磁性材料-磁记录材料
磁性材料有哪些分类
磁性材料有哪些分类磁性材料具有磁有序的强磁性物质,广义还包括可应用其磁性和磁效应的弱磁性及反铁磁性物质。
磁性是物质的一种基本属性。
物质按照其内部结构及其在外磁场中的性状可分为抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性物质。
铁磁性和亚铁磁性物质为强磁性物质，抗磁性和顺磁性物质为弱磁性物质。
磁性材料按性质分为金属和非金属两类，前者主要有电工钢、银基合金和稀土合金等,后者主要是铁氧体材料。
按使用又分为软磁材料、永磁材料和功能磁性材料。
功能磁性材料主要有磁致伸缩材料、磁记录材料、磁电阻材料、磁泡材料、磁光材料，旋磁材料以及磁性薄膜材料等，反映磁性材料基本磁性能的有磁化曲线、磁滞回线和磁损耗等。
永磁材料,经外磁场磁化以后，即使在相当大的反向磁场作用下，仍能保持一部或大部原磁化方向的磁性。
对这类材料的要求是剩余磁感应强度Br高，矫顽力BHC(即抗退磁能力)强，磁能积(BH)即给空间提供的磁场能量)大。
相对于软磁材料而言，它亦称为硬磁材料。
永磁材料有合金、铁氧析口金属间化合物三类。
①合金类：包括铸造、烧结和可加工合金。
铸造合金的主要品种有:A1Ni(Co)、FeCr(Co)x FeCrMo x FeAIC x FeCo(V)(W);烧结合金有：Re-Co(Re代表稀土元素)、Re-Fe以及AINi(Co),FeCrCo等；可加工合金有：FeCrCo s PtCo s MnAIC.CuNiFe和AIMnAg等，后两种中BHC较低者亦称半永磁材料。
②铁氧体类：主要成分为MO6Fe2O3,M代表Ba、SnPb或SrCa、1aCa等复合组分。
③金属间化合物类：主要以MnBi为代表。
永磁材料有多种用途。
①基于电磁力作用原理的应用主要有：扬声器、话筒、电表、按键、电机、继电器、传感器、开关等。
②基于磁电作用原理的应用主要有：磁控管和行波管等微波电子管、显像管、钛泵、微波铁氧体器件、磁阻器件、霍尔器件等。
③基于磁力作用原理的应用主要有：磁轴承、选矿机、磁力分离器、磁性吸盘、磁密封、磁黑板、玩具、标牌、密码锁、复印机、控温计等。
磁记录材料
磁记录材料来源：世界化工网（）随着电子信息技术的迅速发展，对信息记忆、存贮、记录的技术及其材料的要求相应提高。
单从计算机配套的信息存贮问题看．计算机的内存贮和外存健系统，以及用于档案、文献资料、图书管理、办公事务等各项情报管理工作中的存贮，都需要性能越来越高的新器件和新材料。
从目前看仍以磁记录为主，这是因为磁记录器件能实现记录与重放，能多次重复使用，所以得到广泛应用。
一、基本概念磁记录材料是指那些通过磁的作用可以直接理集、记录、存贮、传递信息的材料。
通常又把这种材料叫做磁记录载体、介质或媒体。
因此，凡是能转换成磁能的一切信号源，不管是机械的、电的，还是化学的、光学的都可以记录在这种材料上。
所以，就其本质意义上，又可以说，凡是能对磁的作用发生变化，能够直接形成各种形式信息的材料均称为磁记录材料。
随着工业发展和科学技术的进步，磁记录材料也日趋完善达到了如此完美的程度。
由最初单纯记录声音的本能作用逐步延伸到能记录和重现各种信息，并广泛地应用于通讯、J“播、电影、电视、文教卫生、电子计算机、地质勘探、资源卫星、数据处理以及军事科学领域。
为丰富人们的精神与物质文明、促进科学技术和国民经济现代化发展，起着越来越重要的作用。
二、磁记录材料的特点与性能1.磁记录的材料的特点（1）产品特点①记录简便，快速准确磁纪律材料的应用不需要很多的设备和严格的磁记录加工条件，投资少，，成本低，经济和社会效益高，而且对所记录的材料，能够全面而真实地记录上并立刻显示出来。
②反复使用，便于复制磁记录材料具有反磁化进行退磁的特性，可以通过消磁来消除原有的讯号和记录新的讯号。
这样的过程可以反复进行多次，林外，通过高速和热磁及其他复制凡是，使已经获得的音像，图像，数据等各种信息，可以再短短的几分钟内进行成倍的翻版复制。
③信息贮量大，记录密度高不仅单声迹可以记录很高的密度，而且通过改变记录方式和介质运行速度，就可以在同样长度和宽度上，同时记录多条磁迹，其记录密度和容量就可大为提高。
《磁记录材料》课件
