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磁记录材料

/magnetic recording materials/
条目作者李国栋

李国栋

最后更新 2024-05-21
浏览 213
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利用强磁性原理输入(写入)、记录、存储和输出(读出)声音、图像、数字等信息的一类磁性材料。

英文名称
magnetic recording materials
所属学科
材料科学与工程

分为磁记录介质和磁头材料两类。前者主要完成信息的记录和存储功能,即从磁头接收磁信息并记录和存储在磁性材料中,需要时又将这些记录和存储的磁信息通过磁头转变为电磁信号;后者的主要功能是将输入的信息转变为写入磁场,使信息记录和写入磁记录介质中,或者将存储在磁记录介质中的磁信息转变为读出电磁信号。

19世纪末,V.浦耳生[注]发明了利用永磁钢丝记录声音的最早磁录音装置。20世纪30年代,开始采用磁性氧化物和电镀磁介质作磁记录介质。1935年E.舒勒(Schüller)研究出环形磁头,连同20~30年代高频偏场法和电子放大器的采用,进一步提高了磁录音的质量。50年代,又将磁记录应用于电子计算机的录数(二进位制)和视像设备中的录像,从而扩大了磁记录材料的应用领域。60~70年代,先后研制出高矫顽力的氧化铬(CrO2)、包钴(Co)或掺钴的γ-Fe2O3磁记录介质,以及金属粉和金属薄膜磁记录介质。1977年岩崎俊一提出并研究高密度的垂直记录方法后,促进了钴铬系、钡铁氧体系垂直磁记录介质的研究。在磁头材料方面,相继研究和应用了铁氧体系的多晶和单晶磁头材料、硬镍铁系磁头材料、非晶多层膜磁头材料以及磁电阻磁头材料等。

在记录信息(声音、图像、数码)过程中,输入信息先转变为相应的电信号,再传送到记录磁头的线圈中,使记录磁头气隙中产生与输入电信号相应的变化磁场;紧靠近气隙并以恒定速度移动的磁带上的磁记录介质受到这变化磁场的作用,从原来未存储信息的退磁状态转变到磁化状态,即将随时间变化的磁场转变为按空间变化的磁化强度分布,磁带通过磁头以后转变到相应的剩磁状态;剩磁状态便记录下与气隙磁场、磁头电流和输入电信号相应的信息。在磁带重放过程中,正好与上述的磁记录过程相反,即经过下列转变过程:磁带剩磁→磁头气隙磁场→磁头线圈中的电流(在磁电阻磁头中为随电阻变化的电流)→与原来记录相应的(声、像、数)信息。

影响磁记录和重放质量的因素很多。涉及磁记录材料性能的磁性参量,对于磁记录介质主要是:①适当高的矫顽力,以有效存储信息,抵抗环境干扰,减小自退磁效应,提高信息密度;②高的饱和磁化强度,以获得高的输出信息,提高由形状磁各向异性导致的矫顽力;③高的矩形比为剩余磁化强度),以减小自退磁效应,提高信息记录效率;④高的比值,以提高记存信息的密度和分辨率,减小自退磁效应;⑤陡直的磁滞回线,以使录数的开关磁场区域变窄,减小输出脉冲宽度,提高记存信息分辨率;⑥低的磁性温度系数和老化效应,以提高磁记录的稳定性。对于感应式磁头材料主要是:①高的最大磁导率,以减小记录磁头的输入功率,增加磁头气隙磁场;②高的饱和磁化强度,以提高磁头的气隙磁场,增强磁记录介质的磁化程度;③低的矫顽力,以减小磁头磁滞损耗;④低的剩余磁化强度,以降低剩磁噪声;⑤高的起始磁导率,以提高重放磁头的灵敏度;⑥高的电阻率,以降低涡流损耗,改善高频响应特性;⑦高的磁导率截止频率,以提高频率使用上限,有利于高频高速磁记录;⑧高的力学强度,以提高耐磨性能,延长使用寿命,降低脱粒引起的噪声。对于磁电阻磁头材料,除频率响应和力学强度要求外,主要是要求高的磁致电阻系数,以提高磁头灵敏度。

磁记录材料按形态可分为颗粒状材料和连续薄膜材料两大类;按其导电性可分为非金属材料和金属材料两大类。已经获得应用或尚在研究开发的磁记录介质主要有γ-Fe2O3系。除纯γ-Fe2O3外,还有表面包钴和掺钴的γ-Fe2O3高矫顽力材料,应用最广;CrO2系,特点是矫顽力高,但制备需高温高压等复杂条件,掺铱(Ir)、锑(Sb)、锡(Sn)或碲(Te)可改善磁性;BaFe12O19系,适于垂直记录,但需进行铁(Fe)的部分代换,以调节最佳记录性能;铁钴(Fe-Co)系(含Fe系),特点是矫顽力和饱和磁化强度高,温度稳定性好,可制成微粉和薄膜;钴铬(Co-Cr)系,具有垂直磁各向异性,可制成非晶态和晶态材料。此外,还有锰铋(Mn-Bi)系、钆钴(Gd-Co)系等。磁头材料主要有:锰锌(Mn-Zn)系和镍锌(Ni-Zn)系铁氧体,实际应用的有热压多晶和单晶;镍铁铌(Ni-Fe-Nb)系或镍铁钽(Ni-Fe-Ta)系,特点是软磁性好,硬度高;铁铝(Fe-Al)系,饱和磁化强度高,电阻率也较高;铁铝硅(Fe-Al-Si)系,磁导率和硬度均较高。

磁记录材料的应用领域十分广泛,主要用于磁录音、磁录像、磁录数(码)、磁复制、磁印刷和磁照相等方面。

  • 杨正.磁记录物理.兰州:兰州大学出版社,1986.
  • 戴礼智.磁记录基础知识.北京:科学出版社,1980.

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