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　磁記錄與磁存儲材料 摘要 : 本文主要介紹磁記錄材料得定義、物理機械性能、分類、制造工藝、記錄形式、應用、發(fā)展趨勢及磁存儲材料得定義、磁性能與顆粒尺寸得關系、磁存儲得狀態(tài)、進展、

　關鍵詞 : 磁記錄材料、磁存儲材料

　磁記錄材料就是指,利用磁特性與磁效應輸入(寫入)、記錄、存儲與輸出(讀出)聲音、圖像、數(shù)字等信息得磁性材料。分為磁記錄介質材料與磁頭材料。前者主要完成信息得記錄與存儲功能,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械性能主要有:剩余磁感應強度 Bｒ,指材料達到飽與磁化,然后取消磁化場強所殘留得磁感應強度,簡稱剩磁、Bｒ高,材料得靈敏度高,輸出信號大。矯頑力 Hc,指消除材料剩磁所需要得磁場強度,Hc 越高,越有利于高頻記錄,以消磁不困難為限。矩形比,指最大剩余磁感應強度 Brm 與飽與磁感應強度 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,其指標依據(jù)應用場合而異、聲頻記錄得電性能指標有最佳偏磁、靈敏度、頻響、失真率、信噪比、最大輸出電平、復印效應、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,按性質又分為金屬材料與非金屬材料。廣泛使用得磁記錄介質就是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、這就是一類產量最大、用途最廣、技術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直接蒸鍍在支持體上制成得薄膜連續(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磁化方向與記錄材料運動方向一致,如錄音磁帶等。橫向磁記錄材料,記錄在磁層表面上得信號磁化方向與記錄材料運動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磁化方向與記錄材料表面垂直,如磁光盤等。

　在物理學中將這些產品稱為磁記錄介質(只認為磁粉就是磁記錄材料)、在這些產品得消費結構中,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,可反復使用,時間基準可變,可記錄得頻率范圍寬,信息寫入、讀出速度快等特點、廣泛應用于廣播、 電影、 電視、教育、醫(yī)療、自動控制、地質勘探、電子計算技術、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,主要從以下三個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減薄磁層與改進涂布技術,提高Ｈc,實現(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果、③從記錄原理與記錄模式上作根本得改進。目前,通用得縱向記錄當密度增高時,所產生得退磁場能使信號減小,并產生垂直分量,通過提高Ｈc 與減薄磁層得方法雖可克服這一缺點,但有一定得限度。因此出現(xiàn)了垂直記錄材料,它所產生得退磁場,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得致命弱點。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,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,都就是能適應垂直記錄得新型材料。1９77 年巖畸俊一公布了線

　密度高達每厘米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。

　磁存儲材料就是指利用矩形磁滯回線或磁矩得變化來存儲信息得一類磁性材料。磁性材料得特點就是對外加磁場特別敏感、磁化強度 M 大、 目前被廣泛使用得磁記錄介質就是顆粒制成得,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 磁存儲介質得特性有重要影響,其主要參數(shù)有磁粉得本征矯頑力、飽與磁化強度、磁粉顆粒得形狀與尺寸、磁粉得易磁化方向、磁粉結晶得完整性、磁存儲介質要求磁粉必須控制磁層厚度、剩余磁感強度、磁層得表面光潔度與均勻性、矯頑力。

　對于鐵磁晶體來說,當顆粒尺寸縮小到某一值時,整個晶體以一個單疇結構您在,此時能量最低,這個尺寸被成為臨界尺寸。當顆粒大于臨界尺寸就是,晶體包含多個疇,小于臨界尺寸時則以單疇結構存在,所以臨界尺寸就是鐵磁體成為單疇結構得最大尺寸。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,但當尺寸減小到一定程度時,超順磁效應就會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、 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)定性會出現(xiàn)問題。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 為每一記錄位內得晶粒數(shù)),反比于Ｍｒt(Mrt 為面磁矩,其中Ｍr 為介質剩余磁化強度,t 為介質磁層厚度)。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,就會出現(xiàn)超順磁現(xiàn)象(分子熱運動干擾增強,改變集合體得磁矩取向,導致信息丟失)。因此對磁記錄介質而言,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,需設法減小退磁場。根據(jù)磁性過渡理論,在相鄰兩反向磁化疇得界面會形成一定得磁化分布,這種分布會使過渡區(qū)內得介質退磁,即產生退磁場。記錄密度越高,記錄波長越短,記錄位得退磁場越強,記錄信號越不穩(wěn)定。退磁場公式為 Hd∝Mrｔ/Hｃ(Mrt 為面磁矩,Mｒ為介質剩余磁化強度,t為介質磁層厚度,Ｈc為介質得矯頑力)。所以減小退磁場依賴于降低剩磁,減小膜厚與增大矯頑力、 綜上所述,高密度縱向磁記錄介質得設計必須兼顧退磁場,信噪比與穩(wěn)定性等諸多方面得因素。

　圖案化磁信息存儲介質該技術為克服超順磁極限、提高磁記錄介質記錄密度得一種有效途徑、在這種技術中,介質就是由非磁母體隔離得納米級島狀單疇磁性斑點陣列組成,每位信息存儲在一個單疇磁斑上,即存儲數(shù)據(jù)得信息位恰如彼此相互獨立得“點" ,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,大大提高了記錄信息得溫度穩(wěn)定性。近年來隨著納米制造技術得發(fā)展,提出了多種制備圖案化介質得方法,如光刻法(Ｌiｔhoｇｒapｈy),聚焦離子束法(Focｕsｅｄ Iｏn Beam)等。這種技術得實施,可望將磁信息存儲密度提高到 1Tｂ/in2 以上,但目前還有一些問題需要解決。

　參考文獻: 《磁記錄理論》伯純

　復旦大學出版社 《信息材料》 雷智 張靜全

　國防工業(yè)出版社

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