磁记录与磁头材料简述

磁记录与磁头材料简述

摘要：简述了磁记录材料的发展、磁记录原理以及磁记录的过程，包括磁头材料的基本要求及其数字式记录方式；对几种具有代表性的磁头材料做了介绍，并对磁头材料的发展做了展望。

关键词：磁记录;原理;磁头材料;种类

The review of Magnetic recording and materials of

Magnetic Head

Abstract: The development history, principle and process of materials of magnetic recording were summmarized, including the basic enquirements and recording mode of mat erials of Magnetic Head . The represental of the materials of Magnetic Head was discribled and the development of materials of Magnetic Head was discussed.

Key words: magnetic recording; principle; materials of Magnetic Head;discription

引言

当今世界已经进入了信息化时代。信息量的爆炸式增长对信息存储技术提出了越来越高的要求。信息存储作为处理信息必不可少的环节，已渗透到国民经济的诸多环节。一直以来电子存储产品都占据着电子类产品最大的市场份额。对高存储容量，高数据存取速度，高性能价格比存储设备不断增长的需求进一步推进了存储记录技术的发展，传统存储记录技术的性能越来越高，新型存储记录技术不断涌现。在所有的信息存储方式中，磁存储因其具有优异的记录性能、应用灵活、价格便宜，而且在技术上仍具有相当大的发展潜力，所以仍被作为当代信息存储的一项主要技术[1]。

1 磁记录材料的发展

磁记录技术的起源可以追溯到1857年使用钢带的录音机雏形。1898年，丹麦人Valdemar Poulson使用直径为1 mm的碳钢丝制作了世界上第一台可供实用的磁录音机。1928年，德国人Fritz Pfleumer与AEG（伊莱克斯）合作制作了第一台磁带录音机，被称为是磁带录音机的鼻祖，从此磁带录音机进入实用化。1947年，γ-Fe2O3的发明标志着磁带记录技术与当代的接轨。

磁记录当初只用于录音，但从上世纪五十年代后半期一来也广泛地应用于磁带录像机、计算机的存储系统（磁滞装置、磁盘装置）等，同时记录密度也迅速地增大。近几年来，对磁记录材料的性能要求越来越高[2]。

2 磁记录过程与原理

2.1 磁记录过程

所谓磁记录就是以磁记录介质受外磁场磁化，去掉外磁场后仍能长期保持其剩余磁化状态的基本性质为基础。磁带或磁盘记录信号是永久性的，同时也是可以更改的。在磁性介质表面按照信号要求形成微小永磁体，每个微小永磁体有一个磁化方向，最初的钢丝磁记录，其微小磁体的磁化方向垂直于钢丝表面，可以说是最早的磁记录，但由于钢丝很难保持较强的剩磁，因此记录效果并不理想。

传统的磁存储采用水平（即纵向）记录方式。纵向记录，如其名称所示，即数据位为水平排列（数据位与磁盘表面平行）。这种记录模式的使用和演化持续了50年。然而水平式磁性记录储存密度的成长，到了21世纪初期，就遇到了物理极限-超顺磁效应，使得记录密度成长降至每年50%~60%，甚至完全延缓下来。与这种记录模式相反，垂直磁记录的数据位则为垂直排列（数据位与磁盘垂直）。垂直记录模式可以很容易克服超顺磁效应，获得更多的磁盘空间来存储更多的数据，从而可以实现更高的磁记录密度。因此，垂直磁记录模式近年一直受到广泛关注[3-5]。

2.2 磁记录原理

在记录信息(声音、图像、数字)过程中，输入的信息先转变为相应的电信号，传送到记录磁头的线圈中，在记录磁头气隙中产生与输入电信号相应的变化磁场，气隙附近并以恒定速度移动的磁带上的磁记录介质受到该变化磁场的作用，从原来未存储信息的退磁状态转变到磁化状态，也就是将随时间变化的磁场转变为按空间变化的磁化强度分布，磁带通过磁头以后转变到相应的剩磁状态，剩磁状态便记录下与气隙磁场、磁头电流和输入电信号相应的信息。在磁带重放过程中，与上述磁记录过程相反，即磁带剩磁影响磁头气隙磁场，再到磁头线圈中的电流，最后变成与原来记录相应的(声音、图像和数字)信息。

3磁头及磁头材料

3.1磁头材料的基本要求

磁头是磁记录装置中实现电磁能量转换的关键部件。磁头的主要工作原理大都采用。电磁感应式，具有带缝隙的环形铁芯上绕线圈的基本形式，铁芯材料必须是具有高磁导率的软磁材料。

（1）磁头材料应具有尽可能高的饱和磁感应强度Br、高的磁导率、尽量低的矫顽力Hc 和剩磁Br,特别是在高频范围内；

（2）磁头应具有较高的工作效率，自身的能量消耗（包括磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗）要小，例如，高磁导率的磁头材料可以降低涡流损耗；

（3）磁头应具有较高的表面硬度、良好的耐磨性，以保证其使用寿命；

（4）磁头工作性能应当稳定，不因温度、应力、腐蚀和外界干扰而发生性能的明显变化；

（5）磁头应具有良好的加工特性，适合于大批量、机械化生产，制造成本低。

目前用于制造磁头的磁头材料很多，课分为金属或合金磁头，铁氧体磁头、非晶态合金磁头、磁阻磁头等[6]。

3.2磁头材料的数字式记录方式

3.2.1水平（纵向）记录

目前，商用的硬盘磁记录方式绝大部分仍然为纵向记录方式，即采用磁场的磁化方向与盘片表面平行的方式。纵向记录是薄膜沿膜面方向表现出较高的剩余磁化。目前采用的主要是钴合金一类的金属高磁化材料。在纵向记录中，记录密度的提高，主要受两个面的制约：一是数据存取速率依赖于记录位中的磁化方向的转换速度；二是随着记录密度的不断提高，记录位的线度也逐步趋进于超顺磁极限。存储面密度的提高，就意味着代表每个H=> 的磁记录位和组成它的磁粒的体积要相应减小，其所具有的能量自然随之下降，发展到一定程度之后，只需要很小的能量，比如室温下的热扰动就可以将磁粒翻转，磁记录位保存的数据就