磁性材料-第四節(jié)課件

第四節(jié)磁記錄材料*21世紀是“信息世紀”，大容量存儲技術在信息處理、傳遞和保存中占據相當重要的地位。*磁記錄技術在信息存儲領域具有獨特的地位，它的發(fā)展已經有100多年歷史。*磁記錄設備：磁帶、軟盤、硬盤

特點：價格低廉，性能優(yōu)良，記錄密度逐年提高，信息寫入和輸出速度快，容量大，可擦除重寫實例：磁帶錄音機、錄像機、銀行卡、圖書卡、門卡、4.1磁記錄概述*磁記錄的功能是將一切能轉變?yōu)殡娦盘柕男畔?如聲音、圖像、數(shù)據和文字等)，通過電磁轉換記錄和存儲在磁記錄介質上，并且該信息可以隨時重放。*根據記錄信息的形態(tài)，磁記錄可分為：模擬式磁記錄、數(shù)字式磁記錄*根據磁化強度與記錄介質的取向，數(shù)字式磁記錄可分為：水平磁化模式、垂直磁化模式4.1.1磁記錄的基本過程*由介質上的記錄磁跡所構成的磁化強度的空間變化代表記錄信號的時間變化規(guī)律4.1.2模擬式磁記錄定義：將聲音振動的大小、圖像的明暗等原樣地轉變?yōu)榇呕膹娙?，記錄在記錄介質表面上的方式分類：無調制記錄（直接記錄）、調制記錄無調制記錄：無偏磁記錄、直流偏磁記錄、交流偏磁記錄*偏磁信號本身并不反映在磁介質的記錄信號上直接記錄調制記錄：調幅記錄、調頻記錄*載波信號反映在磁介質的記錄信號上一、偏磁記錄1、直流偏磁記錄*優(yōu)點：較好的線性關系和較高的記錄靈敏度*缺點：當沒有信號時，存在直流背底噪聲；信號的動態(tài)變化范圍只能在線性部分2、交流偏磁記錄*特點：存在交流消磁，不導致背底噪聲；很好的線性特性；信號失真度小，信噪比高。二、調制記錄*調制的原因：輸入信號隨時間的變化范圍很寬，有些是超低頻信號，有些是瞬態(tài)式的信號，動態(tài)范圍很寬。*調制：用低頻信號去控制高頻振蕩，使其具有低頻信號特征的過程稱為調制。*調幅：以調制信號去控制載波的振幅，使載波的振幅按調制信號的規(guī)律變化。包絡線反映了調制波的特點。*調頻：以調制信號去控制載波的頻率，使載波的頻率按調制信號的規(guī)律變化。特點：其頻率隨調制信號振幅的變化而變化，而它的幅度卻始終保持不變。4.1.3數(shù)字式磁記錄*根據磁化強度與記錄介質的取向，數(shù)字式磁記錄可分為水平磁化模式和垂直磁化模式兩類。一、水平磁記錄*通常采用環(huán)形磁頭與具有縱向磁各向異性的記錄介質相組合的形式，記錄介質中的剩磁方向平行于介質平面。*水平磁記錄的位密度越來越大地受到退磁場引起過渡區(qū)展寬限制的影響。展寬決定于*限制：過小的晶粒尺寸難以長久地保持磁記錄的信號，而過高的矯頑力勢必使磁頭難以寫入。二、垂直磁記錄*隨著記錄面密度的提高，微小磁化單元產生的退磁場越來越小。因此相比水平磁記錄，垂直磁記錄大幅度地提高了記錄密度。*要實現(xiàn)垂直磁記錄，記錄介質應具有很強的垂直磁各向異性4.2磁頭及磁頭材料*定義：實現(xiàn)電信號和磁信號之間相互轉換的電磁能量轉換器件。*體型磁頭→→薄膜磁頭→→磁電阻磁頭4.2.1磁頭的種類*體型磁頭的磁芯材料：Fe-Ni合金為基礎的軟磁合金；Mn-Zn鐵氧體和Ni-Zn鐵氧體；MIG磁頭(metalingap)*薄膜磁頭的優(yōu)點：工作縫隙小、磁場分布陡和磁跡寬度窄，故可提高記錄速度和讀出分辨率。*體型磁頭和薄膜磁頭都是利用電磁感應原理進行記錄和再生。都有如下要求：1、高磁導率；2、高飽和磁化強度；3、低矯頑力及低各向異性；4、高電阻率；5、小型、輕量，耐磨性強；6、加工性好。4.2.2磁頭材料一、合金磁頭材料*常用材料：含鉬坡莫合金、仙臺斯特合金*合金磁頭材料的優(yōu)點：高磁導率、高飽和磁化強度、矯頑力低等。缺點：渦流損耗大二、鐵氧體磁頭材料*常用材料：Ni-Zn、Mn-Zn*優(yōu)點：損耗低，材質硬，抗腐蝕性比金屬好。*缺點：飽和磁化強度低在提高記錄密度上存在困難三、非晶態(tài)磁頭材料*特點：飽和磁化強度高，矯頑力低，高頻特性較好，耐磨性耐腐蝕性好。