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　磁記錄與磁存儲(chǔ)材料 摘要 : 本文主要介紹磁記錄材料得定義、物理機(jī)械性能、分類、制造工藝、記錄形式、應(yīng)用、發(fā)展趨勢(shì)及磁存儲(chǔ)材料得定義、磁性能與顆粒尺寸得關(guān)系、磁存儲(chǔ)得狀態(tài)、進(jìn)展、

　關(guān)鍵詞 : 磁記錄材料、磁存儲(chǔ)材料

　磁記錄材料就是指,利用磁特性與磁效應(yīng)輸入(寫入)、記錄、存儲(chǔ)與輸出(讀出)聲音、圖像、數(shù)字等信息得磁性材料。分為磁記錄介質(zhì)材料與磁頭材料。前者主要完成信息得記錄與存儲(chǔ)功能,后者主要完成信息得寫入與讀出功能。

　磁記錄材料得物理機(jī)械性能主要有:剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度 Bｒ,指材料達(dá)到飽與磁化,然后取消磁化場(chǎng)強(qiáng)所殘留得磁感應(yīng)強(qiáng)度,簡(jiǎn)稱剩磁、Bｒ高,材料得靈敏度高,輸出信號(hào)大。矯頑力 Hc,指消除材料剩磁所需要得磁場(chǎng)強(qiáng)度,Hc 越高,越有利于高頻記錄,以消磁不困難為限。矩形比,指最大剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度 Brm 與飽與磁感應(yīng)強(qiáng)度 Bｍ得比值,即Ｂrm/Bm,它表明材料得矩形性。比值大,可望獲得寬頻響得記錄。再次就是電性能,其指標(biāo)依據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合而異、聲頻記錄得電性能指標(biāo)有最佳偏磁、靈敏度、頻響、失真率、信噪比、最大輸出電平、復(fù)印效應(yīng)、消磁程度等。

　磁記錄材料按形態(tài)分為顆粒狀與連續(xù)薄膜材料兩類,按性質(zhì)又分為金屬材料與非金屬材料。廣泛使用得磁記錄介質(zhì)就是γ-Fe2Ｏ3 系材料,此外還有CrO2 系、Fe-Ｃｏ系與 Co—Cｒ系材料等。磁頭材料主要有 Mｎ-Zｎ系與Ｎi－Ｚn 系鐵氧體 、Fe－Aｌ系、Ni－Fｅ－Nb 系及 Fe－Al－Ｓi 系合金材料等。

　磁記錄材料得制造主要分為兩種:一就是將磁漿(主要成分就是磁粉、粘合劑、各種添加劑與有機(jī)溶劑等)均勻涂布在聚酯或金屬支持體上,制成涂布型不

　連續(xù)材料,又稱涂布型薄膜材料、這就是一類產(chǎn)量最大、用途最廣、技術(shù)最成熟得磁記錄材料,如錄音磁帶、錄像磁帶等。二就是將磁性材料用真空鍍膜技術(shù)直接蒸鍍?cè)谥С煮w上制成得薄膜連續(xù)材料,又稱連續(xù)薄膜材料,如 8０年代初出現(xiàn)得微型鍍膜磁帶。

　磁記錄材料得記錄形式分為縱向、橫向與垂直記錄三種�？v向磁記錄材料,記錄在磁層表面上得信號(hào)磁化方向與記錄材料運(yùn)動(dòng)方向一致,如錄音磁帶等。橫向磁記錄材料,記錄在磁層表面上得信號(hào)磁化方向與記錄材料運(yùn)動(dòng)方向垂直或接近于垂直,如錄像磁帶等。垂直磁記錄材料,記錄在磁層表面上得信號(hào)磁化方向與記錄材料表面垂直,如磁光盤等。

　在物理學(xué)中將這些產(chǎn)品稱為磁記錄介質(zhì)(只認(rèn)為磁粉就是磁記錄材料)、在這些產(chǎn)品得消費(fèi)結(jié)構(gòu)中,以錄音磁帶所占得比例最大(見表)、磁記錄具有記錄密度高,穩(wěn)定可靠,可反復(fù)使用,時(shí)間基準(zhǔn)可變,可記錄得頻率范圍寬,信息寫入、讀出速度快等特點(diǎn)、廣泛應(yīng)用于廣播、 電影、 電視、教育、醫(yī)療、自動(dòng)控制、地質(zhì)勘探、電子計(jì)算技術(shù)、軍事、航天及日常生活等方面。