磁记录材料是一种广泛应用于信息存储和传输领域的材料。本课件将介绍磁 记录材料的基本概念、物理原理、性能参数、制备方法以及发展趋势。
概述
什么是磁记录材料？
磁记录材料是一种具有磁 性能的材料，用于存储和 读取数字或模拟信息。
磁记录材料的分类
磁记录材料可分为硬磁材 料和软磁材料，具有不同 的磁性能和应用特点。
磁记录材料的性能参数
矫顽 磁郁力 珀克尔效应 磁滞回线
磁记录材料须具备较高的矫顽力，以保证信 息存储的稳定性。
磁记录材料的磁场强度，决定了信息的存取 速度和容量。
磁记录材料具备的热释电效应，可改善信息 存储的可靠性。
描述磁记录材料磁场随着磁化变化的曲线， 反映了磁性能的延迟特点。
磁记录材料的制备法
磁记录材料的应用领 域
磁记录材料广泛应用于硬 盘驱动器、磁带、磁卡等 信息存储设备中。
磁记录材料的物理原理
1
磁性材料特性
磁性材料具有自发磁化和磁导率等特性，可以通过外加磁场实现信息存储。
2
磁矩和磁场
磁矩是描述磁材料磁性力量和方向的物理量，磁场是由磁材料产生的磁性力场。
3
磁性材料的磁化过程
磁性材料在外加磁场的作用下，磁矩会发生定向排列，实现磁化过程。
研发具有较高磁性能和稳定性 的新型磁记录材料，以满足不 断增长的信息存储需求。
垂直磁记录技术
采用垂直磁化方向，实现更高 的磁记录密度和稳定性。
结论
磁记录材料的发展前景
随着信息存储需求的增加，磁记录材料将继 续得到广泛应用和发展。
该领域的未来研究方向
未来的研究重点将放在磁记录材料的磁性能 提升、存储密度增加和能量效率提高等方面。
磁性材料及其应用
磁致伸缩可用于制备称重、测力、扭矩 传感器等
四、磁记录材料
我们已经进入信息社会？
“知识大爆炸”？
记忆靠人脑？
磁记录：是使用记录磁头在磁记录介质内写入磁化强度图纹 作为信息存储，用同一或另外记录磁头可从磁化强度图纹读 出所储存的信息。
磁 记 录 的 基 本 过 程
抹音磁头 录音磁头
放音磁头 驱动器
工作缝隙小、磁场分布陡河磁迹宽 度窄，故可提高记录速度和读出分 辨率
磁电阻磁头
利用磁电阻效应制成
磁头材料
合金磁头材料：含钼 坡莫合金和仙台斯特 合金 铁氧体磁头材料：镍锌铁 氧体和锰锌铁氧体
非晶态磁头材料： Co-(Zr， Hf，Nb，Ta，Ti) 二元系合 金薄膜和Co-Fe-B类金属非 晶态薄膜
• 3d过渡金属（T） －非金属系 • 3d过渡金属（T） －金属系 • 过渡金属（T） －稀土类金属（R） 系
软磁材料主要用于动力工程、高性能电子学、通信技术、 航空及空间技术等，来制造磁导体，增加磁路的磁通量，降低 磁阻。
二、永磁材料 永磁材料又称硬磁材料，是用于制造各种永久磁铁的磁性 M 材料。 1、性能特点
改善材料的显微结构，降低杂质和气 孔的含量，增大晶粒尺寸。 降低内应力σ
磁滞回线示意图
3、软磁材料的分类及其应用 软磁材料
金属软磁
铁氧体软磁
非晶及纳米晶软磁
• 电工纯铁 • 硅钢 • 坡莫合金 • 其它软磁合金 （Fe-Al、Fe-Si-Al、 Fe-Co）
• MnZn，NiZn， MgZn等尖晶石型 铁氧体 • Co2Y，Co2Z等平 面六角型铁氧体
有机粘接剂及润滑剂 磁性粉 Al2O3粉/铁丹粉/碳粉
记录层 带基 涂布型磁带结构示例
磁记录与磁记录相关的材料
磁头臂组合
硬盘的结构
磁头臂
读写头
主轴
拼盘
磁道
硬盘中的磁性材料: 1)磁记录介质 (盘片) 2) 写头 (高磁极化率的软磁材料） 3) 读头 (包括GMR器件以及辅助器件)
磁记录介质材料的要求
对于磁记录介质的主要要求是：高的矫顽力Hc，以提高存 储信息的密度和抗干扰性；适当高的饱和磁化强度4πMs, 以提高输出信息强度;高的剩磁比Mr/Ms(Mr为剩余磁化强度
FePt薄膜的磁特性
无序态为软铁磁，易轴在平面内。 有序态的FePt 薄膜为硬磁材料，且具有非
常大的磁晶各向异性，易轴沿[001]方向。 如果能够制备(001)取向的FePt薄膜则可以得
到非常大的垂直各向异性，可用于垂直磁 记录。 (001) 取向的获得 (001)织构、外延薄膜
(001)FePt薄膜的制备
FePt需要在有（001）取向
