Реферат на тему:


Воспользуйтесь поиском к примеру Реферат        Грубый поиск Точный поиск






Загрузка...
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ УКРАИНЫ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ УКРАИНЫ

"Киевский политехнический институт"

УДК

534.852: 621.318.13

Прудникова Замира Георгиевна

широкополосные магнитной головки С аморфных сплавов ДЛЯ записи-воспроизведения электроакустической СИГНАЛОВ

Специальность 05.09.08 - Электроакустика и звукотехника

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Киев - 2004

Диссертация темы исследования.

Работа выполнена на кафедре звукотехники и регистрации информации Национального технического университета Украины "Киевский политехнический институт", Министерство образования и науки Украины.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Розоринов Георгий Николаевич, Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", Киев, профессор кафедры звукотехники и регистрации информации.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Лейко Александр Григорьевич, Государственный НИИ гидроприборов, Министерства промышленной политики Украины, г. Киев, заместитель директора по научной работе;

кандидат технических наук, доцент Найда Сергей Анатольевич, Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", г.. Киев, доцент кафедры акустики и акустоэлектроники.

Ведущая организация: Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт", Министерство образования и науки Украины.

Защита диссертации состоится "20" сентября 2004 в 15 часов на заседании диссертационного Совета Д.26.002.19 НТУУ "Киевский политехнический институт" по адресу: 03056, Киев-56, просп.Победы, 37.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу: 03056, Киев-56, просп.Победы, 37, Ученому секретарю НТУУ "КПИ".

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Национального технического университета Украинскаяны "Киевский политехнический институт".

Автореферат разослан "16" августа 2004

Ученый секретарь диссертационного Совета

кандидат технических наук, доцент _____________________ Швайченко В.Б.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Развитие информационных систем требует постоянного совершенствования методов и модернизации технических средств реализации магнитной записи. Среди требований, предъявляемых современной наукой и техникой к информационным системам, одной из главных является увеличение объема памяти и плотности записи информации при высоком уровне достоверности. В связи с этим не теряет актуальности создания аппаратуры цифрового магнитной записи (АЦМЗ) через ее преимущества в точности передачи информации, а также возможности ее дальнейшей обработки.

Одним из главных рабочих элементов АЦМЗ, что обеспечивает повышенную плотность записи и расширение диапазона рабочих частот записи, есть широкополосные магнитные головки для записи-воспроизведения электроакустических сигналов (ШМГ), при создании которых ключевым моментом является выбор материала для магнитопровода. Наиболее полно обеспечивают эффективную работу ШМГ (в первую очередь, за счет уменьшения уровня частотных потерь), аморфные магнитно-мягкие сплавы, несомненное преимущество которых вызвана спецификой аморфного состояния, который, однако, по своей природе, является метастабильным. К тому же считалось, что из-за отсутствия кристаллической решетки и, следовательно, ее дефектов аморфные тела является изотропными. Но это было опровергнуто наличием в них локальных полей анизотропии, присутствие которой резко ухудшает магнитные свойства аморфных сплавов, негативно отражается на рабочих параметрах ШМГ и не гарантирует надежности работы АЦМЗ в течение срока ее службы. Поэтому главным вопросом, требующим решения при использовании аморфных сплавов в ШМГ, является достижение стабильности состояния аморфного ферромагнетика. Для этого надо экспериментально установить его истинную структуру, то есть выявить наличие и измерить величину локальныхполей анизотропии, установить ее н связь с временной и температурной нестабильностью и изучить влияние термической обработки при температурах ТаТх (Тх - температура кристаллизации) на стабилизацию аморфного состояния ферромагнетика. Влияние термической обработки на уровень анизотропии следует эт связать с рабочими характеристиками ШМГ, чтобы оптимизировать магнитные свойства аморфного сплава, одновременно минимизировав величину полей анизотропии, что будет гарантией надежности работы ШМГ и АЦМЗ в целом.

