磁記錄原理

將各種信息轉(zhuǎn)換為隨時(shí)間變化的電信號(hào)，再將它轉(zhuǎn)換為磁記錄介質(zhì)的磁化強(qiáng)度隨空間變化的過程稱為磁記錄，將其逆過程稱為再生（重現(xiàn)）過程。這種記錄和重現(xiàn)的過程及其原理如圖1所示:

將輸入的非電信息Si(t)（像點(diǎn)、數(shù)碼等）經(jīng)過一定的非電-電轉(zhuǎn)換裝置(1)，轉(zhuǎn)換為隨時(shí)間作相應(yīng)變化的電流I(t);再把電流I(t)通過記錄磁頭(2)的線圈，使記錄磁頭的縫隙處產(chǎn)生與輸入信息相應(yīng)變化的磁場(chǎng)H(t);于是緊靠磁頭縫隙并以恒定速度v運(yùn)動(dòng)的磁記錄介質(zhì)便受到縫隙磁場(chǎng)H(t)的作用，而產(chǎn)生相應(yīng)的磁化強(qiáng)度M(x)，于是，將隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)H(t)轉(zhuǎn)換為按空間變化的磁化強(qiáng)度分布M(x)，從而完成了磁記錄過程(3)；磁帶離開記錄磁頭時(shí)，由于自退磁作用，磁化強(qiáng)度略有降低，但仍保存著與輸入信息Si(t)相應(yīng)的剩余磁化強(qiáng)度分布M┡(x)。這就是將輸入信息記錄和存儲(chǔ)到磁記錄介質(zhì)的過程。當(dāng)需要把記錄和存儲(chǔ)的信息從磁記錄介質(zhì)（磁帶）作非破壞性取出（重現(xiàn)）時(shí)，則需經(jīng)過與上述過程相反的過程，即將存儲(chǔ)有信息的磁帶以與記錄時(shí)相同的速度通過重放磁頭(4)的縫隙，這時(shí)磁記錄介質(zhì)中的剩余磁化強(qiáng)度M┡(x)產(chǎn)生的外露磁場(chǎng)在重放磁頭中感生相應(yīng)的磁通量變化Ф(t)，而使繞在這磁頭上的線圈中感生微弱的交變電壓V(t)；再將V(t)通過放大和電-非電轉(zhuǎn)換裝置(5)，就可得到同輸入信息Si(t)相應(yīng)的輸出信息So(t)。這就是將記錄存儲(chǔ)在磁記錄介質(zhì)中的信息重放和輸出(讀出)的過程。磁記錄介質(zhì)在重放過程中仍保留著它所存儲(chǔ)的信息，所以是一種非破壞性的讀出。如要清除磁記錄介質(zhì)中存儲(chǔ)的信息，只要將磁帶通過清除磁頭，使其受到這磁頭產(chǎn)生的高頻磁場(chǎng)的作用而退磁后，就可將存儲(chǔ)的信息清除，使磁記錄介質(zhì)回到退磁狀態(tài)。

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，磁記錄與人們的關(guān)系越來越密切。錄像帶，電腦中的磁盤，打電話的磁卡，銀行的信用卡，還有磁卡式車票等，都是用磁來記錄信息的。磁記錄技術(shù)提高的工作效率，給生活帶來了很大方便。

利用磁記錄時(shí)，信息先轉(zhuǎn)變成強(qiáng)弱變化的電流，這樣的電流通過磁頭，產(chǎn)生了強(qiáng)弱變化的磁場(chǎng)。磁帶劃過磁頭時(shí)，磁帶上的小顆粒被強(qiáng)弱不同的磁化，于是記錄了一連串有關(guān)磁性變化的信息。磁帶貼著磁頭運(yùn)動(dòng)，磁性強(qiáng)弱變化的磁帶使磁頭中產(chǎn)生變化的感應(yīng)電流，電流經(jīng)放大后變成模擬信號(hào)，便"讀"出了磁帶中記錄的信息。