基片选取：MgO FeRh为BCC结构，其晶格常数与FePt的a相近，因此，FeRh也可 以在MgO基片上外延生长，而FePt容易在FeRh上外延生长。
选取适当的种子层以减小晶格失配
种子层的选取可以参照FePt单层膜的制备中。
位元规则介质
特点： •通过光刻将连续膜变成分离 的点阵。 •一个点一个比特。 •材料本身与普通的材料无异 。然每个点需由大磁性颗粒 组成，最好是单晶。
磁记录材料的热稳定性
磁记录材料的热稳定性有每个磁性颗粒决定
比特的基本组成单位是磁性颗粒
每个磁性颗粒的热稳定性与本身的性能和其尺寸 有关 超顺磁极限
热稳定性制约着存储密度的提高
平行磁记录
每个磁矩平行于介质 表面。
磁记录材料
磁记录材料磁记录材料 (magnetic record materials)磁记录是-种利用磁性物质作记录、存储和再生信息的技术。
磁记录材料即利用铁磁性原理有记录、存储和输出声音、图像、数字等信息功能的磁性合金。
它包括磁记录介质和磁头材料两类。
磁记录材料的应用领域十分广泛，根据工作频率范围不同主要有磁录音、磁录像、磁录数(码)、磁复制、磁印刷和磁照相等方面。
磁记录基本原理在记录信息(声音、图像、数字)过程中，输入的信息先转变为相应的电信号，传送到记录磁头的线圈中，在记录磁头气隙中产生与输入电信号相应的变化磁场，气隙附近并以恒定速度移动的磁带上的磁记录介质受到该变化磁场的作用，从原来未存储信息的退磁状态转变到磁化状态，也就是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，与上述磁记录过程相反，即磁带剩磁影响磁头气隙磁场，再到磁头线圈中的电流，最后变成与原来记录相应的(声音、图像和数字)信息。
磁记录介质材料一种涂敷在磁带、磁卡、磁盘和磁鼓上面用于记录和存储信息的永磁材料，它具有矫顽力(Hc)和饱和磁感应强度(Bs)大、热稳定性好等特点。
常用的介质有氧化物和金属材料两种。
金属磁记录介质材料有铁、钴、镍的合金粉末，用电镀化学和蒸发方法制成的钴-镍、钴-铬等磁性合金薄膜。
合金粉末具有高灵敏度和高分辨率等特点，但存在氧化问题。
合金薄膜可以做得很薄，分辨率高，但膜面强度、耐磨性及化学稳定性存在一些问题。
因此，磁粉和薄膜在应用上均受到-定限制。
虽然金属薄膜介质材料近年来已取得很大成果，但仍不能完全代替磁粉介质材料。
常用金属合金磁粉介质的主要性能与用途为：薄膜介质材料的性能如表1所示。
表1金属连续薄膜介质材料的性能磁头材料用做磁头材料的合金应具有以下特点：(1)饱和磁感应强度(Bs)高，以提高磁头气隙磁场，增强磁记录介质的磁化强度，避免磁头极尖的饱和现象。
功能材料-磁性材料课件
第三章 磁性材料－§3.1 软磁材料
3、高斯织构硅钢片
结构特点：
➢ 易磁化方向[100]与轧制方向平行 ➢ 难磁化方向[111]与轧制方向成55角
轧 [100] 制 方 向
55
[111] [110]
➢ 中等磁化方向[110]与轧制方向成90角
横向
高斯织构硅钢片具有磁各向异性，沿[100](轧制方向)磁性能最佳。
3、主要用途
直流磁场下工作的磁性元件，如电磁铁和继电器的铁芯。
第三章 磁性材料－§3.1 软磁材料
电工用硅钢片
在纯铁中加入1.04.0%Si的铁碳硅合金。 Si的加入，提高了电阻率，从而减少涡流损耗。
1、电工用硅钢片的种类
硅钢片按生产方法、结晶织构和磁性能的分类：
电工用硅钢片
热轧非织构（无取向）硅钢片 冷轧非织构（无取向）硅钢片 冷轧高斯织构（单取向）硅钢片 冷轧立方织构（双取向）硅钢片
150·cm，为1J79铁镍合金的2～3倍。 ➢ 硬度、强度和耐磨性较高。
例如1J16的硬度和耐磨性比1J79合金高，适用于磁头等磁性器件。 ➢ 密度较低。
可以减轻磁性元件的铁芯质量。 ➢ 对应力敏感性小。
适于在冲击、振动等环境下工作。 ➢ 合金的时效性良好。
随着环境温度的变化和使用时间的延长，其磁性变化不大。
第三章 磁性材料－§3.1 软磁材料
2、铁铝合金的主要应用
铁和铝资源丰富、价格低廉，铁铝合金的磁性能与铁镍合金类似， 同时还具有一些独特的优点，因此是铁镍合金的一种替代材料，适用于 电子变压器、磁头和磁致伸缩换能器等方面。
铁铝合金的牌号、主要成分、特点和用途
牌号 铝含量 /%
特点
主要用途
1J6
