硬盤磁頭多元復(fù)合表面的超精密拋光機理研究.pdf

1、GMR(giant magnetic resistance)硬盤磁頭基體部分是硬脆的AlTiC材料，讀寫部分由很薄的多種金屬材料組成，其中最薄的金屬層只有1nm左右，整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜。磁頭表面質(zhì)量如表面粗糙度、極尖凹陷(Pole Tip Recession，即PTR)等，是影響磁頭面密度提高的重要因素。目前，硬盤磁頭拋光技術(shù)為少數(shù)國外企業(yè)所掌握，關(guān)于磁頭拋光的可查文獻(xiàn)資料很少。掌握硬盤磁頭拋光技術(shù)并且突破磁頭拋光技術(shù)的瓶頸在于對磁頭拋光機理

2、的深刻認(rèn)識。因此，本文針對磁頭表面粗糙度、極尖凹陷等的形成與控制進(jìn)行研究，開展的主要工作和獲得的主要認(rèn)識有： 1.建立了GMR硬盤磁頭拋光的實驗系統(tǒng)，研究了磁頭與拋光盤的相對運動軌跡，通過仿真計算，獲得優(yōu)化參數(shù)的磁頭運動軌跡。磁頭和拋光盤的角速度關(guān)系應(yīng)該滿足：ω1-ω2≠0.1nω1 n=0，1，2……，否則磨粒運動軌跡重復(fù)或奇異，不利于形成超光滑表面。研究了磁頭與拋光盤的轉(zhuǎn)速比同拋光均勻性的關(guān)系以及拋光機各運行參數(shù)對轉(zhuǎn)速比的影

3、響。 2.磁頭拋光是一種機械加工，在加工過程中，工件和拋光盤是一對相對運動關(guān)系復(fù)雜的摩擦副。運用摩擦學(xué)理論，分析了磁頭拋光中工件與拋光盤之間的接觸關(guān)系；研究了拋光液流場的分布及其對“工件-拋光盤面”接觸應(yīng)力場的影響；分析了拋光中自由磨粒的運動規(guī)律和磨粒嵌入拋光盤的機理，發(fā)現(xiàn)拋光盤和工件的轉(zhuǎn)速比影響接觸面速度場的分布，從而影響局部拋光液膜厚度的變化和粗糙峰承載力的變化，并進(jìn)一步影響磨粒在拋光盤表面的嵌入。 3.研究了拋光壓

4、力、盤面形貌、拋光液中金剛石磨粒的粒徑等參數(shù)對材料去除率的影響。針對自由磨粒拋光中的單晶金剛石，建立了菱形磨粒拋光的材料去除統(tǒng)計模型，與拋光實驗結(jié)果基本吻合。 4.研究了納米研磨的材料去除過程和亞納米級光滑表面的形成機理。根據(jù)接觸力學(xué)理論，嵌入盤面的金剛石磨粒與拋光盤構(gòu)成“球-空腔”協(xié)調(diào)接觸類型，不同于一般的赫茲接觸，由此建立了金剛石磨粒與拋光盤的“球-空腔”協(xié)調(diào)接觸模型，研究表明拋光過程中磨粒在盤表面空腔中由彈性退讓發(fā)展到塑性

5、陷入，其轉(zhuǎn)變的臨界值點決定磨粒對磁頭表面材料的去除能力；提出納米尺度研磨是以磁頭表面非連續(xù)凸峰的去除為主體，不同于自由磨粒拋光和磨削是對整體表面層的去除。 5.研究了PTR的形成機理。發(fā)現(xiàn)自由磨粒拋光階段PTR的形成與拋光盤表面形貌參數(shù)、拋光壓力、磨粒粒徑、拋光盤轉(zhuǎn)速等有關(guān)，合適的拋光盤表面粗糙度和微凸峰密度以及微凸峰曲率半徑可以減小PTR。采用中等粒度納米金剛石拋光磁頭表面，使磁頭表面粗糙度Rms由原來的0.61nm左右下降到