De geschiedenis van de creatie en het gebruik van magnetische materialen

De geschiedenis van het gebruik van magnetische materialen is onlosmakelijk verbonden met de geschiedenis van ontdekking en onderzoek magnetische verschijnselen, evenals de geschiedenis van de ontwikkeling van magnetische materialen en de verbetering van hun eigenschappen.

Eerste vermeldingen voor magnetische materialen dateren uit de oudheid toen magneten werden gebruikt om verschillende aandoeningen te behandelen.

Het eerste apparaat gemaakt van een natuurlijk materiaal (magnetiet) werd geproduceerd in China tijdens de Han-dynastie (206 v.Chr. - 220 n.Chr.). In de Lunheng-tekst (1e eeuw na Christus) wordt het als volgt beschreven: "Dit gereedschap ziet eruit als een lepel, en als je het op een bord legt, wijst het handvat naar het zuiden." Ondanks het feit dat zo'n "apparaat" werd gebruikt voor geomantie, wordt het beschouwd als een prototype van het kompas.

Prototype van het kompas gemaakt in China tijdens de Han-dynastie: a - levensgroot model; b — monument van de uitvinding

Tot ongeveer het einde van de 18e eeuw.de magnetische eigenschappen van natuurlijk natuurlijk gemagnetiseerd magnetiet en het daarmee gemagnetiseerde ijzer werden alleen gebruikt voor de vervaardiging van kompassen, hoewel er legendes zijn van magneten die bij de ingang van een huis werden geïnstalleerd om ijzeren wapens te detecteren die verborgen konden worden onder een kleding van de inkomende persoon.

Ondanks het feit dat magnetische materialen eeuwenlang alleen werden gebruikt voor de vervaardiging van kompassen, waren veel wetenschappers bezig met de studie van magnetische verschijnselen (Leonardo da Vinci, J. della Porta, V. Gilbert, G. Galileo, R. Descartes, M. Lomonosov, etc.), die hebben bijgedragen aan de ontwikkeling van de wetenschap van magnetisme en het gebruik van magnetische materialen.

De destijds gebruikte kompasnaalden waren van nature gemagnetiseerd of gemagnetiseerd natuurlijk magnetiet… Pas in 1743 buigt D. Bernoulli de magneet en geeft hem de vorm van een hoefijzer, waardoor de kracht enorm toeneemt.

In de 19e eeuw. het onderzoek naar elektromagnetisme en de ontwikkeling van geschikte apparaten hebben de voorwaarden geschapen voor het wijdverbreide gebruik van magnetische materialen.

In 1820 ontdekte HC Oersted het verband tussen elektriciteit en magnetisme. Op basis van zijn ontdekking maakte W. Sturgeon in 1825 de eerste elektromagneet, een ijzeren staaf bedekt met diëlektrische lak, 30 cm lang en 1,3 cm in diameter, gebogen in de vorm van een hoefijzer, waarop 18 draadwindingen zaten wond verbonden met een elektrische batterij door contact te maken. Het gemagnetiseerde ijzeren hoefijzer heeft een draagvermogen van 3600 g.

Steurelektromagneet (de stippellijn toont de positie van het beweegbare elektrische contact wanneer het elektrische circuit gesloten is)

De werken van P. Barlow om de invloed op scheepskompassen en chronometers van het magnetische veld gecreëerd door de omringende ijzerhoudende delen te verminderen, behoren tot dezelfde periode. Barlow was de eerste die apparaten voor het afschermen van magnetische velden in de praktijk bracht.

Eerste praktische toepassing magnetische circuits gerelateerd aan de geschiedenis van de uitvinding van de telefoon. In 1860 demonstreerde Antonio Meucci de mogelijkheid om geluiden over draden te verzenden met behulp van een apparaat genaamd de Teletrophone. De prioriteit van A. Meucci werd pas in 2002 erkend, tot dan toe werd A. Bell beschouwd als de maker van de telefoon, ondanks het feit dat zijn uitvindingsaanvraag uit 1836 5 jaar later werd ingediend dan de aanvraag van A. Meucci.

T.A. Edison wist met behulp van het geluid van de telefoon te versterken transformator, gelijktijdig gepatenteerd door PN Yablochkov en A. Bell in 1876.

