磁頭材料

磁表面存儲器是目前使用最廣泛的外存儲器。所謂磁表面存儲，是用某些磁性材料薄薄地涂在金屬鋁或塑料表面作載磁體來存儲信息。根據(jù)記錄載體的外形，磁表面存儲器有磁鼓、磁帶、磁盤、磁卡等。而在計算機(jī)系統(tǒng)中廣泛使用的是磁盤和磁帶;特別是磁盤，幾乎是稍具規(guī)模系統(tǒng)的基本配置。

1. 基體與磁層

在磁表面存儲器中，記錄信息的介質(zhì)是一層很薄的磁層，它需要依附于具有一定機(jī)械強度的基體之上。根據(jù)不同磁表面存儲器的需要，基體分為軟質(zhì)基體與硬質(zhì)基體兩大類,它們所要求的磁層材料與制造工藝也相應(yīng)不同。

(1)軟質(zhì)基體與磁層

磁帶的運行方式要求采用軟質(zhì)基體，如聚酯薄膜帶。軟盤的盤片在工作時與磁頭接觸，為了減少磁頭磨損，也要求用軟質(zhì)基體，如聚酯薄片。

將具有距磁特性的氧化鐵微粒，滲入少量鈷，用樹脂粘合劑混合后，涂敷在基本

體之上加工形成約1微米厚的均勻磁層。這就是記錄信息用介質(zhì)，屬于顆粒型材料。

(2)硬質(zhì)基體與磁層

硬盤的運行方式對基體與磁層要求更高，一般采用鋁合金硬質(zhì)盤片作為基體。為了進(jìn)一步提高片光潔度與硬度，一些新型硬盤采用工程塑料、陶瓷、玻璃作為基體。

硬盤一般采用電鍍工藝在盤片上形成一個很薄的磁層，所用材料為具有矩磁特性的鐵鎳鈷合金。電鍍形成的磁層屬于連續(xù)型非顆粒型材料，又稱薄膜介質(zhì)，其均勻性與性能大為提高。磁層厚度大約只有0.1-0.2微米

，上面再鍍一層保護(hù)膜，增加抗磨性和抗腐蝕性。 在更新的硬盤中，采用濺射工藝形成薄膜磁層，即用粒子撞擊陰極，使陰極處的磁性材料原子淀積為磁性薄膜。其性能優(yōu)于鍍膜。

為了增加讀出信號的幅度，希望選用材料的剩磁感應(yīng)強度 比較大。但 過大，磁化狀態(tài)翻轉(zhuǎn)時間增加，因而影響記錄密度。為了提高激勵密度，要求磁層盡量薄。以減少磁化所需時間;磁層薄又使磁通變化量 減少，將影響讀出信號幅度。這就要求改進(jìn)讀出放大的電子技術(shù)，以降低對磁層制造工藝的要求，或在相同工藝水平條件下，提高密度與可靠性。

此外，要求磁層內(nèi)部無缺陷，表面組織致密、光滑、平整，磁層厚薄均勻，無污染，對環(huán)境溫度不敏感，性能穩(wěn)定。

磁頭是實現(xiàn)讀/寫的關(guān)鍵元件。寫入時，將脈沖代碼以磁化電流形式加入磁頭線圈，使記錄介質(zhì)產(chǎn)生相應(yīng)的磁化狀態(tài)，即電磁轉(zhuǎn)換。讀出時，磁層中的磁化翻轉(zhuǎn)使磁頭的讀出線圈產(chǎn)生感應(yīng)信號，即磁電轉(zhuǎn)換。

圖3-1 磁頭原理圖

圖3-1是磁頭的原理性示意圖。磁頭由高導(dǎo)磁材料構(gòu)成，上面繞有線圈，有一個線圈兼做寫入磁化與讀出，或分設(shè)讀磁頭與寫磁頭。磁頭面向記錄介質(zhì)的部分開有間隙，稱作磁頭間隙，簡稱頭隙。如果沒有這個間隙，磁化電流產(chǎn)生的磁通將只在閉合磁路中流過，對記錄介質(zhì)沒有作用。開了間隙后，大部分磁通將流經(jīng)頭隙所對應(yīng)的記錄介質(zhì)局部區(qū)域，使該作用區(qū)留下某種磁化狀態(tài)。讀出時，記錄信息的介質(zhì)經(jīng)過磁頭，由于對著磁頭的區(qū)域中存在磁化狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，若由正向飽和變?yōu)樨?fù)向飽和，或由負(fù)向飽和變?yōu)檎蝻柡停勾蓬^的磁路中發(fā)生磁通變化 。讀出線圈產(chǎn)生感應(yīng)電勢，即讀出信號。因此頭曦部分的形狀與尺寸至關(guān)重要，又稱工作間隙。磁頭的磁路其余部分既可做成環(huán)狀，也可做成馬蹄形，影響不大。

在磁盤或磁帶進(jìn)行讀/寫時，記錄介質(zhì)運動而磁頭不動，磁頭在記錄介質(zhì)上的磁化區(qū)形成磁道。磁化后，磁道中心部分達(dá)到磁飽和，而磁道兩側(cè)的邊緣部分磁化不足。在寫入后，常將兩側(cè)進(jìn)行清洗，稱為夾縫清除。

從磁頭的任務(wù)來看，在磁盤中，每個記錄面有一個磁頭，兼做讀磁頭與寫磁頭，又稱復(fù)合磁頭。在磁帶機(jī)中，經(jīng)常一次并行地讀/寫幾個磁道。每個磁道中有一對磁頭:一個讀磁頭和一個寫磁頭，可以實現(xiàn)寫后讀出檢查。將幾個磁道的讀磁頭與寫磁頭裝配為一體，道間加屏蔽，稱為組合頭快。

從制造工藝方面來看，分為早期的傳統(tǒng)工藝磁頭與近期的薄膜磁頭。

在早期的制造工藝中，或是用高導(dǎo)磁率鐵淦氧材料熱壓成形，或用高導(dǎo)磁率鐵鎳合金(坡莫合金)疊片組裝成形。通常是先制成幾部分其中一段繞有線圈，然后將他們粘接起來。用于軟盤的磁頭，將上述鐵芯封裝在特種塑料外殼里，外殼做成球面形或平面扣子形，便于安裝和定位，并使磁頭與盤面接觸良好，工作時磨損小。用于硬盤的磁頭，將鐵芯封裝在一個陶瓷塊內(nèi)，該陶瓷塊稱為浮動塊，工作時可由氣墊使其浮空于盤面上;后來又將鐵芯和浮動塊改為用同樣的材料制成。

近期的硬盤采用薄膜磁頭，用類似于半導(dǎo)體工藝的淀積和成形技術(shù)，在基板上形成坡莫合金的鐵芯，和具有一定匝數(shù)的線圈，如平面螺旋式導(dǎo)體線圈。由于制造成型過程中使用掩模光刻技術(shù)，精度很高，可以獲得比較理想的極尖形狀和工作間隙;然后在基板上燒固一層氧化鋁和碳化鈦，再切割加工成浮動塊。相比之下，薄膜磁頭在各方面的性能均優(yōu)于傳統(tǒng)工藝磁頭。