第6章磁记录材料.ppt
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1、第6章 磁记录材料,本章将要介绍的主要内容:,磁记录概述;磁头及磁头材料;磁记录介质及介质材料;磁光记录材料;磁泡及磁泡材料,6.1 磁记录概述,我们已经进入信息社会?,“知识大爆炸”?,记忆靠人脑?,6.1.1 磁记录的基本过程,记录信号时,录音磁头线圈上产生一个信号电流,该电流将电磁铁磁化,在气隙出产生溢出磁场。当磁带转动通过磁头气隙时,气隙处的溢出场将磁带磁化。磁带转动离开气隙后,磁化部分残留剩磁,该剩磁即为记录信号。放音时,从介质表面发散的磁通将进入放音磁头磁芯,从而在磁头线圈中产生感应电压,该电压正比于磁通的变化率。虽然线圈中的感应电压不可能是记录信号的精确重复,但是经过适当的电路处
2、理以后,就能重现记录信号。存放过程中,不允许外加的杂散磁场超过用于记录的磁场的强度,否则磁带中所记录的信息将出现错误。抹音时,抹音磁头可以产生一个大于记录磁场强度的磁场,就可以抹除原先记录的信息,抹除之后,记录介质又可准备记录新的信息。,6.1.2 模拟式磁记录,模拟式磁记录,无调制记录,无偏磁记录,偏磁记录,调频制FM,调幅制AM,脉冲时间调制PTM,脉冲宽度调制PWM,脉冲编码调制PCM,偏磁信号本身并不反映在磁介质的记录信号上。通过磁头(电磁转换器)实现,模拟信号或脉冲信号反映在磁介质的记录信号上。通过电子管、晶体管等调制器来实现的;,调制记录,无偏磁记录,信号转换成电流后,直接送入磁头
3、线圈而记录在磁介质上,缺点:信号失真、能量转换效率差、信噪比低等;,偏磁记录,直流偏磁,交流偏磁记录,调幅,调频,5.1.3数字式磁记录,数字式记录,数字记录采用on和off这两种有一定间隔的脉冲信号,主要采用“1”和“0”这两种数值的信号。数字信号记录有利用磁化方向记录和利用磁化反转记录两种方式,记录原理如下:,a.利用磁化方向进行记录,b.利用磁化反转进行记录,数字信号调制原理,磁头行走方向,数字信号,记录介质,记录电流,脉冲电压(再生),两种磁化模式,大幅度提高记录密度,水平磁记录,环形磁头,运动方向,(a),(b),(c),基体,磁性层,水平磁记录模式的记录和再生原理,垂直磁记录,使晶
4、粒生长为柱状晶而引起的形状磁各向异性;界面磁各向异性;生长诱导磁各向异性;(例)晶体磁各向异性;伸缩诱导磁各向异性;,为实现垂直磁化,磁体垂直磁各向异性K应满足:,实际上,上述各种磁各向异性机制是相互迭加而其作用的。,垂直磁记录头与介质材料,基板,基板,坡莫合金膜,Co-Cr合金,主磁极(坡莫合金膜),铁氧体,励磁线圈,磁记录层,打底层,6.2 磁头与磁头材料,磁头是指能对磁介质进行信息记录、再生及读取功能的器件。,采用磁头与磁记录介质相组合的形式,通过磁头间隙产生的漏磁通使磁性膜磁化,高密度存储要求:,磁记录介质:高剩磁,高矫顽力,矩形比接近1;磁 头:高磁通密度,高磁导率,再生时获得足够大
5、的输出,保持相对稳定的磁化状态,对记录介质进行有效地磁化,有效地再生记录信号,典型磁头示例,6.2.1磁头的种类,磁性合金:坡莫合金、仙台斯特合金、Fe-Al合金和Fe-Al-B合金;铁氧体磁头:Mn-Zn铁氧体和Ni-Zn铁氧体 MIG磁头:铁氧体磁芯间隙中沉积一层软磁合金薄膜,工作缝隙小、磁场分布陡河磁迹宽度窄,故可提高记录速度和读出分辨率,利用磁电阻效应制成,电磁感应型磁头和GMR磁头,电磁感应磁头记录与再生原理,磁电阻磁头结构示意,磁电阻磁头再生原理,6.2.2 磁头材料,6.3 磁记录介质及介质材料,日常生活中的磁记录媒体,6.3.1 磁记录介质应具备的特性,1)饱和磁通密度2)矩形
