磁性材料-磁记录材料概要.ppt

1、第四章磁记录材料，*21世纪是“信息世纪”，大容量记忆技术在信息处理、传递和保存中占有十分重要的地位。 磁记录技术在信息存储领域有着独特的地位，其发展已有100多年的历史。 磁记录装置：录音带、软磁盘、硬盘的特点：价廉物美，记录密度逐年提高，信息写入和输出速度快，容量大，可改写的例子：磁带录音机、网络视频、银行卡、图书卡、男同性恋卡、电脑、*光数据传输速度固态内存的特点：无运动零配件，可靠，可高速随机存储，不需要电池供电，数据是非易失性的缺点：存储容量小，价格高，*1980年代出现的其他存储设备：光盘、固态存储器(USB等)，4.1磁记录概要，*记磁记录分为模拟计程仪式磁记录、数字式磁记录，*

2、根据磁化和记录介质的方向，数字式磁记录以水平磁化模式、垂直磁化模式、4.1.1磁记录的基本过程、*介质上的记录轨道组成的磁化的空间变化为代表的定义：声音的振动的大小、图像的明暗等记录介质表面记录的方式、分类：无调制记录(直接记录)、调制记录、无调制记录：无偏磁记录、直流偏磁记录、交流偏磁记录*偏磁信号本身不直接记录于磁介质的记录信号，而偏磁记录，一，直流偏磁记录，*优点：良好的线性关系和高记录灵敏度，* 缺点：无信号时直流本底噪声存在的信号动态变化范围只有线性部分，2、交流偏磁记录，*特点：有交流消磁，不引起本底噪声的优良线性特性信号失真小，信噪比高。 二、调制记录、*调制的原因：输入信号的经

3、时变化范围宽，既有超低频信号，又有过渡信号，动态范围宽。 *调制：用次低频信号控制射频波振荡，使次低频信号具有特征的过程称为调制。 *振幅调变：用调制信号控制载波的振幅，按照调制信号的规则改变载波的振幅。 包络曲线反映了调制波的特征。 *频率调制：用调制信号控制载波的频率，按照调制信号的规则改变载波的频率。 特征：其频率随调制信号振幅的变化而变化，但其振幅始终不变。 4.1.3根据数字磁记录、*磁化和记录介质的取向，数字磁记录可分为水平磁化模式和垂直磁化模式两种。 另一方面，水平磁记录，*，通常采用组合了具有环头和纵磁各向异性能的记录介质的形式，记录介质中的残留磁方向与介质平面平行。 水平磁记

4、录的二进制位密度受到由反磁场引起的过渡区域扩展限制的很大影响。 扩展： *限制：过小的晶粒尺寸难以长期保持磁记录的信号，保持磁场力过高则磁头难以写入。 二、随着垂直磁记录、*记录面密度的提高，微磁化手段产生的反磁场越来越小。 因此，垂直磁记录与水平磁记录相比，记录密度大幅提高。 为了实现垂直磁记录，记录介质定义了实现强垂直磁各向异性能、4.2磁头和磁头材料、*电信号和磁信号相互转换的电磁能量转化装置。，*体型磁头薄膜磁头的磁敏电阻头，4.2.1磁头的种类，*体型磁头的磁芯材料：以Fe-Ni合金为基础的软磁合金； Mn-Zn镍锌铁氧体和Ni-Zn镍锌铁氧体； MIG磁头(metal in gap

5、 )、*薄膜磁头的优点：动作间隙小，磁场分布陡峭，磁道宽度窄，因此能够提高记录速度和读出极限分辨率。 体型磁头和薄膜磁头都利用电磁效应原理进行记录再生。 均为1、高导磁率； 2 .高饱和磁化3 .低磁场力和低各向异性现象； 4 .高电阻率5 .小型、轻量、耐磨性强6 .加工性好。 *磁敏电阻磁头：利用各向异性现象磁电阻效应，引线操作磁头，4.2.2磁头材料，一、合金磁头材料，*常用材料：钼坡莫合金，仙台星空卫视合金，*合金磁头材料的优点：高磁导率，高饱和磁化的缺点：涡流损耗大，二、镍锌铁氧体磁头材料，*常用材料： Ni-Zn，Mn-Zn *的缺点：饱和磁化低在提高记录密度方面存在困难，三、非晶

6、质体磁头材料，*特点：饱和磁化高，保磁场力低，射频波特性好，耐磨性好。 常用材料： Co-(Zr、Hf、Nb、Ta、Ti )二元系合金薄膜、Co-Fe-B系金属非晶质薄膜。 四、微晶薄膜磁头材料，*特点：具有较大的饱和磁化，较非晶质体材料更适合于高保磁场力磁性介质的高密度特性。 常用材料： Fe-M(V，Nb，Ta，Hf等)-X(N，c，b )，五，多层膜磁头材料，*特征：与微晶薄膜相比，多层薄膜的晶粒生长进一步被抑制的Fe-Al-N/Si-N垂直磁记录头用。 Fe-Nb-Zr/Fe-Nb-Zr-N用于硬盘的磁头。 Co-Nb-Zr/Co-Nb-Zr-N用于广播用数字式VTR。 六、磁敏电阻磁