磁记录材料及其生产与应用
磁记录材料及其生产与应用引言：磁记录产品包括用于磁带、硬盘、读出或写入磁头、消费视听设备、软盘和信用卡等的磁储存介质。
虽然信息存储能被几种有竞争力的技术中的任意一种完成（如热塑性或相变存储磁泡半导体存储器、Josephson存储磁光记录），但没有一种能够与硬盘磁存储在信息面积密度和存取时间方面的综合能力相匹敌。
磁记录技术从1898年诞生,已经跨越了一个世纪。
作为一门传统的存储记录技术,磁记录设备在消费电子领域和专业应用领域均有着广泛的应用。
尽管光记录技术的崛起和固体存储技术的发展打破了磁记录技术一统天下的局面,但由于在记录介质、读写磁头、数字信道等技术方面不断取得突破性进展,磁记录技术迄今依然焕发着盎然生机。
磁记录介质的概念：在磁场作用下能发生变化并能反过来影响磁场的媒叫做磁介质.磁记录技术及原理：在磁记录技术中一种可磁化的记录介质(磁带)以恒定的速度沿着一个磁性结构(记录磁头)移动,记录头能够在媒介物中感生与馈入结构的电流成比例的磁化强度.电流随时间的变化转成磁化强度随距离的变化而被记录在磁带上,磁化的这种变化在媒介物附近产生磁场.如媒介物(已记录的磁带)重接近一重放词头,通过拾波线圈感生出磁通,磁通的大小与带中磁化强度成比例.磁头实际上是一种换能器。
磁记录材料举例：（磁带、软盘、硬盘等多种形式）磁记录材料的消费结构产品名称所占比例〔％〕趋势录音磁带45 稳定增长录像磁带35 大量增长计算机磁带 5 缓慢增长仪器磁带 2 平衡发展磁盘7 迅速发展其它 6 磁鼓不发展，磁性卡片，磁泡在发展主要采用的磁记录介质：主要采用的磁记录介质的性质材料剩磁（T）矫顽力（A/m）居里点（℃）用途和磁性层厚度γ-Fe2O30.025～0.11 8000～24000 675 磁带:5～12微米Co-γ-Fe2O30.13 48000 520 磁盘:1～2微米CrO20.13 40000 120 磁带:5微米Fe 60Co 40粉末 0.2 40000 1000 ——Co-Ni-P 连续膜 1.2 40000 —— 磁鼓:0.1微米γ-Fe 2O 3粉末制备方法：将α-FeOOH(针铁矿)成核和生长开始，然后通过脱水形成非磁性α-Fe 3O 4（赤铁矿），再在400℃ H 2 流中还原成Fe 3O 4(磁铁矿)，最后氧化成γ-Fe 2O 3，其化学反应如下：① 4 FeSO 4·7H 2O + O 2 + 8 NaOH —→4 α-（FeO ）OH + 4 Na 2SO 4 + 30 H 2O ② 2 α-（FeO ）OH —→2 α-Fe 3O 4 + H 2O ③ 3 α-Fe 3O 4 + H 2 —→2 Fe 3O 4 + H 2O④ 2 Fe 3O 4 + 12O 2 —→ 3 γ-Fe 2O 3 (严格控制氧化条件)形态特征：0.1～0.7微米，长短轴比为6的针状颗粒，颗粒小记录性能好。
磁记录的原理
磁记录的原理磁记录是一种存储和读取数据的技术，广泛应用于各种设备和媒介中，如硬盘驱动器、磁带、磁性卡片等。
它的原理基于磁性物质的性质和现象，包括磁化和磁感应。
磁记录的基本原理是利用电流通过导线产生磁场的特性。
当电流通过导线时，会在导线周围产生一个磁场。
这个磁场是由许多微小的磁性领域组成的，这些领域的方向是随机的。
但是，当电流通过导线时，这些磁性领域的方向可以被导线的电流方向所影响。
在磁记录中使用的磁性材料通常是由铁、钴、镍等金属组成的合金。
这些合金具有较强的磁性，能够在外加磁场的作用下产生明显的磁化。
在具体的磁记录过程中，我们用到了一个重要的物理现象，即哈氏现象。
哈氏现象是指当磁性物质遭受外加磁场时，它的磁矩会发生变化。
这种变化可以是磁矩的方向改变，也可以是磁矩的大小改变。
当外加磁场移除时，磁性物质的磁矩会回到原来的状态。
磁记录就是通过利用这种性质来存储和读取信息。
磁记录中的一个重要概念是磁畴。
磁畴是一组磁性领域，其中的磁矩都有相同的方向。
磁性材料通常由许多磁畴组成，这些磁畴在没有外加磁场时是随机分布的。
但是，当外加磁场足够大时，磁畴可以被排列成一个连续的链条，形成一个类似于输运带的结构。
这种连续的链条就是我们所说的磁记录。
在磁记录中，我们使用磁头进行磁化和读取。