磁記錄的最主要的指標(biāo)是記錄密度，即單位面積記錄的信息量。記錄材料的發(fā)展史可以說是記錄密度不斷提高的歷史。磁記錄通常分為4類:顆粒介質(zhì)，薄膜介質(zhì)，具有軟磁層的介質(zhì)，圖文介質(zhì)。根據(jù)磁記錄介質(zhì)的磁化方向?qū)⒋庞涗浤Ｊ椒譃?類:其一是縱向(水平和面內(nèi))磁記錄。在這種模式下，介質(zhì)的磁化方向與磁盤平面及磁頭的運(yùn)動(dòng)方向平行;其二是垂直磁記錄，這時(shí)介質(zhì)的磁化方向與磁盤表面(或介質(zhì)的表面)垂直;其三是橫向磁記錄。介質(zhì)的磁化方向在磁盤平面內(nèi)與磁頭的運(yùn)動(dòng)方向垂直(磁化方向與介質(zhì)運(yùn)動(dòng)方向垂直)。3種磁記錄方式中，縱向磁記錄應(yīng)用最廣，特別是高密度磁記錄普遍是通過縱向磁記錄模式實(shí)現(xiàn)的，但由于高密度記錄對(duì)介質(zhì)的自退磁效應(yīng)的升高，使得縱向磁記錄模式進(jìn)一步提高記錄密度相當(dāng)困難。而垂直磁記錄為提高磁記錄密度提供了出路。垂直磁記錄模式不僅可以克服上述所說的自退磁效應(yīng)，而且對(duì)磁記錄介質(zhì)中的磁層厚度的要求比較寬松。垂直磁記錄比縱向磁記錄要求更多的不同種類的磁頭。不管記錄模式如何，記錄系統(tǒng)中都包括以下幾個(gè)基本單元:存儲(chǔ)介質(zhì)、換能器、介質(zhì)或磁頭的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及匹配的電子線路。

鐵棒和鋼棒本來不能吸引鋼鐵，當(dāng)磁鐵靠近它或與它接觸時(shí)，它便有了吸引鋼鐵的性質(zhì)，也就是被磁化了。軟鐵磁化后，磁性很容易消失，稱為軟磁性材料。而鋼鐵等物質(zhì)在磁化后，磁性能夠保持，稱為硬磁性材料。硬磁性材料可做成永磁體，還可以用來記錄信息。磁帶上就附有一層硬磁性材料制成的小顆粒。

按照信息記錄的方式，磁記錄可以分為連續(xù)的模擬式記錄（如錄像）和分立的數(shù)字式記錄（如計(jì)算機(jī)記錄數(shù)字）兩種。上面是按模擬式工作方式介紹磁記錄原理的。磁記錄同其他記錄方法相比較具有這樣一些特點(diǎn)：記錄和存儲(chǔ)的密度高，容量大，速度較快，可多次使用（非破壞性），無易失性，抗干擾性強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)，也無顯著的“疲乏”、老化和變性現(xiàn)象，還可一步記錄（不需其他處理）和實(shí)時(shí)重放，成本較低，維護(hù)簡(jiǎn)單。這些都使磁記錄適宜于大量的生產(chǎn)和應(yīng)用。

磁記錄中應(yīng)用的磁性材料主要有兩類：①磁記錄介質(zhì)。是以其磁化狀態(tài)作為記錄和存儲(chǔ)信息的材料，屬于永（硬）磁材料;②磁頭材料。是以磁頭的磁-電轉(zhuǎn)換功能對(duì)磁記錄介質(zhì)輸入和輸出信息的材料，屬于軟磁材料。

正在研究或已經(jīng)使用的磁記錄介質(zhì)材料主要有鐵氧體和金屬磁性材料或者從形態(tài)上分有顆粒型和薄膜型2大類.

一種利用電和磁的方法將可轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的信息輸入、記錄和存儲(chǔ)于強(qiáng)磁性介質(zhì)內(nèi)，并又能從其中取出和重現(xiàn)該信息的過程。此種信息可以是圖像、數(shù)字或其他可轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的信息，故磁記錄技術(shù)可應(yīng)用于錄像、記錄數(shù)字和其他信息等。最早的磁記錄開始于19世紀(jì)末，到20世紀(jì)40年代磁記錄技術(shù)才逐漸成熟，有了較廣的實(shí)際應(yīng)用。50年代以后磁記錄又應(yīng)用到電子計(jì)算機(jī)和電視技術(shù)，以及人造衛(wèi)星和宇宙飛船的信息記錄和傳送，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。

磁記錄記錄介質(zhì)

