L'histoire de la création et de l'utilisation des matériaux magnétiques

L'histoire de l'utilisation des matériaux magnétiques est inextricablement liée à l'histoire de la découverte et de la recherche phénomènes magnétiques, ainsi que l'histoire du développement des matériaux magnétiques et l'amélioration de leurs propriétés.

Premières mentions pour matériaux magnétiques remontent à l'Antiquité où les aimants étaient utilisés pour traiter divers maux.

Le premier appareil fait d'un matériau naturel (magnétite) a été produit en Chine sous la dynastie des Han (206 avant JC - 220 après JC). Dans le texte Lunheng (1er siècle après JC), il est décrit comme suit: "Cet outil ressemble à une cuillère, et si vous le mettez sur une assiette, son manche pointe vers le sud." Malgré le fait qu'un tel "appareil" ait été utilisé pour la géomancie, il est considéré comme un prototype de la boussole.

Prototype de la boussole créée en Chine sous la dynastie Han : a — modèle grandeur nature ; b — monument de l'invention

Jusqu'à la fin du XVIIIe siècle environ.les propriétés magnétiques de la magnétite naturelle naturellement magnétisée et du fer magnétisé avec elle n'étaient utilisées que pour la fabrication de compas, bien qu'il existe des légendes d'aimants qui étaient installés à l'entrée d'une maison afin de détecter des armes en fer qui pouvaient être cachées sous un vêtements de la personne entrante.

Malgré le fait que pendant de nombreux siècles, les matériaux magnétiques n'ont été utilisés que pour la fabrication de compas, de nombreux scientifiques se sont engagés dans l'étude des phénomènes magnétiques (Leonardo da Vinci, J. della Porta, V. Gilbert, G. Galileo, R. Descartes, M. Lomonosov, etc.), qui a contribué au développement de la science du magnétisme et à l'utilisation des matériaux magnétiques.

Les aiguilles de boussole en usage à l'époque étaient naturellement aimantées ou aimantées magnétite naturelle… Ce n'est qu'en 1743 que D. Bernoulli plia l'aimant et lui donna la forme d'un fer à cheval, ce qui augmenta considérablement sa force.

Au XIXème siècle. la recherche de l'électromagnétisme ainsi que le développement de dispositifs adaptés ont créé les conditions préalables à l'utilisation généralisée des matériaux magnétiques.

En 1820, HC Oersted découvrit le lien entre l'électricité et le magnétisme. Sur la base de sa découverte, W. Sturgeon en 1825 fabriqua le premier électroaimant, qui était une tige de fer recouverte de vernis diélectrique, de 30 cm de long et de 1,3 cm de diamètre, courbée en forme de fer à cheval, sur laquelle il y avait 18 spires de fil plaie reliée à une pile électrique par prise de contact. Le fer à cheval en fer aimanté peut supporter une charge de 3600 g.

Électro-aimant d'esturgeon (la ligne pointillée indique la position du contact électrique mobile lorsque le circuit électrique est fermé)

Les travaux de P. Barlow pour réduire l'influence sur les boussoles et les chronomètres des navires du champ magnétique créé par les pièces environnantes contenant du fer appartiennent à la même période. Barlow a été le premier à mettre en pratique des dispositifs de protection contre les champs magnétiques.

Première application pratique circuits magnétiques liés à l'histoire de l'invention du téléphone. En 1860, Antonio Meucci a démontré la capacité de transmettre des sons sur des fils à l'aide d'un appareil appelé télétrophone. La priorité d'A. Meucci n'a été reconnue qu'en 2002, jusque-là A. Bell était considéré comme le créateur du téléphone, malgré le fait que sa demande d'invention de 1836 ait été déposée 5 ans plus tard que la demande d'A. Meucci.

T.A.Edison a pu amplifier le son du téléphone à l'aide de transformateur, breveté simultanément par P. N. Yablochkov et A. Bell en 1876.

