НГМД показало, что он проще в управлении, занимает меньшую площадь и удобен для пересылки пользователям. Стало ясно, что НГМД намного больше подходят для устройств ввода-вывода, имеющих низкие скорости передачи данных, умеренные значения быстродействия и емкости памяти.

Очень скоро области применения НГМД существенно расширились, и они начали использоваться для Сбора и хранения данных в мини- и микро-ЭВМ; для ввода программ в системах управления технологическими процессами, при научных исследованиях, в терминалах со средствами обработки данных и др.

В настоящее время производство НГМД переживает бум, причем основную, массу составляют двухсторонние НГМД, рассчитанные на регистрацию данных с двойной плотностью. В производство НГМД вовлечено более 50 фирм США, Японии, ФРГ, Франции, Великобритании и других стран. Производители НГМД расширяют их выпуск, будучи уверенными, что накопители на сменных пакетах жестких больших МД с существенно более высокой емкостью в ближайшие 10 ... 15 лет не составят им конкуренции из-за высокой стоимости последних. Интерес многих фирм к НГМД усиливается в связи с тем, что их производство требует сравнительно немного комплектующих изделий и не ивляется трудоемким.

Одним из вариантов классификации НГМД является разделение их на одно- и многосекторные. Наибольшее распространение получили односекторные НГМД, так как они имеют более простую конструкцию и могут изготовляться с менее строгими допусками. Они незаменимы в информационных системах, где необходимы надежность, умеренные скорости обработки данных, небольшие длительности выборки информации, относительно малая информационная емкость.

Ассортимент НГМД, предлагаемых на мировом рынке, включает многосекторные НГМД диаметром 230,2 мм и 203 мм; одно- и многосекторные НГМД диаметром 133,35 мм; наконец, одно- и многосекторные НГМД диаметром 89 мм и даже 76 мм.

Каждая поверхность накопителя на гибких МД имеет 77 дорожек с общей емкостью памяти 256 Кбайт. Двухсторонние НГМД с двойной плотностью записи информации обеспечивают 4-кратное увеличение емкости памяти однодискового накопителя, т. е. емкость от 1 до 3,0 Мбайт, Информация записывается на обеих сторонах МД с помощью универсальной подвижной магнитной головки, перемещающейся вдоль радиуса МД, последний вращается с частотой 300 ... 360 мин .

Диски хранятся и используются внутри пластмассовых защитных кассет, имеющих, например, для НГМД диаметром 203 мм, форму квадрата со стороной 204 мм при толщине кассеты 1,6 мм. Сами НГМД представляют собой круглую вырубку из полотна полиэтидентерефта-латной-основы толщиной 120 ... 75 мкм с нанесенным иа нее с одной либо с двух сторон ферролаковым рабочим слоем. Кассета снабжена отверстием, обеспечивающим доступ к одной универсальной подвижной контактной магнитной головке записи-воспроизведения.

На быстродействие НГМД влияют следующие факторы: подоро-жечное и среднее времи обращения к памяти (оно зависит от длительности перемещения магнитной головки с дорожки на дорожку), длительность установки магнитной головки на искомой дорожке, длительность перехода к физическому контакту с рабочей поверхностью МД и, наконец, среднее время ожидания, равное половине оборота МД.

Для НГМД первого поколения диаметром 230,2 мм типичные значения указанных интервалов времени следующие: длительность перемещении магнитной головки на одну дорожку - 3 ... 8 мс, длитель-

ность фиксирования головки - 10 ... 15 мс, длительность перемещения головки с дорожки на дорожку - 30 ... 40 мс, время ожидания- 83,3 мс. При всем многообразии изготовителей НГМД лишь немногие поставляют их на мировой рынок в виде, совместимом с другими дисковыми системами. Это фирмы IBM, BASF, SDS, Memorex, ЗМ и Pyral.

В 1976 г. появились НГМД второго поколения диаметром 133,35 мм, а позднее - диаметром 89 мм и менее. Они были разработаны для замены кассетных ЗУ в попытке создания носителей информации с микросёкундным быстродействием. Интерес к новому изделию радиоэлектроники оказался настолько велик, что уже в 1983 г. НГМД производили десятки зарубежных фирм.

Эти НГМД характеризовались емкостью 100 ... 800 Кбайт и более; поперечной плотностью записи 2-3 дорожки на 1 мм; продольной плотностью записи 126 ... 252 бит/мм. С НГМД взаимодействует керамическая магнитная головка записи-считывания.

В состав ферролакового рабочего слоя НГМД входит: ферропорошок игольчатаи у-РегОз, диспергатор ферропорошка, связующий высокополимер, пластификатор, отвердитель пластификатора, катализатор отверждения пластификатора и при необходимости другие функциональные добавки. Рабочий слой гибкого диска получают нанесением фер-ролака на ПЭТФ-основу сушкой, уплотнением и отверждением ферролакового слоя. Рабочий слой НГМД определяет его электромагнитные параметры, а ПЭТФ-основа - физико-механические свойства в эксплуатационных условиях.

