基于分子動力學的磁頭磁盤界面潤滑劑轉(zhuǎn)移行為及實驗研究.pdf

1、硬盤作為主流的移動存儲設(shè)備，讀寫數(shù)據(jù)的過程是依靠嵌入在磁頭末端的讀寫元件來完成的。讀寫元件與磁盤之間的距離不斷減小，以滿足日益增長的大容量存儲密度硬盤的需求。但隨著磁頭的飛行高度的降低，磁頭/磁盤界面潤滑劑轉(zhuǎn)移問題成為影響磁頭飛行高度、進而影響磁盤磁存儲密度及磁頭穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素之一。目前磁頭的最低飛行高度已經(jīng)下降到2nm以下，此時即使磁頭與磁盤之間不發(fā)生接觸，潤滑劑也會在磁頭與磁盤之間轉(zhuǎn)移。因此研究磁頭/磁盤未發(fā)生接觸時磁頭/磁盤界面

2、的潤滑劑轉(zhuǎn)移，將有助于改善磁頭飛行穩(wěn)定性，減小磁頭/磁盤發(fā)生接觸的機會，進而增加硬盤的使用壽命。
　　本文采用分子動力學方法，從微觀角度揭示了磁頭與磁盤未接觸的情況下磁頭/磁盤界面潤滑劑轉(zhuǎn)移機理，對其影響因素進行了仿真研究，并運用實驗手段研究了磁頭傾角、磁頭動態(tài)傾角等因素對磁頭/磁盤界面潤滑劑轉(zhuǎn)移及磁盤上潤滑劑分布的影響，分析了發(fā)生轉(zhuǎn)移后的潤滑劑在磁頭工作表面上的運動規(guī)律。
　　根據(jù)磁盤上DLC層與潤滑劑分子之間的相互作用，

3、采用分子動力學理論，構(gòu)建了改進的粗粒珠簧模型?？紤]到空氣軸承壓力差及磁盤轉(zhuǎn)速的影響，基于改進的粗粒珠簧模型，建立了潤滑劑轉(zhuǎn)移模型。運用該模型從微觀角度分析了磁頭/磁盤之間潤滑劑的轉(zhuǎn)移過程。研究了當磁盤轉(zhuǎn)動時，磁頭空氣軸承表面上凸臺傾角對潤滑劑轉(zhuǎn)移的影響。此外，分析了DLC表層官能團的數(shù)量、DLC層表面粗糙度、磁盤表面凸起對潤滑劑轉(zhuǎn)移及潤滑劑在磁盤上分布的影響。
　　考慮磁盤表面潤滑膜的厚度、HAMR磁頭/磁盤界面局部溫度升高、磁頭

4、飛行狀態(tài)或空氣軸承表面的差異造成的空氣軸承壓力差不同、潤滑劑分子的斷裂等因素，采用所建立的分子動力學模型，對磁頭/磁盤之間潤滑劑的轉(zhuǎn)移量進行了仿真研究，分析了磁盤表面潤滑膜厚度、不同種類潤滑劑分子、磁盤表面局部溫度差、空氣軸承壓力差、磁頭/磁盤間隙、潤滑劑分子碎片等因素對磁頭/磁盤之間潤滑劑轉(zhuǎn)移的影響。
　　研究了磁頭的俯仰角和側(cè)翻角對磁頭/磁盤之間潤滑劑轉(zhuǎn)移和對磁盤表面潤滑劑分布的影響。采用二次離子質(zhì)譜儀和光學表面分析儀分別對磁

5、頭表面及磁盤上潤滑劑的分布進行了分析；采用飛行高度測試儀研究了磁頭的動態(tài)俯仰角及動態(tài)側(cè)翻角對磁頭/磁盤之間潤滑劑轉(zhuǎn)移的影響。實驗時使用涂有3?潤滑劑的盤片來測量磁頭的飛行高度，并使用電荷耦合攝像機觀察轉(zhuǎn)移到磁頭上的潤滑劑在磁頭上的運動情況；使用涂有12?潤滑劑的盤片來研究磁頭動態(tài)俯仰角和動態(tài)側(cè)翻角對磁頭/磁盤之間潤滑劑轉(zhuǎn)移的影響。實驗研究表明，磁頭側(cè)翻角對潤滑劑轉(zhuǎn)移及潤滑劑在磁盤上分布的影響大于磁頭俯仰角；磁頭動態(tài)側(cè)翻角對潤滑劑轉(zhuǎn)移的影