Введение к работе
Актуальность. Технология изготовления устройств магнитной записи находится на стадии перехода от массивных ферритовых головок и низкокоэрцитивных магнитных носителей к тонкопленочным магнитным и магниторезистивным головкам, а также к высококоэрцитивным тонкопленочным носителям. Эволюция магнитных головок (МГ) идет по пути совершенствования как магнитных материалов, так и технологии выполнения рабочих зазоров, основанных на спайке ферритовых элементов расплавленным неорганическим стеклом, которое выполняет двойную функцию: немагнитной прокладки и материала, укрепляющего кромки рабочего зазора. Неорганические стекловидные диэлектрики представляют интерес благодаря оптимальному сочетанию электрических, химических, кристаллизационных свойств. Дальнейшее совершенствование и разработка новых идей в области современного материаловедения представляются затруднительными без понимания особенностей протекающих в стекле физических процессов при некоторых заданных изменениях внешних параметров: температуры, деформации состава материала, напряжений. В настоящее время не существует единого подхода к проблеме изучения свойств стекол, в связи с этим использование неорганических диэлектриков является актуальным и перспективным как для формирования рабочих зазоров и поверхностей трения, так и для формирования гетероструктуры феррит-стекло-титан, что предполагает улучшение отдельных параметров и характеристик различных видов МГ (многодорожечных, магниторезистивных, видеоголовок).
Цель работы. Проведение комплексного исследования и разработка технологических основ создания различных модификаций МГ (многодорожечных, магниторезистивных, видеоголовок) с высокой плотностью записи информации.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
комплексное исследование стекловидных диэлектриков Si02~B203-R20-RO (R20 - Na20, К20, Li20; RO - CaO, MgO), используемых для формирования рабочих зазоров и поверхностей трения многодорожечных МГ;
выявление особенностей и закономерностей механизма процесса износа МГ, а также особенностей стекловидных диэлектриков системы Si02-Al203-Li20 с алмазными наполнителями (АМ7/5, АСМ1/0, АСМ7/5) с целью повышения износостойкости МГ;
комплексное исследование стекловидных диэлектриков системы PbO-B203-ZnO, используемых для формирования гетероструктур феррит-стекло-титан;
разработка технологии процесса получения высокодисперсных порошков стекла для формирования пленок заданной толщины, а также получения агрегативно устойчивых суспензий стеклопорошка системы PbO-B203-ZnO;
на основании физико-химических представлений о строении и структуре стекол и об особенностях релаксационных процессов, протекающих в них, разработка математических моделей механической релаксации напряжений в
С Петербург <<,(,
спаях стекловидного диэлектрика с другими материалами (стекло-стекло, несимметричные спаи стекло-подложка, двойные и тройные структуры для видео головок);
разработка модулей контроля параметров функционирования МГ различных модификаций, разработка средств программной поддержки методов генетического поиска для определения оптимальных характеристик МГ;
разработка технологии применения стекловидных диэлектриков и проведение комплексных исследований для создания конструкции многодорожечной МГ (84 дорожки), магниторезистивной и видеоголовки.
Научная новизна.
-
Произведен комплекс теоретических и экспериментальных исследований в направлении физико-технологических основ создания магнитных головок, включающий в себя разработку неорганических стекловидных диэлектриков, гетероструктур феррит-стекло-титан, системы контроля параметров функционирования магнитных головок, а также математических моделей, алгоритмов и принципов их реализации для многодорожечных, магниторезистивных и видеоголовок.
-
П олучены новые экспериментальные данные по свойствам легкоплавких
стекол, используемых для формирования рабочих зазоров и поверхностей трения многодорожечных МГ: микротвердости, плотности, тепловому расширению, кристаллизационной способности, химической устойчивости, а также эмпирические зависимости, описывающие их. Выявлены основные физико-химические закономерности изменения свойств стекол с изменением состава и температуры, позволяющие прогнозировать получение неорганических стекловидных диэлектриков с наперед заданными свойствами.
-
Получены новые экспериментальные данные по использованию микропорошков синтетических алмазов в составе стекловидного диэлектрика системы Si02-Al203-Li20, приводящие к значительному упрочнению поверхностного слоя и к существенному повышению износостойкости структуры.
-
Впервые разработаны и предложены: технология получения высокодисперсных порошков стекла, а также агрегативно устойчивых суспензий порошков стекла с целью формирования пленок заданной толщины для гетероструктур феррит-стекло-титан, отличающихся повышенной механической прочностью.
-
Разработаны физически обоснованные модели термической и механической релаксации неорганических стекол, обеспечивающие более высокую точность прогнозирования механических напряжений в спаях.
-
Разработаны алгоритмы расчетов напряжений в стеклах при несоблюдении принципа термореологической простоты. Исследованы особенности механической релаксации ряда стекол, что послужило основой для решения практических задач отжига как стекла, так и его спаев с другими материалами (стекло- феррит, стекло-пермаллой-феррит).
-
Разработаны алгоритмы и средства программной поддержки САПР МГ. Исследованы алгоритмы синтеза материалов магнитных головок,
разработаны модули контроля параметров и функционирования МГ. На основе проведенных исследований может быть решена задача комплексного моделирования МГ. 8. Впервые на основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований предложены конструкции и технологии изготовления многодорожечной (84 дорожки) МГ, магниторезистивной головки, а также датчика давления и видеоголовки, работающей в расширенной полосе частот до 7 МГц.