磁头是由磁场产生和感应元件组成的电子设备，能够产生一个强磁场，并能够检测和测量磁场的变化。
在写入数据时，磁头通过发送一个电流脉冲，产生一个磁场，将磁性材料中的磁矩进行磁化。
磁化的方式通常是通过改变磁矩的方向来表示不同的数据。
例如，将磁矩指向一个方向表示“0”，将磁矩指向另一个方向表示“1”。
在读取数据时，磁头会通过感应磁场的变化来检测磁性材料中的数据。
磁头通过检测磁性材料上磁场的变化来感知磁化的情况。
当磁矩的方向发生改变时，磁性材料周围的磁场也会发生变化，磁头就可以通过感应这种变化来读取数据。
为了确保数据的可靠性和稳定性，磁记录中还使用了一些技术和算法。
什么是磁性材料
什么是磁性材料
磁性材料是指在外加磁场作用下，能够产生磁化现象并保持磁化状态的材料。
磁性材料是一类特殊的材料，其在现代工业和科学技术中具有广泛的应用。
磁性材料根据其磁性特性可以分为铁磁材料、铁氧体材料、铁氧氮材料、软磁材料和硬磁材料等不同类型。
铁磁材料是一类具有较强磁性的材料，主要包括铁、镍、钴和它们的合金。
铁
磁材料在外加磁场下能够产生明显的磁化现象，并且在去除外加磁场后能够保持一定的磁化强度，因此在电机、变压器、传感器等领域有着重要的应用。
铁氧体材料是一类氧化铁和其他金属氧化物的复合材料，具有良好的磁导率和磁饱和感应强度，被广泛应用于电子、通讯、医疗等领域。
铁氧氮材料是一类铁氧体材料和氮化物的复合材料，具有高饱和磁感应强度和
低磁导率的特点，被广泛应用于磁记录材料、磁存储材料等领域。
软磁材料是一类在外加磁场下能够迅速磁化和退磁的材料，主要包括硅钢、镍铁合金等，具有低磁滞回线和低磁导率的特点，被广泛应用于变压器、电感器、传感器等领域。
硬磁材料是一类在外加磁场下难以磁化和退磁的材料，主要包括氧化钴、氧化镍、氧化铁等，具有高矫顽力和高剩磁感应强度的特点，被广泛应用于磁记录材料、磁存储材料、磁传感器等领域。
总的来说，磁性材料在现代工业和科学技术中具有重要的地位和作用，其种类
繁多，性能各异，广泛应用于电机、变压器、传感器、电子、通讯、医疗、磁记录材料、磁存储材料等领域。
随着科学技术的不断发展，磁性材料的应用领域将会更加广泛，性能将会更加优越，为人类社会的发展进步做出更大的贡献。
第二讲磁记录材料-课件
FL
Tunneling Barrier
RL
Sensitivity (slope)
FL-RL is determined by TMR Output Voltage
FL
Magnet
FL
AFM/SAF/RL
Magnet
Current Flow
Electron Flow
Insulator
Bottom Shield
•
司南模型
司南是我国春秋战国时代发明的一种最早的指示南北方向 的指南器。中华民族很早就认识到了磁现象，古代中国在磁的 发现、发明和应用上等许多方面都居于世界首位，可以说中国 是磁的故乡。
抗磁性
•
顺磁性 铁磁性
反铁磁性
亚铁磁性
物质的磁性来自构成物质的原子，原子的磁性
又主要来自原子中的电子。原子中电子的磁性有两 个来源：一个来源是电子本身具有自旋磁矩；另一 个来源是电子绕原子核作轨道运动时产生轨道磁矩。
(5)(3) the next big challenge is 1 Tbit in-2 for recording (6) industry. (7) The possible models : pattern media; high Ku media (8) (HAMR); STT (Spin torque transfer) – RAM. (9) (10)
1997: 1st GMR read head (100% CGR); 2000: 1st AFM medium, increasing the effective volume. 2006: 1st TMR head for 80-100 Gbit in-2 perpendicular recording
磁性材料磁记录材料
*基本要求：具有高的记录密度(②③④⑤⑥)、高出力(①②③ ⑥)、高可靠性(⑦⑧⑨)以及低噪声(④⑤⑥)
*记录介质应具备的条件：
①饱和磁感应强度(Bs)大； ②矩形比(Br／BS)要大； ③矫顽力(HC)在允许的范围内应尽可能大；不能太大，太大 则写入与擦除不易；
