磁记录是利用磁的性质进行信息的记录的方式。在存储和使用的时候通过特殊的方法进行信息的输入和读出,从而达到存储信息和读出信息的目的。
磁的性质
铁棒和钢棒本来不能吸引钢铁,当磁铁靠近它或与它接触时,它便有了吸引钢铁的性质,也就是被磁化了。软铁磁化后,磁性很容易消失,称为
软磁性材料。而钢铁等物质在磁化后,磁性能够保持,称为
硬磁性材料。硬磁性材料可做成
永磁体,还可以用来记录信息。磁带上就附有一层硬磁性材料制成的小颗粒。
指标
随着技术的不断进步,磁记录与人们的关系越来越密切。录像带,电脑中的磁盘,打电话的
磁卡,银行的信用卡,还有磁卡式车票等,都是用磁来记录信息的。磁记录技术提高的工作效率,给生活带来了很大方便。
磁记录的最主要的指标是记录密度,即单位面积记录的信息量。记录材料的发展史可以说是记录密度不断提高的历史。磁记录通常分为4类:颗粒介质,薄膜介质,具有软磁层的介质,图文介质。根据磁记录介质的磁化方向将磁记录模式分为3类:其一是纵向(水平和面内)磁记录。在这种模式下,介质的磁化方向与磁盘平面及磁头的运动方向平行;其二是垂直磁记录,这时介质的磁化方向与磁盘表面(或介质的表面)垂直;其三是横向磁记录。介质的磁化方向在磁盘平面内与磁头的运动方向垂直(磁化方向与介质运动方向垂直)。3种磁记录方式中,纵向磁记录应用最广,特别是高密度磁记录普遍是通过纵向磁记录模式实现的,但由于高密度记录对介质的自退磁效应的升高,使得纵向磁记录模式进一步提高记录密度相当困难。而垂直磁记录为提高磁记录密度提供了出路。垂直磁记录模式不仅可以克服上述所说的自退磁效应,而且对磁记录介质中的磁层厚度的要求比较宽松。垂直磁记录比纵向磁记录要求更多的不同种类的磁头。不管记录模式如何,记录系统中都包括以下几个基本单元:存储介质、换能器、介质或磁头的驱动系统以及匹配的电子线路。
原理
将各种信息转换为随时间变化的电信号,再将它转换为磁记录介质的磁化强度随空间变化的过程称为磁记录,将其逆过程称为再生(重现)过程。这种记录和重现的过程及其原理如图1所示:
将输入的非电信息Si(t)(像点、数码等)经过一定的非电-电转换装置(1),转换为随时间作相应变化的电流I(t);再把电流I(t)通过记录磁头(2)的线圈,使记录磁头的缝隙处产生与输入信息相应变化的磁场H(t);于是紧靠磁头缝隙并以恒定速度v运动的磁记录介质便受到缝隙磁场H(t)的作用,而产生相应的磁化强度M(x),于是,将随时间变化的磁场H(t)转换为按空间变化的磁化强度分布M(x),从而完成了磁记录过程(3);磁带离开记录磁头时,由于自退磁作用,磁化强度略有降低,但仍保存着与输入信息Si(t)相应的剩余磁化强度分布M┡(x)。这就是将输入信息记录和存储到磁记录介质的过程。当需要把记录和存储的信息从磁记录介质(磁带)作非破坏性取出(重现)时,则需经过与上述过程相反的过程,即将存储有信息的磁带以与记录时相同的速度通过重放磁头(4)的缝隙,这时磁记录介质中的剩余磁化强度M┡(x)产生的外露磁场在重放磁头中感生相应的磁通量变化Ф(t),而使绕在这磁头上的线圈中感生微弱的交变电压V(t);再将V(t)通过放大和电-非电转换装置(5),就可得到同输入信息Si(t)相应的输出信息So(t)。这就是将记录存储在磁记录介质中的信息重放和输出(读出)的过程。磁记录介质在重放过程中仍保留着它所存储的信息,所以是一种非破坏性的读出。如要清除磁记录介质中存储的信息,只要将磁带通过清除磁头,使其受到这磁头产生的高频磁场的作用而退磁后,就可将存储的信息清除,使磁记录介质回到退磁状态。