　磁記錄材料發(fā)展到現(xiàn)在,記錄波長(zhǎng)從最初得１000μｍ 縮短到 1μm 以下,Ｈc 從 10２Oe 提高到 1０3Oe 以上,使用最廣泛得材料有氧化物磁粉(主要有γ—Fe2Ｏ3、CrO2 與包鈷磁粉)與合金磁粉。近 2０年來(lái),主要從以下三個(gè)途徑提高材料性能以滿足高密度記錄要求:①尋求提高磁各向異性,如采用超微粒、高軸比得針狀磁粉,CrＯ2 與包鈷磁粉以及 Hc＞1００0Oe 得合金磁粉等新材料。②減薄磁層與改進(jìn)涂布技術(shù),提高Ｈc,實(shí)現(xiàn)高密度記錄。常采用除去氧與省去粘合劑兩種辦法。前者就是以金屬粉取代氧化物,后者就是做成薄膜。合金薄膜就是這兩種方法并用得結(jié)果、③從記錄原理與記錄模式上作根本得改進(jìn)。目前,通用得縱向記錄當(dāng)密度增高時(shí),所產(chǎn)生得退磁場(chǎng)能使信號(hào)減小,并產(chǎn)生垂直分量,通過(guò)提高Ｈc 與減薄磁層得方法雖可克服這一缺點(diǎn),但有一定得限度。因此出現(xiàn)了垂直記錄材料,它所產(chǎn)生得退磁場(chǎng),隨著密度得增加反而趨向于零。并且垂直記錄不需很高得 Hc 與很薄得材料。有效地克服了縱向記錄在高密度記錄時(shí)得致命弱點(diǎn)。垂直記錄要求材料具有垂直磁層表面得單軸各向異性。19７５年以來(lái),日本巖畸俊一研制成功得 Cｏ—Cr 垂直膜及以后得Ｃｏ-Cr 與Ni-Fe 雙層膜,都就是能適應(yīng)垂直記錄得新型材料。1９77 年巖畸俊一公布了線

　密度高達(dá)每厘米７.９千位(每英寸 2０千位)得成果,而硬盤得線密度至今才不過(guò)每厘米 5、9 千位(每英寸 15 千位)。日本東芝公司已制造出 8、9ｃm(3。５in)垂直軟磁盤,最近還開發(fā)了鋇鐵氧體垂直磁化錄像磁帶,所用磁粉為六角板狀鋇鐵氧體超微粒子,記錄密度比普通錄像帶高 2 倍,特別在短波長(zhǎng)記錄方面,其特性比金屬磁帶更為優(yōu)良、垂直磁記錄及新型得垂直磁記錄材料在今后得高密度記錄中將有廣闊得發(fā)展前景。

　磁存儲(chǔ)材料就是指利用矩形磁滯回線或磁矩得變化來(lái)存儲(chǔ)信息得一類磁性材料。磁性材料得特點(diǎn)就是對(duì)外加磁場(chǎng)特別敏感、磁化強(qiáng)度 M 大、 目前被廣泛使用得磁記錄介質(zhì)就是顆粒制成得,它就是由磁粉、少量添加劑與非磁性膠黏劑等形成得磁漿涂布與聚酯薄膜(又稱滌綸基體)上制成得、磁粉特性與尺寸等因素對(duì) 磁存儲(chǔ)介質(zhì)得特性有重要影響,其主要參數(shù)有磁粉得本征矯頑力、飽與磁化強(qiáng)度、磁粉顆粒得形狀與尺寸、磁粉得易磁化方向、磁粉結(jié)晶得完整性、磁存儲(chǔ)介質(zhì)要求磁粉必須控制磁層厚度、剩余磁感強(qiáng)度、磁層得表面光潔度與均勻性、矯頑力。