Тлблица 3.2

Накопители па гибких МД имеют ряд достоинств: они недороги, имеют практически одинаковую плотность записи с жесткими МД; технологичны в изготовлении; просты в управлении; удобны для транспортировки и хранения; надежны благодаря простой конфигурации, отсутствию запусков и остановов, использованию медленно плавающих головок (в дорогих модификациях) либо приспособлений, обеспечивающих контакт магнитной головки с поверхностью рабочего слоя только в момент считывания информации.

Условно по величине диаметра НГМД подразделяются на стандартные (диаметр около 203 мм), минидиски (диаметр несколько более 133 мм) и микродиски (диаметр 89... 76 мм) при толщине основы 75 ... 120 мкм и толщине ферролакового рабочего слоя 3 ... 5 мкм. Они характеризуются малым временем выборки информации, относительно просты в конструктивном отношении, не нуждаются в высокоточной юстировке магнитной головки ввиду относительно низкой поперечной плотности записи, обеспечивают прямой доступ к записи со

скоростями, в 300 ... 400 раз превышающими их у НМЛ; малогабаритны, отличаются хорошей совместимостью с микро-ЭВМ. В то же время у НГМД емкость памяти существенно меньше, чем у накопителей иа жестких МД и иа МЛ; кроме того, частота вращения гибких дисков также существенно ниже, чем у жестких МД.

Продольная плотность записи информации иа НГМД широкого применения составляет 250 ... 400 бит/мм, поперечная плотность записи - 3-4 дор./мм при среднем времени выборки данных менее 100 мс.

Современные НГМД рассчитаны иа запоминание до 3 Мбайт информации, при скорости передачи данных до 500 Кбит/с. Характеристики накопителей иа гибких магнитных микродисках приведены в табл. 5.2.

В заключение необходимо добавить, что в процессе экснлуатаци НГМД износ магнитных головок весьма незначителен. Для дальнейшего его снижения частота вращения НГМД выбирается примерно в 10 раз меньшей, чем у жестких МД.

Ряд конструктивных п технологических решений (в том числе смазывание поверхности ферролакового рабочего слоя МД) позволил увеличить среднее время наработки на отказ НГМД до (2... 10) 10 ч. Иными словами, вероятность ошибки при считывании информации с НГМД в 10 раз меньше, чем при считывании с НМЛ.

МАТЕРИАЛЫ ЗАПОМИНАЮЩЕЙ СРЕДЫ ДЛЯ ПОРОШКОВЫХ НОСИТЕЛЕЙ МАГНИТНОЙ ЗАПИСИ

4.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕХНОЛОГИИ ФЕРРОПОРОШКОВ

Практически единственное издание по технологии отечественных магнитных лент (МЛ) - работа Г. И. Брагинского и Е. Н. Тимофеева [12] содержит краткое описание технологических процессов получения ферропорошка игольчатой у-РегОз традиционными методами; аммиачным, аммиачным зародышевым и содовым, продуктом которых оказывается порошок, малопригодный для изготовления современных МЛ всех классов. Причинами этого являются то, что в объеме микрочастиц получаемого порошка 7-Ре20з имеется много микропор и микротрещин (общий объем микропустот составляет до 25% кажущегося объема микрочастиц порошка); высока степень дефектности поверхности микрочастиц, поверхность их содержит большое количество вредных примесей; кроме того, в составе ферропорошка присутствует 7... 15% немагнитной фазы, в основном а-РеаОз и др. 36

В последующих работах, например [13] и др., технология получения ферропорошков у-РегОз и синтеза гидротермальными методами порошка модифицированной СгОа рассмотрены более детально. Кроме того, появилось исследование, посвященное обработке ферроокислов железа по классической схеме легирования матричной решетки кобальтом и описанию особенностей МЛ на таких порошках [5].

В то же время нет описания прогрессивных методов получения малопористого ферропорошка у-РегОз, ферропорошка этого же типа с повышенной удельной поверхностью (и, следовательно, с улучшенной ориентаци'онной способностью в рабочем слое носителей); ферропорошка у^егОз, кобальтироваиного прогрессивным, адсорбционным методом. Не разработаны проблемы влияния структурных, физико-химических, технологических, электрических и других свойств ферропорошков на степень их совместимости с компонентами приготовляемых ферролаков для рабочего слоя МЛ и МД; отсутствует, наконец, систематический анализ проблемы получения металлического порошка, ферритов сложного состава и технологии носителей информации на их основе. Более того, разработчики жестких и гибких МД зачастую не имеют научно обоснованных требований к ферропорошку у-РегОз. Дискуссии о влиянии магнитных свойств этого порошка на параметры МД не могут внести ясность уже потому, что коэрцитивная сила ферропорошка при всей важности этого показателя для МД не является показателем, определяющим пригодность порошка для использования в технологии МД.