En 1887, P. Janet publie un ouvrage décrivant un appareil d'enregistrement des vibrations sonores. Du papier d'acier enduit de poudre a été inséré dans la fente longitudinale du cylindre métallique creux, ce qui n'a pas complètement coupé le cylindre. Lorsque le courant traversait le cylindre, les particules de poussière devaient être orientées d'une certaine manière sous l'action de courant de champ magnétique.

En 1898, l'ingénieur danois V. Poulsen a pratiquement mis en œuvre les idées d'O. Smith sur les méthodes d'enregistrement sonore. Cette année peut être considérée comme l'année de naissance de l'enregistrement magnétique des informations. V. Poulsen a utilisé comme support d'enregistrement magnétique une corde à piano en acier d'un diamètre de 1 mm enroulée sur un rouleau non magnétique.

Pendant l'enregistrement ou la lecture, la bobine avec le fil tourne par rapport à la tête magnétique, qui se déplace parallèlement à son axe. Comme des têtes magnétiques électroaimants d'occasion, constitué d'un noyau en forme de tige avec une bobine dont une extrémité a glissé sur la couche de travail.

La production industrielle de matériaux magnétiques artificiels avec des caractéristiques magnétiques plus élevées n'est devenue possible qu'après le développement et l'amélioration des technologies de fusion des métaux.

Au XIXème siècle. le matériau magnétique principal est de l'acier contenant 1,2 ... 1,5% de carbone. De la fin du XIXème siècle. a commencé à être remplacé par de l'acier allié au silicium. XXe siècle caractérisé par la création de nombreuses marques de matériaux magnétiques, l'amélioration des méthodes pour leur aimantation et la création d'une certaine structure cristalline.

En 1906, un brevet américain a été délivré pour un disque magnétique à revêtement dur. La force coercitive des matériaux magnétiques utilisés pour l'enregistrement était faible, ce qui, combiné à une inductance résiduelle élevée, une grande épaisseur de la couche de travail et une faible fabricabilité, a conduit au fait que l'idée de l'enregistrement magnétique a été pratiquement oubliée jusqu'aux années 20. siècle.

En 1925 en URSS et en 1928 en Allemagne, des supports d'enregistrement ont été mis au point, qui sont des rubans souples en papier ou en plastique sur lesquels est appliquée une couche de poudre contenant du fer carbonyle.

Dans les années 20 du siècle dernier. des matériaux magnétiques sont créés à base d'alliages de fer avec du nickel (permaloïde) et de fer avec du cobalt (permendura). Pour une utilisation à haute fréquence, des ferrocards sont disponibles, qui sont un matériau laminé en papier enduit de vernis dans lequel sont réparties des particules de poudre de fer.

En 1928, une poudre de fer constituée de particules de la taille d'un micron a été obtenue en Allemagne, qui a été proposée pour être utilisée comme charge dans la fabrication de noyaux sous forme d'anneaux et de tiges.La première application du permalloy dans la construction d'un relais télégraphique appartient à la même période.

Le permalloy et le permendyur comprennent des composants coûteux - le nickel et le cobalt, c'est pourquoi des matériaux alternatifs ont été développés dans les pays qui manquent de matières premières appropriées.

En 1935, H. Masumoto (Japon) crée un alliage à base de fer allié au silicium et à l'aluminium (alcifer).

Dans les années 1930. des alliages fer-nickel-aluminium (YUNDK) sont apparus, qui avaient (à cette époque) des valeurs élevées de force coercitive et d'énergie magnétique spécifique. La production industrielle d'aimants à base de tels alliages a commencé dans les années 1940.

Parallèlement, des ferrites de différentes variétés ont été développées et des ferrites nickel-zinc et manganèse-zinc ont été produites. Cette décennie comprenait également le développement et l'utilisation de magnéto-diélectriques à base de poudres de fer permaloïde et carbonyle.

Au cours des mêmes années, des développements ont été proposés qui ont formé la base de l'amélioration de l'enregistrement magnétique. En 1935, un appareil appelé Magnetofon-K1 a été créé en Allemagne, dans lequel une bande magnétique était utilisée pour enregistrer le son, dont la couche de travail était constituée de magnétite.