记录方式
按照信息记录的方式,磁记录可以分为连续的模拟式记录(如录像)和分立的数字式记录(如计算机记录数字)两种。上面是按模拟式工作方式介绍磁记录原理的。磁记录同其他记录方法相比较具有这样一些特点:记录和存储的密度高,容量大,速度较快,可多次使用(非破坏性),无易失性,抗干扰性强,使用寿命长,也无显著的“疲乏”、老化和变性现象,还可一步记录(不需其他处理)和实时重放,成本较低,维护简单。这些都使磁记录适宜于大量的生产和应用。
材料
磁记录中应用的
磁性材料主要有两类:①磁记录介质。是以其磁化状态作为记录和存储信息的材料,属于永(硬)磁材料;②磁头材料。是以磁头的磁-电转换功能对磁记录介质输入和输出信息的材料,属于
软磁材料。
正在研究或已经使用的磁记录介质材料主要有
铁氧体和金属
磁性材料或者从形态上分有颗粒型和薄膜型2大类.
一种利用电和磁的方法将可转换为电信号的信息输入、记录和存储于强磁性介质内,并又能从其中取出和重现该信息的过程。此种信息可以是图像、数字或其他可转换为电信号的信息,故磁记录技术可应用于录像、记录数字和其他信息等。最早的磁记录开始于19世纪末,到20世纪40年代磁记录技术才逐渐成熟,有了较广的实际应用。50年代以后磁记录又应用到电子计算机和电视技术,以及人造卫星和宇宙飞船的信息记录和传送,应用领域不断扩大。
要求
记录介质
一般说来,对于磁记录介质的主要要求是:适当高的矫顽力Hc,以提高存储信息的密度和抗干扰性;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),以提高信息记录效率和减小自退磁效应;陡直的磁滞回线,以提高记存信息分辨率;低的磁性温度系数和老化效应,以提高稳定性;对于垂直
磁记录材料,还需要高的垂直膜面的
单轴磁各向异性ku(见
磁各向异性)。可采用的磁记录介质可以分为三类:
铁氧体和其他强磁氧化物微粉;强磁金属微粉;强磁金属薄膜。大量应用的是γ-Fe2O3或以其为基的磁粉,正在研制或开始试用的还有CrO2磁粉、及以Ni和Co为基的合金薄膜介质。
磁头材料
对于磁头材料的主要要求是:高的磁导率μ,以提高磁头的灵敏度和效率;高的饱和磁化强度4πMs,以提高磁头缝隙的磁场和防止极尖磁饱和;低的矫顽力Hc,以降低磁头的损耗;低的剩余磁化强度Mr,以易于清除不需要的磁迹;高的电阻率ρ,以降低磁头损耗,改善特性;高的磁导率截止频率fc(即磁导率显著下降的频率),以提高磁记录频率上限,有利于高频高速磁记录;高的硬度和力学强度,以提高耐磨性能和使用寿命。采用的磁头材料有两大类:铁氧体磁头材料和金属磁头材料。前者应用最多的是Mn-Zn系铁氧体,有热压和热静压的高密度
多晶材料和布里奇曼法生长的高均匀性的
单晶材料;后者应用较多的有Fe-Si-Al系和Fe-Ni-Nb系等高硬度
软磁合金材料。
参考书目
李荫远、李国栋编:《铁氧体物理学》,修订版,科学出版社,北京,1978。 戴礼智编著:《
磁记录基础知识》,科学出版社,北京,1980。 刘克哲编:《磁记录物理》,
山东科学技术出版社,济南,1979。 C.D.Mee, The Physics of Magnetic Recording, North-Holland, Amsterdam, 1964. C.E.Lowman, Magnetic Recording,McGraw-Hill,New York,1972.