Анализ распределения новых разработок ферропорошков позволяет установить следующее: работы в данной области, определяющей будущее носителей магнитной записи на ближайшее 10-летие, сосредоточены в основном в Японии (70%), США (более 10%) и ФРГ (8%). Превалирующее место названных стран определяется участием в разработках ферропорошков крупных спедиализироваиных фирм химического и машиностроительного профиля.

Информация об особенностях использования ферропорошков в носителях магнитной записи весьма разнородна: при наличии определенного числа публикаций, относящихся к МЛ и ферропорошкам для них, аналогичные данные, относящиеся к носителям других классов (и запоминающим средам для них), практически отсутствуют.

Приступая к рассмотрению материалов запоминающей среды для современных носителей маглитной записи с фер-

ролаковым рабочим слоем, следует выделить основные направления, в которых происходит их активное совершенствование. Прежде всего неуклонно повышаются энергоемкость ферропорошков, степень однородности размеров микрочастиц и их прочностные свойства. По мере усложнения составов порошков повышаются требования к степени их стабильности и компактности структуры микрочастиц. Из приведенного перечня основных задач, решаемых в области ферропорошков ДЛЯ носителей магнитной записи, следует, что конечной целью остается, как и ранее, оптимизация объемной концентрации микрочастиц порошка в рабочем слое носителей (при одновременном обеспечении высокой ориентационной способности).

4,2. ХАРАКТЕРИСТИКА ФЕРРОПОРОШКОВ

Особенности ферромагнитных окислов железа. Основные типы ферропорошков, используемые в качестве запоминающей среды в носителях магнитной записи,- это ферромагнитные окислы железа, кобальтированные порошки, модифицированная СгОг, металлические порошки и др. (В табл. 4.1 перечислены типы ферропорошков для носителей магнитной записи, разработанных за период 1976- 1983 гг.).

Требования, предъявляемые к ферропорошкам как одному из вал<нейших материалов для носителей магнитной записи, приведены в гл. 1.

Ферромагнитные высокодисперсные окислы железа относятся к числу наиболее массовых материалов, традиционно используемых в качестве запоминающей среды в носителях магнитной записи с ферролаковым рабочим слоем. К числу достоинств ферроокислов железа относятся: стабильность состава, технологичность процессов получения, широкий спектр структурных, магнитных и технологических свойств, возможность модифицирования и др.

В то же время широко распространенному ферропорош-ку игольчатой y-FeOz присущ цяд^дедоста-тков;. высокая степень дефектности микрочастиц и их поверхности (рис. 4.1), наличие на поверхности микрочастиц водорастворимых примесей, отрицательно влияющих на реологические свойства ферролаков на таком порошке, гигроскопичность и др.

Основной тенденцией применения ферропорошков данного типа следует считать переход на использование в магнитных носителях микрочастиц у-РегОз игольчатой формы,

однородных по размерам и магнитной структуре, обладающих высокой ориентационной способностью в рабочем слое носителей. Для такого ферропорошка характерна пониженная микропористоть частиц или, другими словами, повышенная степень монокристалличности и низкая степень агрегированности. Разработка малопористой у-РегОз является принципиально новым направлением совершенствования ферропорошков (см. гл. 5).

Рис. 4.1. Строение микрочастиц ферропорошка игольчатой Y-FejOa:

/ - квазикристаллическая решетка частиц; 2 - микропоры технологического происхождения

Рис. 4.2. Типичное строение микрочастиц кобальтирован-ного порошка:

/ - квазикристаллическая решетка частиц; 2 -микропоры; 3 - обо-лочка частиц с условной внутренней границей, состоящая из феррита кобальта цеременного состава

Данные об основных магнитных свойствах игольчатой у-РегОз, используемой в современных носителях магнитной записи, приведены в табл. 4.2. Приведенные данные об игольчатой 7-Ре20з свидетельствуют об улучшении ее магнитных свойств по сравнению с 1975-1978 гг.

Так, использование в носителях магнитной записи игольчатой y-FeOs с упомянутыми структурными и магнитными свойствами позволяет повысить основные рабочие параметры носителей, в том числе снизить уровень шума, повысить чувствительность, расширить динамический диапазон, повысить относительную частотную характеристику, плотность записи информации, а также износостойкость рабочего слоя носителей.

Таблица 4.1

Переход на использование в носителях магнитной записи малопористой игольчатой у-РегОз позволяет обеспечить дальнейшее повышение ее ориентационной способности в рабочем слое носителей и перейти к их производству со сверхтонкими рабочими слоями (толщиной менее 5 мкм), а также многослойных носителей. Наряду со стремлением к улучшению свойств игольчатой у-РегОз, повысился интерес к использованию в носителях записи термостойкого игольчатого магнетита, а также смесевых порошков.