第二十三页，课件共有41页
*调幅：以调制信号去控制载波的振幅，使载波的振幅按调制信号的 规律变化。包络线反映了调制波的特点。
*调频：以调制信号去控制载波的频率，使载波的频率按调制信号的 规律变化。特点：其频率随调制信号振幅的变化而变化，而它的幅 度却始终保持不变。
第十页，课件共有41页
第十一页，课件共有41页
4.1.3 数字式磁记录
Fe-Nb-Zr/Fe-Nb-Zr-N 用于硬盘磁头；
Co-Nb-Zr/Co-Nb-Zr-N 用于广播用数字式VTR。
六、磁电阻磁头材料
*坡莫合金是沿用至今的MR磁头用磁性材料。 原因：磁各向异性小。
第二十二页，课件共有41页
4.3 磁记录介质及介质材料 *分类(据磁性记录层)：颗粒状涂布介质和薄膜型磁记录介质
*薄膜磁头的优点：工作缝隙小、磁场分布陡和磁迹宽 度窄，故可提高记录速度和读出分辨率。
第十六页，课件共有41页
*体型磁头和薄膜磁头都是利用电磁感应原理进行记录和再 生。都有如下要求： 1、高磁导率；2、高饱和磁化强度；3、低矫顽力及低各向 异性；4、高电阻率；5、小型、轻量，耐磨性强；6、加工
性好。
无调制记录：无偏磁记录、直流偏磁记录、交流偏磁记录
*偏磁信号本身并不反映在磁介质的记录信号上 直接记录 调制记录：调幅记录、调频记录 *载波信号反映在磁介质的记录信号上
常用磁性材料
常用磁性材料
磁性材料是一种特殊的材料，在现代工业和科学领域中有着广泛的应用。
它们
具有磁性，可以被磁场吸引或排斥，并且可以产生磁场。
常用的磁性材料主要包括铁、镍、钴和它们的合金，以及氧化铁、铁氧体、钡铁氧体等。
这些材料在电子、通讯、医疗、能源等领域都有着重要的作用。
首先，铁是最常见的磁性材料之一。
它具有良好的磁导性和导磁性，被广泛应
用于电机、变压器、发电机等设备中。
铁的磁性能够大大提高这些设备的效率和性能，因此在工业生产中占据着重要地位。
其次，镍和钴也是常用的磁性材料。
它们具有较高的矫顽力和剩磁，因此在制
造永磁材料和磁性合金中应用广泛。
永磁材料可以用于制造各种电子产品、传感器、磁盘驱动器等，而磁性合金则可以用于制造磁芯、磁头等。
除了铁、镍、钴等金属材料，氧化铁、铁氧体、钡铁氧体等氧化物也是重要的
磁性材料。
它们具有较高的磁导率和磁饱和感应强度，被广泛应用于制造磁记录材料、磁性传感器、微波器件等。
其中，氧化铁在制造磁记录材料中具有重要作用，铁氧体和钡铁氧体则在微波器件中有着重要的应用。
总的来说，常用磁性材料在现代工业和科学领域中有着广泛的应用。
它们不仅
可以提高设备的性能和效率，还可以用于制造各种电子产品、传感器、磁盘驱动器等。
随着科技的不断发展，磁性材料的应用领域将会更加广泛，对于推动工业和科学的发展起着重要的作用。
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颗粒数太多会使磁化状态不稳定。
*居里温度必须比记录介质所处的环境温度要高。
二、颗粒状涂布介质结构
*涂布工序在磁场下完成，尽可能保证颗粒的长轴方向
沿着记录道方向取向排列 。
*硬盘：1~2mm厚的铝合金盘基；软盘：PET盘基
*理想的粘结剂：由疏水基和亲水基构成，亲水基吸附
于微粒上起锚连作用，疏水基在其外侧构成链状壳层。
度窄，故可提高记录速度和读出分辨率。
*体型磁头和薄膜磁头都是利用电磁感应原理进行记录
和再生。都有如下要求：
1、高磁导率；2、高饱和磁化强度；3、低矫顽力及低
各向异性；4、高电阻率；5、小型、轻量，耐磨性强；
6、加工性好。 *磁电阻磁头：利用各向异性磁电阻效应，为读操作磁头
4.2.2 磁头材料
一、合金磁头材料 *常用材料：含钼坡莫合金、仙台斯特合金
*调制的原因：输入信号随时间的变化范围很宽，有些是超 低频信号，有些是瞬态式的信号，动态范围很宽。 *调幅：以调制信号去控制载波的振幅，使载波的振幅按调 制信号的规律变化。包络线反映了调制波的特点。 *调频：以调制信号去控制载波的频率，使载波的频率按调 制信号的规律变化。特点：其频率随调制信号振幅的变化而 变化，而它的幅度却始终保持不变。
4.1.3 数字式磁记录
*根据磁化强度与记录介质的取向，数字式磁记录可分为水 平磁化模式和垂直磁化模式两类。