7、头材料，*坡莫合金采用传统的MR磁头磁性材料。 原因：磁各向异性能小。 4.3磁记录介质及介质材料、*分类(根据磁记录层):颗粒状涂布介质及薄膜型磁记录介质、*基本要求：高记录密度()、高力()、高可靠性()及低噪声()、4.3 .矩形大于(BrBS )的保磁场力(HC )在允许范围内必须尽可能大太大的话写入和消去困难，*记录媒体应该具备的条件：最小记录单位的微小永久吸铁石尽量小，大小和分布均匀，磁的性能分布均匀，随机偏差小的表面平滑，耐磨损，耐环境性能优异。磁的特性是加压、加热等的反应。 *记录介质的磁性层的厚度是影响记录密度的主要原因之一，实际的膜厚最好是记录信息波长的1/4。 4.3.2

8、对粒子状涂布介质、一、粒子介质的要求*粒子要求为单结构域的(0.041m )，形成容易受到外部磁场的干扰作用、容易受到晶格热振动的影响的超顺磁性。 粒子的形状是针状，最佳保磁场力大。 s/n比与N1/2成正比，n是每单位体积的磁性粒子数，但是粒子数过多的话磁化状态会变得不稳定。 居里温度点必须高于记录介质的环境温度。 二、颗粒状涂布介质结构、*涂布工序在磁场下完成，尽量确保粒子的长轴方向沿记录轨道方向取向。 硬盘：厚度12mm的铝盘基软磁盘： PET盘化学基，*理想的粘合剂：由疏水性化学基和亲水性化学基组成，亲水性化学基吸附于微粒子发挥锚固件作用，疏水性化学基在其外侧构成链状壳层。 三、磁粉、

9、1、-Fe2O3 *德意志是1934年发明的。 优点：制造和分散方便，价格便宜，对温度、应力和时间的稳定性好。 缺点：保持磁场力不高(2032KA/m )、2、在包含Co的-Fe2O3 *-Fe2O3表面包含Co的镍锌铁氧体。 保磁场力： 5570KA/m，3，CrO2 *的优点：饱和磁化相当于-Fe2O3，但保磁场力明显高于后者，可达到3550KA/m。缺点：价格昂贵，六价铬络离子有毒。 4、金属磁粉*的优点：比氧化物高的磁化和保磁场力。 缺点：化学性质活泼，易腐蚀，易与胶粘剂反应。 氮化铁元素*Fe4N :居里温度点为500度，保持磁场力约为51KA/m。 6、钡镍锌铁氧体*为高保持磁场力

10、，100900KA/m，通过添加Co和Ti等可调整的饱和磁化相当于-Fe2O3的单轴磁结晶的各向异性现象非常强，特别适用于高密度的垂直磁记录。 四、颗粒状介质的优缺点： 1、磁能和非磁能可以独立改造和控制。 2、生产速度快、产量高、成本低。 3 .粒子选择范围广，受磁头材料限制。 缺点： 1、录音带和软磁盘中磁性粒子的体积比为40%，硬盘中为20%，涂层的磁特性和记录性能变差。 2 .软磁盘和录音带涂层介质的厚度不易小于1m，硬盘不易小于0.25 m。 3 .存在粒子聚集，分散性难以控制，难以得到具有理想记录特性的粒子。 4 .磁场使粒子取向或扰乱取向是无效的。 4.3.3由于薄膜介质、*薄膜

11、介质含有100种磁性材料，因此使用薄膜介质比使用粒子状介质能够得到更高的输出宽度。 剩余磁性并非材料本身固有的特性，而是强烈依赖于精细结构、膜厚、薄膜沉积的表面特性以及沉积的工艺条件。 保磁场力也不是材料固有的特性，与薄膜内的磁各向异性能有关。 基板：由于磁头的介电质间距的变化，信号振幅的调制、信号的下降以及脉冲丢失，因此基板必须良好地研磨，基板的硬度非常重要。 加成层：一般使用Ni-P化学镀层，厚度范围为1525m，非晶质非磁性，目的是提高硬度，减少缺陷。 磁性层：实用的磁性薄膜大部分是Co系合金，制造方法有化学沉积(电镀、无电解电镀)和物理沉积(真空镀膜、直流或射频溅射、络离子电镀等) 2种。 保护层：保护层比较硬，化学惰性，能很好地与磁性层粘接，但应该是不与磁头粘接的材料，云同步需要高的极限拉伸强度，不易破裂。 通常使用的保护层材料是硬质碳，成膜方法一般是溅射。 其他保护层材料：带Cr增强层的溅射铑薄膜、SiO2、TiC、TiN、SiC、CrC3、A12O3等。 4.4磁光记录材料，4.4.1磁光效应，*定义：入射光进入具有固有自旋磁矩的物质内部或在物质界面反射时，光波的传播特性发生变化。 磁光效应类型： 1，塞曼效应：对发光物质施加磁场，光谱分裂的现象。 2、法拉第效应和科顿莫顿效应、3、卡尔效应、4.4.2光磁记录和读取原理、1、光磁记录原理、*热磁效应