6、比大3)矫顽力在磁头允许的范围内尽可能的大4)作为磁化反转的单位的体积应尽量小,大小及分布均匀5)磁学特性分布均匀,随机偏差小6)表面光滑,耐磨损,耐环境性好7)磁学特性对于加压、加热等反应不敏感8)化学的、机械的耐久性优良9)不容易导电,高出力,高记录密 度,低噪声,高可靠性,基本要求,记录介质应具备的条件,6.3.2颗粒状涂布介质,对颗粒介质的要求,颗粒状介质最好是单畴的;颗粒的形状以针状为最佳;颗粒状介质信噪比与 成正比,N为单位体积内磁性颗粒数 样品开关场分布尽可能窄矫顽力在磁头允许的情况下足够高 居里温度必须比记录介质材料在使用、存贮和运输过程中的环境温度要高。,颗粒状涂布介质结构,
7、涂布型磁带主要由带基和附着其上的磁性涂覆层构成,基板,Al2O3补强剂,涂布型磁盘结构示例,常用磁盘分硬盘和软盘两大类:硬盘是在厚度为12mm的铝合金盘基上附着磁记录层软盘是在可挠性PET盘基上附着磁记录层,磁性粉,(1)-Fe2O3(2)包覆Co的-Fe2O3(3)CrO2(4)金属磁粉(5)氮化铁(6)钡铁氧体,矫顽力范围为2032kA/m,矫顽力范围为5570kA/m,矫顽力范围为3550kA/m,矫顽力可达51kA/m,矫顽力范围为100900kA/m,颗粒状介质的优缺点,(1)介质的磁性能由颗粒本身决定,其磁性能和非磁性能可独立改造和控制;(2)颗粒状涂布介质生产速度块,产量高,成本
8、低;(3)可提供或可开发的颗粒选择范围宽,只是受到磁头材料的限制。,优点:,缺点:,(1)磁性颗粒所占比重较小,使得涂层的磁性能和记录性能变差;(2)介质厚度较大;(3)磁性颗粒分散性难以控制,很难产具有理想记录特性的颗粒;(4)在涂布过程中用磁场对颗粒进行定向或打乱定向不是很有效。,6.3.3 薄膜介质,薄膜记录介质由基底、附加层、磁性层和保护层组成。在磁层和附加层之间也可增加一层缓冲层。保护层可以是单层的,也可以是多层的。在保护层上还可以增加一层润滑层,基底和附加层,要求薄膜与基底之间有很强的粘结力,因此必须保持基底清洁度和材料的兼容性,为了使磁盘表面形貌均匀,基底必须有很好的抛光,对于硬
9、盘来说,基底的硬度很重要,因此需要添加非磁性附加层来提高硬度,附加层除了可提高硬度外,还可以减少缺陷,磁性层,磁性层制备方法很多,有电镀法、真空蒸镀法、溅射法等,可根据不同的介质灵活采用。,真空蒸镀,溅射,溅射镀膜,A,B,岛状生长模式,工艺控制因素:入射原子速度、能量;基板温度,影响形核及成膜的因素:表面扩散;停滞时间;再蒸发;体扩散,Co的单方向生长模式,基板,为了获得高矫顽力,薄膜通常选用高各向异性的Co基合金,水平磁记录盘片结构示意,垂直磁记录盘片结构示意,保护层,保护层应尽可能薄、不粗糙、耐磨,同时应不使磁头磨损,还应尽可能具有强的抗腐蚀性,保护层材料应该是比较硬的、化学性质不活泼的
10、、能与磁性层很好粘结但与磁头不粘结的材料,同时应有高的抗张强度,并且不易碎裂,常用的保护层材料有硬质碳,除此之外,保护层材料还有TiC、TiN、SiC、CrC3、Al2O3等,典型磁记录介质示例,常用的磁记录介质有磁带、磁盘和磁卡等,磁带是在基板上,沉积磁性层并构成复合材料膜层结构,磁带断面结构,磁盘,磁性层,基板(如PET等),磁性层,基板(如PET等),Ti膜,倾斜蒸镀可挠性软盘,准二层膜垂直记录可挠性软盘,软盘是在可挠性PET盘上附着磁记录层,磁盘由在圆盘状盘基表面附着磁记录介质层构成。常用磁盘分为硬盘和软盘两类:,硬盘,基板(铝合金),基板(铝合金),硬盘是在厚度为12mm的铝合金基盘
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