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1、2017/5/23,1,第四章,磁记录技术 主讲人：姚永明,2,2017/5/23,教学目标和要求：1、磁记录材料的种类与特性2、磁记录材料的构成和性能。3、磁记录的原理以及磁记录形成信息的耐久 性教学重点与难点：1、磁记录材料的种类与特性以及磁记录形成信息的耐久性。,3,2017/5/23,教学方式：（课堂教学6学时） 磁记录技术是指利用电磁感应原理，把声音、图像转换成电信号，以电信号形成的磁场去磁化磁性介质，使信息记录在介质上并能重放的技术。最早用于磁记录的钢丝式记录，1898年首先出现在丹麦，后来德国与波兰的科学家用铁氧体作磁头，以塑料基带代替钢丝带，并用细颗粒磁粉涂布带基。,4,201
2、7/5/23,1949年美国在计算机上首次用磁鼓作内存贮器，1956年IBM公司研制成第一台磁盘存贮器，使磁记录技术得到了迅速发展与应用。磁记录技术也广泛应用于档案领域，在政治生活、文化艺术、科学研究、空间技术和自动化控制中档案原生信息的生成与复制都有磁记录技术的应用，形成了大量磁记录档案。,2017/5/23,5,第一节 磁记录材料的构成与性能参数,磁记录材料的类型尽管是多种多样的，但其结构大体是相同的，一般由底基与磁记录层组成。当然由于选用材料的不同以及由磁记录材料用途的不同，各种磁记录材料在性能上会有较大的差别。,2017/5/23,6,一、磁记录材料的构成,(一)底基 磁带带基与软磁盘
3、盘基统称为底基。 在磁记录材料发展的历史上，钢丝、牛皮纸、醋酸纤维酯、聚氯乙烯等都做过带基的制成材料，目前带基与软盘盘基多以聚酯为主。底基或底基的制成材料应具有以下主要性能：,2017/5/23,7,(1)机械性能好。底基柔韧、耐磨；抗张强度大，如涂布后635 mm厚磁带应能经受住3 kg稳定张力；具有较高的屈服点；几何尺寸稳定。 (2)表面性能优良。要求所用材料能制成625um薄膜，成膜厚度均匀、表面平滑，内部无气泡；表面电阻率不宜太高。,2017/5/23,8,(3)使用性能好。底基耐热性要好，并尽量不吸湿；使用中保证不变形、不断裂、不粘连；无毒、不易燃。(4)耐老化。经长期保存性能无明显
4、变化；能在一3060下长期使用和保存。,2017/5/23,9,常用底基有三类,1聚酯带(盘)基 聚酯薄膜是我国目前使用最广泛的一种底基材料。薄膜密度为137140 gcm3，熔点250。它虽有保持静电电荷大的缺点，但仍不失其为一种优良的底基材料。,10,2017/5/23,(1)尺寸稳定性好。室温下在206 MPa强度下放置1 OOO h，薄膜塑性变形仅0.2；线湿膨胀系数1110-5e mmmRH，热膨胀系数1710-5 mmmm。 (2)机械强度高。耐冲击抗撕裂，23um厚薄膜撕裂强度75 Nmm。 (3)光洁度高。表面平整光滑、厚度均匀。,2017/5/23,11,2三醋酸纤维素酯带基
5、,优点:是机械强度较高，断裂时延伸小、不易燃烧、表面均匀无孔。缺点:是机械强度不如聚酯，粗糙边缘处易断裂；受温湿度影响较聚酯大，会缓慢吸湿变形；久存易断裂；加之其僵硬性与弹性低下，目前在底基中应用较少。,2017/5/23,12,3聚氯乙烯带基,优点是耐水性强、不易拉断、受温度作用时延伸系数小。缺点是软化点较低(6070)，强力作用下塑性伸缩率低，表面光洁度不够均匀，耐高温也较差。几种带基性能比较见表42。,13,2017/5/23,2017/5/23,14,(二)磁记录层,磁记录层(简称磁层)是存贮信息的介质，其主要组成及其特性为： 1磁粉 (1)磁粉的磁特性。磁性是物质的基本属性之一，自然
