ההיסטוריה של היצירה והשימוש בחומרים מגנטיים

ההיסטוריה של השימוש בחומרים מגנטיים קשורה קשר בל יינתק עם ההיסטוריה של הגילוי והמחקר תופעות מגנטיות, כמו גם ההיסטוריה של התפתחות חומרים מגנטיים ושיפור תכונותיהם.

אזכורים ראשונים עבור חומרים מגנטיים מתוארכים לתקופות קדומות כאשר מגנטים שימשו לטיפול במחלות שונות.

המכשיר הראשון העשוי מחומר טבעי (מגנטיט) יוצר בסין בתקופת שושלת האן (206 לפנה"ס - 220 לספירה). בטקסט לונהנג (המאה הראשונה לספירה) הוא מתואר כך: "כלי זה נראה כמו כפית, ואם שמים אותו על צלחת, אז הידית שלו תצביע לכיוון דרום". למרות העובדה ש"מכשיר" כזה שימש לגיאומנציה, הוא נחשב לאב טיפוס של המצפן.

אב טיפוס של המצפן שנוצר בסין בתקופת שושלת האן: דגם - בגודל טבעי; ב - אנדרטה של ​​ההמצאה

עד סוף המאה ה-18 בערך.התכונות המגנטיות של מגנטיט טבעי ממוגנט טבעי והברזל הממוגנט בעזרתו שימשו רק לייצור מצפנים, אם כי יש אגדות על מגנטים שהותקנו בכניסה לבית על מנת לזהות כלי נשק מברזל שניתן להחביא תחת הבגדים של האדם הנכנס.

למרות העובדה שבמשך מאות שנים חומרים מגנטיים שימשו רק לייצור מצפנים, מדענים רבים עסקו בחקר תופעות מגנטיות (לאונרדו דה וינצ'י, ג'יי דלה פורטה, ו' גילברט, ג' גלילאו, ר' דקארט, מ' לומונוסוב וכו'), שתרם לפיתוח מדע המגנטיות והשימוש בחומרים מגנטיים.

מחטי המצפן שהיו בשימוש באותה תקופה היו ממוגנטות או ממוגנטות באופן טבעי מגנטיט טבעי... רק בשנת 1743 כופף ד' ברנולי את המגנט ונתן לו צורה של פרסה, מה שהגדיל מאוד את כוחו.

במאה ה- XIX. מחקר האלקטרומגנטיות כמו גם פיתוח מכשירים מתאימים יצרו תנאים מוקדמים לשימוש נרחב בחומרים מגנטיים.

בשנת 1820 גילה HC Oersted את הקשר בין חשמל למגנטיות. בהתבסס על תגליתו, W. Sturgeon יצר בשנת 1825 את האלקטרומגנט הראשון, שהיה מוט ברזל מכוסה בלכה דיאלקטרית, באורך 30 ס"מ ובקוטר 1.3 ס"מ, כפוף בצורת פרסה, שעליו היו 18 סיבובים של תיל. פצע מחובר לסוללה חשמלית על ידי יצירת מגע. פרסת הברזל הממגנטת יכולה להחזיק עומס של 3600 גרם.

אלקטרומגנט חדקן (הקו המקווקו מראה את מיקום המגע החשמלי הניתן להזזה כאשר המעגל החשמלי סגור)

עבודותיו של פ' בארלו להפחתת ההשפעה על מצפני הספינות והכרונומטרים של השדה המגנטי שנוצר על ידי החלקים המכילים ברזל שמסביב שייכים לאותה תקופה. בארלו היה הראשון שהוציא לפועל התקני מיגון שדה מגנטי.

יישום מעשי ראשון מעגלים מגנטיים קשור להיסטוריה של המצאת הטלפון. בשנת 1860, אנטוניו מיוצ'י הדגים את היכולת להעביר צלילים על חוטים באמצעות מכשיר שנקרא טלטרופון. העדיפות של א' מיוצ'י הוכרה רק בשנת 2002, עד אז נחשב א' בל ליוצר הטלפון, למרות העובדה שבקשת ההמצאה שלו משנת 1836 הוגשה 5 שנים מאוחר יותר מהבקשה של א' מיוצ'י.

T.A.Edison הצליח להגביר את צליל הטלפון בעזרת שַׁנַאיפטנט בו-זמנית על ידי P. N. Yablochkov ו-A. Bell בשנת 1876.