一、水平磁记录
*通常采用环 形磁头与具 有纵向磁各 向异性的记 录介质相组 合的形式， 记录介质中 的剩磁方向 平行于介质 平面。
*水平磁记录的位密度越来越大地受到退磁场引起过渡区展 宽限制的影响。展宽决定于 M / H
耐磨性耐腐蚀性好。
*常用材料：Co-(Zr, Hf, Nb, Ta, Ti)二元系合金薄膜， Co-Fe-B类金属非晶态薄膜。 四、微晶薄膜磁头材料 *特点：有更大的饱和磁化强度，比非晶材料更适合高 矫顽力磁性介质的高密度特性。 *常用材料：Fe-M(V，Nb，Ta，Hf等)-X(N，C，B) 五、多层膜磁头材料
积的工艺条件。矫顽力也不是材料的固有属性，它与
薄膜内的磁各向异性有关。
*基底：基底要有很好的抛光，因为磁头－介质间距的变化， 表现为信号幅度的调制或信号下降，甚至丢失脉冲 ； 基板
的硬度很重要。
*附加层：一般使用Ni-P化学镀层，厚度范围为15~25m，
它是非晶态和非磁性的，目的是提高硬度和减少缺陷。
*定义：实现电信号和磁信号之间相互转换的电磁能量
转换器件。 4.2.1 磁头的种类 *体型磁头 →→ 薄膜磁头 →→ 磁电阻磁头
*体型磁头的磁芯材料：Fe-Ni合金为基础的软磁合金；
Mn-Zn铁氧体和Ni-Zn铁氧体；MIG磁头(metal in gap)
*薄膜磁头的优点：工作缝隙小、磁场分布陡和磁迹宽
*磁性层： 大部分实用的磁性薄膜是Co基金属合金，制备
方法有化学沉积(电镀、化学镀)和物理沉积(真空蒸镀、直 流或射频溅射、离子镀等)两种。
*保护层： 保护层应该是比较硬的、化学性质不活泼的、
能与磁性层很好粘结但与磁头不粘结的材料，同时应有高 的抗张强度，并且不易碎裂。通常使用的保护层材料是硬 质碳，采用的成膜方法一般是溅射。其它保护层材料：带 有Cr增强层的溅射铑薄膜、SiO2 、TiC、TiN、SiC、CrC3、 A12O3等。
*合金磁头材料的优点：高磁导率、高饱和磁化强度、 矫顽力低等。 缺点：涡流损耗大 二、铁氧体磁头材料 *常用材料：Ni-Zn、Mn-Zn *优点：损耗低，材质硬，抗腐蚀性比金属好。
*缺点：饱和磁化强度低 在提高记录密度上存在困难
三、非晶态磁头材料 *特点：饱和磁化强度高，矫顽力低，高频特性较好，
*20世纪80年代出现的其它存储设备：光盘、固态存储器 （如U盘等）
*光记录的特点：非接触式记录，存储密度高、容量大，性 价比高 缺点：信息的读写需要精密跟踪伺服的光学头，光盘驱动 器价格较贵，数据传输速度慢
*固态存储器的特点：没有运动部件，可靠性高，可以高速 随机存储，不需电池供电，数据为不挥发性 缺点：存储量较小，价格高
①饱和磁感应强度(Bs)大； ②矩形比(Br／BS)要大； ③矫顽力(HC)在允许的范围内应尽可能大；不能太大，太大 则写入与擦除不易；
④作为最小记录单位的微小永磁体应尽可能小，且大小及分 布均匀； ⑤磁学性能分布均匀，随机偏差小； ⑥表面平滑，耐磨损、耐环境性能优良； ⑦磁学特性对于加压、加热等反应不敏感； ⑧化学的、机械的耐久性优良； ⑨不容易导电。
第四章 磁记录材料
*21世纪是 “信息世纪”，大容量存储技术在信息处理、传 递和保存中占据相当重要的地位。
*磁记录技术在信息存储领域具有独特的地位，它的发展已 经有100多年历史。 *磁记录设备：磁带、软盘、硬盘 特点：价格低廉，性能优良，记录密度逐年提高， 信息写入和输出速度快，容量大，可擦除重写 实例：磁带录音机、录像机、银行卡、图书卡、门卡、计 算机
*坡莫合金是沿用至今的MR磁头用磁性材料。 原因：磁各向异性小。
4.3 磁记录介质及介质材料 *分类(据磁性记录层)：颗粒状涂布介质和薄膜型磁记录介质 4.3.1 磁记录介质应具备的特性
*基本要求：具有高的记录密度(②③④⑤⑥)、高出力
(①②③⑥)、高可靠性(⑦⑧⑨)以及低噪声(④⑤⑥) *记录介质应具备的条件：
*特点：与微晶薄膜相比，多层薄膜进一步抑制了晶粒
的生长，实现了低磁致伸缩 BS高，HC低
缺点：耐热性差
*目前典型的多层膜材料：
Fe-C/Ni-Fe
Fe-Al-N/Si-N
用于垂直磁记录磁头；
用于垂直磁记录磁头； 用于硬盘磁头； 用于广播用数字式VTR。