6、界的物质大致可分为顺磁性、抗磁性和铁磁性等几类。受外磁场作用磁化方向与外磁场方向相反的为抗磁质，如铜、水银等；,2017/5/23,15,磁化方向与外磁场方向相同的为顺磁质和铁磁质。顺磁性物质受磁化较弱，且随外磁场消失而立即消失，故只有铁磁质才能用于磁记录。,2017/5/23,16,(2)磁粉的种类与特性 。 对磁粉的基本要求是：有足够的矫顽力；磁特性稳定；颗粒均匀、结晶完整；分散性好、填充密度大。 常用磁粉材料有：,2017/5/23,17,氧化铁磁粉,用于磁记录的氧化铁磁粉有Fe3O4和r-Fe2O3。Fe3O4的特点是矫顽力较高，且难以消磁，故普通磁带用之较少，但用于原版记录有它特殊的
7、优越性。钴呈针状棕色粉末，具有性能稳定、价格低廉、制作方便的特点，,2017/5/23,18,是目前用途最广、用量最大的一种磁性材料，它几乎是构成录音带、计算机磁带和仪器用磁带的主体材料、其磁特性是低、中频特性较好，不足之处是高频特性较差、矫顽力不够高、复印效应较大，自去磁现象也较明显。,2017/5/23,19,改性氧化铁磁粉,改性氧化铁包括掺钴氧化铁、包钴氧化铁、包钴包亚铁氧化铁、钴改性贝陀立氧化铁等品种。包钴包亚铁氧化铁是使CoFe在针状颗粒r-Fe2O3 。表面外延结晶；钴改性贝陀立氧化铁是指组成在Fe3O4。与Fe2O3。之间的氧化铁磁粉；,2017/5/23,20,包钴氧化铁是使针
8、状氧化铁在碱性钴溶液中吸附一层Co(OH)2。其中以包钴氧化铁的应用居多，它具有磁性稳定、矫顽力高、矩形系数大的特点，磁记录动态范围广、高频响应好，广泛用于制作高质量原版记录和高密度记录。,2017/5/23,21,二氧化铬磁粉,CrO2磁粉呈乌黑色粉末。磁粉颗粒均匀、无空洞、表面光洁度高，在粘结剂中易分散和定向、填充密度大。突出的是磁性能动态范围广、高频特性好、信噪比大、复印效应低，是一种较为理想的磁记录材料。不足之处是居里点较低(指铁磁性质消失时的温度)，对温度变化较为敏感。CrO2的磁性能与r-Fe2O3 比较见表43,22,2017/5/23,2017/5/23,23,金属与合金粉末,
9、金属粉末为单质铁和铁基合金等强磁性粉末，它是一种晶体结构中无氧原子的超微粒磁粉。其颗粒一般为0103 um，长宽比10：1，比表面积24 m2g；剩磁O3 T。金属磁带的优点是剩磁大、动态范围广、失真小、信噪比大，整个频率输出，比r-Fe2O3和CrO2分别大10 dB和610 dB，一般用作原版记录。,2017/5/23,24,磁性材料按形态可以分为颗粒型材料和连续型材料两大类，所有上述磁粉均属颗粒型材料。合金粉末为连续型材料，它是由Fe-Co或Fe-Ni-Co按一定比例混合的粉末或氮化铁(Fe4N)粉末。粉末颗粒极细。 通常采用电镀、化学沉淀或真空沉积的方法在带基表面形成一层连续性磁性薄膜
10、。选用合金粉末作磁性材料可大大减小磁带厚度及对磁头的磨损。,2017/5/23,25,钡铁氧体(BaO6Fe203)磁粉,钡铁氧体为六角晶系铁氧体，颗粒尺寸O08O03 um，密度5.25 gm3，比表面积22 m2g，是一种理想的垂直磁记录介质。,26,2017/5/23,2017/5/23,27,2粘合剂 (1)粘合剂的作用是以结膜的形式使磁记录介质与底基间实现牢固的结合，用量约为磁层重的20。对粘结剂材料的性能要求是：具有良好的成膜性。要求粘合牢固，成膜机械性能良好，柔韧耐磨，既有一定的形变能力，又有一定的硬度。有良好的热稳定性，能经受住磁头与磁层间产生摩擦热。,2017/5/23,28
