Die Geschichte der Herstellung und Verwendung magnetischer Materialien

Die Geschichte der Verwendung magnetischer Materialien ist untrennbar mit der Entdeckungs- und Forschungsgeschichte verbunden magnetische Phänomenesowie die Geschichte der Entwicklung magnetischer Materialien und der Verbesserung ihrer Eigenschaften.

Erste Erwähnungen für magnetische Materialien reichen bis in die Antike zurück, als Magnete zur Behandlung verschiedener Krankheiten eingesetzt wurden.

Das erste Gerät aus einem natürlichen Material (Magnetit) wurde in China während der Han-Dynastie (206 v. Chr. – 220 n. Chr.) hergestellt. Im Lunheng-Text (1. Jahrhundert n. Chr.) wird es wie folgt beschrieben: „Dieses Werkzeug sieht aus wie ein Löffel, und wenn man es auf einen Teller legt, dann zeigt sein Griff nach Süden.“ Obwohl ein solches „Gerät“ für die Geomantie verwendet wurde, gilt es als Prototyp des Kompasses.

Prototyp des in China während der Han-Dynastie hergestellten Kompasses: ein lebensgroßes Modell; b – Denkmal der Erfindung

Bis etwa zum Ende des 18. Jahrhunderts.Die magnetischen Eigenschaften von natürlichem, natürlich magnetisiertem Magnetit und dem damit magnetisierten Eisen wurden nur zur Herstellung von Kompassen genutzt, obwohl es Legenden über Magnete gibt, die am Eingang eines Hauses installiert wurden, um Eisenwaffen aufzuspüren, die unter einem Kompass versteckt sein könnten Kleidung der ankommenden Person.

Obwohl magnetische Materialien jahrhundertelang nur für die Herstellung von Kompassen verwendet wurden, beschäftigten sich viele Wissenschaftler mit der Erforschung magnetischer Phänomene (Leonardo da Vinci, J. della Porta, V. Gilbert, G. Galileo, R. Descartes, M. Lomonosov usw.), der zur Entwicklung der Wissenschaft des Magnetismus und der Verwendung magnetischer Materialien beitrug.

Die damals verwendeten Kompassnadeln waren von Natur aus magnetisiert bzw. magnetisiert natürlicher Magnetit… Erst 1743 bog D. Bernoulli den Magneten und gab ihm die Form eines Hufeisens, was seine Stärke erheblich erhöhte.

Im 19. Jahrhundert. Die Erforschung des Elektromagnetismus sowie die Entwicklung geeigneter Geräte haben die Voraussetzungen für den breiten Einsatz magnetischer Materialien geschaffen.

Im Jahr 1820 entdeckte HC Oersted den Zusammenhang zwischen Elektrizität und Magnetismus. Basierend auf seiner Entdeckung stellte W. Sturgeon 1825 den ersten Elektromagneten her, einen mit dielektrischem Lack überzogenen Eisenstab von 30 cm Länge und 1,3 cm Durchmesser, der in Form eines Hufeisens gebogen war und auf dem sich 18 Drahtwindungen befanden Wunde, die durch Kontakt mit einer elektrischen Batterie verbunden ist. Das magnetisierte Eisenhufeisen kann eine Last von 3600 g tragen.

Stör-Elektromagnet (die gestrichelte Linie zeigt die Position des beweglichen elektrischen Kontakts, wenn der Stromkreis geschlossen ist)

Aus derselben Zeit stammen die Arbeiten von P. Barlow zur Reduzierung des Einflusses des von den umgebenden eisenhaltigen Teilen erzeugten Magnetfelds auf Schiffskompasse und Chronometer. Barlow war der erste, der Vorrichtungen zur Abschirmung von Magnetfeldern in die Praxis umsetzte.

Erste praktische Anwendung magnetische Kreise im Zusammenhang mit der Geschichte der Erfindung des Telefons. Im Jahr 1860 demonstrierte Antonio Meucci mit einem Gerät namens Teletrophone die Fähigkeit, Töne über Kabel zu übertragen. Die Priorität von A. Meucci wurde erst 2002 anerkannt, bis dahin galt A. Bell als Erfinder des Telefons, obwohl sein Erfindungsantrag aus dem Jahr 1836 fünf Jahre später als der Antrag von A. Meucci eingereicht wurde.

Mit Hilfe von konnte T.A.Edison den Ton des Telefons verstärken Transformator, 1876 gleichzeitig von P. N. Yablochkov und A. Bell patentiert.

Im Jahr 1887 veröffentlichte P. Janet ein Werk, in dem er ein Gerät zur Aufzeichnung von Schallschwingungen beschrieb. In den Längsschlitz des hohlen Metallzylinders wurde pulverbeschichtetes Stahlpapier eingelegt, wodurch der Zylinder nicht vollständig durchtrennt wurde. Wenn der Strom durch den Zylinder floss, mussten die Staubpartikel unter der Einwirkung von auf eine bestimmte Weise ausgerichtet werden Magnetfeldstrom.

