磁頭-磁盤瞬態(tài)接觸行為多尺度研究.pdf

1、磁存儲技術由于其存儲容量大,不易丟失數(shù)據(jù),并且也是最經(jīng)濟的存儲方法等原因得到廣泛應用。硬盤是磁存儲技術最典型應用,硬盤主要由磁頭和盤面兩部分組成,為了提高磁盤存儲容量,磁頭與盤面間飛行高度已降到10nm以內(nèi)。由于磁頭與磁盤間距過于微小,當硬盤受到外力激勵產(chǎn)生振動或者偶然的沖擊、顛簸時,磁頭與磁盤會發(fā)生瞬態(tài)接觸,可能會導致存儲數(shù)據(jù)的丟失,也會大大降低硬盤使用壽命。在瞬態(tài)接觸過程中,磁頭與磁盤表面的DLC層直接接觸,發(fā)生接觸、壓入、摩擦、刻

2、劃等一系列復雜力學作用過程。通常地,可以利用Hertz理論研究磁頭與盤面的彈性接觸過程。但傳統(tǒng)Hertz理論未考慮多層結構、粘附力等因素影響。另外,目前國內(nèi)外對于磁頭與盤面的瞬態(tài)接觸仿真分析通常采用有限元分析的方法,但是對于只有幾層原子組成的DLC保護膜來說,有限元分析方法無法從微觀的原子尺度上解釋DLC摩擦磨損機理。因此,本文采取了理論分析、有限元模擬及分子動力學模擬相結合的方法,研究磁頭與盤面瞬態(tài)接觸過程以及DLC涂層對接觸過程的影

3、響,具體的研究包括以下幾個方面:
　　建立磁頭和盤面瞬態(tài)接觸的理論模型,考慮磁頭與盤面接觸過程中多層結構和粘附力的影響,對傳統(tǒng)的Hertz理論公式進行修正。建立磁頭與盤面接觸的有限元仿真模型,分析接觸過程中盤面的力場和熱場分布,并將仿真結果與理論計算結果進行對比。對理論計算難以得到的結果進行仿真分析,研究DLC層在磁頭/盤面接觸過程中體現(xiàn)出的力學和摩擦學特性。
　　使用分子動力學仿真方法,模擬液碳淬火過程,得到非晶態(tài)不規(guī)規(guī)的

4、DLC微觀結構。研究常用的描述碳的勢函數(shù)對仿真結果的影響,從而在不同的情形下使用不同的勢函數(shù)以得到準確的仿真結果。研究淬火時間、密度等參數(shù)對DLC成分與微結構的影響。通過對DLC材料的壓縮和拉伸過程進行分子動力學仿真,研究了DLC的力學特性。
　　建立磁頭與盤面的微觀摩擦模型。從微觀角度對影響DLC材料摩擦學特性的因素進行研究。研究DLC材料的密度、sp3原子含量、摻雜元素、摩擦條件等參數(shù)對DLC薄膜的納米摩擦特性的影響。在微觀尺