11、,与磁粉有良好的相容性。磁粉在粘结剂中分布均匀，易于分散、填充密度大。 表面性能优良。磁层表面应光滑、耐磨损、耐蚀，静电小。,2017/5/23,29,(2)常用粘结剂材料多是一些高分子成膜剂。热塑性树脂粘合剂。如氯乙烯与醋酸乙烯共聚物、氯乙烯醋酸乙烯乙二醇丙烯酸酯等，该类粘合剂成膜柔韧性好，粘结力强，多用于普通录音磁带，不足之处是耐热性与耐溶性较差，有掉粉和发粘现象发生。,2017/5/23,30,热固性树脂粘合剂。如双组分反应型聚氨酯、聚氨酯弹性体、低分子环氧树脂等，该类粘合剂耐热、耐溶剂、耐水，粘结力强，柔韧耐磨，但耐冲击性较差。此类粘合剂多用于磁盘、录像带和数字磁带。橡胶类粘合剂。多以
12、氯丁橡胶或丁腈橡胶为主要材料制成的粘合剂，该类粘合剂成膜弹性好，耐化学腐蚀、抗老化，但氯丁橡胶的存贮稳定性较差。,2017/5/23,31,为提高磁层耐久性，近年来所用粘合剂正向多组分方向发展，如在热塑性树脂中掺用热固性或像胶类粘合剂。,2017/5/23,32,3溶剂 溶剂的作用是溶解粘合剂、润湿磁粉、稀释磁浆，并在底基与粘合剂间提供结合力。常用的溶剂是丙酮、甲苯、醋酸乙酯、四氢呋喃等。其选择的原则一是根据选用粘合剂及磁粉的种类而定，同时兼顾溶剂对粘结剂的相容性及对磁粉的润湿性；二是要考虑到溶剂的挥发性及对涂布、干燥工艺的适应性。,2017/5/23,33,4助剂 磁层中助剂成分复杂，虽用量
13、甚微，但其作用却十分显著。常用的助剂有以下几种： (1)增塑剂。常用增塑剂有邻苯二甲酸二丁酯等，添加量约为磁粉重O.5 1.0，其作用是增加磁层的柔韧性和可塑性。,2017/5/23,34,(2)耐磨剂。常用耐磨剂有Al2O3、Cr2O3等，添加量按磁粉重量计：硬磁盘O51O，录音带01O，计算机磁带与软磁盘O5 20，录像带18。 其作用一是提高磁层的硬度；二是改善磁层表面的润滑性，减小磁,2017/5/23,35,头对磁层表面的磨损；三是对磁头有良好的清洗作用，以减少信号丢失和失真。 (3)润滑剂。常用润滑剂有聚三氟氯乙烯(俗称氟氯油)、油酸等，添加量为磁粉重O25。其作用是提高磁层表面的
14、光滑性和耐磨性，降低磁层摩擦系数，防止磁层老化。如添加润滑剂2后，计算机磁带寿命可达7万次。,2017/5/23,36,(4)稳定剂。常用稳定剂有二月桂酸二丁基锡等，其作用是提高粘结剂抗光耐氧的能力。 (5)防静电剂。常用防静电剂是导电炭黑，可使磁层表面电阻降低到106108欧。 此外，还有分散剂、着色剂、防腐剂、防老化剂、防霉剂等多种助剂成分。,2017/5/23,37,二、磁存贮性能参数,以数字记录为例，评价磁存贮的技术性能的参数有： (一)存贮密度 指磁存贮器表面单位长度或单位面积所存贮的二进制信息量。存贮密度又分位密度、道密度与面密度。单位长度磁道上所能记录二进制信息位数称为位密度或线
15、密度，单位为位英寸(bpi)或位mm。在磁道垂直方向上,2017/5/23,38,单位长度包含的磁道数称为道密度，单位为道英寸(tpi) 或道mm。道密度与位密度的乘积称为面密度。(二)存贮容量 磁存贮器可能存贮的二进制数据总量称为存贮容量，单位是位(比特)或字节。进行数据存贮前要规定数据在磁记录介质上的写入格式，称为格式化；根据是否格式化，存贮容量又分为格式化容量与非格式化容量。,2017/5/23,39,例如： 磁带非格式化容量=位密度磁道长度磁道数 软磁盘非格式密量=2兀最内磁道半径最内磁道位密度磁道数面 磁盘格式化容量=扇区密度(容量)扇区数磁道数,2017/5/23,40,例如： 长2 400英尺、宽半英寸的磁带，采用9道以1 600位英寸 (bpi)的位密度记录信息，容量可达4 000万个字节(400兆字节或 400MB)。,2017/5/23,41,(三)数据传输率 磁存贮器在单位时间内向主机传送数据比特或字节的量。(四)误码率 指漏码和多码在存贮容量中占的比例，或读出的出错信息和读出总的信息位数之比。磁盘误码率约10-9。,