*目前典型的多層膜材料：Fe-C/Ni-Fe用于垂直磁記錄磁頭；Fe-Al-N/Si-N用于垂直磁記錄磁頭；Fe-Nb-Zr/Fe-Nb-Zr-N用于硬盤磁頭；Co-Nb-Zr/Co-Nb-Zr-N用于廣播用數(shù)字式VTR。六、磁電阻磁頭材料*坡莫合金是沿用至今的MR磁頭用磁性材料。原因：磁各向異性小。4.3磁記錄介質及介質材料*分類(據磁性記錄層)：顆粒狀涂布介質和薄膜型磁記錄介質*基本要求：具有高的記錄密度(②③④⑤⑥)、高磁力(①②③⑥)、高可靠性(⑦⑧⑨)以及低噪聲(④⑤⑥)4.3.1磁記錄介質應具備的特性①飽和磁感應強度(Bs)大；②矩形比(Br／BS)要大；③矯頑力(HC)在允許的范圍內應盡可能大；不能太大，太大則寫入與擦除不易；*記錄介質應具備的條件：④作為最小記錄單位的微小永磁體應盡可能小，且大小及分布均勻；⑤磁學性能分布均勻，隨機偏差??；⑥表面平滑，耐磨損、耐環(huán)境性能優(yōu)良；⑦磁學特性對于加壓、加熱等反應不敏感；⑧化學的、機械的耐久性優(yōu)良；⑨不容易導電。**記錄介質的磁性層的厚度是影響記錄密度的因素之一，實際上膜厚度可取記錄信息波長的1/4。二、顆粒狀涂布介質結構*涂布工序在磁場下完成，盡可能保證顆粒的長軸方向沿著記錄道方向取向排列。*硬盤：1~2mm厚的鋁合金盤基；軟盤：PET盤基*理想的粘結劑：由疏水基和親水基構成，親水基吸附于微粒上起錨連作用，疏水基在其外側構成鏈狀殼層。三、磁性粉1、-Fe2O3*德國于1934年發(fā)明。優(yōu)點：易于制造和分散，價格便宜，對溫度、應力和時間穩(wěn)定性好。缺點：矯頑力不高（20~32KA/m）2、包覆Co的-Fe2O3*-Fe2O3表面包覆Co的鐵氧體。矯頑力：55~70KA/m6、鋇鐵氧體*很高矯頑力，100~900KA/m，添加Co和Ti等可對其進行調節(jié)；飽和磁化強度與-Fe2O3相當；單軸磁晶各向異性非常強，特別適用于作高密度的垂直磁記錄。四、顆粒狀介質的優(yōu)缺點*優(yōu)點：1、磁性能和非磁性能可以獨立地進行改造和控制。2、生產速度快，產量高，成本低。3、顆粒選擇范圍寬，只是受到磁頭材料的限制。*缺點：1、磁帶和軟盤中磁性顆粒的體積比為40%，硬盤中僅為20%，這使得涂層的磁性能和記錄性能變差。2、軟盤和磁帶涂布介質的厚度很難小于1m，硬盤很難小于0.25m。3、存在顆粒結塊，分散性難控制，很難獲得具有理想記錄特性的顆粒。4、磁場對顆粒進行定向或打亂定向不是很有效。4.3.3薄膜介質*薄膜介質包含100％的磁性材料，因此使用薄膜介質比使用顆粒狀介質能得到更高的輸出幅度。*剩余磁化強度不是材料本身的固有特性，而強烈地依賴于微結構、薄膜厚度、薄膜沉積的表面特性以及沉積的工藝條件。矯頑力也不是材料的固有屬性，它與薄膜內的磁各向異性有關。*基底：基底要有很好的拋光，因為磁頭－介質間距的變化，表現(xiàn)為信號幅度的調制或信號下降，甚至丟失脈沖；基板的硬度很重要。*附加層：一般使用Ni-P化學鍍層，厚度范圍為15~25m，它是非晶態(tài)和非磁性的，目的是提高硬度和減少缺陷。*磁性層：大部分實用的磁性薄膜是Co基金屬合金，制備方法有化學沉積(電鍍、化學鍍)和物理沉積(真空蒸鍍、直流或射頻濺射、離子鍍等)兩種。*保護層：保護層應該是比較硬的、化學性質不活潑的、能與磁性層很好粘結但與磁頭不粘結的材料，同時應有高的抗張強度，并且不易碎裂。通常使用的保護層材料是硬質碳，采用的成膜方法一般是濺射。其它保護層材料：帶有Cr增強層的濺射銠薄膜、SiO2、TiC、TiN、SiC、CrC3、A12O3等。4.4磁光記錄材料4.4.1磁光效應*定義：一束入射光進入具有固有磁矩的物質內部傳輸或者在物質界面反射時，光波的傳播特性發(fā)生變化。*磁光效應的類型：1、塞曼效應：對發(fā)光物質施加磁場，光譜發(fā)生分裂的現(xiàn)象。2、法拉第效應和科頓-莫頓效應3、克爾效應4.4.2磁光記錄和讀出原理一、磁光記錄原理*熱磁效應：溫度升高。矯頑力下將，在該處施加反向