Широкое распространение систем цифровой магнитной записи (ЦМЗ) в информационно-измерительной и вычислительной технике, в первую очередь, объясняется высокими (а по некоторым параметрам уникальными) свойствами магнитных носителей, используемых в качестве запоминающей (регистрирующей) среды.
Высокие характеристики магнитных носителей проявляются в возможности многократного использования в режимах записи и воспроизведения без заметного ухудшения основных магнитоэлектрических и механических свойств; в относительной технической и технологической простоте осуществления прямого (ток записи - остаточная индукция) и обратного (остаточная индукция - ЭДС магнитной головки воспроизведения) преобразований; в относительно высокой устойчивости носителя к воздействию различных факторов внешней среды; в достаточно высоком отношении «тональный сигнал - шум» и в ряде других.
В настоящее время в качестве магнитных носителей систем и устройств ЦМЗ используются магнитные ленты и диски. В системах ЦМЗ, применяемых в информационно-измерительной технике, в основном используются магнитные ленты. Прогресс развития систем ЦМЗ, достигнутый за последние десятилетия, стал возможным, прежде всего, в результате совершенствования магнитных лент с рабочим слоем из g-оксида железа (g - Fe2O2) и разработки новых типов более совершенных магнитных носителей. Направления совершенствования магнитных лент заключаются в улучшении их электромагнитных и механических свойств.
Для цифровой записи основными электромагнитными параметрами носителей является коэрцитивная сила Нс, остаточная индукция Вr и коэффициент прямоугольности, kп конечной петли намагничивания рабочего слоя носителя. Все эти параметры зависят от химического состава, структуры, размеров и ориентации ферромагнитного покрытия носителя.
Повышение Нс уменьшает влияние поля саморазмагничивания, которое растет с сокращением длины намагниченных однородных участков носителя, уменьшая тем самым завал АЧХ тракта магнитной записи в области верхних частот, а также обеспечивает большую защиту носителя от воздействия внешних магнитных воздействий. Негативным следствием увеличения Нс магнитного покрытия носителя является необходимость тока записи, что может оказаться нежелательным или невозможным из-за введения в насыщение магнитного материала головки записи в зоне рабочего зазора (РЖД). Использование в аппаратуре ЦМЗ высококоэрцитивных носителей требует соответствующих изменений в материалах и размерах зоны РЗ записывающих магнитных головок.
Коэрцитивная сила современных магнитных лент, например металлических, может достигать значений порядка 100 кА / м и выше.
Уровень выходных сигналов воспроизводственной головки прямо пропорциональна остаточной индукции магнитного носителя. Повышение Вr улучшает один из важнейших параметров системы ЦМЗ - отношение сигнал-шум на выходе линейной, трактамагнитной записи.
Кроме того, увеличение Вr приводит к росту поля размагничивания и переходной зоны между соседними разнополярными, намагниченными участками носителя, что приводит к увеличению завала АЧХ тракта магнитной записи в области верхних частот.
Для улучшения АЧХ тракта в области верхних частот и одновременно повышение отношения сигнал-шум, выбирают материал магнитного покрытия лент с наибольшими значениями Вr и Нс.
Повышение плотности записи цифровой информации может быть достигнуто также путем увеличения kп рабочего слоя носителя, поскольку увеличение kп приводит к уменьшению переходной зоны между противоположно намагниченными участками носителя.
Коэффициент прямоугольности kп петли гистерезиса может быть повышена в результате применения материалов с высокой степенью иглоподобности частиц магнитного порошка (около 0,1 ... 2 мкм в длину и 0,03 ... 0,3 мкм в ширину) и их высокой однородности.
Важными параметрами, которые определяют качество магнитных носителей, также является однородность магнитных свойств; отсутствие немагнитных включений по всей поверхности носителя; степень электризации, то есть способность поверхности носителя к образованию электрических зарядов, которые приводят к образованию импульсных помех в головках воспроизведения; копир-эффект.
