磁头与离散磁道式磁盘瞬态接触的仿真分析

发布时间：2020-09-16 16:58

　　超高密度存储技术已经成为信息存储技术的制高点,离散磁道式磁盘作为提高存储密度的有效手段,有望达到1Tbit/in2的存储密度,因而得到了广泛的关注。离散磁道式磁盘因为具有离散的磁道,在与磁头瞬态接触过程中极易损坏,严重制约了其数据存储可靠性,因此,本文通过研究离散磁道式磁盘在瞬态接触过程中的热力场特性,旨在为设计超高存储可靠性的离散磁道式磁盘提供理论指导。在本文中,根据合理的简化原则,建立了不同相对速度下磁头与离散磁道式磁盘瞬态接触的有限元模型,确定了材料本构模型及理论热模型,研究了不同接触状态下离散磁道式磁盘瞬态接触热力场的交互影响,对比了不同接触状态下离散磁道式磁盘的破坏程度,分析了导致离散磁道式磁盘退磁的主要因素。垂直接触时,盘面摩擦及接触热场均能加剧磁盘塑性应变程度;平行接触时,盘面摩擦及接触热场对磁盘塑性应变影响程度较小;相同接触条件,平行接触时磁盘破坏程度要大于垂直接触时磁盘破坏程度;塑性应变是导致离散磁道式磁盘退磁的主要因素。鉴于离散磁道式磁盘退磁区域由力学破坏程度决定,着重研究了不同接触状态下,离散磁道式磁盘的设计参数及接触条件对其瞬态接触力场特性的影响规律,并且阐明了降低磁盘破坏程度的方法。首先采用不同的研究方法,分析了不同接触状态下磁盘材料的影响规律;其次改变模型几何参数,阐明了不同接触状态下磁盘几何参数的影响规律;最后研究了接触条件的影响规律。垂直接触时,减小材料弹性模量、增大材料屈服强度,在磁盘表面附加DLC保护层及增加DLC层厚度,均可减小离散磁道式磁盘破坏程度;磁道宽度、磁头法向冲击速度及径向寻道速度增大均导致磁盘破坏程度增大,摩擦系数增大虽导致磁盘最大等效塑性应变增大,但同时可减小磁盘塑性应变区域。平行接触时,相同接触条件,Glass基体CoCrPt磁道磁盘破坏程度最小;在磁道上方附加DLC层及增加DLC层厚度,可减小磁盘破坏程度;磁道宽度增加将导致磁盘最大等效塑性应变增大,同时减小磁盘塑性应变总体积;磁头法向冲击速度及横向速度增大均导致磁盘破坏程度增大;摩擦系数增大可减小磁盘破坏程度。离散磁道式磁盘极易发生力学破坏,因此,其平整化成为重要的研究方向。首先建立了平整化后磁头与离散磁道式磁盘的瞬态接触模型,研究了不同磁盘材料对平整化后瞬态接触力场的影响规律;其次,为离散磁道式磁盘选用了最佳的基体及磁道材料,研究了填充材料对平整化后离散磁道式磁盘瞬态接触热力场的影响规律;最后选用合适的填充材料,研究了接触条件对平整化后瞬态接触热力场的影响规律。在磁盘接触热力场中,相同接触条件下,Glass基体CoCrPt磁道CoCrPt填充磁盘破坏程度最小;磁头法向冲击速度及径向寻道速度增大均导致磁盘热力学破坏程度增大,摩擦系数增大可减小磁盘力学破坏程度,同时导致磁盘表面最大温升增大。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2011
【中图分类】：TP333
【部分图文】：

磁道,磁盘

[5]。离散磁道式（ DTR ， Discrete TrackRecording）磁盘，如图1-1所示，将数据信息存储于径向离散、周向连续的磁道中，避免了磁盘存储在径向上的交叉干扰[6-7]，可以提供更高的信噪比，从而达到更高的存储密度。基于这种优势，离散磁道式磁盘得到了越来越多的关注[8]。离散式轨迹中包含磁信息图 1-1 离散磁道式磁盘[3]1.2 课题研究的目的及意义实际磁头、磁盘工作过程中，受周围环境影响，如振动与环境噪声等，磁头与磁盘将不可避免地发生接触[9]，如图1-2所示，因接触时间极为短暂（us级）

示意图,磁盘,磁头,瞬态

存储的低可靠性成为制约离散磁道式磁盘发展的瓶颈，如何突破此技术瓶颈成为存储领域的研究热点。图1-2 磁头与磁盘瞬态接触示意图[15]目前，我国磁盘市场被国外生产商，如美国西部数据公司，德国希捷公司等垄断，研制超高存储密度、高可靠性的磁盘是属于我国有重大战略需求的项目[16]，磁盘存储技术涉及材料学、机械学、力学、物理学、化学等多学科交叉[17]，开展磁盘领域的相关研究对于促进我国交叉学科和基础研究的发展具有长久的理论和实用价值，并且，离散磁道式磁盘作为存储领域的新生事物，是磁盘的发展方向，及早开展相关研究、克服其可靠性技术壁垒，对于打破国外公司的市场垄断、占领存储技术的制高点具有重要的意义。1.3 国内外研究现状1.3.1 离散磁道式磁盘结构图 1-3 是典型离散磁道式磁盘的横截面图，对于离散磁道式磁盘，磁道即为其磁记录介质,磁道宽度为 a

磁道,接触特性,存储密度,数据丢失

将因此而发生数据丢失现象。为提高离散磁道式磁盘的存储可靠性，必须研究其瞬态接触特性，以期为设计超高存储密度、高可靠性的磁盘提供理论依据。图1-3 离散磁道式磁盘的横截面图- 2-

【参考文献】