Производство Еысокодисперсных ферроокислов железа для носителей магнитной записи у-РегОз, магнетита явля--ется массовым, крупнотоннажным и хорошо освоенным. Ближайшей задачей его совершенствования следует считать переход на получение бездендритной, малопористой у-РегОз с повышенной ориентационной способностью в рабочем слое носителей.

Кобальтированые порошки привлекают внимание раз< работчиков и исследователей возможностью повышения магнитных свойств порошков по сравнению с игольчатой у-РёгОз. В первую очередь это относится к коэрцитивной силе, изменению в широких пределах магнитных свойств порошка путем выбора материала матричной микрочастицы и количества вещества-модификатора (кобальта).

Таблица 4.2

Измеренные магнитные свойства

Геометрия микрочастиц

При этом одним из условий пригодности матрицы для использованияв качестве носителя поверхностного кобальтироваиного слоя является наличие у нее анизотропии формы (фактора формы, равного 6... 10). Среди других требований, предъявляемых к особенностям структуры микрочастиц матричного материала, следует указать также почти идеальную форму микрочастиц, обеспечивающую хорошую их ориентацию в рабочем слое МЛ, однородность размеров микрочастиц и др.

В числе матричных систем, находящихся в различных стадиях освоения, следует отметить: игольчатую у-РегОз, а-РеООН, р-РеООН, а-РегОз, Рез04.

Выше отмечалось, что одним из средств управления магнитными свойствами кобальтироваиных порошков является содержание кобальта в ферритовом слое переменного состава, выращиваемом на поверхности матричных микрочастиц окислов Ре (рис. 4.2). В зависимости от назначения изготовляемого носителя магнитной записи на кобальтированном порошке содержание элемента-модификатора в наружном слое микрочастиц порошка может изменяться в Пределах 1,0...4,5% (массовых) (в пересчете на у-РегОз -до 20%). В последнее время состав модифи-

цированного слоя становится более разнообразным за счет введения в него вместо иона Со иона Ni, а также сплавов Со, смеси Ni с Си и др.

Среди предложенных методов получения кобальтнрованных порошков следует отметить: метод с использованием в качестве матричной системы игольчатого магнетита; метод высаживания соединения Со и его химического восстановления с последующей термообработкой в инертной либо восстановительной среде при 373 ... 873 К; в случае использования в качестве матрицы ферропорошка игольчатой у-РегОз - высаживание иона Со из комплексного соединения (например, этилендиамина) и прокаливание капсулированного порошка в атмосфере инертного газа при 473... 773 К. Предлагается также метод нанесения кобальтированного слоя путем восстановления ионов Со водородом в автоклаве в присутствии NH3 (при рН>7,0), ускоряющего восстановительную реакцию. Получаемые при этом микрочастицы (как, впрочем, и во всех иных вариантах технологии) фильтруют, промывают водой и сушат.

Методы получения кобальтнрованных порошков (подробнее об этом см. в гл. 5) отличаются многообразием и в то же время слабой освоенностью. Наиболее перспективный среди них для освоения - адсорбционный метод, тем более, что он не требует привлечения принципиально нового технологического оборудования.

Модифицированная двуокись хрома весьма широко используется в носителях магнитной записи [6]. Достоинства этого ферропорошкаобщеизвестны. Однако по мере изучения работоспособности носителей магнитной записи на СгОг непосредственно в аппаратуре выявилось, что этим носителям присуща повышенная абразивность рабочего слоя. Поэтому временно сократились масштабы использования модифицированной СгОг в МЛ шириной 3,81 мм для бытовых магнитофонов. Произошла специализация областей применения ферропорошка данного типа в носителях.

Модифицированная СгОг весьма широко используется в МЛ для аппаратуры точной магнитной записи, в МЛ для цветной видеозаписи и, наконец, в двухслойных МЛ для кассетных магнитофонов. Сущность данного конструктивно-технологического решения заключается в последовательном нанесении на полимерную основу толстого нижнего слоя, содержащего игольчатую у-РегОз толщиной около 4 мкм, предназначенного для записи низкочастотных

сигналов, и прецизионного верхнего слоя толщиной 1... ...2 мкм, содержащего модифицированную СгОг и используемого для высокочастотной записи.

Примеры модифицирования матричной системы СгОг для достижения определенных размеров микрочастиц и уровня магнитных свойств синтезируемого ферропорошка приведены в табл. 4.3. Магнитные свойства модифицированной СгОг примерно в 1,5 раза выше, чем у игольчатой -у-РегОз, а температура Кюри составляет около 440 К (рис. 4.3 и 4.4).