Im Jahr 1898 setzte der dänische Ingenieur V. Poulsen die Ideen von O. Smith zu Tonaufzeichnungsmethoden praktisch um. Dieses Jahr kann als Geburtsjahr der magnetischen Informationsaufzeichnung angesehen werden. V. Poulsen verwendete als magnetisches Aufzeichnungsmedium einen Stahlpianodraht mit einem Durchmesser von 1 mm, der auf eine nichtmagnetische Rolle gewickelt war.

Während der Aufnahme oder Wiedergabe dreht sich die Spule zusammen mit dem Draht relativ zum Magnetkopf, der sich parallel zu seiner Achse bewegt. Wie Magnetköpfe gebrauchte Elektromagnete, bestehend aus einem stabförmigen Kern mit einer Spule, deren eines Ende über die Arbeitsschicht gleitet.

Die industrielle Produktion künstlicher magnetischer Materialien mit höheren magnetischen Eigenschaften wurde erst nach der Entwicklung und Verbesserung der Metallschmelztechnologien möglich.

Im 19. Jahrhundert. Das wichtigste magnetische Material ist Stahl mit 1,2 ... 1,5 % Kohlenstoff. Vom Ende des 19. Jahrhunderts. begann durch mit Silizium legierten Stahl ersetzt zu werden. 20. Jahrhundert gekennzeichnet durch die Schaffung vieler Marken magnetischer Materialien, die Verbesserung der Methoden zu ihrer Magnetisierung und die Schaffung einer bestimmten Kristallstruktur.

1906 wurde in den USA ein Patent für eine hartbeschichtete Magnetplatte erteilt. Die Koerzitivkraft der zur Aufzeichnung verwendeten magnetischen Materialien war gering, was in Kombination mit einer hohen Restinduktivität, einer großen Dicke der Arbeitsschicht und einer geringen Herstellbarkeit dazu führte, dass die Idee der magnetischen Aufzeichnung bis in die 20er Jahre praktisch in Vergessenheit geriet Jahrhundert.

1925 wurden in der UdSSR und 1928 in Deutschland Aufzeichnungsmedien entwickelt, bei denen es sich um flexibles Papier oder Kunststoffband handelt, auf das eine Schicht Carbonyleisen enthaltendes Pulver aufgetragen wird.

In den 20er Jahren des letzten Jahrhunderts. Magnetische Materialien werden auf Basis von Legierungen aus Eisen mit Nickel (Permaloid) und Eisen mit Kobalt (Permendura) hergestellt. Für den Einsatz bei hohen Frequenzen stehen Ferrocards zur Verfügung, bei denen es sich um laminiertes Material aus mit Lack beschichtetem Papier handelt, in dem Eisenpulverpartikel verteilt sind.

Im Jahr 1928 wurde in Deutschland ein Eisenpulver aus mikrometergroßen Partikeln gewonnen, das als Füllstoff bei der Herstellung von Kernen in Form von Ringen und Stäben verwendet werden sollte.In die gleiche Zeit fällt auch die erste Anwendung von Permalloy beim Bau eines Telegrafenrelais.

Permalloy und Permendyur enthalten teure Komponenten – Nickel und Kobalt, weshalb alternative Materialien in Ländern entwickelt wurden, in denen es an geeigneten Rohstoffen mangelt.

Im Jahr 1935 schuf H. Masumoto (Japan) eine Legierung auf Basis von Eisen, legiert mit Silizium und Aluminium (Alcifer).

In den 1930ern. Es erschienen Eisen-Nickel-Aluminium-Legierungen (YUNDK), die (damals) hohe Werte der Koerzitivkraft und der spezifischen magnetischen Energie aufwiesen. Die industrielle Produktion von Magneten auf Basis solcher Legierungen begann in den 1940er Jahren.

Gleichzeitig wurden Ferrite verschiedener Sorten entwickelt und Nickel-Zink- und Mangan-Zink-Ferrite hergestellt. Dieses Jahrzehnt umfasste auch die Entwicklung und Verwendung von Magnetodielektrika auf Basis von Permaloid- und Carbonyleisenpulvern.

In den gleichen Jahren wurden Entwicklungen vorgeschlagen, die die Grundlage für die Verbesserung der magnetischen Aufzeichnung bildeten. 1935 wurde in Deutschland ein Gerät namens Magnetofon-K1 entwickelt, bei dem zur Tonaufzeichnung ein Magnetband verwendet wurde, dessen Arbeitsschicht aus Magnetit bestand.

