工作状态下TFC磁头热变形对飞行高度的影响研究

摘要

随着对大容量数据存储的需求在不断提高,人们对于硬盘驱动器的存储密度和稳定性的要求也越来越高。减少磁头到磁盘之间的距离即磁头的飞行高度,可以有效地提高硬盘的存储密度。利用热飞高控制(TFC)磁头技术,可以实现对磁头加热使其工作表面产生热隆起,从而有效地减少磁头飞行高度并保证飞行的稳定性,同时对于硬盘进行读/写操作时造成的热变形进行补偿。关于该技术的研究成为目前磁存储领域的热点和难题之一。
　　本文主要针对工作状态下TFC磁头的热变形对其飞行高度的影响进行了系统性研究。首先对目前磁存储领域TFC技术的研究现状进行了系统分析,针对磁头/磁盘界面传热的数学描述,根据微/纳传热的相关理论,提出了在研究中采用二阶非连续边界条件,并结合流体连续运动方程推导了空气轴承表面的传热系数,建立了空气轴承表面的传热模型。建立了改进的含有加热器的TFC滑块的简化结构有限元模型,为仿真研究奠定了基础。
　　综合考虑加热器的材料、热生成率及位置等因素,选取了加热器的导热系数、长度、厚度、加热功率以及位置高度等参数作为研究对象,通过求解关于工作状态下TFC磁头加热的热-结构-流体多物理场弱耦合问题,分析了上述各因素对于磁头的温度分布、热变形以及空气轴承工作表面压力分布的影响,为加热器的设计提供了理论依据。
　　针对TFC磁头的稳态飞行高度是空气轴承力和热隆起共同作用的结果,基于磁头温升与飞高的双向耦合关系,确立了热-结构-流体-飞高的多物理场非线性耦合计算流程,采用迭代的方法对滑块的飞行高度进行了求解,分析比较了基于连续及非连续边界条件的传热系数对于飞行高度计算结果的影响,验证了采用非连续边界条件的必要性。研究了加热器功率及位置高度对于磁头飞行高度的影响,为研究TFC滑块飞行高度提供了新方法。

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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硬盘驱动器相关技术

1.3 TFC技术相关理论的发展概况

1.4本文主要研究内容

第2章 TFC滑块相关模型的建立

2.1 TFC滑块工作状态下的物理过程

2.2 TFC滑块导热模型的建立

2.3空气轴承表面的传热模型的建立

2.4雷诺方程的推导

2.5 TFC滑块有限元模型的建立

2.6本章小结

第3章 基于多物理场的TFC滑块加热性能研究

3.1 TFC滑块加热过程的多物理场作用

3.2 TFC滑块加热器的设计参数

3.3基于多物理场的仿真研究

3.4本章小结

第4章 TFC滑块飞行高度双向耦合作用分析

4.1 TFC磁头飞行的力学模型

4.2温升与磁头飞行高度间耦合关系分析

4.3温升致飞高改变的仿真及结果分析

4.4本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及其他成果

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致谢