高存储密度硬盘磁头/磁盘界面热效应与检测技术研究

发布时间：2022-10-19 15:04

　　超高存储密度的磁存储硬盘中,磁头的飞行高度降低到几纳米。在磁头/磁盘界面的微小间隙下,磁头与磁盘容易产生接触摩擦,造成存储数据擦除、读/写数据出错或磁头损坏等。为防止磁头/磁盘界面接触,需要对界面间隙和接触状态进行精确检测和控制。近年来,磁头气浮面上内嵌式微型热传感器检测技术的提出,为磁头/磁盘界面状态的控制和检测提供了可行性方法。该微型热传感器主要是基于其温度响应对磁头/磁盘界面状态进行检测。然而,目前微型热传感器温度响应与磁头/磁盘界面状态之间的关系规律尚无系统的研究。本文以磁头/磁盘界面微小间隙状态和接触状态下的热效应分析为基础,对微型热传感器的温度响应进行分析,得出微型热传感器的温度响应与磁头/磁盘界面状态之间的关系规律,为磁头飞行高度和磁头/磁盘界面接触的检测分析提供判断依据。具体的研究内容主要分为以下几方面:基于雷诺方程的FK修正模型,考虑微小间隙下气体的稀薄效应,采用有限单元法对磁头/磁盘界面微小间隙状态下的气压及磁头飞行姿态进行了分析。另外,建立了磁盘表面微观缺陷局部区域的瞬态气压求解模型,分析了磁盘表面微观缺陷存在时气浮轴承气压的动态响应。结果表明,磁头无热变形时,磁... 

【文章页数】：133 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题研究目的和意义
    1.2 磁存储技术的研究现状
        1.2.1 数据存储的需求现状
        1.2.2 磁存储硬盘的发展趋势
        1.2.3 热控飞高技术的研究现状
        1.2.4 微型热传感器检测技术的发展现状
    1.3 磁头/磁盘界面微小间隙状态下的气压分析现状
        1.3.1 微小间隙下气压计算模型
        1.3.2 磁头/磁盘界面气压计算分析
    1.4 磁头/磁盘界面微小间隙状态下的热特性研究现状
        1.4.1 空气分子平均自由程的分析
        1.4.2 磁头/磁盘界面的传热特性研究
    1.5 磁头/磁盘界面接触状态下的摩擦特性研究现状
        1.5.1 磁头与磁盘表面的碰撞接触研究
        1.5.2 磁头与磁盘表面微观凸起的接触分析
        1.5.3 磁头/磁盘界面接触状态检测技术的发展现状
    1.6 基于微型热传感器响应的磁头/磁盘界面状态检测及控制
    1.7 本文研究的主要内容
第2章 磁头/磁盘界面微小间隙状态下的气压研究
    2.1 引言
    2.2 气浮轴承气压的求解模型
        2.2.1 微小间隙下气体雷诺方程的修正模型
        2.2.2 修正雷诺方程的有限单元法求解
    2.3 气浮轴承气压的计算分析
        2.3.1 磁头气浮面的几何形貌
        2.3.2 磁头气浮面的有限元模型
        2.3.3 磁头气浮面的气压分布
    2.4 磁盘速度对气浮轴承气压的影响
        2.4.1 磁头的飞行姿态分析
        2.4.2 磁头气浮面的气压分布
    2.5 磁头热凸起对气浮轴承气压的影响
        2.5.1 磁头热凸起形貌
        2.5.2 气浮轴承气压的变化
    2.6 磁盘表面微观缺陷对气浮轴承气压的影响
        2.6.1 微观区域气压的动态计算模型
        2.6.2 磁盘表面微观凸起对气压的影响
        2.6.3 磁盘表面微观凹陷对气压的影响
    2.7 本章小结
第3章 磁头/磁盘界面微小间隙状态下的热特性研究
    3.1 引言
    3.2 磁头/磁盘界面热特性分析模型
        3.2.1 磁头/磁盘界面的传热方程
        3.2.2 稳态能量方程的有限元求解
        3.2.3 磁头/磁盘界面传热特性分析流程
        3.2.4 磁头/磁盘界面传热特性分析的边界条件
    3.3 磁头/磁盘界面的热-结构响应
        3.3.1 磁头/磁盘界面温度分布
        3.3.2 磁头/磁盘界面的热流密度
        3.3.3 热阻单元热功率对磁头/磁盘界面温度响应的影响
    3.4 环境工况对磁头/磁盘界面热响应的影响
        3.4.1 磁盘速度的影响
        3.4.2 热传感器输入功率的影响
        3.4.3 环境温度的影响
    3.5 磁盘表面微观缺陷对磁头/磁盘界面热特性的影响
        3.5.1 微观区域传热特性的动态计算模型
        3.5.2 磁盘表面微观凸起对传热特性的影响
        3.5.3 磁盘表面微观凹陷对传热特性的影响
    3.6 本章小结
第4章 磁头/磁盘界面接触状态下的热特性研究
    4.1 引言
    4.2 磁头热变形/磁盘接触的热特性分析
        4.2.1 磁头热变形/磁盘接触分析模型
        4.2.2 界面接触力与温度响应
    4.3 磁头/磁盘凸起接触的热特性分析
        4.3.1 磁头/磁盘凸起接触分析模型
        4.3.2 界面接触载荷与温度响应
    4.4 环境工况对磁头/磁盘凸起接触热特性的影响
        4.4.1 滑动摩擦系数的影响
        4.4.2 磁头飞行高度的影响
        4.4.3 磁盘转速的影响
    4.5 本章小结
第5章 基于微型热传感器温度响应的磁头/磁盘界面状态分析
    5.1 引言
    5.2 磁头/磁盘界面微小间隙状态下微型热传感器的温度响应
        5.2.1 微型热传感器的温度分布
        5.2.2 热阻单元热功率的影响
        5.2.3 环境工况的影响
    5.3 磁头/磁盘界面接触状态下微型热传感器的温度响应
        5.3.1 磁头热变形/磁盘接触时微型热传感器的温度响应
        5.3.2 磁头/磁盘凸起接触时微型热传感器的温度响应
    5.4 磁头/磁盘界面间隙和接触状态下热传感器响应的试验检测
        5.4.1 试验检测方法原理
        5.4.2 磁头/磁盘界面模拟测试系统
        5.4.3 微型热传感器电压响应
        5.4.4 微型热传感器温度响应的理论和试验检测对比分析
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于多物理场的TFC磁头热传导机理及其影响因素仿真研究[J]. 敖宏瑞,陈漪,董明,姜洪源.  物理学报. 2014(03)
[2]磁头与离散磁道式磁盘瞬态接触行为研究[J]. 张广玉,李隆球,菅翠营,王林.  工程设计学报. 2012(01)

博士论文
[1]磁头磁盘的接触碰撞及窝点与挠臂的微动磨损数值模拟[D]. 唐正强.华南理工大学 2014

硕士论文
[1]硬盘磁头/图案化盘面瞬态接触的热力场耦合研究[D]. 张春晖.哈尔滨工业大学 2011



本文编号：3693590