基于分子動(dòng)力學(xué)的磁頭磁盤(pán)界面潤(rùn)滑劑轉(zhuǎn)移行為及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、硬盤(pán)作為主流的移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備，讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的過(guò)程是依靠嵌入在磁頭末端的讀寫(xiě)元件來(lái)完成的。讀寫(xiě)元件與磁盤(pán)之間的距離不斷減小，以滿足日益增長(zhǎng)的大容量存儲(chǔ)密度硬盤(pán)的需求。但隨著磁頭的飛行高度的降低，磁頭/磁盤(pán)界面潤(rùn)滑劑轉(zhuǎn)移問(wèn)題成為影響磁頭飛行高度、進(jìn)而影響磁盤(pán)磁存儲(chǔ)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(shí)即使磁頭與磁盤(pán)之間不發(fā)生接觸，潤(rùn)滑劑也會(huì)在磁頭與磁盤(pán)之間轉(zhuǎn)移。因此研究磁頭/磁盤(pán)未發(fā)生接觸時(shí)磁頭/磁盤(pán)界面

2、的潤(rùn)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(pán)發(fā)生接觸的機(jī)會(huì)，進(jìn)而增加硬盤(pán)的使用壽命。
　　本文采用分子動(dòng)力學(xué)方法，從微觀角度揭示了磁頭與磁盤(pán)未接觸的情況下磁頭/磁盤(pán)界面潤(rùn)滑劑轉(zhuǎn)移機(jī)理，對(duì)其影響因素進(jìn)行了仿真研究，并運(yùn)用實(shí)驗(yàn)手段研究了磁頭傾角、磁頭動(dòng)態(tài)傾角等因素對(duì)磁頭/磁盤(pán)界面潤(rùn)滑劑轉(zhuǎn)移及磁盤(pán)上潤(rùn)滑劑分布的影響，分析了發(fā)生轉(zhuǎn)移后的潤(rùn)滑劑在磁頭工作表面上的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。
　　根據(jù)磁盤(pán)上DLC層與潤(rùn)滑劑分子之間的相互作用，

3、采用分子動(dòng)力學(xué)理論，構(gòu)建了改進(jìn)的粗粒珠簧模型?？紤]到空氣軸承壓力差及磁盤(pán)轉(zhuǎn)速的影響，基于改進(jìn)的粗粒珠簧模型，建立了潤(rùn)滑劑轉(zhuǎn)移模型。運(yùn)用該模型從微觀角度分析了磁頭/磁盤(pán)之間潤(rùn)滑劑的轉(zhuǎn)移過(guò)程。研究了當(dāng)磁盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，磁頭空氣軸承表面上凸臺(tái)傾角對(duì)潤(rùn)滑劑轉(zhuǎn)移的影響。此外，分析了DLC表層官能團(tuán)的數(shù)量、DLC層表面粗糙度、磁盤(pán)表面凸起對(duì)潤(rùn)滑劑轉(zhuǎn)移及潤(rùn)滑劑在磁盤(pán)上分布的影響。
　　考慮磁盤(pán)表面潤(rùn)滑膜的厚度、HAMR磁頭/磁盤(pán)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(rùn)滑劑分子的斷裂等因素，采用所建立的分子動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)磁頭/磁盤(pán)之間潤(rùn)滑劑的轉(zhuǎn)移量進(jìn)行了仿真研究，分析了磁盤(pán)表面潤(rùn)滑膜厚度、不同種類(lèi)潤(rùn)滑劑分子、磁盤(pán)表面局部溫度差、空氣軸承壓力差、磁頭/磁盤(pán)間隙、潤(rùn)滑劑分子碎片等因素對(duì)磁頭/磁盤(pán)之間潤(rùn)滑劑轉(zhuǎn)移的影響。
　　研究了磁頭的俯仰角和側(cè)翻角對(duì)磁頭/磁盤(pán)之間潤(rùn)滑劑轉(zhuǎn)移和對(duì)磁盤(pán)表面潤(rùn)滑劑分布的影響。采用二次離子質(zhì)譜儀和光學(xué)表面分析儀分別對(duì)磁

5、頭表面及磁盤(pán)上潤(rùn)滑劑的分布進(jìn)行了分析；采用飛行高度測(cè)試儀研究了磁頭的動(dòng)態(tài)俯仰角及動(dòng)態(tài)側(cè)翻角對(duì)磁頭/磁盤(pán)之間潤(rùn)滑劑轉(zhuǎn)移的影響。實(shí)驗(yàn)時(shí)使用涂有3?潤(rùn)滑劑的盤(pán)片來(lái)測(cè)量磁頭的飛行高度，并使用電荷耦合攝像機(jī)觀察轉(zhuǎn)移到磁頭上的潤(rùn)滑劑在磁頭上的運(yùn)動(dòng)情況；使用涂有12?潤(rùn)滑劑的盤(pán)片來(lái)研究磁頭動(dòng)態(tài)俯仰角和動(dòng)態(tài)側(cè)翻角對(duì)磁頭/磁盤(pán)之間潤(rùn)滑劑轉(zhuǎn)移的影響。實(shí)驗(yàn)研究表明，磁頭側(cè)翻角對(duì)潤(rùn)滑劑轉(zhuǎn)移及潤(rùn)滑劑在磁盤(pán)上分布的影響大于磁頭俯仰角；磁頭動(dòng)態(tài)側(cè)翻角對(duì)潤(rùn)滑劑轉(zhuǎn)移的影