第6章磁记录材料

磁记录介质硬磁材料和软磁材料：磁场强度H，使磁性材料产生一定的磁化强度M。

外加磁场强度变回0时，对应的磁化强度值Mr称为剩余磁化，磁化强度为0时，对应的磁场强度Hc称为矫顽力。

硬磁材料：矫顽力大的磁性材料。

也就是，即使去掉磁场，仍有很大剩磁的材料。

如磁铁，磁记录材料（磁盘）。

软磁材料：矫顽力很小的磁性材料。

去掉磁场几乎没有多少剩磁。

如磁头，变压器铁芯。

磁盘：磁盘高速旋转，磁头可作径向移动，磁头停在某一个位置，就可对磁盘的某一磁道进行读写。

磁盘有软磁片和硬磁片之分，有单磁片和多磁片之分，每个磁片有单面和双面之分。

磁记录信息的记录与再现：记录：记录电流足够大，产生的磁场强度能克服磁介质的矫顽力，就能在其表面产生一个磁化区域，它的方向由N极（+极）指向S极（-极）。

再现：要想把磁化状态转化为电信号，根据法拉第电磁感应定律，感应的电动势：e = - (dφ/dt)。

磁头的线圈为N匝时，可认为磁通量φ通过线圈N次，这时的电动势为：挲在磁记录中，读取的不是介质上的磁化结果，而是读取磁化的变化。

可以说记录过程是安培定律的实际应用，再生过程是法拉第定律的实际应用。

01信号的记录与再现实例：数字（0，1）磁记录的记录方式和编码方式1．记录密度：磁道上单位长度（通常指1英寸）上能记录的二进制数据位的数量。

位密度越高，磁盘存储容量越高，存取速度越快，位价格降低。

2．自同步能力：由于磁盘机械装置的离散性，特别是磁盘转速的误差，使读出信号峰值位置产生漂移，在无自同步提取数据位时极易发生误码。

对于串行存储的数据位，只要丢掉一位就会造成整个存储失败。

存储数据的磁盘要求有尽可能高的存储密度和一定的自同步能力。

就要采用相应的记录方式和编码方式。

记录方式：一．归零制（RZ）：用正脉冲电流波表示“1”，用负脉冲电流波表示“0”，每次磁化后总要回复到非磁状态。

其特点是：1．位密度低：每一个数据位都要翻转两次，有非磁化区。

2．具有自同步能力：记录每位数据时都要翻转，所以在读出时每一位信息本身都包含了可作为时钟的同步脉冲。

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。

磁记录〔magnetic recording〕利用磁性材料的磁性变化记录信号的技术1．磁记录系统一般包括磁头、磁记录介质、磁记录介质传送机构、记录放大器、重放放大器等几局部其中主要局部是磁头和磁记录介质磁头有记录磁头、重放磁头、消磁头等各种磁头的根本结构如图1－18－33所示，由软磁材料制作的铁芯和线圈组成，铁芯上有一条细缝，叫做工作缝隙根据磁头的不同用途,磁头的工作缝隙、输入输出阻抗不一样一般来说，记录磁头比重放磁头的工作缝隙稍宽一些各种磁头外面都有一个屏蔽罩记录介质是记录信号的载体，有磁带、磁盘以及磁鼓、磁芯、磁卡片、磁性薄膜、磁片、磁泡和磁光盘等不同的记录设备可选用不同的记录介质，其中磁带的使用最为广泛磁带的结构大致如图1－18－34甲所示，下层是带基，上层是磁性层带基一般用醋酸纤维或涤纶薄膜，厚10m～30m磁性层厚5m～20m，是用微粒磁粉与粘合剂均匀混合后涂覆在带基上，并经历了磁场微粒定向处理，烘干、压光等工艺过程磁盘是用于数字记录的磁记录介质，为簿圆盘它的结构如图1－18－34乙所示，有基片和磁性层硬磁盘的基片是铝质的，软磁盘的基片是聚脂薄片磁性层厚度为1m～5m磁盘上磁粉微粒的定向为环形适于制作磁记录介质磁性层的磁粉都具有针状外形，颗粒均匀细小它的饱和磁化强度大、有适当矫顽力，为硬磁性材料常用的磁粉材料有铁的氧化物〔v-Fe2Ｏ3、Fe3O4〕、添加钴〔Ｃo〕的氧化铁、二氧化络〔ＣrO2〕、钡铁氧化以及金属铁、氮化铁等根据磁记录的不同要求，记录介质的磁性层选用不同的材质根据磁化场的磁感线在磁记录介质内通过的方式不同，磁记录有垂直记录、横向记录、纵向记录三种方式，图1－18－35甲、乙、丙分别是这三种记录方式的示意图2 