1939 entwickelte F. Matthias (IG Farben / BASF) ein Mehrschichtband bestehend aus Träger, Kleber und Gamma-Eisenoxid. Für die Wiedergabe und Aufnahme wurden Ringmagnetköpfe mit einem Magnetkern auf Permaloidbasis entwickelt.

In den 1940er Jahren. Die Entwicklung der Radartechnologie führte zu Untersuchungen der Wechselwirkung einer elektromagnetischen Welle mit magnetisiertem Ferrit. 1949 beobachtete W. Hewitt das Phänomen der ferromagnetischen Resonanz in Ferriten. In den frühen 1950er Jahren.Die Produktion von Hilfsstromversorgungen auf Ferritbasis beginnt.

In den 1950er Jahren. In Japan begann die kommerzielle Produktion von hartmagnetischen Ferriten, die billiger als YUNDK-Legierungen waren, ihnen jedoch hinsichtlich der spezifischen magnetischen Energie unterlegen waren. In dieselbe Zeit fällt auch der Beginn der Nutzung von Magnetbändern zur Speicherung von Informationen in Computern und zur Aufzeichnung von Fernsehsendungen.

In den 60er Jahren des letzten Jahrhunderts. Die Entwicklung magnetischer Materialien auf Basis von Kobaltverbindungen mit Yttrium und Samarium ist im Gange, was im nächsten Jahrzehnt zur industriellen Umsetzung und Verbesserung ähnlicher Materialien verschiedener Art führen wird.

In den 70er Jahren des letzten Jahrhunderts. Die Entwicklung von Technologien zur Herstellung dünner Magnetfilme führte zu deren weit verbreiteter Verwendung zur Aufzeichnung und Speicherung von Informationen.

In den 80er Jahren des letzten Jahrhunderts. Die kommerzielle Produktion von Sintermagneten auf Basis des NdFeB-Systems beginnt. Etwa zur gleichen Zeit begann die Produktion amorpher und etwas später nanokristalliner Magnetlegierungen, die eine Alternative zu Permaloid und in einigen Fällen auch zu Elektrostählen wurden.

Die Entdeckung des Riesenmagnetowiderstandseffekts in Mehrschichtfilmen mit nanometerdicken magnetischen Schichten im Jahr 1985 legte den Grundstein für eine neue Richtung in der Elektronik – die Spinelektronik (Spintronik).

In den 90er Jahren des letzten Jahrhunderts. Auf dem SmFeN-System basierende Verbindungen wurden dem Spektrum der hartmagnetischen Verbundwerkstoffe hinzugefügt und 1995 wurde der Magnetowiderstands-Tunneleffekt entdeckt.

Im Jahr 2005Der Riesentunnelmagnetowiderstandseffekt wurde entdeckt. Danach wurden Sensoren entwickelt und in Produktion genommen, die auf dem Effekt des Riesen- und Tunnelmagnetowiderstands basieren und für den Einsatz in kombinierten Aufnahme-/Wiedergabeköpfen von Hartmagnetplatten, in Magnetbandgeräten usw. vorgesehen sind. Es wurden auch Speichergeräte mit wahlfreiem Zugriff erstellt.

Im Jahr 2006 begann die industrielle Produktion von Magnetplatten für die senkrechte magnetische Aufzeichnung. Die Entwicklung der Wissenschaft, die Entwicklung neuer Technologien und Geräte ermöglichen nicht nur die Schaffung neuer Materialien, sondern auch die Verbesserung der Eigenschaften zuvor geschaffener Materialien.

Der Beginn des 21. Jahrhunderts lässt sich durch folgende Hauptforschungsbereiche im Zusammenhang mit der Verwendung magnetischer Materialien charakterisieren:

• in der Elektronik – Reduzierung der Gerätegröße durch die Einführung von Flach- und Dünnschichtgeräten;

• bei der Entwicklung von Permanentmagneten – Ersatz von Elektromagneten in verschiedenen Geräten;

• in Speichergeräten – Reduzierung der Größe der Speicherzelle und Erhöhung der Geschwindigkeit;

• bei der elektromagnetischen Abschirmung – Erhöhung der Effizienz elektromagnetischer Abschirmungen in einem weiten Frequenzbereich bei gleichzeitiger Reduzierung ihrer Dicke;

• in Stromversorgungen – Erweiterung der Grenzen des Frequenzbereichs, in dem magnetische Materialien verwendet werden;

• in flüssigen inhomogenen Medien mit magnetischen Partikeln – Erweiterung der Bereiche ihrer effektiven Anwendung;

• bei der Entwicklung und Herstellung von Sensoren unterschiedlicher Art – Erweiterung des Sortiments und Verbesserung der technischen Eigenschaften (insbesondere der Empfindlichkeit) durch den Einsatz neuer Materialien und Technologien.