Рнс. 4.3. Ферропорошок - модн- Рнс. 4.4. Микрочастица мо-фнцированная СгОг. Обращает на днфицированной двуокиси себя внимание идеальная, безде- хрома в процессе роста, фектная поверхность игольчатых В торце частицы виден ха-мнкрочастнц. Увеличение 40 000 рактерный дворнк кристаллизации . Увеличение 1 200 000

Качество МЛ на модифицированной СгОг обеспечивается не только за счет использования этого ферропорошка, а также благодаря введению в состав рабочего слоя МЛ ряда других компонентов: диспергатора, пластификатора, антистатика (газовой сажи), смазки (стеаратов, лаура-тов) и др.

Основным направлением совершенствования порошка модифицированной СгОг является повышение ее коэрцитивной силы от 36... 38 кА/м и более при одновременном укорочении игольчатых микрочастиц до 0,3 мкм и менее (рис. 4.5 и 4.6).

Металлические ферропорошки - порошки чистых металлов с однодоменными игольчатыми микрочастицами. Во

Таблица 4.3

избежание возгорания микрочастицы тонкодисперсного Fe пассивированы ( слегка окислены) с поверхности.

Порошок Fe получают псевдоморфным превращением фазы a-FeOOH с добавкой незначительного количества Sn путем восстановления модифицированного гетита водородом в псевдоожиженном состоянии на пористой подложке. Средняя длина микрочастиц игольчатого Fe составляет менее 1 мкм, а магнитные свойства - весьма высоки: коэрцитивная сила достигает 40 кА/м и более при остаточной индукции более 0,3 Тл; порошок тонкодисперсного Fe получают с микрочастицами сферической либо игольчатой формы, причем последняя обеспечивается путем проведе-

Рис. 4.5. Строение микрочастиц ферропорошка модифицированной двуокиси хрома: 1 - кристаллическая решетка частиц, 2 - пассивирующая оболочка частиц органической природы

Рнс. 4.6. Тонкая структура микрочастиц модифицированной двуокнсн хрома:

/ - пассивирующая оболочка; 2 - межкристаллнтная прослойка; 3 - однодоменные кристаллиты; 4 - характерные пирамидальные торцевые поверхности микрочастиц

НИЯ процесса синтеза ферропорошка в магнитном поле. Порошок тонкодисперсного Fe имеет коэффициент прямоугольности петли гистерезиса до 0,85, что позволяет использовать его для изготовления носителей информации с толщиной рабочего слоя до 0,5... 1,0 мкм.

Порошковые ферромагнитные сплавы. Соединением переходного (к сплавным) состава следует считать, по-видимому, бертолид состава СоЕеОл:, оптимальные магнитные свойства которого достигаются при содержании иона Со более 0,5% ат. и значениях 1,36x1,47.

К особенностям высокодисперсных порошковых сплавов Fe-Co для носителей магнитной записи следует отнести: сфероидальную форму микрочастиц, их незначительные размеры (20...75 им), содержание вводимого элемента б л н ц а 4.4

Основные свойства порошков

Co-Pd

Fe-P

Редкоземельные элементы н металлы переходной группы

Fe-Ni

Co-Ni Fe-Rh

Fe-Cu Fe-Au Si-Co Ni-Cu

Fe с металлами групп IVa, Via, Vila, Ib, IIb, lllfl, IVb, Vb

Fe-Co-Ni

Fe-Co-B

Co-Ni-Si Co-Fe-Si Co-Fe-Ni-Si

Двойной сплав Средний диаметр микрочастиц около 50 нм, коэрцитивная сила порошка более 35 кА/м -Коэрцитивная сила превышает 50 кА/м, коэффициент прямоугольности петлн гистерезиса ftn=0,84

Размеры микрочастиц н магнитные свойства порошка изменяются (в процессе получения нлн путем последующей обработки) в широких пределах

Коэрцитивная сила - в зависимости от состава сплава -80 ... 160 кА/м, fen>0,8. Магнитные свойства н нх термостабнльность выше, чем у кобальтироваиных порош^ков Коэффициент прямоугольности петлн гистерезиса fen=0,78 .... 0,84

Микрочастицы сплава капсулнрованы слоем, предохраняющим его от окисления н повышающим магнитные свойства; коэрцитивная сила сплава 88 кА/м

Средний диаметр микрочастиц сплавного порошка 10 нм

Микрочастицы имеют пассивирующую оболочку; получаются методом распыления паров сплава заданного состава в струе инертного газа

та-модификатора (Со) до 50% (масс); наличие на поверхности микрочастиц тонкой окисной пленки, препятствующей их дальнейшему окислению; хорошие магнитные свойства; Оолее высокую термостабильность магнитных свойств, чем у кобальтнрованных порошков повышенные ре-бочие параметры носителей на Fe-Co-сплавном порошке при меньшей абразивности рабочего слоя, чем носителей на модифицированном СгОг. Некоторые примеры составов высокодисперсных порошковых сплавов, синтезируемых специально для использования в МЛ, приведены в табл. 4.4.

