高存儲密度硬盤磁頭-磁盤界面熱效應與檢測技術研究.pdf

1、超高存儲密度的磁存儲硬盤中，磁頭的飛行高度降低到幾納米。在磁頭/磁盤界面的微小間隙下，磁頭與磁盤容易產生接觸摩擦，造成存儲數(shù)據(jù)擦除、讀/寫數(shù)據(jù)出錯或磁頭損壞等。為防止磁頭/磁盤界面接觸，需要對界面間隙和接觸狀態(tài)進行精確檢測和控制。近年來，磁頭氣浮面上內嵌式微型熱傳感器檢測技術的提出，為磁頭/磁盤界面狀態(tài)的控制和檢測提供了可行性方法。該微型熱傳感器主要是基于其溫度響應對磁頭/磁盤界面狀態(tài)進行檢測。然而，目前微型熱傳感器溫度響應與磁頭/磁盤

2、界面狀態(tài)之間的關系規(guī)律尚無系統(tǒng)的研究。本文以磁頭/磁盤界面微小間隙狀態(tài)和接觸狀態(tài)下的熱效應分析為基礎，對微型熱傳感器的溫度響應進行分析，得出微型熱傳感器的溫度響應與磁頭/磁盤界面狀態(tài)之間的關系規(guī)律，為磁頭飛行高度和磁頭/磁盤界面接觸的檢測分析提供判斷依據(jù)。具體的研究內容主要分為以下幾方面：
　　基于雷諾方程的FK修正模型，考慮微小間隙下氣體的稀薄效應，采用有限單元法對磁頭/磁盤界面微小間隙狀態(tài)下的氣壓及磁頭飛行姿態(tài)進行了分析。另外

3、，建立了磁盤表面微觀缺陷局部區(qū)域的瞬態(tài)氣壓求解模型，分析了磁盤表面微觀缺陷存在時氣浮軸承氣壓的動態(tài)響應。結果表明，磁頭無熱變形時，磁頭讀/寫單元附近區(qū)域的氣壓為5~10倍的標準大氣壓，而當磁頭熱凸起與磁盤表面的間隙降低到1 nm左右時，氣浮軸承的局部氣壓升高到85倍的標準大氣壓；磁盤表面的微觀凸起使其附近局部區(qū)域的氣浮軸承氣壓升高，磁盤表面的微觀凹陷會引起其附近局部區(qū)域的氣浮軸承氣壓降低，但磁盤表面的微觀缺陷引起的磁頭氣浮力變化較小，對

4、磁頭的飛行姿態(tài)影響較小。磁頭/磁盤界面氣壓及磁頭飛行姿態(tài)的相關分析，為磁頭/磁盤界面微小間隙狀態(tài)下的傳熱特性分析和微型熱傳感器的溫度響應分析提供了基礎邊界條件。
　　建立了磁頭/磁盤界面微小間隙狀態(tài)下傳熱特性的結構-流體-熱耦合分析模型，考慮氣/固邊界的溫度跳變，基于能量方程對磁頭/磁盤界面的溫度響應進行分析，并通過迭代算法對磁頭的結構響應、氣壓以及磁頭/磁盤界面的傳熱特性進行循環(huán)計算。并建立了磁盤表面微觀缺陷附近局部區(qū)域的瞬時傳

5、熱特性分析模型，分析了磁盤表面微觀缺陷對磁頭/磁盤界面動態(tài)傳熱特性的影響。結果表明，在熱阻單元加熱和氣浮軸承冷卻的共同作用下，磁頭氣浮面的溫度逐漸升高，但隨著熱阻單元輸入功率的增加，磁頭熱凸起與磁盤表面的間隙逐漸減小，氣浮軸承的冷卻作用逐漸增加，使磁頭氣浮面的溫升逐漸減?。淮疟P表面的微觀凸起使磁頭氣浮面上局部區(qū)域的熱流密度升高，而磁盤表面的微觀凹陷引起磁頭氣浮面上局部區(qū)域的熱流密度降低。磁頭/磁盤界面微小間隙狀態(tài)下的傳熱特性分析為該界面

6、狀態(tài)下微型熱傳感器的溫度響應分析提供了基礎。
　　建立了磁頭/磁盤碰撞接觸和磁頭/磁盤表面微觀缺陷接觸的有限元熱-彈-塑性耦合分析模型，分析了磁頭/磁盤界面接觸狀態(tài)下的摩擦特性和溫度響應。結果表明，磁頭熱凸起與磁盤表面碰撞接觸時，法向接觸力可達到0.5~5 mN，接觸位置產生350～550 K的瞬時閃溫；磁頭與磁盤表面微觀凸起滑動摩擦過程中，法向接觸力可達到0.07~0.1 mN，讀保護層產生明顯的塑性變形，接觸位置的瞬時閃溫達到

7、500～1000 K。磁頭/磁盤界面接觸狀態(tài)下的摩擦特性和溫度響應分析為該界面狀態(tài)下微型熱傳感器的溫度響應分析提供了基礎。
　　基于上述不同磁頭/磁盤界面狀態(tài)的相關特性研究，對磁頭/磁盤界面間隙狀態(tài)和接觸狀態(tài)下熱傳感器的溫度響應進行了理論分析和試驗測試，得出了熱傳感器的溫度響應與磁頭/磁盤界面狀態(tài)之間的關系規(guī)律。結果表明，磁頭熱阻單元加熱時，微型熱傳感器的溫度逐漸升高，隨著磁頭熱凸起逐漸靠近磁盤表面，微型熱傳感器的溫升逐漸減小，而