Fe-Nb-Zr/Fe-Nb-Zr-N Co-Nb-Zr/Co-Nb-Zr-N 六、磁电阻磁头材料
难小于0.25 m。 3、存在颗粒结块，分散性难控制，很难获得具有理想 记录特性的颗粒。 4、磁场对颗粒进行定向或打乱定向不是很有效。
4.3.3 薄膜介质 *薄膜介质包含100％的磁性材料，因此使用薄膜介质 比使用颗粒状介质能得到更高的输出幅度。 *剩余磁化强度不是材料本身的固有特性，而强烈地依 赖于微结构、薄膜厚度、薄膜沉积的表面特性以及沉
二 、 磁 光 记 录 读 出 原 理
*读出时激光不能使记录介质过热，因此加热功率要比 记录时的功率低。 *提高磁光薄膜的克尔效应和磁光盘的动态特性，高的
K为必要条件。
4.4.3 磁光记录介质材料
Mn-Bi合金 → 稀土-过渡族元素非晶态薄膜 → 石榴石
氧化物薄膜、Pt/Co多层膜、Pt-Co合金薄膜
**记录介质的磁性层的厚度是影响记录密度的因素之一， 实际上膜厚度可取记录信息波长的1/4。
4.3.2 颗粒状涂布介质 一、对颗粒介质的要求
*要求颗粒是单畴的（0.04－1m），太大易受外界磁场
的干扰，太小易受晶格热振动影响形成超顺磁。
*颗粒的形状以针状为最佳 矫顽力大。
*信噪比与N1/2成正比，N为单位体积内磁性颗粒数，但
一、偏磁记录 1、直流偏磁记录
*优点： 较好的线性关系和 较高的记录灵敏度 *缺点： 当没有信号时，存 在直流背底噪声； 信号的动态变化范 围只能在线性部分
2、交流偏磁记录
*特点： 存在交流消磁，不 导致背底噪声；很 好的线性特性；信 号失真度小，信噪 比高。
二、调制记录
*调制：用低频信号去控制高频振荡，使其具有低频信号特 征的过程称为调制。
三、磁性粉
1、-Fe2O3 *德国于1934年发明。 优点：易于制造和分散，价格便宜，对温度、应力和时
间稳定性好。
缺点：矫顽力不高（20~32KA/m） 2、包覆Co的-Fe2O3
*-Fe2O3表面包覆Co的铁氧体。
矫顽力：55~70KA/m
3、CrO2 *优点：饱和磁化强度与-F磁记录的功能是将一切能转变为电信号的信息(如声音、 图像、数据和文字等)，通过电磁转换记录和存储在磁记录 介质上，并且该信息可以随时重放。 *根据记录信息的形态，磁记录可分为：模拟式磁记录、数 字式磁记录 *根据磁化强度与记录介质的取向，数字式磁记录可分为： 水平磁化模式、垂直磁化模式
r C
*限制：过小的晶粒尺寸难以长久地保持磁记录的信号，而 过高的矫顽力势必使磁头难以写入。
二、垂直磁记录
*随着记录面密度的提高，微小磁化单元产生的退磁场越来越 小。因此相比水平磁记录，垂直磁记录大幅度地提高了记录 密度。 *要实现垂直磁记录，记录介质应具有很强的垂直磁各向异性
4.2 磁头及磁头材料
4.4 磁光记录材料
4.4.1 磁光效应
*定义：一 束入射光进入具有固有磁矩的物质内部传输或
者在物质界面反射时，光波的传播特性发生变化。
*磁光效应的类型：
1、塞曼效应：对发光物质施加磁场，光谱发生分裂的现象。 2、法拉第效应和科顿-莫顿效应
3、克尔效应
4.4.2 磁光记录和读出原理 一、磁光记录原理 *热磁效应：温度升高。矫顽力下将，在该处施加反向 磁场，使该部位磁化发生反转，从而实现磁记录。
于后者，可达35~50KA/m。
缺点：价格昂贵，6价铬离子有毒。 4、金属磁粉 *优点：比氧化物更高的磁化强度和矫顽力。
*缺点：化学性质活泼，易腐蚀，易与粘结剂发生反应。 5、氮化铁 *Fe4N：居里温度为500度，矫顽力约为51KA/m。
6、钡铁氧体
*很高矫顽力，100~900KA/m，添加Co和Ti等可对其进 行调节；饱和磁化强度与-Fe2O3 相当；单轴磁晶各向 异性非常强，特别适用于作高密度的垂直磁记录。
4.1.1 磁记录的基本过程
*由介质上的记录磁迹所构成的磁化强度的空间变化代表记 录信号的时间变化规律
4.1.2 模拟式磁记录
定义：将声音振动的大小、图像的明暗等原样地转变为磁 化的强弱，记录在记录介质表面上的方式 分类：无调制记录（直接记录）、调制记录 无调制记录：无偏磁记录、直流偏磁记录、交流偏磁记录 *偏磁信号本身并不反映在磁介质的记录信号上 直接记录 调制记录：调幅记录、调频记录 *载波信号反映在磁介质的记录信号上