En 1939, F. Matthias (IG Farben / BASF) met au point un ruban multicouche composé d'un support, d'un adhésif et d'oxyde de fer gamma. Des têtes magnétiques annulaires avec un noyau magnétique à base de permaloïde ont été créées pour la lecture et l'enregistrement.

Dans les années 1940. le développement de la technologie radar a conduit à étudier l'interaction d'une onde électromagnétique avec de la ferrite magnétisée. En 1949, W. Hewitt a observé le phénomène de résonance ferromagnétique dans les ferrites. Au début des années 1950.Des alimentations auxiliaires à base de ferrite commencent à être produites.

Dans les années 1950. Au Japon, la production commerciale de ferrites magnétiques dures a commencé, moins chères que les alliages YUNDK, mais inférieures à celles-ci en termes d'énergie magnétique spécifique. Le début de l'utilisation des bandes magnétiques pour stocker des informations dans les ordinateurs et pour enregistrer les émissions de télévision remonte à la même période.

Dans les années 60 du siècle dernier. le développement de matériaux magnétiques à base de composés de cobalt avec l'yttrium et le samarium est en cours, ce qui conduira dans la prochaine décennie à la mise en œuvre industrielle et à l'amélioration de matériaux similaires de différents types.

Dans les années 70 du siècle dernier. le développement de technologies pour la production de films magnétiques minces a conduit à leur utilisation généralisée pour l'enregistrement et le stockage d'informations.

Dans les années 80 du siècle dernier. début de la production commerciale d'aimants frittés basés sur le système NdFeB. À peu près à la même époque, la production d'alliages magnétiques amorphes, et un peu plus tard, nanocristallins, est devenue une alternative au permaloïde et, dans certains cas, aux aciers électriques.

La découverte en 1985 de l'effet de magnétorésistance géante dans les films multicouches contenant des couches magnétiques d'une épaisseur nanométrique a jeté les bases d'une nouvelle direction en électronique - l'électronique de spin (spintronique).

Dans les années 90 du siècle dernier. Des composés basés sur le système SmFeN ont été ajoutés au spectre des matériaux magnétiques durs composites et en 1995, l'effet tunnel de la magnétorésistance a été découvert.

En 2005l'effet de magnétorésistance tunnel géant a été découvert. Après cela, des capteurs basés sur l'effet de magnétorésistance géante et tunnel ont été développés et mis en production, destinés à être utilisés dans des têtes combinées d'enregistrement / reproduction de disques magnétiques durs, dans des appareils à bande magnétique, etc. Des dispositifs de mémoire à accès aléatoire ont également été créés.

En 2006, la production industrielle de disques magnétiques pour l'enregistrement magnétique perpendiculaire a commencé. Le développement de la science, le développement de nouvelles technologies et équipements permettent non seulement de créer de nouveaux matériaux, mais également d'améliorer les caractéristiques de ceux créés précédemment.

Le début du XXIe siècle peut être caractérisé par les principaux domaines de recherche suivants liés à l'utilisation des matériaux magnétiques :

• dans l'électronique — réduction de la taille des équipements grâce à l'introduction de dispositifs plats et à couches minces ;

• dans le développement d'aimants permanents — remplacement des électroaimants dans divers appareils ;

• dans les périphériques de stockage - réduction de la taille de la cellule mémoire et augmentation de la vitesse ;

• dans le blindage électromagnétique — augmenter l'efficacité des blindages électromagnétiques dans une large gamme de fréquences tout en réduisant leur épaisseur ;

• dans les alimentations électriques - élargir les limites de la gamme de fréquences dans laquelle les matériaux magnétiques sont utilisés ;

• dans les milieux liquides inhomogènes avec des particules magnétiques - élargir les domaines de leur application effective;

• dans le développement et la création de capteurs de différents types — élargissement de la gamme et amélioration des caractéristiques techniques (en particulier la sensibilité) grâce à l'utilisation de nouveaux matériaux et technologies.