Высокодисперсные ферриты сложных составов. Основным достоинством ферромагнитиков этого типа считается наличие возможностей для гибкого регулирования их состава, размеров микрочастиц и магнитных свойств.

Среди материалов такого рода упоминаются ферриты Ва, Sr, Pb с микрочастицами однодоменной магнитной структуры, сфероидальной формы и средними размерами около 0,5 мкм общего состава Мо-бРегОз, где Mo=Sr, Ва и др.

В заключение краткого рассмотрения особенностей металлических и сплавных порошков следует отметить неудовлетворительное состояние их освоения в большом производстве.

4.3. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ МАССОВЫХ ФЕРРОПОРОШКОВ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ИХ ПРИГОДНОСТЬ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ в НОСИТЕЛЯХ МАГНИТНОЙ ЗАПИСИ

Существует много материалов, в принципе пригодных для использования в качестве запоминающей среды, в носителях магнитной записи. Однако число типов ферропорошков, фактически применяемых в носителях информации, весьма ограничено. К ним можно отнести игольчатую 7-Ре20з, кобальтированные ферроокислы железа, модифицированную СгОг, а также чистые металлы и порошковые ферромагнитные сплавы. Представляет интерес детальный анализ свойств массовых ферропорошков, определяющих их пригодность для использования в качестве запоминающей среды, тем более что требования к носителям магнитной записи всех типов подробно сформулированы [13].

Игольчатая гамма-окись железа. Разработка в. 50-е гг., внедрение в массовое производство МЛ всех типов и назначений на основе ферропорошка у-РегОз с игольчатыми микрочастицами явились достижением как мировой, так и

отечественной технологии носителей магнитной записи. Использование иголь^атой у-РегОз в МЛ того времени способствовало значительному повышению их магнитных свойств и электромагнитных параметров по сравнению с лентами на кубической у-РегОз и феррите кобальта также с микрочастицами кубической формы. Характеристики МЛ дополнительно повысились благодаря ориентации микрочастиц игольчатой у-РегОз в рабочем слое МЛ в процессе сушки рабочего слоя после нанесения на полимерную основу [12].

Первым отечественным ферропорошком y-tSiOs с игольчатыми микрочастицами был порошок тип 6 (содовый), полученный в 1956 г. Название ферропорошка указывает на особенность технологии его получения - использование на стадии синтеза гетита (первичного продукта в техпроцессе) в качестве осадителя углекислого натрия ЫагСОз. Эта модификация игольчатой у-РегОз в принципе (после технологической обработки) пригодна для создания на ее основе качественно новога ферропорошка для малошумных МЛ, а также для жестких и гибких МД [14]. Основным путем совершенствования технологии получения ферропорошка тип 6 (содовый) остается повышение степени однородности его микрочастиц по размерам. К числу ограничений, присущ игольчатой y-FeOs тип 6 ,

Таблица 4.5

следует отнести сравнительно низкий уровень магнитных свойств (табл. 4.5), а также неудовлетворительное значение коэффициента прямоугольности петли гистерезиса (не более 0,75 в лучших образцах лент).

Была разработана и до сих пор используется в производстве МЛ игольчатая у-РегОз другой модификации (ферропорошок тип 6 аммиачный). Повышение магнитных свойств этого порошка достигнуто использованием водного раствора аммиака в качестве осадителя на стадии получения гетита. При этом были сохранены прежняя сте-

пень дисперсности микрочастиц порошка и однородности их по размерам.

Проведенные в 70-е гг. исследования показали, что дальнейшее улучшение структурных и магнитных свойств ферропорошка игольчатой у-РегОз может быть достигнуто получением ее зародышевыми методами [15]. В одном из вариантов этого метода на стадии синтеза гетита в качестве осадителя используется аммиак, но сам процесс осаж-

Таблица 4.6

дения является двухстадийным. Дополнительное укрупнение (доращивание) микрочастиц гетита существенно сказывается на изменении их структурных характеристик (табл. 4.6).

Отметим основные достоинства зародышевых методов получения игольчатой у-РегОз: высокий уровень магнитных свойств получаемого ферропорошка; непритязательность требований к исходному сырью, прежде всего к степени чистоты используемого сульфата железа; возможность управления технологическим процессом на всех его стадиях (включая стадии термопереработки гетита в игольчатую т-РегОз [16]); пригодность для комплексной механизации и автоматизации; слабая зависимость свойств конечного продукта от точного соблюдения режимов процесса получения гетита, гематита и магнетита.

