磁頭-磁盤(pán)瞬態(tài)接觸行為多尺度研究.pdf

1、磁存儲(chǔ)技術(shù)由于其存儲(chǔ)容量大,不易丟失數(shù)據(jù),并且也是最經(jīng)濟(jì)的存儲(chǔ)方法等原因得到廣泛應(yīng)用。硬盤(pán)是磁存儲(chǔ)技術(shù)最典型應(yīng)用,硬盤(pán)主要由磁頭和盤(pán)面兩部分組成,為了提高磁盤(pán)存儲(chǔ)容量,磁頭與盤(pán)面間飛行高度已降到10nm以內(nèi)。由于磁頭與磁盤(pán)間距過(guò)于微小,當(dāng)硬盤(pán)受到外力激勵(lì)產(chǎn)生振動(dòng)或者偶然的沖擊、顛簸時(shí),磁頭與磁盤(pán)會(huì)發(fā)生瞬態(tài)接觸,可能會(huì)導(dǎo)致存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的丟失,也會(huì)大大降低硬盤(pán)使用壽命。在瞬態(tài)接觸過(guò)程中,磁頭與磁盤(pán)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(fù)雜力學(xué)作用過(guò)程。通常地,可以利用Hertz理論研究磁頭與盤(pán)面的彈性接觸過(guò)程。但傳統(tǒng)Hertz理論未考慮多層結(jié)構(gòu)、粘附力等因素影響。另外,目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于磁頭與盤(pán)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(duì)于只有幾層原子組成的DLC保護(hù)膜來(lái)說(shuō),有限元分析方法無(wú)法從微觀的原子尺度上解釋DLC摩擦磨損機(jī)理。因此,本文采取了理論分析、有限元模擬及分子動(dòng)力學(xué)模擬相結(jié)合的方法,研究磁頭與盤(pán)面瞬態(tài)接觸過(guò)程以及DLC涂層對(duì)接觸過(guò)程的影

3、響,具體的研究包括以下幾個(gè)方面:
　　建立磁頭和盤(pán)面瞬態(tài)接觸的理論模型,考慮磁頭與盤(pán)面接觸過(guò)程中多層結(jié)構(gòu)和粘附力的影響,對(duì)傳統(tǒng)的Hertz理論公式進(jìn)行修正。建立磁頭與盤(pán)面接觸的有限元仿真模型,分析接觸過(guò)程中盤(pán)面的力場(chǎng)和熱場(chǎng)分布,并將仿真結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。對(duì)理論計(jì)算難以得到的結(jié)果進(jìn)行仿真分析,研究DLC層在磁頭/盤(pán)面接觸過(guò)程中體現(xiàn)出的力學(xué)和摩擦學(xué)特性。
　　使用分子動(dòng)力學(xué)仿真方法,模擬液碳淬火過(guò)程,得到非晶態(tài)不規(guī)規(guī)的

4、DLC微觀結(jié)構(gòu)。研究常用的描述碳的勢(shì)函數(shù)對(duì)仿真結(jié)果的影響,從而在不同的情形下使用不同的勢(shì)函數(shù)以得到準(zhǔn)確的仿真結(jié)果。研究淬火時(shí)間、密度等參數(shù)對(duì)DLC成分與微結(jié)構(gòu)的影響。通過(guò)對(duì)DLC材料的壓縮和拉伸過(guò)程進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)仿真,研究了DLC的力學(xué)特性。
　　建立磁頭與盤(pán)面的微觀摩擦模型。從微觀角度對(duì)影響DLC材料摩擦學(xué)特性的因素進(jìn)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(duì)DLC薄膜的納米摩擦特性的影響。在微觀尺