磁头/磁盘界面传热特性分析与磁头飞行特性实验研究

摘要

磁存储硬盘由于其存储容量大、速度快和安全性能高等特点而被广泛应用。为了获得较高的磁记录密度，磁头和磁盘间的间隙（飞行高度）越来越小，已经减小到几纳米。在这极小的间隙下，粗糙的滑块和/或磁盘会产生磨损、摩擦、读/写单元磁退化和碰撞，从而影响其压力分布、热传递和磁头飞行特性。因此对于带有缺陷的磁头/磁盘界面的压力分布、热传递以及磁头飞行特性的研究尤为重要。本文主要是对磁头/磁盘界面压力分布和热传递进行了数值分析以及对磁头飞行特性进行了实验研究。
　　当磁头与磁盘之间的间隙达到纳米级的时候，磁头磁盘间的气体已不再是连续的，此时必须考虑气体稀薄效应对磁头/磁盘界面的气膜润滑的影响。本文基于本课题组提出的Reynolds方程线性流率（LFR：linearized flow rate）模型，研究了带有微观缺陷的磁头磁盘界面的压力分布和传热特性，并且将LFR模型和二阶模型以及FK模型得出的模拟结果，包括压力分布和热通量分别进行了比较。本论文数值分析步骤为：1）运用LFR模型的Reynolds方程求解带有缺陷的磁头/磁盘界面的压力分布；2）基于能量方程，把压力分布作为已知条件求解出温度分布；3）采用傅里叶定理，利用已得到的温度为已知条件计算热通量。在本文中，基于LFR模型分别研究了外界环境变量（环境压力、边界温度）和自身变量（磁盘转速、缺陷尺寸、俯仰角）对磁头/磁盘界面压力分布和传热特性的影响。模拟结果表明：自身变量如磁盘转速/缺陷尺寸/俯仰角对压力分布和传热特性具有相同的影响趋势,而外界环境变量如环境压力/边界温度对压力分布和传热特性具有不同的影响趋势。
　　近年来，热控飞高（TFC）滑块被应用到增加磁记录密度，磁头和磁盘之间的间隙已经减小到1-2 nm左右。TFC磁头可以通过加热内嵌热阻单元产生局部热凸起，从而进一步减小磁头读写单元与磁盘表面的距离。磁存储硬盘在工作过程中，外界环境因素，例如环境压力、磁盘转速都会影响该系统的飞行特性。实验采用专用实验设备─HDF(Head Disk Flyability) Tester，就环境压力和磁盘转速对磁头滑块降落起飞的影响进行了实验研究。对于给定不同环境压力的情况下，声发射（AE）信号用来检测滑块与磁盘之间的接触，以确定滑块在降落（touch-down, TD）和起飞（take-off, TO）时的磁盘转速。对于给定不同磁盘转速的情况下，AE信号用来确定滑块降落和起飞时的环境压力。通过观察实验现象和分析实验数据，结果表明：磁头发生起飞时的磁盘转速随着环境压力的增加而逐渐减低，而磁头发生降落时的磁盘转速基本不变；磁头发生降落和起飞时的环境压力随着磁盘转速增加而减小；对于不同形貌的磁头在相同的飞行环境下有不同的速度滞变和压力滞变，表明对不同形貌的磁头，有不同的分子间作用力作用在滑头滑块上。

目录

声明

第1章 绪论

1.1磁存储硬盘的研究背景

1.2磁存储硬盘的研究与发展

1.3选题背景及意义

1.4课题研究的主要内容

第2章 纳米间隙气膜润滑方程

2.1 Reynolds方程和气膜润滑理论

2.2稀薄效应

2.3加入稀薄效应的润滑模型

2.4本章小结

第3章 带有缺陷磁头/磁盘界面压力分布的研究

3.1磁头/磁盘界面的压力分布求解的数学模型

3.2磁头/磁盘界面的压力分布的有限单元求解方法

3.3缺陷磁头/磁盘界面压力分布的数值结果分析

3.4本章小结

第4章 带有缺陷磁头/磁盘界面传热特性的研究

4.1磁头/磁盘界面传热特性求解的数学模型

4.2磁头/磁盘界面传热特性的有限元求解方法

4.3缺陷磁头/磁盘界面热通量的数值结果分析

4.4本章小结

第5章 磁头/磁盘界面飞行特性的实验研究

5.1引言

5.2实验设备选用及步骤

5.3实验结果及分析

5.4本章小结

第6章 总结与展望

6.1本文总结

6.2研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文及科研情况