Связь работы с научными программами, планами, темами. Диссертация выполнялась в Национальном техническом университете Украины "КПИ" в рамках госбюджетных НИР: №0195U011446 (1995-1996р.р.) №0198U001415 (1998-1999г.г.) И в соответствии с гос. программой Минпромполитики и конверсии Украины 24.09.92 Постановлением Кабмина Украины №181-3 от 12.03.93. Экспериментальные исследования выполнены в АООТ "Марс", внедрены и использованы в АЦМЗ: "Дробь", "Аномалия-МЗ", "Магнит-У", "Тополь-ДР", "цукатами-МЗ" и др.

Цель и задачи исследования - разработка принципа создания стабильных и надежных ШМГ с аморфным магнитопроводом.

Целью исследования является:

1. Улучшение технических параметров широкополосных магнитных головок, используемых в аппаратуре высокоплотного цифрового магнитной записи, путем применения нового класса магнитномьяких материалов - аморфных сплавов.

2. Исследование стабильности характеристик ШМГ с аморфным магнитопроводом, определения ее величины.

3. Обеспечение надежности ШМГ с аморфным магнитопроводом в АЦМЗ.

Для достижения поставленной цели в диссертации решаются следующие основные задачи:

- установление н связи между характеристиками ШМГ и аморфным состоянием и свойствами материала магнитопровода ШМГ для высокоплотного цифрового магнитной записи;

- установление зависимости между рабочими характеристиками ШМГ записи-воспроизведения электроакустических сигналов и уровнем полей анизотропии в магнитопроводах;

-определение способа оптимизации рабочих характеристик ШМГ с аморфным магнитопроводом путем выбора материала и технологии изготовления;

- установление величины нестабильности ШМГ с аморфным магнитопроводом в течение всего срока их службы в электроакустической аппаратуре;

- создание и внедрение в серийное производство ШМГ записи-воспроизведения для высокоплотного и достоверного цифрового магнитной записи.

Объектом исследований в диссертационной работе является рабочие характеристики ШМГ записи-воспроизведения с сердечником из магнитной мягких сплавов.

Предметом исследования является образцы блоков ШМГ для высокоплотного цифрового магнитной записи.

Методы исследования базируются на анализе и исследовании передового отечественного и зарубежного опыта изготовления ШМГ, что приводит к качественно новых технологических решений. Для формализации рабочих характеристик ШМГ, а также конструкторско-технологических закономерностей использовался аппарат теории баз данных и теория цифрового магнитной записи. Предложенные методы и технологии исследовались экспериментально при внедрении и промышленной эксплуатации ШМГ. Эффективные магнитные поля анизотропии исследовались методом ферромагнитного резонанса (ФМР). Исследование нестабильности во времени аморфного состояния материала магнитопроводов ШМГ выполнялось путем анализа во времени измерений магнитной проницаемости и индуктивности ШМГ. При этом использовано современное аппаратное обеспечение.

Научная новизна полученных результатов заключается в следующем:

1. За счет создания ШМГ с магнитопроводами из аморфных сплавов повышении плотность и точность цифрового магнитной записи.

2. Установлено наличие полей анизотропии в аморфных сплавах с практически нулевой магнитострикцией, измеренная их величина, обнаруженный н связь между ними и рабочими характеристиками ШМГ, и исследовано влияние отжига.

3. Определена величина нестабильности во времени аморфного магнитопровода и выявлены факторы, которые делают ее уровень приемлемым для испистання в ШМГ. При этом обоснованно и разработан метод измерений локальных полей анизотропии.

Практическое значение полученных результатов заключается в следующем:

1. Исследования выполнялись с целью последующей реализации. Результаты исследований составляют основу при разработке технологии изготовления ШМГ для АЦМЗ, обеспечивая высокую точность записи - воспроизведения сигнала, плотность записи и надежность работы в течение всего срока службы.

2. Созданные ШМГ с аморфным магнитопроводом для АЦМЗ: "Магнит-У" (плотность записи 656 бит / мм), "Вега-МЗ" (плотность записи 1100 бит / мм), НИР "цукатами-МЗ" ( "Дробь") (плотность записи 1312 бит / мм).

