硬盤的介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)

現(xiàn)在的磁盤盤片多數(shù)都采用薄膜復(fù)合技術(shù)。硬盤的介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)大致為：潤滑層、碳覆層、磁性層、緩沖層或底層、基板。

潤滑層和碳覆層器機(jī)械和化學(xué)保護(hù)作用，保護(hù)下面的磁性層；磁性層通常為一層多層膜結(jié)構(gòu)，常用材料有CrCoTa，CoNiPt，CrCoPtTa；緩沖層能顯著提高磁性層的磁性能�；�片的表面能、粗糙度影響緩沖層的生長，因此可通過對(duì)基片表面的精密加工來優(yōu)化和改善磁性合金層的組織和性能。

盤片材料

盤片在工作與運(yùn)輸過程中會(huì)受到許多力的作用，如盤片的重力、盤片的隨主軸高速旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的離心力，高速旋轉(zhuǎn)時(shí)硬盤內(nèi)空氣湍流對(duì)盤片的作用等；在硬盤運(yùn)輸與攜帶過程中還會(huì)由于各種機(jī)械震動(dòng)而使盤片受到?jīng)_擊。特別是筆記本電腦和其它使用硬盤的手提式電腦中，盤片除了受到正常的接觸啟動(dòng)/停止過程所帶來的作用力外，磁頭對(duì)盤片的沖擊還會(huì)由于外界的震動(dòng)而極度增大。這就要求盤片具有非常好的表面硬度和抗沖擊性。在整個(gè)盤片中，由于磁性層、襯層、潤滑層都是薄膜結(jié)構(gòu)，基本上不具備必要的力學(xué)性質(zhì)，因此盤片的機(jī)械性能主要由基板提供。因此選用的基板材料必須具備一定的力學(xué)強(qiáng)度與表面硬度。

盤片以較高的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)有利于硬盤快速讀取與寫入數(shù)據(jù)，但隨轉(zhuǎn)速的提高，硬盤內(nèi)空氣湍流對(duì)盤片的作用會(huì)急劇增大，盤片在此作用下會(huì)產(chǎn)生不規(guī)則振動(dòng)，這種振動(dòng)對(duì)盤片會(huì)造成極大的傷害；并且振動(dòng)的振幅隨主軸轉(zhuǎn)速增大而增大，當(dāng)轉(zhuǎn)速增大到一定程度時(shí)，盤片會(huì)扭曲變形，是整個(gè)硬盤損壞。目前普通硬盤的轉(zhuǎn)速為5400轉(zhuǎn)/分鐘，部分高檔硬盤轉(zhuǎn)速已達(dá)到7200轉(zhuǎn)/分鐘，IBM公司及日本日立公司等都發(fā)布了轉(zhuǎn)速達(dá)到2000轉(zhuǎn)/分鐘的硬盤，下一步轉(zhuǎn)速將項(xiàng)向14000轉(zhuǎn)/分鐘發(fā)展，那時(shí)盤片受到的作用力將更大。由于材料的抗彎性能及共振頻率與彈性模具有關(guān)，為了得到較高的轉(zhuǎn)速，基板材料需具有較大的彈性模量。

Al合金基板材料

 硬盤大部分都是采用Al合金基板。Al合金退火后，其硬度僅為0.9GPa，彈性模量僅為70GPa。因?yàn)锳l合金自身的力學(xué)性能不夠，無法抵抗磁頭高轉(zhuǎn)速帶來的力學(xué)沖擊，所以在Al合金上增鍍了一層NiP來增強(qiáng)其力學(xué)性能。

 但是NiP層表面結(jié)構(gòu)凹凸不平使得磁頭的飛行高度無法降得太低，當(dāng)硬盤磁盤表面具有波度時(shí)，磁頭就會(huì)隨著高速旋轉(zhuǎn)的存儲(chǔ)器硬盤的波動(dòng)上下運(yùn)動(dòng)[3-4]   。如果波度超過一定的高度時(shí)，磁頭就不再能隨著波度運(yùn)動(dòng)，它就會(huì)與磁盤基片表面碰撞，發(fā)生所謂的磁頭壓碎，導(dǎo)致磁盤設(shè)備發(fā)生故障或讀寫信息的錯(cuò)誤。另一方面當(dāng)存儲(chǔ)器硬盤表面上存在數(shù)微米的微凸起時(shí)也會(huì)發(fā)生磁頭壓碎，相反，當(dāng)硬盤表面存在凹坑時(shí)就不能完整地寫入信息，由此導(dǎo)致所謂的“比特缺損”或信息讀出的失敗。最近為了適應(yīng)超高存儲(chǔ)密度，磁頭與硬盤磁面之間的距離已經(jīng)減小到10nm以下[5] 。因此，在盤片表面拋光中，就要求制造出能夠使磁頭浮動(dòng)高度更小、沒有突起、劃痕和凹坑的光滑表面。

玻璃基板材料

為了進(jìn)一步提高硬盤驅(qū)動(dòng)器的性能，人們希望得到一種更好的基板材料。玻璃，作為一種均勻致密的非金屬材料，首先被人們選為NiP/Al基板的候選者。玻璃的剛度比鋁合金大，適于制造薄盤，且可省卻NiP層的涂覆。最重要靜是玻璃宏觀均勻的，在拋光過程中無塑性形變，能夠得到非常光滑的表面，這就保證磁頭飛行高度可以做得更低，從而為提高盤片面積密度提供可能。

但由于玻璃是一種脆性材料，應(yīng)用于高速旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器中需要解決的一個(gè)問題是玻璃表面裂紋擴(kuò)展造成玻璃開裂的可能性。通過離子交換可以在玻璃表面產(chǎn)生一個(gè)壓應(yīng)力層，從而鈍化裂紋尖端，阻止裂紋擴(kuò)展，為了改進(jìn)玻璃基扳的缺陷，人們又考慮采用微晶玻璃作為硬盤基板。微晶玻璃通過對(duì)特定化學(xué)組成玻璃的控制晶化而得到的多相固體。微晶玻璃具有高均勻的顯微結(jié)構(gòu)，無氣孔且在玻璃向微晶玻璃轉(zhuǎn)化過程中體積變化小，因此它具有優(yōu)良的表面特性、力學(xué)性能、熱穩(wěn)定和化學(xué)穩(wěn)定性，其強(qiáng)度與韌性都比其母體玻璃好；同時(shí)微晶玻璃的一個(gè)特點(diǎn)是其性能不僅與原始玻璃的化學(xué)組成有關(guān)，還在很大程度上決定于玻璃的熱歷史，這使得其各項(xiàng)性能在很大范圍內(nèi)具有可調(diào)節(jié)性，有利于滿足不同環(huán)境的要求。