一般說來，對(duì)于磁記錄介質(zhì)的主要要求是：適當(dāng)高的矯頑力Hc，以提高存儲(chǔ)信息的密度和抗干擾性；高的飽和磁化強(qiáng)度4πMs,以提高輸出信息強(qiáng)度;高的剩磁比Mr/Ms(Mr為剩余磁化強(qiáng)度),以提高信息記錄效率和減小自退磁效應(yīng);陡直的磁滯回線,以提高記存信息分辨率；低的磁性溫度系數(shù)和老化效應(yīng)，以提高穩(wěn)定性；對(duì)于垂直磁記錄材料，還需要高的垂直膜面的單軸磁各向異性ku（見磁各向異性）?？刹捎玫拇庞涗浗橘|(zhì)可以分為三類：鐵氧體和其他強(qiáng)磁氧化物微粉；強(qiáng)磁金屬微粉；強(qiáng)磁金屬薄膜。大量應(yīng)用的是γ-Fe2O3或以其為基的磁粉,正在研制或開始試用的還有CrO2磁粉、及以Ni和Co為基的合金薄膜介質(zhì)。

磁記錄磁頭材料

對(duì)于磁頭材料的主要要求是:高的磁導(dǎo)率μ,以提高磁頭的靈敏度和效率；高的飽和磁化強(qiáng)度4πMs,以提高磁頭縫隙的磁場(chǎng)和防止極尖磁飽和；低的矯頑力Hc，以降低磁頭的損耗；低的剩余磁化強(qiáng)度Mr,以易于清除不需要的磁跡；高的電阻率ρ,以降低磁頭損耗,改善特性;高的磁導(dǎo)率截止頻率fc（即磁導(dǎo)率顯著下降的頻率），以提高磁記錄頻率上限，有利于高頻高速磁記錄；高的硬度和力學(xué)強(qiáng)度，以提高耐磨性能和使用壽命。采用的磁頭材料有兩大類：鐵氧體磁頭材料和金屬磁頭材料。前者應(yīng)用最多的是Mn-Zn系鐵氧體,有熱壓和熱靜壓的高密度多晶材料和布里奇曼法生長(zhǎng)的高均勻性的單晶材料；后者應(yīng)用較多的有Fe-Si-Al系和Fe-Ni-Nb系等高硬度軟磁合金材料。

李蔭遠(yuǎn)、李國(guó)棟編：《鐵氧體物理學(xué)》，修訂版，科學(xué)出版社，北京，1978。 　戴禮智編著：《磁記錄基礎(chǔ)知識(shí)》，科學(xué)出版社，北京，1980。 　劉克哲編：《磁記錄物理》,山東科學(xué)技術(shù)出版社,濟(jì)南，1979。 　C.D.Mee, The Physics of Magnetic Recording, North-Holland, Amsterdam, 1964. 　C.E.Lowman, Magnetic Recording,McGraw-Hill,New York,1972.2100433B

磁記錄材料是指利用磁特性和磁效應(yīng)輸入（寫入）、記錄、存儲(chǔ)和輸出（讀出）圖像、

數(shù)字等信息的磁性材料。分為磁記錄介質(zhì)材料和磁頭材料。前者主要完成信息的記錄和存儲(chǔ)功能，后者主要完成信息的寫入和讀出功能。

在物理學(xué)中將這些產(chǎn)品稱為磁記錄介質(zhì)（只認(rèn)為磁粉是磁記錄材料）。在這些產(chǎn)品的消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，以磁帶所占的比例最大（見表）。磁記錄具有記錄密度高，穩(wěn)定可靠，可反復(fù)使用，時(shí)間基準(zhǔn)可變，可記錄的頻率范圍寬，信息寫入、讀出速度快等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于廣播、 電影、 電視、教育、醫(yī)療、自動(dòng)控制、地質(zhì)勘探、電子計(jì)算技術(shù)、軍事、航天及日常生活等方面。

磁記錄材料按形態(tài)分為顆粒狀和連續(xù)薄膜材料兩類，按性質(zhì)又分為金屬材料和非金屬材料。廣泛使用的磁記錄介質(zhì)是γ-Fe2O3系材料，此外還有CrO2系、Fe-Co系和 Co-Cr系材料等。磁頭材料主要有Mn-Zn系和Ni-Zn系鐵氧體 、Fe-Al系、Ni-Fe-Nb系及Fe-Al-Si系合金材料等。

①縱向磁記錄材料，記錄在磁層表面上的信號(hào)磁化方向與記錄材料運(yùn)動(dòng)方向一致，如錄像磁帶等。②橫向磁記錄材料，記錄在磁層表面上的信號(hào)磁化方向與記錄材料運(yùn)動(dòng)方向垂直或接近于垂直，如錄像磁帶等。③垂直磁記錄材料，記錄在磁層表面上的信號(hào)磁化方向與記錄材料表面垂直，如磁光盤等。