磁记录原理包括记录、重放、消磁三局部记录是将信号记录在磁记录介质上的过程记录时，磁带以一定的速度移过磁头，磁性层与磁头的工作缝隙接触磁头的线圈中输入信号电流，在铁芯中形成与信号电流变化成比例的磁场，磁头工作缝隙的漏磁通使靠近它的记录介质上的磁性层磁化，在记录介质上留下了对应于信号电流变化的剩磁对应于一个周期电信号，磁带上的剩磁也构成一个空间分布的周期磁信号，这个周期磁信号在空间的长度就叫做记录信号的波长它与磁带移动速度成正比，与记录电流的变化频率成反比方果用表示记录波长用表示磁带移动的速度，用表示记录电流的变化频率，三者之间的关系为在带速一定的情况下，记录信号的频率越高，记录波长越短，，现在到达小于1μm的水平正确记录信号的关键，在于磁带上每个小单元通过磁头工作缝隙的时间Δt要远小于信号周期Ｔ的一半，即Δt<<Δt的大小，取决于磁头缝隙宽度g和走带速度v, Δt因此记录介质与磁头的相对速度越快，工作缝隙越小，Δt就越小，越有利于信号的准确记录图1－18－36示出了磁带上剩磁的分布重放是将以剩磁形式记录在磁记录介质上的信号复原为电信号的过程重放时，磁头工作缝隙与载有信号的磁记录介质接触，让磁记录介质以记录时相同的速度移过磁头工作缝隙根据电磁感应原理，由于磁记录介质不同位置上的剩磁不同，介质的移动使磁头线圈中产生感应电动势记录信号波长越小，频率越高，重放时磁头线圈中产生的感应电动势越大当信号频率增加一倍时，重放电压值也增大一倍，换成分贝表示为6dB/倍频程实际重放时，当记录波长短到磁头工作缝隙宽度时，由于接触区间记录介质的磁力线不能通过铁芯，感应电动势为零，这个记录波长为临界波长λ介，λ介＝实际中使用的上限频率，为临界频率的，即记录波长当信号频率过低时，磁头不能提供抵磁阻通路，重放电压也受损失重放的高频、低频损失原理见图1－18－37图1－18－38是磁记录的记录、重放原理示意图消磁是去除介质中以剩磁形式储存的信号，有直流消磁法和交流消磁法交流消磁法效果好，使用广泛消磁时，给消磁头中通入强交变电流，形成强交变磁场〔在×104Ａ/m以上〕，频率满足f消?，一般为信号频率的5倍以上磁性介质先逐渐接近消磁头工作缝隙，受到高频交变磁场的作用，很快使剩磁到达最大值，即到达磁化饱和状态，把原来记录的信号抹去然后，磁性介质又逐渐远离消磁头的工作缝隙，由于它所受交变磁场的作用逐渐减小，磁性层的磁化状态由最大的磁滞回线，几次迂回，最后恢复到磁中性状态，即剩磁变为零磁记录记录的频带宽〔可记录直流至2MH以上的信息〕，信息能长久保存，随时可以重放，记录内容可随时洗去，重新记录新的内容它能同时进行多路信息记录，还能根据记录对象的变化过程和研究的需要，改变信息的时基〔可高速记录、慢速重放，也可慢速记录、快速重放〕，还可配用其他记录仪、显示仪、数据处理器等因此，磁记录技术现在被广泛应用于国防、科研、播送、教学、生活的各个领域。

96第6章 固体的磁性和磁性材料§6.1 固体的磁性质及磁学基本概念6.1.1 固体的磁性质某些无机固体并不像其他所有物质那样表现出抗磁性（Diamaganetism ）,而是呈现出磁效应。

这些无机固体往往是以存在不成对电子为特征的，这些不成对电子又常常是处在金属阳离子中。

因此，磁行为主要限制在过渡金属和镧系金属元素的化合物上。

它们中许多金属原子具有不成对的d 和f 电子，就可能具有某些磁效应。

我们知道，电子有自旋，形成自旋磁矩。

在不同的原子中，不成对电子可以随机取向，此时材料就是顺磁的（Paramagnetic ）；如果不成对的电子平行地排成一列，材料就有净的磁矩，这是材料是铁磁性的（iferromagnetic ）；相反，不成对电子反平行排列，总磁矩为零，材料就呈现反铁磁性为（Antiferromagnetic ）；如果自旋子虽是反平行排列，但两种取向的数量不同，会产生净的磁矩，材料就具有亚铁磁性（Ferrimagnetic ）。

图6.1就说明这些情形。

(b)(d)(c)图6.1 成单电子自旋取向和材料的磁性a 抗磁性b 铁磁性c 反铁磁性d 亚铁磁性磁性材料广泛地应用在电器、电声、磁记录和信息存储各方面，可以说，现代社会离不开磁性材料。

6.1.2 磁学基本概念1．物质在磁场中的行为97首先，我们讨论不同材料在磁场中的行为。

如果磁场强度为H ，样品单位体积的磁矩为I ，那么样品的磁力线密度，即所谓磁通量 （Magnetic induction ）B 为：B = H + 4πI 6.1.1导磁率（Permeability ）P 和磁化率（Susceptinity ）K 定义为： P = HB = 1 + 4πK 6.1.2 K = HI 6.1.3 摩尔磁化率χ为χ= dM κ 6.1.4 式中M 是分子量，d 式样品密度。

根据、K 、χ及其与温度和磁场的依赖关系可以区分不同种类的磁行为，这总结在表6.1中。