permaloid és karbonil vaspor alapú magneto-dielektrikumok kifejlesztése és alkalmazása is.

Ugyanezen években olyan fejlesztéseket javasoltak, amelyek a mágneses rögzítés fejlesztésének alapját képezték. 1935-ben Németországban megalkották a Magnetofon-K1 névre keresztelt készüléket, amelyben egy mágnesszalagot használtak a hang rögzítésére, amelynek munkarétege magnetitből állt.

1939-ben F. Matthias (IG Farben / BASF) kifejlesztett egy többrétegű szalagot, amely hátlapból, ragasztóból és gamma vas-oxidból áll. A permaloid alapú mágneses maggal rendelkező gyűrűs mágnesfejeket lejátszáshoz és rögzítéshez hozták létre.

Az 1940-es években. a radartechnika fejlődése egy elektromágneses hullám és a mágnesezett ferrit kölcsönhatásának vizsgálatához vezetett. 1949-ben W. Hewitt megfigyelte a ferromágneses rezonancia jelenségét a ferritekben. Az 1950-es évek elején.Megkezdődnek a ferrit alapú segédtápegységek gyártása.

Az 1950-es években. Japánban megkezdődött a kemény mágneses ferritek kereskedelmi gyártása, amelyek olcsóbbak voltak, mint a YUNDK ötvözetek, de a fajlagos mágneses energia tekintetében alacsonyabbak voltak náluk. Ugyanebbe az időszakba nyúlik vissza a mágnesszalagok számítógépes információtárolásra és televíziós adások rögzítésére való használatának kezdete.

A múlt század 60-as éveiben. A kobalt ittrium és szamárium vegyületein alapuló mágneses anyagok fejlesztése folyamatban van, amely a következő évtizedben különböző típusú hasonló anyagok ipari megvalósításához és továbbfejlesztéséhez vezet.

A múlt század 70-es éveiben. a vékony mágneses filmek előállítására szolgáló technológiák fejlődése elterjedt információrögzítésre és -tárolásra.

A múlt század 80-as éveiben. Megkezdődik az NdFeB rendszeren alapuló szinterezett mágnesek kereskedelmi gyártása. Körülbelül ugyanebben az időben indult meg az amorf, majd valamivel később a nanokristályos mágneses ötvözetek gyártása, amelyek a permaloid, illetve egyes esetekben az elektromos acélok alternatívájává váltak.

A nanométer vastagságú mágneses rétegeket tartalmazó többrétegű filmek óriási mágneses ellenállás-effektusának 1985-ös felfedezése megalapozta az elektronika új irányvonalát - a spinelektronikát (spintronikát).

A múlt század 90-es éveiben. Az SmFeN rendszeren alapuló vegyületeket a kompozit keménymágneses anyagok spektrumába adták, és 1995-ben felfedezték a mágneses ellenállás alagút hatását.

2005-benfelfedezték az óriási alagút mágneses ellenállási hatását. Ezt követően az óriás- és alagút mágneses ellenállás hatásán alapuló szenzorokat fejlesztettek ki és helyeztek gyártásba, amelyeket merev mágneslemezek kombinált rögzítő / reprodukciós fejeiben, mágnesszalagos eszközökben stb. Véletlen elérésű memóriaeszközöket is létrehoztak.

2006-ban megkezdődött a merőleges mágneses rögzítéshez szükséges mágneslemezek ipari gyártása. A tudomány fejlődése, az új technológiák és berendezések fejlesztése nemcsak új anyagok létrehozását teszi lehetővé, hanem a korábban elkészítettek tulajdonságainak javítását is.

A XXI. század eleje a mágneses anyagok felhasználásával kapcsolatos kutatások következő főbb területeivel jellemezhető:

• az elektronikában - a berendezések méretének csökkentése a lapos és vékonyfilmes eszközök bevezetése miatt;

• az állandó mágnesek fejlesztésében - az elektromágnesek cseréje különféle eszközökben;

• tárolóeszközökben - a memóriacella méretének csökkentése és a sebesség növelése;

• elektromágneses árnyékolásban - az elektromágneses árnyékolások hatékonyságának növelése széles frekvenciatartományban, miközben csökkenti vastagságukat;

• tápegységekben – a mágneses anyagok felhasználásának frekvenciatartományának korlátainak kiterjesztése;

• mágneses részecskéket tartalmazó folyékony, inhomogén közegben – hatékony alkalmazási területük kiterjesztése;

• különböző típusú érzékelők fejlesztésében és létrehozásában – a kínálat bővítése és a műszaki jellemzők (különösen az érzékenység) javítása új anyagok és technológiák alkalmazásával.