In 1887 publiceerde P. Janet een werk waarin hij een apparaat beschrijft voor het opnemen van geluidstrillingen. Gepoedercoat staalpapier werd in de longitudinale sleuf van de holle metalen cilinder gestoken, waardoor de cilinder niet volledig werd doorgesneden. Toen de stroom door de cilinder ging, moesten de stofdeeltjes op een bepaalde manier worden georiënteerd onder invloed van magnetische veldstroom.

In 1898 implementeerde de Deense ingenieur V. Poulsen praktisch de ideeën van O. Smith over methoden voor geluidsopname. Dit jaar kan worden beschouwd als het geboortejaar van de magnetische registratie van informatie. V. Poulsen gebruikte als magnetisch opnamemedium een ​​stalen pianosnaar met een diameter van 1 mm gewikkeld op een niet-magnetische rol.

Tijdens het opnemen of afspelen roteert de haspel samen met de draad ten opzichte van de magneetkop, die evenwijdig aan zijn as beweegt. Zoals magneetkoppen gebruikte elektromagneten, bestaande uit een staafvormige kern met een spoel, waarvan een uiteinde over de werklaag gleed.

De industriële productie van kunstmatige magnetische materialen met hogere magnetische eigenschappen werd pas mogelijk na de ontwikkeling en verbetering van metaalsmelttechnologieën.

In de 19e eeuw. het belangrijkste magnetische materiaal is staal met 1,2 ... 1,5% koolstof. Vanaf het einde van de 19e eeuw. begon te worden vervangen door staal gelegeerd met silicium. XX eeuw gekenmerkt door de creatie van vele merken magnetische materialen, de verbetering van methoden voor hun magnetisatie en de creatie van een bepaalde kristalstructuur.

In 1906 werd een Amerikaans patent verleend voor een hardgecoate magnetische schijf. De dwingende kracht van de magnetische materialen die voor opname werden gebruikt, was laag, wat er in combinatie met een hoge restinductantie, grote dikte van de werklaag en lage maakbaarheid toe leidde dat het idee van magnetische opname tot in de jaren 20 praktisch in de vergetelheid raakte eeuw.

In 1925 werden in de USSR en in 1928 in Duitsland opnamemedia ontwikkeld, dit zijn flexibele papieren of plastic tape waarop een laag poeder met carbonylijzer is aangebracht.

In de jaren 20 van de vorige eeuw. magnetische materialen ontstaan ​​op basis van legeringen van ijzer met nikkel (permaloid) en ijzer met kobalt (permendura). Voor gebruik bij hoge frequenties zijn er ferrokaarten verkrijgbaar, dit is gelamineerd materiaal gemaakt van papier bedekt met vernis waarin deeltjes ijzerpoeder zijn verdeeld.

In 1928 werd in Duitsland een ijzerpoeder verkregen dat bestaat uit deeltjes ter grootte van een micron, waarvan werd voorgesteld dat het zou worden gebruikt als vulstof bij de vervaardiging van kernen in de vorm van ringen en staven.De eerste toepassing van permalloy bij de constructie van een telegraafrelais behoort tot dezelfde periode.

Permalloy en permendyur bevatten dure componenten - nikkel en kobalt. Daarom zijn er alternatieve materialen ontwikkeld in landen die geen geschikte grondstoffen hebben.

In 1935 creëerde H. Masumoto (Japan) een legering op basis van ijzer gelegeerd met silicium en aluminium (alcifer).

In de jaren dertig. ijzer-nikkel-aluminiumlegeringen (YUNDK) verschenen, die (op dat moment) hoge waarden van dwangkracht en specifieke magnetische energie hadden. De industriële productie van magneten op basis van dergelijke legeringen begon in de jaren veertig.

Tegelijkertijd werden ferrieten van verschillende variëteiten ontwikkeld en nikkel-zink- en mangaan-zink-ferrieten geproduceerd. Dit decennium omvatte ook de ontwikkeling en het gebruik van magneto-diëlektrica op basis van permaloïde en carbonylijzerpoeders.

In dezelfde jaren werden ontwikkelingen voorgesteld die de basis vormden voor de verbetering van magnetische registratie. In 1935 werd in Duitsland een apparaat genaamd Magnetofon-K1 gemaakt, waarin een magneetband werd gebruikt om geluid op te nemen, waarvan de werklaag uit magnetiet bestond.