בשנת 1887 פרסם פ' ג'נט עבודה המתארת ​​מכשיר להקלטת רעידות קול. נייר פלדה מצופה אבקה הוכנס לחריץ האורך של גליל המתכת החלול, שלא חתך את הגליל לחלוטין. כאשר הזרם עבר דרך הגליל, חלקיקי האבק היו צריכים להיות מכוונים בצורה מסוימת תחת הפעולה של זרם שדה מגנטי.

בשנת 1898, המהנדס הדני V. Poulsen יישם באופן מעשי את רעיונותיו של O. Smith לגבי שיטות הקלטת קול. שנה זו יכולה להיחשב כשנת הלידה של הרישום המגנטי של המידע. V. Poulsen השתמש כאמצעי הקלטה מגנטי בחוט פסנתר מפלדה בקוטר של 1 מ"מ מלופף על גליל לא מגנטי.

במהלך הקלטה או השמעה, הסליל יחד עם החוט מסתובב ביחס לראש המגנטי, שנע במקביל לציר שלו. כמו ראשים מגנטיים השתמשו באלקטרומגנטים, המורכבת מליבה בצורת מוט עם סליל, שקצהו האחד החליק על שכבת העבודה.

הייצור התעשייתי של חומרים מגנטיים מלאכותיים בעלי מאפיינים מגנטיים גבוהים יותר התאפשר רק לאחר פיתוח ושיפור של טכנולוגיות התכת מתכות.

במאה ה- XIX. החומר המגנטי העיקרי הוא פלדה המכילה 1.2 ... 1.5% פחמן. מסוף המאה ה- XIX. החלו להיות מוחלפים בפלדה סגסוגת בסיליקון. המאה העשרים מאופיינת ביצירת מותגים רבים של חומרים מגנטיים, שיפור שיטות המגנטות שלהם ויצירת מבנה גבישי מסוים.

בשנת 1906 הונפק פטנט אמריקאי על דיסק מגנטי מצופה קשיח. כוח הכפייה של החומרים המגנטיים ששימשו להקלטה היה נמוך, מה שבשילוב עם השראות שיורית גבוהה, עובי גדול של שכבת העבודה ויכולת ייצור נמוכה, הובילו לכך שהרעיון של הקלטה מגנטית כמעט נשכח עד שנות ה-20 מֵאָה.

בשנת 1925 בברית המועצות וב-1928 בגרמניה פותחו אמצעי הקלטה שהם נייר גמיש או סרט פלסטיק שעליו מונחת שכבת אבקה המכילה ברזל קרבוניל.

בשנות ה-20 של המאה הקודמת. חומרים מגנטיים נוצרים על בסיס סגסוגות של ברזל עם ניקל (פרמלואיד) וברזל עם קובלט (פרמנדורה). לשימוש בתדרים גבוהים, זמינים כרטיסי ferrocard, שהם חומר למינציה העשוי מנייר מצופה בלכה עם חלקיקי אבקת ברזל המופצים בו.

בשנת 1928 התקבלה בגרמניה אבקת ברזל המורכבת מחלקיקים בגודל מיקרון, שהוצעה לשמש כחומר מילוי בייצור ליבות בצורת טבעות ומוטות.היישום הראשון של permalloy בבניית ממסר טלגרף שייך לאותה תקופה.

Permalloy ו-permendyur כוללים רכיבים יקרים - ניקל וקובלט, וזו הסיבה שפותחו חומרים חלופיים במדינות חסרות חומרי גלם מתאימים.

בשנת 1935, H. Masumoto (יפן) יצר סגסוגת המבוססת על ברזל סגסוגת עם סיליקון ואלומיניום (אלציפר).

בשנות ה-30. הופיעו סגסוגות ברזל-ניקל-אלומיניום (YUNDK), שהיו להן ערכים גבוהים (באותה תקופה) של כוח כפייה ואנרגיה מגנטית ספציפית. הייצור התעשייתי של מגנטים המבוססים על סגסוגות כאלה החל בשנות הארבעים.

במקביל פותחו פריטים מזנים שונים ויוצרו פריטי ניקל-אבץ ומנגן-אבץ. עשור זה כלל גם פיתוח ושימוש במגנטו-דיאלקטריות המבוססות על אבקות ברזל פרמלואיד וקרבוניל.

במהלך אותן שנים הוצעו פיתוחים שהיוו את הבסיס לשיפור ההקלטה המגנטית. בשנת 1935 נוצר בגרמניה מכשיר בשם Magnetofon-K1, שבו השתמשו בסרט מגנטי להקלטת קול, ששכבת העבודה שלו הייתה מורכבת ממגנטיט.

