Историјат настанка и употребе магнетних материјала

Историја употребе магнетних материјала нераскидиво је повезана са историјом открића и истраживања магнетне појаве, као и историјат развоја магнетних материјала и побољшање њихових својстава.

Први спомени за магнетне материјале датирају још из античких времена када су магнети коришћени за лечење разних болести.

Први уређај направљен од природног материјала (магнетита) произведен је у Кини током династије Хан (206. пне - 220. године нове ере). У тексту Лунхенг (1. век нове ере) описано је на следећи начин: „Овај алат изгледа као кашика, а ако га ставите на тањир, онда ће му дршка показивати на југ“. Упркос чињеници да је такав "уређај" коришћен за геомантију, сматра се прототипом компаса.

Прототип компаса створеног у Кини за време династије Хан: а — модел у природној величини; б — споменик проналаска

Отприлике до краја 18. века.магнетна својства природног магнетита и гвожђа намагнетисаног њиме коришћена су само за израду компаса, иако постоје легенде о магнетима који су постављани на улазу у кућу како би се открило гвоздено оружје које се могло сакрити испод одећу долазеће особе.

Упркос чињеници да су се вековима магнетни материјали користили само за израду компаса, многи научници су се бавили проучавањем магнетних појава (Леонардо да Винчи, Ј. дела Порта, В. Гилберт, Г. Галилеј, Р. Декарт, М. Ломоносов и др.), који су допринели развоју науке о магнетизму и употреби магнетних материјала.

Игле компаса које су се користиле у то време биле су природно магнетизоване или магнетизоване природни магнетит… Тек 1743. године Д. Бернули је савио магнет и дао му облик потковице, што је умногоме повећало његову снагу.

У КСИКС веку. истраживањем електромагнетизма као и развојем одговарајућих уређаја створени су предуслови за широку употребу магнетних материјала.

1820. ХЦ Ерстед је открио везу између електрицитета и магнетизма. На основу свог открића, В. Стургеон је 1825. године направио први електромагнет, који је био гвоздена шипка прекривена диелектричним лаком, дужине 30 цм и пречника 1,3 цм, савијена у облику потковице, на којој је било 18 завоја жице. рана повезана са електричном батеријом успостављањем контакта. Магнетизована гвоздена потковица може да издржи оптерећење од 3600 г.

Стургеон електромагнет (испрекидана линија показује положај покретног електричног контакта када је електрично коло затворено)

Истом периоду припадају и радови П. Барлоуа на смањењу утицаја магнетног поља које стварају околни делови који садрже гвожђе на компасе и хронометре бродова. Барлоу је био први који је применио уређаје за заштиту магнетног поља у пракси.

Прва практична примена магнетна кола везано за историју проналаска телефона. Антонио Меуцци је 1860. демонстрирао способност преноса звукова преко жица помоћу уређаја који се зове Телетрофон. Приоритет А. Меуцција признат је тек 2002. године, а до тада се А. Белл сматрао креатором телефона, упркос чињеници да је његова пријава за проналазак из 1836. године поднета 5 година касније од пријаве А. Меуцција.

Т.А.Едисон је могао да појача звук телефона уз помоћ трансформатор, који су истовремено патентирали П. Н. Јаблочков и А. Белл 1876. године.

Године 1887. П. Јанет је објавио рад у којем је описан уређај за снимање звучних вибрација. Челични папир премазан прахом уметнут је у уздужни прорез шупљег металног цилиндра, који није у потпуности пресекао цилиндар. Када је струја прошла кроз цилиндар, честице прашине су морале бити оријентисане на одређени начин под дејством струја магнетног поља.

1898. дански инжењер В. Поулсен је практично применио идеје О. Смита о методама снимања звука. Ова година се може сматрати годином рођења магнетног записа информација. В. Поулсен је као магнетни медиј за снимање користио челичну клавирску жицу пречника 1 мм намотану на немагнетну ролну.

Током снимања или репродукције, колут заједно са жицом ротира у односу на магнетну главу, која се креће паралелно са својом осом. Као магнетне главе коришћени електромагнети, који се састоји од језгра у облику шипке са намотајем, чији је један крај клизио преко радног слоја.

Индустријска производња вештачких магнетних материјала са вишим магнетним карактеристикама постала је могућа тек након развоја и унапређења технологија топљења метала.

У КСИКС веку. главни магнетни материјал је челик који садржи 1,2 ... 1,5% угљеника. Од краја КСИКС века. почео да се замењује челиком легираним силицијумом. КСКС век карактерише стварање многих марки магнетних материјала, унапређење метода њихове магнетизације и стварање одређене кристалне структуре.

Године 1906. издат је амерички патент за тврдо обложени магнетни диск. Присилна сила магнетних материјала коришћених за снимање била је мала, што је у комбинацији са високом заосталом индуктивношћу, великом дебљином радног слоја и ниском обрадивости довело до тога да је идеја о магнетном снимању била практично заборављена све до 20-их година прошлог века. века.

Године 1925. у СССР-у и 1928. у Немачкој развијени су медији за снимање, који су флексибилни папир или пластична трака на коју се наноси слој праха који садржи карбонил гвожђе.

