磁头/磁盘界面薄膜润滑剂流动及损耗特性研究

摘要

随着大数据时代的到来，人们对硬盘存储容量的要求越来越高。减小磁头的飞行高度和采用新型的热辅助磁记录技术是提高硬盘存储密度的有效途径，但这两项技术会使磁盘表面的润滑剂流动及损耗。为了使磁头/磁盘界面保持最佳摩擦学性能并使滑块飞行保持稳定，必须保证磁盘表面润滑剂厚度均匀。因此研究润滑剂在空气动压作用下流动和热源作用下产生损耗的原因，并提出减小润滑剂损耗的方法，对于提高磁头/磁盘界面的可靠性具有重要的意义。
　　本文基于流体力学中的N-S方程和连续性方程建立了润滑剂流动损耗的理论模型。首先建立了基于F-K模型的修正雷诺方程以求解润滑膜表面受到的空气轴承力。考虑润滑剂分子间作用力，表面张力以及润滑膜表面受到的外力建立了润滑剂在空气动压作用下的膜厚流动方程。随后，考虑热源引入后的蒸发作用建立了润滑剂在热源作用下的膜厚变化方程。文中利用了一个同膜厚和温度相关的粘度表达式以完善理论。
　　根据平板型和双轨型滑块下的空气轴承力分布，求解得到空气动压下润滑剂的流动。采用去除空气动压下膜厚变化方程中某些项的方法研究引起膜厚变化的主要因素以及方程中其他各因素的作用。针对硬盘驱动器工作时不同的工作条件，讨论了润滑膜的初始厚度，磁头滑块的飞行高度以及磁盘的转速对膜厚变化的影响，并提出相应的减缓膜厚变化的方法。
　　在考虑热源的条件下，基于热辅助磁记录技术建立了仿真模型。通过对比单层玻璃结构磁盘和多层结构磁盘的温度分布，确定了使用多层结构磁盘建立模型的必要性。通过对比热源下膜厚变化方程中各物理量的作用，得出引起润滑膜损耗的主要原因。分析了热辅助磁记录技术下工作参数对润滑膜损耗的影响，包括初始膜厚、激光的功率、光斑大小和润滑剂的分子重量。探讨了这些参数改变后膜厚损耗的原因，并以此为基础提出了减小膜厚损耗的方法。
　　在求解得到空气动压和热源作用下润滑剂膜厚损耗的基础上，讨论了润滑剂的流动恢复。以膜厚变化方程为基础，推导了润滑剂恢复的方程，阐明了润滑膜恢复的原因。最后研究了润滑剂的初始膜厚、环境温度以及极性端基的润滑剂对润滑剂恢复时间和速率的影响并提出了润滑剂快速恢复的方法。

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第1章 绪 论

1.1课题背景及研究的目的和意义

1.2硬盘的主要组成结构

1.3提高存储密度的相关技术

1.4磁头磁盘界面润滑膜国内外研究现状

1.5本文研究的主要内容

第2章 膜厚变化理论模型的建立及求解

2.1修正雷诺方程的推导

2.2空气动压作用下的膜厚变化方程

2.3热源作用下的膜厚变化方程

2.4膜厚变化方程的求解

2.5本章小结

第3章 空气动压作用下润滑膜流动特性分析

3.1润滑剂流动模型的建立及求解

3.2空气动压作用下润滑剂流动主要影响因素分析

3.3工作参数参数对于润滑剂流动的影响分析

3.4本章小结

第4章 热源作用下润滑剂损耗特性分析

4.1基于HAMR技术的润滑剂损耗模型建立及求解

4.2热源作用下润滑剂损耗主要影响因素分析

4.3工作参数对于润滑剂损耗的影响分析

4.4本章小结

第5章 润滑剂膜厚的恢复特性分析

5.1润滑剂恢复模型的建立及求解

5.2润滑剂膜厚恢复的主要因素分析

5.3工作参数对于膜厚恢复的影响分析

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

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