In 1939 ontwikkelde F. Matthias (IG Farben / BASF) een meerlaagse tape bestaande uit een drager, lijm en gamma-ijzeroxide. Ring-magneetkoppen met een magnetische kern op basis van permaloid zijn gemaakt voor weergave en opname.

In de jaren veertig. de ontwikkeling van radartechnologie leidde tot studies naar de interactie van een elektromagnetische golf met gemagnetiseerd ferriet. In 1949 observeerde W. Hewitt het fenomeen van ferromagnetische resonantie in ferrieten. Begin jaren vijftig.Op ferriet gebaseerde hulpvoedingen worden geproduceerd.

In de jaren vijftig. In Japan begon de commerciële productie van hardmagnetische ferrieten, die goedkoper waren dan YUNDK-legeringen, maar inferieur aan hen in termen van specifieke magnetische energie. Het begin van het gebruik van magneetbanden om informatie op te slaan in computers en om televisie-uitzendingen op te nemen dateert uit dezelfde periode.

In de jaren 60 van de vorige eeuw. de ontwikkeling van magnetische materialen op basis van verbindingen van kobalt met yttrium en samarium is aan de gang, wat in het volgende decennium zal leiden tot de industriële implementatie en verbetering van vergelijkbare materialen van verschillende typen.

In de jaren 70 van de vorige eeuw. de ontwikkeling van technologieën voor de productie van dunne magnetische films leidde tot hun wijdverbreide gebruik voor het opnemen en opslaan van informatie.

In de jaren 80 van de vorige eeuw. commerciële productie van gesinterde magneten op basis van het NdFeB-systeem begint. Rond dezelfde tijd begon de productie van amorfe en iets later nanokristallijne magnetische legeringen, die een alternatief werden voor permaloïde en in sommige gevallen voor elektrisch staal.

De ontdekking in 1985 van het gigantische magnetoweerstandseffect in meerlagige films met nanometer dikke magnetische lagen legde de basis voor een nieuwe richting in de elektronica - spinelektronica (spintronica).

In de jaren 90 van de vorige eeuw. Verbindingen op basis van het SmFeN-systeem werden toegevoegd aan het spectrum van samengestelde hardmagnetische materialen en in 1995 werd het magnetoweerstand-tunneleffect ontdekt.

In 2005het gigantische tunnelmagnetoweerstandseffect werd ontdekt. Daarna werden sensoren ontwikkeld en in productie genomen op basis van het effect van reuzen- en tunnelmagnetoweerstand, bedoeld voor gebruik in gecombineerde opname-/reproductiekoppen van harde magnetische schijven, in magneetbandapparaten, enz. Er werden ook geheugenapparaten met willekeurige toegang gemaakt.

In 2006 begon de industriële productie van magnetische schijven voor loodrechte magnetische opname. De ontwikkeling van de wetenschap, de ontwikkeling van nieuwe technologieën en apparatuur maken het niet alleen mogelijk om nieuwe materialen te creëren, maar ook om de kenmerken van eerder gemaakte materialen te verbeteren.

Het begin van de eenentwintigste eeuw kan worden gekenmerkt door de volgende hoofdgebieden van onderzoek met betrekking tot het gebruik van magnetische materialen:

• in elektronica — verkleining van apparatuur door de introductie van platte en dunne-filmapparaten;

• bij de ontwikkeling van permanente magneten — vervanging van elektromagneten in verschillende apparaten;

• in opslagapparaten - verkleining van de geheugencel en verhoging van de snelheid;

• in elektromagnetische afscherming - verhoging van de efficiëntie van elektromagnetische afschermingen in een breed frequentiebereik terwijl hun dikte wordt verminderd;

• in voedingen - uitbreiding van de grenzen van het frequentiebereik waarin magnetische materialen worden gebruikt;

• in vloeibare inhomogene media met magnetische deeltjes - uitbreiding van de gebieden van hun effectieve toepassing;

• bij de ontwikkeling en creatie van sensoren van verschillende typen - uitbreiding van het bereik en verbetering van technische kenmerken (vooral gevoeligheid) door het gebruik van nieuwe materialen en technologieën.