בשנת 1939, F. Matthias (IG Farben / BASF) פיתח סרט רב-שכבתי המורכב מגב, דבק ותחמוצת ברזל גמא. ראשי טבעת מגנטיים עם ליבה מגנטית המבוססת על פרמלואיד נוצרו להשמעה והקלטה.

בשנות הארבעים. התפתחות טכנולוגיית המכ"ם הובילה למחקרים על האינטראקציה של גל אלקטרומגנטי עם פריט ממוגנט. בשנת 1949, W. Hewitt צפה בתופעה של תהודה פרומגנטית בפריטים. בתחילת שנות ה-50.מתחילים לייצר ספקי כוח עזר מבוססי פריט.

בשנות החמישים. ביפן החל ייצור מסחרי של פריטים מגנטיים קשים, שהיו זולים יותר מסגסוגות YUNDK, אך נחותים מהם מבחינת אנרגיה מגנטית ספציפית. תחילת השימוש בסרטים מגנטים לאחסון מידע במחשבים ולהקלטת שידורי טלוויזיה החלה עוד באותה תקופה.

בשנות ה-60 של המאה הקודמת. בעיצומו של פיתוח חומרים מגנטיים המבוססים על תרכובות של קובלט עם איטריום וסמריום, אשר בעשור הקרוב יוביל ליישום תעשייתי ושיפור של חומרים דומים מסוגים שונים.

בשנות ה-70 של המאה הקודמת. הפיתוח של טכנולוגיות לייצור סרטים מגנטיים דקים הוביל לשימוש נרחב שלהם להקלטה ואחסון מידע.

בשנות ה-80 של המאה הקודמת. מתחיל ייצור מסחרי של מגנטים סינטרים המבוססים על מערכת NdFeB. בערך באותו זמן, החל ייצור של סגסוגות מגנטיות אמורפיות, וקצת מאוחר יותר, ננו-גבישיות, שהפכו לחלופה לפרמלואיד, ובמקרים מסוימים, לפלדות חשמליות.

הגילוי בשנת 1985 של אפקט ההתנגדות המגנוטית הענק בסרטים רב-שכבתיים המכילים שכבות מגנטיות בעובי ננומטר הניח את הבסיס לכיוון חדש באלקטרוניקה - אלקטרוניקת ספין (ספינטרוניקה).

בשנות ה-90 של המאה הקודמת. תרכובות המבוססות על מערכת SmFeN נוספו לספקטרום של חומרים מגנטיים קשיחים מרוכבים ובשנת 1995 התגלה אפקט המנהור ההתנגדות למגנטית.

ב 2005התגלה אפקט ההתנגדות המגנטית של המנהרה. לאחר מכן פותחו והוכנסו לייצור חיישנים המבוססים על השפעת ההתנגדות למגנטות ענקית ומנהרה, המיועדים לשימוש בראשי הקלטה/שחזור משולבים של דיסקים מגנטיים קשיחים, במכשירי סרט מגנטי וכו'. נוצרו גם התקני זיכרון בגישה אקראית.

בשנת 2006 החל הייצור התעשייתי של דיסקים מגנטיים להקלטה מגנטית בניצב. התפתחות המדע, פיתוח טכנולוגיות וציוד חדשים מאפשרים לא רק ליצור חומרים חדשים, אלא גם לשפר את המאפיינים של אלה שנוצרו בעבר.

ניתן לאפיין את תחילת המאה ה-21 בתחומי המחקר העיקריים הבאים הקשורים לשימוש בחומרים מגנטיים:

• באלקטרוניקה - הקטנת גודל הציוד עקב הכנסת מכשירים שטוחים ודקים;

• בפיתוח מגנטים קבועים - החלפת אלקטרומגנטים במכשירים שונים;

• בהתקני אחסון - הקטנת גודל תא הזיכרון והגדלת המהירות;

• במיגון אלקטרומגנטי - הגברת היעילות של מגנים אלקטרומגנטיים בטווח תדרים רחב תוך הפחתת עובים;

• בספקי כוח - הרחבת גבולות טווח התדרים שבו נעשה שימוש בחומרים מגנטיים;

• במדיה לא הומוגנית נוזלית עם חלקיקים מגנטיים - הרחבת אזורי היישום היעיל שלהם;

• בפיתוח ויצירה של חיישנים מסוגים שונים - הרחבת הטווח ושיפור מאפיינים טכניים (בעיקר רגישות) באמצעות שימוש בחומרים וטכנולוגיות חדשות.