3. Блоки ШМГ с сердечником из аморфных сплавов использованы в аппаратах "Тополь-ДР", действующих на космических спутниках серии "Бион", и в цифровых регистраторах ( "Аномалия-МЗ") для информационно-вычислительных комплексов, обеспечивающих прецизионный многоканальный запись цифровой и аналоговой информации при исследовании характеристик различных объектов в машиностроении, энергетике, медицине, геофизике и других областях науки и техники.

4. Разработаны и созданы экранирующие конструкции с использованием аморфных сплавов, обеспечивающих высокий уровень экранирования.

5. Результаты исследований используются при преподавании курса лекций в Международном научно-техническом университете (г.. Киев).

Личный вклад соискателя. В работах, опубликованных в соавторстве, соискателю принадлежат: 1,10- определения температурной нестабильности аморфных сплавов в исходном состоянии; 2,18,20 - измерения уровня амплитудной магнитной проницаемости в диапазоне частот до 3 МГц; 3,21 исследования величины стабильности аморфных сплавов на основе кобальта в течение 18 лет наблюдений; 4,19 - выбор типа аморфных сплавов; 5,8 - внедрение аморфных сплавов в аппаратуре для медицинских исследований и добычи нефти; 6 - анализ аморфных ферромагнетиков с учетом результатов собственных исследований; 9,12,17 - разработка режимов термической обработки аморфных сплавов при исвания их в ШМГ и в электромагнитных экранах; 13,15 - измерения эффективных магнитных полей в аморфных сплавах; [16] - исследование однородности магнитных свойств аморфных сплавов в зоне диэлектрической щели МГ.

В коллективных работах соискателю принадлежат материалы, научные результаты, выводы, приведенные в диссертации без соответствующих ссылок. В практических результатах автор принимал непосредственное участие как исполнитель.

Апробация результатов диссертации. Результаты теоретических и экспериментальных исследований представлены и обсуждались на конференциях и семинарах по основным вопросам техники магнитной записи, совершенствованию систем магнитной записи и по проблемам конструювань и технологии производства магнитных головок, г.г. Киев, Вильнюс, 1984-1986р.р .; на Всесоюзных и Всероссийских конференциях, симпозиумах и семинарах по аморфного магнетизма, г.г. Москва, Красноярск, Самарканд, Владивосток, 1983-2003р. г .; на Всесоюзных и Всероссийской конференциях с международным участием "аморфный прецизионные сплавы: Технология.- Свойства.- Применение", г.г. Севастополь, Ростов Великий, Москва, 1981-2000р.р .; на Международной научно-практической конференции "Экологическая и техногенная безопасность ", г.. Харьков, 2000 г., на XVIII Международной школе-семинаре" Новые магнитные материалы микроэлектроники ", г.. Москва, 2002 г .; на 1-м Международном научном форуме" Прикладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития-МРФ-2002 ", г.. Харьков, 2002 г .; на научно-технических конференциях профес Орско-преподавательского персонала, сотрудников и студентов Международного научно-технического университета, г.. Киев, 1999-2004 г.г..

Публикации. Основные результаты диссертации полностью изложены в 21 печатной работе, в т.ч. в 7 статьях в специализированных изданиях, в 1 патенте, в 6 статьях в сборниках научных трудов и тематическом сборнике, в 7 тезисах докладов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения. Работа содержит 160 страниц, 44 рисунка, 27 таблиць, 2 приложения. Список использованных литературных источников содержит 128 наименований.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность тематики исследований, сформулирована цель работы и задачи исследований, приведены характеристики научной новизны и практической ценности полученных результатов, показана связь работы с научными программами и темами.

