求解磁头/磁盘超薄气膜润滑性能的有效有限差分算法

首先给出超薄气膜润滑的基本方程.通过对方程的分析指出,在纳米尺度下工作的磁头/磁盘具有轴承数很大和剪切流项含有压力的两个特点.提出对剪切流项进行主元迭代求解可压缩气体雷诺方程的新计算方法.在推导出该方法所用的差分公式和误差分析公式基础上,利用这些公式对双轨和多轨两种磁头在5 nm和10 nm下工作压力分布进行计算.计算过程表明该方法对超薄条件下的气膜润滑计算是有效的,该方法能够有效解决大轴承数条件下容易出现失稳的现象,避免计算中数值振荡的发生,成功地将普通有限差分算法用于求解大轴承数的气体润滑数值计算中.计算结果的误差分析表明:该算法对大轴承数气体润滑问题的收敛十分有效,并具有编程简单、计算速度快等优点.     

计算机磁头/磁盘超薄气膜润滑稳定性

以任意拉森数的超薄气体润滑方程为基础,给出磁头刚体小扰动对空气轴承滑块 (ABS)气膜压强摄动方程。采用算子分裂法求解气膜压强和非结构三角网格的有限元法解压强摄动方程,得到气膜的刚度系数和阻尼系数矩阵。模态分析得到磁头气固耦合系统的固有频率,衰减率和振型。以Ω型磁头为例,分析了在不同气膜厚度和磁盘转速下的磁头稳定性。研究结果表明,磁头稳定性对气膜厚度很敏感,在小气膜厚度运行时,系统固有频率高,稳定性好;磁头升沉和纵倾运动的动力耦合,使磁头系统固有频率和衰减率降低,对稳定性不利;高转速的磁盘对磁头稳定性不利,但影响不大。     

硬盘磁头超薄气膜润滑研究进展

介绍硬盘磁头发展状况以及超薄气膜润滑理论的研究现状，提出超薄气膜润滑研究中存在的问题，如10nm以下一毪行间隙的润滑理论模型、超薄气膜润滑有效的数值计算方法，以及建立飞行高度试验台和开发磁头气体轴承设计分析软件模块等问题，并介绍一种新型有效的计算磁失磁盘超薄气膜的数值计算方法。     

超薄气体润滑磁盘／磁头系统动力学分析

应用修正后的雷诺方程描述超薄气体轴承的润滑特性,应用伽辽金近似建立气体轴承有限元法分析模型。使结构动力学模型与气体动力润滑模型有机地集成起来,建立了气体轴承-磁头结构的系统动力学模型。在考虑表面粗糙度对磁头飞浮稳定性影响时,引进方向模式参数以描述磁盘的表面形貌,仿真结果表明,粗糙表面能有效降低磁头瞬态响应时间,通过参数合理设计可阻止磁头的共振响应,粗糙度的方向特征对动力学的响应有一定的影响,但随着膜厚与粗糙峰高比率的增大,方向特征的影响将逐步降低。     

磁头/磁盘系统静态特性实验研究

通过实验来研究磁盘转速对磁头飞行姿态和磁头读写性能的关系.研究表明:磁头滑块飞行高度和俯仰角伴随着磁盘转速的增大而增大;磁盘转速增大,磁头飞行高度增加,降低了磁头读出信号的能力,与此同时,信噪比也大幅下降.实验研究结果为磁头/磁盘结构设计提供了依据.     

硬盘/磁头薄膜气体润滑中热效应影响分析

根据热力学理论,建立了硬盘磁头热力学分析模型,利用数值方法分析了绝热过程中热效应及热蠕流效应对磁头承载能力、飞行姿态等性能的影响,并与实验结果进行了对比分析。数值分析结果表明,绝热过程中热蠕流效应对磁头的压力分布和承载力没有明显影响,但热效应对气体黏度和磁头飞行姿态影响明显。热效应使气体黏度和承载能力增加,从而使磁头飞行高度和俯仰角增大,但对侧翻角没有明显影响。理论分析与实验结果的对比分析表明,磁头的飞行过程不是绝热过程。     

表面粗糙度对磁头磁盘系统静特性的影响

在Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程中引入了压力流因子和剪流因子，考虑粗糙度对超薄气体膜润滑的影响。雷诺方程中综合考虑了气体的可压缩性、稀薄效应以及表面粗糙度等因素，讨论了飞浮高度在２５～５０　ｎｍ之间的高密磁盘系统在磁头磁盘都粗糙、磁头粗糙和磁盘粗糙三种情况下的承载能力及系统压强中心的变化。结果表明，粗糙度对高密磁盘系统承载能力的影响很大，粗糙度相同时，磁头粗糙的系统承载能力最好；不同粗糙度模式时，压强中心变化不大。     

磁头磁盘界面碰撞声发射信号特性研究

实验研究了不同磁头飞行状态下磁头磁盘界面声发射信号的特性,分析了各种情况下的声发射信号的频率特性,利用磁头悬臂振动时产生的声发射信号作为对比,验证了磁头悬臂振动产生的声发射信号与磁头磁盘碰撞接触紧密相关,是磁头磁盘碰撞声发射信号的重要来源,可以作为判断头盘界面接触和碰撞的依据,利用它可以提高声发射信号对磁头磁盘界面碰撞接触检测的灵敏度.     

