磁记录材料及其生产与应用.doc

磁记录材料及其生产与应用引言：磁记录产品包括用于磁带、硬盘、读出或写入磁头、消费视听设备、软盘和信用卡等的磁储存介质。虽然信息存储能被几种有竞争力的技术中的任意一种完成（如热塑性或相变存储磁泡半导体存储器、Josephson存储磁光记录），但没有一种能够与硬盘磁存储在信息面积密度和存取时间方面的综合能力相匹敌。磁记录技术从1898年诞生,已经跨越了一个世纪。作为一门传统的存储记录技术,磁记录设备在消费电子领域和专业应用领域均有着广泛的应用。尽管光记录技术的崛起和固体存储技术的发展打破了磁记录技术一统天下的局面,但由于在记录介质、读写磁头、数字信道等技术方面不断取得突破性进展,磁记录技术迄今依然焕发着盎然生机。磁记录介质的概念：在磁场作用下能发生变化并能反过来影响磁场的媒叫做磁介质.磁记录技术及原理：在磁记录技术中一种可磁化的记录介质(磁带)以恒定的速度沿着一个磁性结构(记录磁头)移动,记录头能够在媒介物中感生与馈入结构的电流成比例的磁化强度.电流随时间的变化转成磁化强度随距离的变化而被记录在磁带上,磁化的这种变化在媒介物附近产生磁场.如媒介物(已记录的磁带)重接近一重放词头,通过拾波线圈感生出磁通,磁通的大小与带中磁化强度成比例.磁头实际上是一种换能器。磁记录材料举例：（磁带、软盘、硬盘等多种形式）磁记录材料的消费结构产品名称所占比例趋势录音磁带45稳定增长录像磁带35大量增长计算机磁带5缓慢增长仪器磁带2平衡发展磁盘7迅速发展其它6磁鼓不发展，磁性卡片，磁泡在发展主要采用的磁记录介质：主要采用的磁记录介质的性质材 料剩磁（T）矫顽力（A/m）居里点（）用途和磁性层厚度-Fe2O30.0250.11800024000675磁带:512微米Co-Fe2O30.1348000520磁盘:12微米CrO20.1340000120磁带:5微米Fe60Co40粉末0.2400001000Co-Ni-P连续膜1.240000磁鼓:0.1微米-Fe2O3粉末制备方法：将-FeOOH(针铁矿)成核和生长开始，然后通过脱水形成非磁性-Fe3O4（赤铁矿），再在400 H2 流中还原成Fe3O4(磁铁矿)，最后氧化成-Fe2O3，其化学反应如下： 4 FeSO47H2O + O2 + 8 NaOH 4 -（FeO）OH + 4 Na2SO4 + 30 H2O 2 -（FeO）OH 2 -Fe3O4 + H2O 3 -Fe3O4 + H2 2 Fe3O4 + H2O 2 Fe3O4 + O2 3 -Fe2O3 (严格控制氧化条件)形态特征：0.10.7微米，长短轴比为6的针状颗粒，颗粒小记录性能好。基本性能：矫顽力15.931.8 kA/m，居里点675,饱和磁化强度约为0.503Wb/m2。Co的加入提高了材料的矫顽力(78000A/m)，但居里温度有所下降(520)。二氧化铬（CrO2）磁粉二氧化铬（CrO2）磁粉，与-Fe2O3 磁粉比较是一种高质量的磁粉。它是一种针状的正方晶系的金红石型结构。如果在制备的过程中适当添加一些诸如锑、铁、钌等元素，则制成的磁粉将具有更为突出的如下特点：粒子细、矫顽力（Hc）高、针形好、易分散、填充率高。这种磁粉非常适用于灵敏度高、频响广、高频好、色彩逼真、图象清晰的盒式录音磁带和录像磁带。但是，因为这种磁粉目前采用的两种生产方法，都要在高温高压下反应，易燃易爆、工艺复杂、毒性大、安全性差、磁粉粒子硬、对磁头磨损大，所以限制了它的广泛应用。国现在还处于开发研制阶段。金属磁粉：金属磁粉，是纯铁及其合金（FeCo，FeNi 等）磁粉的通称。其结构为针状、体心立方型，七十年代制出了长度为0.2m，直径为0.02m 的铁粉。是一种新型磁粉。金属磁粉都具有矫顽力（Hc）高、比饱和磁化强度（s）高、粒子细、比表面积大、填充密度高等一系列突出特点。原来存在的稳定性差、易氧化燃烧、易发生化学腐蚀等缺点，经过采用一系列钝化技术已基本解决。金属磁粉已越来越广泛地应用于以8mm 盒式录象磁带和数字录音磁带为代表的新一代磁记录器件中。产量在逐年增加。钡铁氧体（BaO6Fe2O3）磁粉，结晶形态是六角晶系片状结构。八十年代制出了平均直径0.1m，厚0.01m 的盘状粉末。这种磁粉专用于垂直磁记录器件，其记录性能比纵向记录高的多，因此在新型微型软磁盘、磁卡片中得到广泛应用。其它，有性能优异的、用于特殊场合的氮化铁（Fe4N）磁粉；有同样用于磁记录的CoCr、CoNiCr 等溅射连续膜，以及CoCr/NiFe 垂直记录双层膜等等。