Таким образом, к числу принципальных особенностей игольчатой у-РегОз, наиболее распространенного ферропорошка для носителей магнитной записи, относятся: доступность исходного сырья и относительная несложность предъявляемых к нему требований; сравнительная простота технологии получения у-РегОз и пригодность ее для комплексной автоматизации; управляемость структурных и магнитных свойств порошку у-РеаОз; в Существующей технологии получения порошка имеются резервы для ее дальнейшего совершенствования; высокое по сравнению с

другими ферропорошками значение температуры Кюри, а значит, высокая нагревостойкость порошка и термостабильность магнитных свойств.

Кобальтированные ферроокислы железа. Первая попытка модифицирования ферропорошка -у-РегОз с микрочастицами кубической формы для улучшения его магнитных свойств была предпринята в 60-х гг. и состояла в легировании его ионами Со [5]. С тех пор ведутся поиски новых модификаторов этого ферропорошка. К числу наиболее освоенных в производстве ряда стран модифицированных ферропорошков относятся кобальтированные ферроокислы. железа. Области применения носителей записи на кобальтироваиных ферроокислах железа охватили звукозапись видеозапись, точную магнитную запись, в том числе запись импульсных сигналов (включая запись на МД), Многообразие применений кобальтироваиных ферроокислов железа объясняется их высокой энергоемкостью, возможностью повышения магнитных свойств наложением кристаллографической анизотропии оболочки феррита кобальта на анизотропию формы игольчатых микрочастиц ферроокисло& железа; возможностью изменения в широких пределах магнитных свойств путем изменения содержания кобальта в оболочке феррита Со; повышенной устойчивостью к влиянию внешних полей размагничивания; приближением температурной зависимости Не кобальтироваиных ферроокислов железа (после специальной обработки) к этой зависимости для модифицированной СгОг.

Однако кобальтированные ферроокислы железа как материал для МЛ имеют ряд ограничений, сдерживающих их использование в носителях с ферролаковым рабочим слоем. К ним можно отнести: затруднительность регулирования содержания иона Со в ферритовой оболочке микрочастиц ферроокислов железа; склонность к размагничиваник> под влиянием экстремальных внешних воздействий, прежде всего повышенных температур и давлений; ограниченность достижимых значений остаточной магнитной индукции;: худшие по сравнению с игольчатой у-РегОз магнитные свойства при температурах более 75 С (в частности, по значению Не). Среди перечисленных ограничений кобальтироваиных ферроокислов железа наиболее существенным является то, что фактором создания высокого значения Не кобальтироваиных ферроокислов железа является энергия анизотропии кристаллической решетки, содержащей ионы Со. Поэтому среди перечисленных недостатков этих, порошков наиболее важными оказываются большие зна-4-5055 49.

Таблица 4.7

чения константы Ki криста.ялографической анизотропии; чувствительность к воздействию внешней среды (в частности, повышенных давлений), следствием которой оказывается размагничивание кобальтированного ферропорошка; зависимость магнитных свойств порошков от температуры, л также другие ограничения, из-за которых эти порошки не внедрялись широко в производство носителей магнитной записи [17J.

Естественно, размеры микрочастиц кобальтированных ферроокислов железа целиком определяются размерами матричных микрочастиц (гетита, гематита либо у-РегОз) и в определенной степени также условиями и режимами процессов термопереработки капсулированных окислов железа в конечный продукт - микрочастиц кобальтированного ферропорошка (средние размеры их приведены в табл. 4.7 [5]).

Модифицированная двуокись хрома. Начиная с 1968 г. S технологии МЛ начал активно пользоваться еще один перспективный ферропорошок - модифицированная двуокись хрома [18]. При этом отмечалось, что требуемые высокие магнитные свойства нового порошка и необходимая степень дисперсности его микрочастиц могут быть обеспечены путем термообработки кис-лосодержащих соединений типа метастабильного сединения СгОг при умеренных температурах и определенных весьма высоких давлениях в присутствии веществ-модификаторов [6].

Для порошка модифицированной СгОг характерна (наряду с высокими магнитными свойствами) принципиальная особенность, превращающая этот порошок в весьма перспективный материал для носителей магнитных записей: в отличие от частиц игольчатой у-Р^гОз, микрочастицы модифицированной СгОг имеют правильную, практически без дефектов и искажений кристаллическую структуру. Существенно также, что микрочастицы модифицированной СгОг имеют очень гладкую, беспористую и бездендритную поверхность ([19], см. рис. 4.5 и 4.6).

