HAMR磁头磁盘界面传热及润滑剂材料转移特性研究

发布时间：2020-11-04 03:39

　　 大数据、云计算的到来使人们对于硬盘大存储密度的需求日益强烈,热辅助磁记录技术(Heat Assisted Magnetic Recorading,HAMR)迅速发展,满足此需求指日可待。同时,磁头飞行高度越发变低,导致磁盘表面凸起会影响磁头/磁盘的空气动压力,气体传热也将发生变化,与气体性质相关的物理量将不能被当作常数,它们与温度、压强均相关,这些变化会影响润滑材料在磁头/磁盘间的转移进而影响硬盘工作稳定性,甚至影响硬盘寿命。本文基于流体力学中的Navier-Stokes方程(N-S方程)和连续性方程,考虑了气体稀薄效应,得到修正后的雷诺方程。基于流体传热方程,得到了简化的热流密度方程;基于气体蒸发凝结通量方程,推导了整个磁头滑块上的润滑材料蒸发凝结量;最后基于分子动力学理论,得出磁头/磁盘界面分子系统在任一时刻的的总势能,在此基础上求得该分子系统的每个原子在任一仿真时间内的运动轨迹。本文针对磁盘表面不同凸起半径,研究了在磁头飞行姿态、飞行高度,磁盘转速等不同的运行工况下,平板磁头和Tri-pad磁头空气轴承表面的动压力分布,分析了硬盘工作时的主要影响因素,研究发现磁头滑块形貌的设计将影响空气轴承表面的压力分布,压力分布的变化将改变磁头磁盘界面的温度分布。研究了气体稀薄效应下气体的导热系数、动力粘度、气体密度以及分子自由程对磁头/磁盘界面传热的影响;压强和温度耦合条件下,研究了不同工况下两种磁头/磁盘间气体平均温度的变化,分析了磁盘表面凸起对气体传热的影响,作为磁盘表面形貌设计的参考。研究了压强和温度耦合条件下的硬盘工作参数、激光器热源功率及磁盘表面凸起对润滑材料转移的影响,分析了其作用机理;从分子动力学角度进一步研究了润滑材料转移,利用Materials Studio仿真分析了四种不同润滑材料分子和不同含碳量的磁盘涂层分子之间的吸附状态,通过动态平衡仿真探究了出现不同吸附能的原因;同时研究了润滑材料在空气中的扩散,分析了影响扩散系数的原因,并提出了针对不同的润滑材料硬盘应采取的减小材料转移量的相关措施。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TP333;TH117.22
【部分图文】：

a) 平板无凸起 b) 平板有凸起图 3-2 平板磁头滑块表面压强分布图提取滑块表面中心对称面(y=0)的压强数据，画出二者的压强分布图如图3-3 所示。a) 平板无凸起 b) 平板有凸起图 3-3 平板磁头滑块中线的压强分布图平板磁头的压强分布像一个山峰，最大值分布集中且范围较窄，磁盘表面

画出二者的压强分布图如图3-3 所示。a) 平板无凸起 b) 平板有凸起图 3-3 平板磁头滑块中线的压强分布图平板磁头的压强分布像一个山峰，最大值分布集中且范围较窄，磁盘表面无凸起时的峰值压强为 4.99 MPa，其余部分接近一个大气压。当磁盘表面有凸起时，压强峰值为 4.62 MPa，凸起的存在减小了最大压强，空气轴承对称面上的压力分布有两个峰值，凸起导致磁头/磁盘局部间距变小，气体动压力增强从而在凸起位置附近出现第二个压力峰值，其值为 1.28 MPa，第二个峰值的中心位置为(0.6 mm，0)，与凸起的中心位置一致，峰值范围与凸起半径有关，凸起半径越大，第二个峰值分布就越广。用同样的方法算出 Tri-pad 磁头滑块表面中心线的压强分布

a) Tri-pad 无凸起 b) Tri-pad 有凸起图 3-4 Tri-pad 磁头滑块中线的压强分布图由于 Tri-pad 磁头滑块前端有两个凸起的双轨，后端有一个尾垫，因此空气轴承压力三维云图的前端有两个峰值，后端有一块凸起，如图 3-4 a)所示，当磁盘表面有凸起存在时，压力分布三维图多出一个峰值，如图 3-4 b)所示。取滑块 表 面 中 心 线 的 压 强 数 据 绘 制 成 曲 线 图 ， 如 图 3-5 所 示 。II IIa) Tri-pad 无凸起 b) Tri-pad 有凸起
【参考文献】

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本文编号：2869561