目前，最新最高级的磁存贮器要算磁光盘，是现今最高密度、最大容量信息存贮器，是名符其实的海量存贮。研究了溶胶-凝胶法制备M型钡铁氧体超细粉体过程中，起始溶液的组成、溶液pH值、反应温度和热处理温度等因素等对产物性能的影响用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)对粉体的结构、形貌进行表征。研究发现，pH值为7，Fe与Ba之比在l012之间，溶胶温度为60，450预热处理1 h后，经850热处理3 h，都能够形成单一、均匀的M型钡铁氧体软磁材料磁记录材料铁镍基耐磨高导磁合金:在高镍型铁镍二元合金基础上加入Nb、Mo、Al和Ti等合金元素而形成。通过调节成分和适当的最终热处理，使合金元素在基体内形成有限固溶体和对畴壁运动无阻碍作用的极微细的(小于畴壁宽度)均匀沉淀相，从而使合金在保持高导磁率的同时得到固溶强化和沉淀强化，制备出高硬度低应力敏感性的高导磁合金。铁镍基耐磨高导磁合金主要用于低频磁头如录音机、数字磁带机和磁卡机磁头以及微电机、变压器、传感器和磁放大器等各种电感元件铁心。铁硅铝合金:(Fe-(Si)9.6%-(Al)5.4%)的导磁率与高镍的Fe-Ni合金相当，Hv达500，饱和磁感应强度约1T，电阻率11010-8m。该合金制备的磁头具有高的耐磨性和优良的高频特性。是四磁头录像技术中普遍应用的磁头材料。缺点是对合金成分的变化非常敏感，又硬又脆，难加工，使磁头价格昂贵。Mn-Zn和Ni-Zn铁氧体：硬度Hv达600700，耐磨性高，主要用于制作录像机、数字磁带机、磁盘机和磁鼓的磁头铁心。其中应用最多最普遍的是多晶热压铁氧体，其最大缺点是磁头缝隙附近容易产生剥落， 从而导致磁记录质量的下降。采用单晶和取向铁氧体抗剥落性得到显著改善，但增加了磁头制造工艺的难度。磁记录材料的应用：记录形式 纵向磁记录材料，记录在磁层表面上的信号磁化方向与记录材料运动方向一致，如录音磁带等。横向磁记录材料，记录在磁层表面上的信号磁化方向与记录材料运动方向垂直或接近于垂直，如录像磁带等。垂直磁记录材料，记录在磁层表面上的信号磁化方向与记录材料表面垂直，如磁光盘等。 主要性能 首先是物理机械性能，主要指磁记录材料的外形、几何尺寸、机械强度。其次是磁性能，主要有：剩余磁感应强度Br，指材料达到饱和磁化，然后取消磁化场强所残留的磁感应强度,简称剩磁。Br高,材料的灵敏度高,输出信号大。矫顽力Hc,指消除材料剩磁所需要的磁场强度，Hc越高，越有利于高频记录,以消磁不困难为限。矩形比,指最大剩余磁感应强度Brm与饱和磁感应强度Bm的比值,即Brm/Bm,它表明材料的矩形性。比值大,可望获得宽频响的记录。再次是电性能，其指标依据应用场合而异。声频记录的电性能指标有最佳偏磁、灵敏度、频响、失真率、信噪比、最大输出电平、复印效应、消磁程度等。发展趋势 ：磁记录材料发展到现在，记录波长从最初的1000m 缩短到1m 以下,Hc从102Oe提高到103Oe以上,使用最广泛的材料有氧化物磁粉(主要有-Fe2O3、CrO2和包钴磁粉)和合金磁粉。 近20年来，主要从以下三个途径提高材料性能以满足高密度记录要求:寻求提高磁各向异性,如采用超微粒、高轴比的针状磁粉,CrO2和包钴磁粉以及Hc1000Oe的合金磁粉等新材料。减薄磁层和改进涂布技术，提高Hc，实现高密度记录。常采用除去氧和省去粘合剂两种办法。前者是以金属粉取代氧化物，后者是做成薄膜。合金薄膜是这两种方法并用的结果。从记录原理和记录模式上作根本的改进。目前，通用的纵向记录当密度增高时，所产生的退磁场能使信号减小，并产生垂直分量,通过提高Hc和减薄磁层的方法虽可克服这一缺点,但有一定的限度。因此出现了垂直记录材料，它所产生的退磁场，随着密度的增加反而趋向于零。并且垂直记录不需很高的Hc和很薄的材料。有效地克服了纵向记录在高密度记录时的致命弱点。垂直记录要求材料具有垂直磁层表面的单轴各向异性。1975年以来，日本岩畸俊一研制成功的 Co-Cr垂直膜及以后的Co-Cr和Ni-Fe双层膜，都是能适应垂直记录的新型材料。1977年岩畸俊一公布了线密度高达每厘米7.9千位(每英寸20千位)的成果,而硬盘的线密度至今才不过每厘米 5.9千位（每英寸15千位）。日本东芝公司已制造出8.9cm(3.5in)垂直软磁盘，最近还开发了钡铁氧体垂直磁化录像磁带，所用磁粉为六角板状钡铁氧体超微粒子，记录密