В первом разделе "Анализ путей повышения плотности записи за счет совершенствования процесса записи" изложены принципы расчета ШМГ с целью повышения плотности записи. Выполнен анализ наиболее известных усовершенствований конструкций ШМГ и использованных материалов магнитопровода, из которого следует, что исключение (или уменьшение) волновых потерь при записи позволяет расширить частотный диапазон почти в 2 раза. Произведены расчеты выходных характеристик и показано их н связь с физическими свойствами материала магнитопровода. Поскольку выходные характеристики МГ нередко существенно отличаются от расчетных (одной из причин чего является магнитные свойства материала магнитопровода), а большинство конструктивных параметров МГ не поддаются непосредственному измерению, оценивать эти параметры возможно обратным путем - минимальным количеством легко и точно вимирюемих выходных характеристик (индуктивности L , тангенса угла потерь tg, отдачи мГ на разных частотах). По измерениям этих параметров можно выявить частотные характеристики магнитного сопротивления магнитопровода и рабочей щели МГ, учитывая влияние волновых потерь.

Проведен анализ современных магнитно-мягких материалов, и определено, что поликристаллические сплавы и ферриты, которые традиционно используются для изготовления магнитопроводов МГ, не обеспечивают необходимый уровень технических характеристик ШМГ, и в первую очередь, таких, как индуктивность, добротность и уровень частотных потерь в диапазоне до 600 кГц. Этим требованиям наиболее полно отвечают аморфные ферромагнетики, которые в общей системе материалов с прецизионными магнитными и другими свойствами является новым особым классом быстрозакаленных сплавов с уникальным сочетанием физико-механических свойств. Их использование делает возможным достижение вимагаемого уровня характеристик ШМГ, и вследствие этого, обеспечения высокой точности и плотности магнитной записи. Однако, аморфное состояние по своей природе метастабильное, и поэтому главной задачей, требующей решения, является обеспечение стабильности аморфного состояния, будет гарантировать надежность работы в течение всего срока службы ШМГ.

Общая структурно-логическая схема работы показана на рис.1.

Во втором разделе "Измерения технических характеристик магнитопроводов ШМГ" дано описание методик исследований, проводимых во время выполнения работы. Помимо традиционных методов оценки свойств прецизионных сплавов (измерения магнитных характеристик в статическом и динамическом режимах намагничивания, микротвердости) были применены оригинальные методики: - измерений ФМР с целью установления значений внутренних магнитных полей; - параметра релаксации напряжений; - исследование "air pockets". Измерения ФМР выполнялись с обеих сторон аморфных лент в продольном и поперечном направлении приложения постоянного магнитного поля. Величина резонансного поля и расстояния между максимумами первой исходной линии поглощения выполнялись экспериментально. Для расчетов использовалась развитая теоретическая формула ФМР.

Рабочие параметры ШМГ и износостойкость исследовались на измерительном стенде и в аппаратуре магнитной записи-воспроизведения. Износостойкость ШМГ устанавливалась с использованием специальных устройств: счетовода программного реверсивного и измерительного микроскопа-профилометра. Степень стабильности магнитопроводов ШМГ из аморфных плавов под воздействием температуры и времени исследовался на образцах аморфной

ленты и на МГ двух- и четырехканальной конструкции в течение 18 лет наблюдений.

В третьем разделе "Разработка и исследование аморфных магнитопроводов ШМГ" обоснован выбор типа аморфного сплава, наиболее соответствующего требованиям длгнитопроводу ШМГ. Проанализированы сплавы различных типов, и, учитывая их недостатки, определены аморфные сплавы систем "переходный металл-неметалл" на кобальтовой основе (Co80-хFe5Si15Bх) с содержанием бора до 17%, легированные никелем для повышения магнитной проницаемости (5). Это основывается на том, что в области "х" около 10 такие сплавы имеют близкую к нулю магнитострикции, а изменение содержания бора влияет на значение магнитной анизотропии. Верность выбора подтверждено экспериментальными испытаниями ШМГ, использованными в аппаратуре записи-воспроизведения электроакустических сигналов в частотном диапазоне 10- 1300 кГц.