Практическая ценность работы определяется исследованием широкого класса стекловидных диэлектриков, а также разработкой методов анализа и принципов построения различных видов МГ. Основные теоретические положения доведены до конкретных методик и алгоритмов.
Разработаны новые типы магнитных головок, обладающие улучшенными характеристиками по сравнению с известными и проведен анализ их параметров, что имеет важное прикладное значение.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с планом госбюджетных научно-исследовательских работ: «Исследование физических свойств вещества и особенностей взаимодействия его с переменными силовыми полями» (Таганрог), «Исследование корреляции между параметрами различных сред. Разработка элементов микроэлектронных схем и исследование свойства структуры материалов, применяемых в микроэлектронике». (Таганрог)
Теоретические и практические результаты, полученные в диссертационной работе, использованы в научно-исследовательской работе «Разработка пленочных видеоголовок с комбинированным магнитопроводом» (ПО «Тантал», г. Саратов), выполненной в рамках Программы комплексной стандартизации, утвержденной Госстандартом СССР 1988 г. Полученные результаты позволили создать видеоголовку, которая по совокупности электро-физических характеристик: по полосе пропускания и износостойкости, а также по амплитудной характеристике, соответствует мировому уровню.
Кроме того, результаты диссертационной работы использованы в ряде научно-исследовательских работ в ОКБ «Миус» (г. Таганрог) при исследовании и создании полупроводниковых датчиков давления с применением неорганического стекловидного диэлектрика.
Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс, обобщены в изданных учебных пособиях. Акты использования научных результатов прилагаются к диссертации.
Эффективность и целесообразность применения разработанных магнитных головок (ММГ, МРГ, ВГ) подтверждены актами внедрения на промышленных предприятиях и в научных учреждениях (завод "Прибой" г.Таганрог, объединение "Тантал" г.Саратов; НИИМП г.Зеленоград; ООО «Завод Кристалл», г. Таганрог; ОКБ Космического приборостроения Азербайджанского Национального Аэрокосмического Агентсва г.Баку; Институт теоретической и прикладной электродинамики объединенного института высоких температур Российской Академии Наук).
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались: На XXXII и XLVI Всесоюзных научных сессиях, посвященной Дню радио (Москва, 1977г.,1991 г.); на второй Всесоюзной научно-исследовательской конференции «Дальнейшее развитие теории и техники магнитной записи» (Москва-Киев, 1978г.); на второй Всесоюзной научно-технической конференции «Неорганические стекловидные материалы в микроэлектронике» (Москва, 1979г,); на X Всесоюзной научной конференции по микроэлектронике (Таганрог, 1982г.); на Всесоюзной конференции «Цифровая обработка звуковых сигналов» (Челябинск, 1989г.); на Всесоюзном научно-техническом семинаре «Создание интеллектуальных САПР СБИС и электронных средств» (Геленджик, 1990г.); на Третьей Всесоюзной научно-технической конференции «Совершенствование систем магнитной записи» (Киев, 1990г.); на Всесоюзном научно-техническом семинаре, посвященном памяти В.Г.Королькова «Проблемы магнитной записи» (Москва, 1991, 1993 гг.); на Всероссийской научно-технической конференции с участием зарубежных представителей «Интеллектуальные САПР» (Таганрог, Геленджик, 1994г.); на Четвертой межрегиональной научно-технической конференции «Совершенствование технической базы организации и планирования телевидения и радиовещания» (Москва, 1992г.); на Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники» (Таганрог, 1994, 1995, 1997-2000, 2002 гг.); на Всесоюзной научно-технической конференции «Интеллектуальные САПР-94» (Таганрог, 1994г.); на Всесоюзном научно-техническом семинаре «Праздник прогресса и будни практики телевидения» (Москва, Софрино, 1997г.); на международной конференции «Стекла и твердые электролиты» (Санкт-Петербург, 1999г.); Finnish conference of SteP 2000 (Finland, Helsinki, 2000г.); на Международном конгрессе «Искусственный интеллект в XXI веке» (п. Дивноморское, 2001г.); на XXVIII Международной конференции «Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе» (Гурзуф, 2001г.); на Международном конгрессе «ІСАГ 2002» (п. Дивноморское, 2002г.).
Вклад автора в разработку проблемы. Автору принадлежит формулировка и обоснование цели работы, выбор объектов исследования. Им выполнены эксперименты, обработка и анализ результатов. Ряд исследований проводился совместно: с Джуплиным В.Н., Клопченко B.C., Обжелянским С.А., Чиликиной Т.Д., Бородицким М.П. Ценная консультативная помощь оказана Петровой В.З., Халецким М.Б.]
Публикации. Результаты диссертационной работы опубликованы в 81 научных статьях и материалах республиканских, всесоюзных и международных конференций, а также в монографии и 14 авторских свидетельствах. Отдельные результаты отражены в зарегистрированных в ВНИТЦ отчетах по НИР, учебных пособиях. В автореферате приведен список из 57 наиболее значимых работ по теме диссертации.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка используемой литературы (228 наименований) и приложений. В приложении приведены акты об использовании и внедрении результатов диссертационной работы, а также технические условия на
разработанный стекловидный диэлектрик. Общий объем диссертации составляет 342 страницы, включая 129 рисунков и 49 таблиц.