　對(duì)于鐵磁晶體來(lái)說(shuō),當(dāng)顆粒尺寸縮小到某一值時(shí),整個(gè)晶體以一個(gè)單疇結(jié)構(gòu)您在,此時(shí)能量最低,這個(gè)尺寸被成為臨界尺寸。當(dāng)顆粒大于臨界尺寸就是,晶體包含多個(gè)疇,小于臨界尺寸時(shí)則以單疇結(jié)構(gòu)存在,所以臨界尺寸就是鐵磁體成為單疇結(jié)構(gòu)得最大尺寸。不同材料因其磁性不同,臨界尺寸也不同、 要提高磁信息存儲(chǔ)容量,就必須不斷減小用于記錄信息得磁性顆粒得尺寸,但當(dāng)尺寸減小到一定程度時(shí),超順磁效應(yīng)就會(huì)影響到記錄得磁信息得穩(wěn)定性,所以必須開發(fā)新型高密度磁記錄技術(shù)、 通常情況下磁化狀態(tài)就是很穩(wěn)定得,但在超高密度記錄條件下,狀態(tài)得穩(wěn)定性會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。主要有:一就是提高記錄密度,需保證足夠高得信噪比 sNR、信噪比 sＮＲ正比于Ｎ (N 為每一記錄位內(nèi)得晶粒數(shù)),反比于Ｍｒt(Mrt 為面磁矩,其中Ｍr 為介質(zhì)剩余磁化強(qiáng)度,t 為介質(zhì)磁層厚度)。確保足夠高得 SＮR,除降低 Mｒ與 t 外,還要求足夠數(shù)量得 N,這就要求減小晶粒尺寸。而根據(jù)磁記錄理論,晶粒尺寸小到一定程度,就會(huì)出現(xiàn)超順磁現(xiàn)象(分子熱運(yùn)動(dòng)干擾增強(qiáng),改變集合體得磁矩取向,導(dǎo)致信息丟失)。因此對(duì)磁記錄介質(zhì)而言,存在著一定得超順磁極限(或記錄密度極限)。根據(jù)Ａrrhｅniｕs。Neel 定律,晶粒得熱衰

　減時(shí)間為: T=10.９exp(ＫuV/KT)。

　式中 Ku 與 v 分別為晶粒得單軸各向異性常數(shù)與晶粒得體積,K 為波爾茲曼常數(shù),Ｔ為溫度。KuV／KT 稱之為能壘或穩(wěn)定性常數(shù)。為了保證介質(zhì)中晶粒磁化狀態(tài)得穩(wěn)定性,一般地 T〉＞1 0９S。若取室溫 T=３00K,介質(zhì)得磁各向異性常數(shù)為10５J/m3,得到最小晶粒尺寸D約等于10ｎm,記錄位得最小尺寸約100nm,記錄密度上限約 65Gｂ/ｉｎ２。

　二就是提高記錄密度,需設(shè)法減小退磁場(chǎng)。根據(jù)磁性過(guò)渡理論,在相鄰兩反向磁化疇得界面會(huì)形成一定得磁化分布,這種分布會(huì)使過(guò)渡區(qū)內(nèi)得介質(zhì)退磁,即產(chǎn)生退磁場(chǎng)。記錄密度越高,記錄波長(zhǎng)越短,記錄位得退磁場(chǎng)越強(qiáng),記錄信號(hào)越不穩(wěn)定。退磁場(chǎng)公式為 Hd∝Mrｔ/Hｃ(Mrt 為面磁矩,Mｒ?yàn)榻橘|(zhì)剩余磁化強(qiáng)度,t為介質(zhì)磁層厚度,Ｈc為介質(zhì)得矯頑力)。所以減小退磁場(chǎng)依賴于降低剩磁,減小膜厚與增大矯頑力、 綜上所述,高密度縱向磁記錄介質(zhì)得設(shè)計(jì)必須兼顧退磁場(chǎng),信噪比與穩(wěn)定性等諸多方面得因素。

　圖案化磁信息存儲(chǔ)介質(zhì)該技術(shù)為克服超順磁極限、提高磁記錄介質(zhì)記錄密度得一種有效途徑、在這種技術(shù)中,介質(zhì)就是由非磁母體隔離得納米級(jí)島狀單疇磁性斑點(diǎn)陣列組成,每位信息存儲(chǔ)在一個(gè)單疇磁斑上,即存儲(chǔ)數(shù)據(jù)得信息位恰如彼此相互獨(dú)立得“點(diǎn)" ,這樣就減少了相互間得干擾與數(shù)據(jù)信息位損壞得危險(xiǎn),大大提高了記錄信息得溫度穩(wěn)定性。近年來(lái)隨著納米制造技術(shù)得發(fā)展,提出了多種制備圖案化介質(zhì)得方法,如光刻法(Ｌiｔhoｇｒapｈy),聚焦離子束法(Focｕsｅｄ Iｏn Beam)等。這種技術(shù)得實(shí)施,可望將磁信息存儲(chǔ)密度提高到 1Tｂ/in2 以上,但目前還有一些問(wèn)題需要解決。

　參考文獻(xiàn): 《磁記錄理論》伯純

　復(fù)旦大學(xué)出版社 《信息材料》 雷智 張靜全

　國(guó)防工業(yè)出版社

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