Поскольку конечная ширина рабочей щели ШМГ приводит уровень волновых потерь, который, в свою очередь, является влиятельным фактором для расширения частотного диапазона электроакустической аппаратуры, исследованы рельеф поверхности аморфных лент, т.н. "Air pockets" ( "ар"). Наличие и размеры "ар" через создаваемые ими напряжения способствуют закреплению границ доменов и магнитной анизотропии, повышая коэрцитивную силу (Нс). Металлографическими исследованиями и измерениями установлено, что количество и форма "ар" меняет толщину ленты, а следовательно, и размер клеевых соединений в зоне диэлектрической щели ШМГ, что ведет к изменениям рельефа и ширины щели. Это увеличивает уровень частотных потерь ШМГ, что сужает рабочий диапазон АЦМЗ.

Высокая температурная нестабильность аморфных сплавов в исходном (закаленном) состоянии (относительное изменение индуктивности МГ с магнитопроводом из закаленного аморфного сплава 84КСР в диапазоне температур -50 ... + 800С составила +4,8 ...- 35,1 %% ) делает невозможным их использование в магнитопроводах ШМГ без стабилизации аморфного состояния за счет термической обработки (отжига). После отжига при температуре 3000С относительное изменение индуктивности МГ в указанном выше температурном диапазоне составляла +1,2 ...- 7,8 %%. Анализ термической обработки на физико-механические свойства исследованных аморфных сплавов доказал, что наиболее благоприятными температурами отжига, обеспечивающие релаксацию аморфнои структуры и, следовательно, оптимальные значения и Нс (главных характеристик материала магнитопровода ШМГ), являются температуры, близкие к Тх (4500С), что и рекомендовалось в технических условиях на сплав 71КНСР. Однако диссертационными исследованиями было доказано, что

- во-первых, при температуре отжига, начиная с 3500С и выше вследствие структурной релаксации стремительно развивается охрупчивания сплавов, которое достигает максимума при температурах 4000С, а это делает проблемным их использование при изготовлении магнитопровода ШМГ;

- во-вторых, ШМГ с магнитопроводом из сплава 71КНСР, отожженного по режиму, который обеспечивал оптимальные магнитные характеристики (420-4500С), по своим рабочим параметрам не соответствовали установленным требованиям из-за чрезмерной чувствительности к технологическим операциям изготовления головки и недопустимо высокую температурную нестабильность. Таким образом, традиционные критерии оценки (, Нс, Bs) оказались недостаточными по аморфных сплавов и надо было изыскивать дополнительные. Дополнительным критерием качества материала магнитопровода ШМГ, характеризующий именно аморфное состояние, должна стать величина локальных полей анизотропии (на), определяемая как технологии изготовления аморфных лент, так и последующей их обработкой. Она является эффективной характеристикой и состоит из магнитной кристаллографической анизотропии, обусловленная ближним окружением, и анизотропии упругих напряжений, которые, в свою очередь приводят к ухудшению магнитных свойств. Cуттево изменить (как доля, - уменьшить) величину упругих напряжений можно, если магнитострикция s имеет нулевое значение, что технологически трудно сделать для многих производителей аморфных лент; или применив термическую обработку. Надо было сначала определить величину эффективных магнитных

Загрузка...

Страницы: 1 2 3






Ещё Рефераты по вашей теме

Синтез системы принятия управленческих решений в условиях нестабильной экономической среды - Автореферат
Прогнозирование точностных характеристик радиотехнических систем ПОСАДКИ воздушных судов С УЧЕТОМ ДИФРАКЦИИ РАДИОВОЛН на объектах цилиндрической формы - Автореферат
ПОЛЬСКО-УКРАИНСКОЕ ПРОТИВОСТОЯНИЕ В БОРЬБЕ ЗА реформирования избирательного законодательства в австрийский парламент И сейма (КОНЕЦ XIX - НАЧАЛО ХХ СТ.) - Автореферат
Применение ракетных войск и артиллерии В ОСОБЫХ УСЛОВИЯХ ЗА ОПЫТОМ локальных войн и вооруженных конфликтов конца ХХ - начала ХХI в. " - Автореферат
Становление и правового регулирования административной юстиции в УКРАИНЕ - Автореферат
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ двухмерной системы автоматического регулирования Двигатель Стирлинга небольшой мощности - Автореферат
СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ УПРАВЛЕНИЯ рекламной деятельностью предприятия - Автореферат