Существенное влияние на электромагнитные свойства носителя является толщина d ферромагнитного покрытия. Практически с самого начала применения и совершенствования магнитной записи стало ясно, что уменьшение толщины магнитного покрытия носителя приводит к расширению АЧХ тракта и, следовательно, повышение плотности записи. Это происходит в результате уменьшения влияния эффекта саморазмагничивания и увеличения части магнитного покрытия носителя, находящегося в зоне действия поля с большим градиентом изменения напряженности dH / dx над нисходящей гранью записывающей головки. Постоянные усилия, направленные на уменьшение толщины рабочего слоя порядка 2-8 мкм для порошковых покрытий и 0.1 - 0.5 мкм для металлических покрытий. Технологический процесс нанесения рабочего слоя на основу должен обеспечить равномерность толщины рабочего слоя по всей поверхности ленты. Равномерность толщины рабочего слоя необходима для уменьшения глубины ПАМ при воспроизведении записанных на ленте сигналов. Кроме того, на глубину ПАМ также оказывают влияние дефекты основы. При толщине рабочего слоя 2 ... 5 мкм дефекты основы проявляются на рабочей поверхности носителя. Основными требованиями к физико-механическим свойствам магнитных лент относятся: точность и стабильность размеров; высокая устойчивость к износу, который проявляется в малом истирании рабочего слоя лент и сохранении прочностных и других эксплуатационных параметров, при длительной эксплуатации и хранении; низкая образованность; высокая гибкость и стойкость к многократному сгибанию; высокая адгезионная прочность; малая чувствительность к изменениям условий эксплуатации (температуры, влажности и др.). Механические свойства магнитных лент в значительной степени определяются материалом основы, в качестве которой используется полиэтилентерефталат. Этот материал обладает высокими механическими свойствами и, прежде всего, высокой прочностью, стойкостью к воздействию температуры, влажности и видов агрессивных сред; он сохраняет свои свойства в условиях длительного хранения и эксплуатации. В настоящее время наибольшее распространение получили магнитные ленты на полимерной основе с применением магнитных материалов рабочих слоев на базе порошков оксидов железа, диоксида хрома, различных металлов и их оксидов. Также проводятся работы по разработке металлизированных и металлических магнитных лент. В качестве основного материала для магнитного порошка широко используется g - Fe2O2. Этот порошок имеет такие магнитные свойства: Нс = 24 ... 38кА / м; Вr "0,12 Тл; kп = 0,7 ... 0,8. Для улучшения магнитных свойств порошка g - Fe2O3 проводятся работы по введению в качестве дополнительного элемента - модификатора кобальта Со. В зависимости от различных массовых соотношений Со можно изменить Нс порошка в широких пределах (30 ... 120 кА / м). Однако одним из недостатков такого порошка является температурная нестабильность, обусловленная магнитно-кристаллографической структурой кобальта. Помимо этого, трудно достигается достаточно высокая вопроизводимость магнитных свойств отдельных партий порошков. Одним из высококоэрцитивных магнитных порошков является диоксид хрома (CrO2), коэрцитивная сила которого порядка 38 кА / м. Для повышения Нс до 85 кА / м используют присадки теллур, рубидия и т.д. Недостатки, которые ограничивают широкое применение CrO2 для изготовления магнитных лент, следующие: низкая точка Кюри (126 ° C), более высокая образивность частиц. На базе таких материалов, как железо, кобальт, никель и сплавов на их основе, получен целый ряд металлических магнитных порошков, которые имеют широкий диапазон значений Нс = 56 ... 120 кА / м и способны обеспечить высокие электромагнитные свойства. Металлические порошки все больше используются, несмотря на трудности их промышленного изготовления (необходимо очень точно регулировать режимы образования металлического порошка, частицы которого легко подвергаются окислению). Применение магнитных лент с рабочими слоями, использующих металлические порошки с высокими магнитными свойствами, приводит к применению магнитных лент, создание новых магнитных головок с субмикронными рабочими зазорами и высокой индукцией насыщения. Одним из направлений по созданию новых магнитных лент является разработка многослойных лент (с двумя и больше рабочими слоями). Для низших слоев применяется магнитный материал с Нс = 24 ... 28 кА / м (g - Fe2O3), для верхних с Нс = 36 ... 48 кА / м (CoFeO, CrO2). Толщина слоев может быть одинаковой или верхних слоев меньше, чем в нижних; общая толщина находится в пределах 3 ... 10мкм. Уменьшение толщины рабочего слоя магнитных лент на базе порошков - технологически сложный процесс и приводит к повышению неравномерности электромагнитных характеристик, а также к уменьшению амплитуды воспроизводимого сигнала. Поэтому появились разработки металлизированных и металлических магнитных лент, которые имеют высокую остаточную индукцию и почти прямоугольную петлю гистерезиса.
еталлизированные магнитные ленты можно получить нанесением Со-Мо или Со-Мо-Ni электролитическим способом, химическим восстановлением Со, Ni, Fe или их сплавов, химическим осаждением Сор, напылением в вакууме магнитных сплавов CoSi, CoNiSi и т. д. Лучшие результаты дают гальванический способ и напыления в вакууме. В металлизированных лентах в качестве основы используется полиэтилентерефталат. Для изготовления металлических лент часто применяется электролитическая медь. Широкому практическому применению металлизированных и металлических магнитных лент мешает недостаточная адгезионная прочность металлических покрытий и недостаточная стойкость рабочего слоя. Металлизированные и металлические магнитные ленты в наше время находятся в стадии разработки, ведутся дальнейшие исследования по совершенствованию их технических характеристик. Благодаря достигнутому в последнее время существенному улучшению параметров магнитных носителей и головок промышленностью усвоенный ранее недостижимый диапазон плотности ЦМЗ 1000 ... 2000 бит / мм и выше. В случае освоения методов записи и воспроизведения верхней плоскости носителя полем этот диапазон может быть значительно превышен.