У 20-им годинама прошлог века. магнетни материјали се стварају на бази легура гвожђа са никлом (пермалоид) и гвожђа са кобалтом (пермендура). За употребу на високим фреквенцијама доступни су ферокарти, који су ламинирани материјал направљен од папира премазаног лаком са распоређеним честицама гвожђеног праха.

Године 1928. у Немачкој је добијен гвоздени прах који се састоји од честица микронске величине, за који је предложено да се користи као пунило у производњи језгара у облику прстенова и шипки.Истом периоду припада и прва примена пермалоја у конструкцији телеграфског релеја.

Пермалој и перменђур укључују скупе компоненте — никл и кобалт, због чега су развијени алтернативни материјали у земљама којима недостају одговарајуће сировине.

Године 1935. Х. Масумото (Јапан) створио је легуру на бази гвожђа легираног силицијумом и алуминијумом (алцифер).

Тридесетих година прошлог века. Појавиле су се легуре гвожђе-никл-алуминијум (ИУНДК) које су имале високе (у то време) вредности коерцитивне силе и специфичне магнетне енергије. Индустријска производња магнета на бази таквих легура почела је 1940-их година.

Истовремено су развијени ферити разних варијанти и произведени никл-цинк и манган-цинк ферити. Ова деценија је такође укључивала развој и употребу магнето-диелектрика на бази пермалоидног и карбонилног гвожђа у праху.

Током истих година предложени су развоји који су чинили основу за унапређење магнетног снимања. Године 1935. у Немачкој је створен уређај под називом Магнетофон-К1, у коме је за снимање звука коришћена магнетна трака чији се радни слој састојао од магнетита.

Године 1939, Ф. Маттхиас (ИГ Фарбен / БАСФ) развио је вишеслојну траку која се састоји од подлоге, лепка и гама гвожђе оксида. Прстенасте магнетне главе са магнетним језгром на бази пермалоида су креиране за репродукцију и снимање.

1940-их година. развој радарске технологије довео је до проучавања интеракције електромагнетног таласа са магнетизованим феритом. В. Хевитт је 1949. године посматрао феномен феромагнетне резонанце у феритима. Почетком 1950-их.Почињу да се производе помоћни извори напајања на бази ферита.

Педесетих година прошлог века. У Јапану је почела комерцијална производња тврдих магнетних ферита, који су били јефтинији од легура ИУНДК, али им инфериорни по специфичној магнетној енергији. Из истог периода датира и почетак употребе магнетних трака за чување информација у рачунарима и за снимање телевизијских емисија.

Шездесетих година прошлог века. у току је развој магнетних материјала на бази једињења кобалта са итријумом и самаријумом, који ће у наредној деценији довести до индустријске имплементације и усавршавања сличних материјала разних врста.

70-их година прошлог века. развој технологија за производњу танких магнетних филмова довео је до њихове широке употребе за снимање и чување информација.

80-их година прошлог века. почиње комерцијална производња синтерованих магнета на бази НдФеБ система. Отприлике у исто време почела је производња аморфних, а нешто касније и нанокристалних магнетних легура, које су постале алтернатива пермалоиду, ау неким случајевима и електричним челицима.

Откриће 1985. џиновског ефекта магнетоотпорности у вишеслојним филмовима који садрже магнетне слојеве дебљине нанометара поставило је основу за нови правац у електроници - спин електронику (спинтроника).

90-их година прошлог века. У спектар композитних тврдих магнетних материјала додата су једињења заснована на систему СмФеН и 1995. године откривен је ефекат тунелирања магнетоотпорности.

Године 2005откривен је џиновски ефекат магнетоотпорности тунела. Након тога су развијени и пуштени у производњу сензори засновани на ефекту џиновске и тунелске магнетоотпорности, намењени за употребу у комбинованим главама за снимање/репродукцију тврдих магнетних дискова, у уређајима са магнетном траком итд. Направљени су и меморијски уређаји са случајним приступом.

2006. године почела је индустријска производња магнетних дискова за вертикално магнетно снимање. Развој науке, развој нових технологија и опреме омогућавају не само стварање нових материјала, већ и побољшање карактеристика претходно створених.

Почетак КСКСИ века може се окарактерисати следећим главним областима истраживања у вези са употребом магнетних материјала:

• у електроници — смањење величине опреме због увођења равних и танкослојних уређаја;

• у развоју трајних магнета — замена електромагнета у разним уређајима;

• у уређајима за складиштење — смањење величине меморијске ћелије и повећање брзине;

• у електромагнетној заштити — повећање ефикасности електромагнетних штитова у широком фреквентном опсегу уз смањење њихове дебљине;

• у изворима напајања — ширење граница фреквентног опсега у коме се користе магнетни материјали;

• у течним нехомогеним медијима са магнетним честицама — ширење области њихове ефикасне примене;

• у развоју и стварању сензора различитих типова — проширење домета и побољшање техничких карактеристика (нарочито осетљивости) коришћењем нових материјала и технологија.