TFC磁头磁盘界面气体薄膜多物理场耦合特性分析

摘要

为了满足市场对大容量、高存储密度和高稳定性的磁存储介质的需求，以硬盘驱动器为代表的存储介质的研究得到了越来越多的关注。在硬盘驱动器中磁头磁盘界面的工作特性决定了磁存储的能力和稳定性，当磁头磁盘界间隙处于几个纳米时，间隙内的气体薄膜受到多个物理场的综合作用，其中，在温度场、流体场和位移场的耦合作用下，深入研究磁头磁盘界面、气体薄膜、和硬盘工作面的工作特性，对提高磁头飞行稳定性和改进结构设计具有重要意义。
　　本课题以平板磁头和负压型磁头组成的磁头磁盘界面为研究对象，基于多物理场耦合作用之下对磁头磁盘界面的静力学和动力学特性进行了分析。为了改变磁头气浮面上的压强分布以提高硬盘工作的稳定性，磁头气浮面上被刻蚀成为不同的形状，不同刻蚀形状对磁头气浮面的压强影响不同。目的是对比研究不同负压型磁头在不同工作状态下的稳定性，为磁头滑块设计以及提高硬盘存储密度奠定了基础。
　　基于热传导和热对流理论建立了磁头磁盘界面的热传递模型，利用COMSOL多物理场分析软件，研究了磁头磁盘界面的温度分布，分析了磁头滑块刻蚀沟槽对温度分布的影响；考虑材料线性膨胀特性，分析了磁头内部温度差引起的材料热应力和磁头的热变形，并研究了工作参数如磁头的飞行速度和加热器的加热功率对热变形的影响。
　　基于空气动力学理论对广义的雷诺方程进行修正，即考虑在磁头磁盘之间狭小的间隙中空气分子的平均自由行程、密度和粘度的变化，对雷诺方程进行修正，分析了磁头磁盘界面在温度场、流体场和位移场多个物理场耦合作用下的压强分布，最终考虑磁头滑块形状的不同研究滑块气浮面上的压强分布。
　　基于温度场和流体场利用comsol软件，研究了磁头滑块刻蚀沟槽的形状和深度对气浮面上的压力、力矩和力的作用点位置的影响，分析了工作参数如磁头相对磁盘的飞行速度、飞行高度、俯仰角度和加热器加热功率对磁头力学特性的影响，为磁头滑块的设计提供参考理论支持。
　　建立系统的运动微分方程并利用MATLAB软件，基于PDE模块进行求解，在气浮面压强和悬臂系统的作用下研究磁头相对磁盘的振动和俯仰角的摆动，分析了磁头刻蚀沟槽和悬臂系统的参数对磁头动力学特性的影响，为磁头滑块和悬臂系统的设计提供参考理论依据。

目录

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第1章 绪 论

1.1课题的研究背景与意义

1.2磁头磁盘界面技术的发展

1.3磁头磁盘界面国内外研究现状

1.4本文的主要研究内容

第2章 磁头磁盘界面多物理场理论分析

2.1磁头磁盘界面热量传递的分析

2.2流体场的理论分析

2.3磁头振动与摆动的理论分析

2.4本章小结

第3章 磁头磁盘系统温度分布以及磁头热变形

3.1磁头磁盘界面模型与多物理场的定义

3.2多物理场耦合作用下磁头磁盘界面的温度分布

3.3磁头的热变形

3.4工作参数对磁头热变形的影响

3.5本章小结

第4章 磁头气浮面的压强分析

4.1气浮面的压强分布

4.2工作参数对磁头飞行稳定性的影响

4.3本章小结

第5章 磁头的振动与摆动

5.1磁头振动与摆动建模

5.2磁头的振动和摆动运动分析

5.3弹性系数对磁头振动的影响

5.4弹性系数对磁头俯仰角摆动的影响

5.5本章小结

结论

参考文献

声明

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