超薄气膜润滑的雷诺方程修正

针对超薄气膜的润滑问题，根据稀薄气体动力学理论，提出了一种具有3个可调参数的2阶滑流速度边界的数学模型，通过数值模拟得到了3个参数的确切数值，经连续方程积分得到了超薄气膜润滑的修正雷诺方程。对倾斜平板的超薄气膜润滑的压力分布和承载能力进行了数值分析，与采用线性波尔兹曼方法的计算结果吻合很好。     

磁头承载面结构层深度对气膜润滑性能的影响

采用理论分析和数值模拟相结合的方法分析了磁头承载面结构层深度变化对气膜性能的影响.结果表明:磁头的基层和次景层深度变化对气膜的正负压承载区域的压力分布产生明显的影响.其中次景层深度的变化主要对正压产生影响,随着次景层深度的不断增加,产生正压的滑块区域压力都明显下降,特别是磁头尾端滑块处的气膜压力变化最大;而基层深度的变化对正压和负压分布都产生影响,随着基层深度变化产生正压的滑块区域压力变化较大,表现更为明显.由于磁头结构层深度变化对正、负压力分布和总气浮力的作用,从而影响气膜承载力性能.在实际磁头结构设计中可以通过优化设计确定最佳各结构层深度,达到增加磁存储容量的目的.     

三波长光干涉法测量磁盘/磁头纳米级气膜厚度

给出三波长光干涉测量纳米级薄膜厚度的方法。通过对某负压磁头／玻璃盘空气薄膜的测试表明：三波长光干涉法具有精度高、容易实施等优点,能够满足磁盘／磁头润滑副设计、制造及研究的需要。     

Analysis of Rarefied Effects of a Nano-scale Magnetic Head/Disk

When the decrease in the space between magnetic head and disk arrived at 10 nm or less, which is much lower than the mean free path of gas molecules, the gas flow presents distinctive features against the macro features because of the rarefied effects. The modified Reynolds equation considering rarefied gas effect is used to calculate the rarefied region of a negative pressure magnetic head working in the distance of 10 nm. Inverse Knudsen number was adopted to calculating the ratio of the rarefied area. According to the numerical results, discussions and analyses are then presented to reveal the rarefied effect on the working performances of a magnetic head. The results show that the magnetic head works in the slip-flow and transition regions and moves to the transition region with the increase in velocity. Furthermore, the maximum rarefied effects occur at the side edges where the flying height is thinner and pressure is lower, rather than in the minimum flying height on the rear. The results also show that with considering the rarefied effects, the load-carrying capacity of the magnetic head and the maximum pressure decrease significantly, but the minimum pressure slightly changes.     

磁头/磁盘表面保护膜及抗吸附分子膜研究

在中国国家自然科学基金重大项目《先进电子制造中的重要科学技术问题研究》资助下，针对2nm厚度的DLC薄膜的制备和磁头、磁盘间的吸附等问题，探索“磁头、磁盘表面润滑规律和超薄保护膜的生长机理及技术”，目标是寻找磁头、磁盘表面超薄DLC薄膜新的制备方法和制备工艺，发现超薄DLC保护膜的生长机理和生长极限，开发磁头表面抗吸附分子膜的制备技术。报告研究所取得的体系化理论成果。 为了制备厚度为2nm的超薄DLC薄膜，使用FCVA技术代替磁控溅射和CVD技术。通过优化制备参数，制备出厚度为2nm，表面粗糙度为0.128nm，并且连续均匀的DLC薄膜。探索基体形貌对薄膜生长模式的影响规律。发现在脉冲偏压幅值-100V、占空比20%条件下制备的薄膜性能最优     

安装误差对纳米间隙磁头飞行姿态的影响研究

考虑安装误差引起的磁头俯仰角误差和侧翻角误差,建立了磁头飞行数学模型,通过数值方法分析了安装误差对纳米间隙磁头飞行姿态主要参数的影响,并与试验结果进行了对比分析。结果表明,俯仰角误差对飞行高度和俯仰角有明显影响,随着俯仰角安装误差的增加,磁头飞高和俯仰角偏差增加,对侧翻角的影响可以忽略。侧翻角误差只对侧翻角有明显影响,随着侧翻角安装误差的增加,磁头飞行侧翻角偏差增加,对磁头飞行高度和俯仰角的影响可以忽略,理论分析和实验结果吻合较好。磁头设计和装配时,应控制磁头的俯仰角安装误差。     

磁头/磁盘系统气体稀薄效应的影响与数值分析

结合理论和数值计算分析了稀薄效应对磁头／磁盘系统纳米间隙润滑的影响。从膜厚的角度来看,低于气体分子平均自由程的比例并不大。而从膜厚和压力2方面来看,处于稀薄效应区域的比例将大大增加。实际的磁头／磁盘系统中,磁头的大部分仍工作在稀薄气体的滑流区域,离稀薄气体的过渡区还较远。考虑稀薄效应后,磁头／磁盘系统的重要工作性能参数,都有减小的趋势。     

薄膜润滑条件下指数粘度修正模型的速度场分析

在薄膜润滑轴承分析中，流体的流动状态将直接影响其润滑特性，其主要反映在润滑剂粘度的分布，以指数粘度修正模型来研究在微小间隙内润滑剂的速度特性，得出速度分布规律，为薄膜流体的温度场和剪切稀化等问题提供计算依据。