Длительное время особый интерес представлял вопрос о строении микрочастиц модифицированной СгОг. Измерения, выполненные на электронном микроскопе высокой

разрешающей силы, позволили установить особенности тонкой структуры ее микрочастиц [6]. Оказалось, что микрочастицы этого порошка состоят, как правило, из нескольких микрокристаллитов удлиненной (эллипсоидальной) формы, соединенных межкристаллитнымй связками . Прк этом микрокристаллиты имеют достоверно установленную монокристаллическую структуру. Характерной особенностью микрочастиц модифицированной СгОг является наличие на их поврехности пассивирующей оболочки, предохраняющей кристаллическую решетку ферропорошка от воздействия кислорода воздуха и влаги, вследствие чего химический состав модифицированного окисла мог Оы существенно сместиться из области стабильности и гомогенности [6].

Степень анизотропии формы микрочастиц модифицированной СгОг весьма высока; при этом тетрагональная ось кристаллической решетки микрочастицы является осью-легкого намагничивания и совпадает по направлению с ее-продольной геометрической осью (по другим данным, находится под углом 30° к ней), причем согласно оценкам около 67% из общей массы микрочастиц имеют продольную кристаллографическую о.сь [001]. К числу особенностей модифицированной СгОг следует отнести высокую однородность ее микрочастиц по размерам и отчетливо выраженную анизотропию формы. Характерно, что элементы-модификаторы регулируют не только магнитные свойства синтезируемой ферромагнитной СгОг, но и степень дисперсности ее, микрочастиц [20].

Консталта кристаллографической анизотропии д1 модифицированной СгОг равна (2.. .3)-10 эрг/см, а коэффициент прямоугольности петли гистерезиса fen составляет в зависимости от условий и режимов синтеза, 0,85... 0,9 L Это определяет высокие значения коэффициентов магнит-, ной ориентации микрочастиц модифицированной СгОг в. рабочем слое МЛ. Предположительно, это объясняется компактностью, малодефектностью кристаллической и магнитной структуры ее микрочастиц тогда, как, например, в объеме микрочастиц игольчатой у-РегОз, имеется масса таких микродефектов, вследствие чего отдельные микрочастицы у-РегОз группируются под действием точечных магнитных полюсов, возникающих по краям дефектов их структуры. В результате магнитная ориентация игольчатой у-РегОз в рабочем слое носителей затрудняется.

В процессе модифицирования матричной решетки метастабильного окисла СгОг одновременно с повышением Не 4* 51!

происходит постепенное снижение его намагниченности насыщения. Вместе с тем существенно повышается остаточная магнитная индукция ферропорошка. Микрочастицы СгОг средей длиной более 1 мкм являются многодоменными, а при средней длине менее 0,2 мкм - однодоменными [6]. Следовательно, ферропорошок модифицированной СгОг состоит в основном из микрочастиц многодоменной магнитной структуры; его коэрцитивная сила определяется анизотропией формы частиц порошка. Последний фактор fl основном определяет также температурную зависимость Не модифицированной СгОг-

Металлические ферропорошки. Фирмами Японии, ФРГ й США выпускаются МЛ, рабочим материалом которых -служит порошок FeCoNi-сплава, получаемый химическими методами, например прямым восстановлением некоторых соединений этих металлов либо при разложении солей Fe, Со и (Ni. Для ферропорошков этого типа характерна относительная простота технологии получения, слабая зависимость свойств от степени чистоты исходного сырья и режимов процессов получения. Эти порошки обладают следующими структурными характеристиками и магнитными свойствами: средние размеры микрочастиц колеблются (в зависимости от условий и, способа получения) в пределах ,05... 0,3 мкм; Яс=34...100 кА/м, 5г=0,3...0,7 Тл. Получение известными методами металлических ферропорошков с микрочастицами правильной формы весьма затруднительно; по этой причине, диспергирование таких порошков в известных пленкообразующих представляется задачей большой сложности.

4.4. ФУНКЦИИ ФЕРРОПОРОШКОВ В РЕАЛЬНЫХ ФЕРРОЛАКАХ

Рассмотрим вопрос о необходимости комплексной и тщательной технологической подготовки ферропорошков (прежде всего у-ГегОз как наиболее массового среди них) к введению в состав рецептур магнитных лаков для рабочего слоя носителей. Иными словами, всесторонне исследуем круг проблем., касающихся подготовки микрочастиц ферропорошка к надежному и полному капсулированию пленкообразующим на стадии приготовления магнитного лака.

Прежде всего дадим представление о функции порошка ягольчатой у-ГегОз в реальном ферролаке.

По гранулометрическому составу и степени дисперсности ферропорошки для носителей магнитной записи обыв-

яо классифицируются как индивидуальные микрочастицы, агрегаты (двумерно сросшиеся либо механически схваченные между собой микрочастицы) либо агломераты (скопления слабо связанных между собой микрочастиц и их агрегатов). При очевидном прогрессе технологии приготовления ферролаков для рабочего слоя носителей в их большинстве (прежде всего в МЛ для катушечных магнитофонов) ферропорошок выступает не как ансамбль отдельных микрочастиц, а как их скопление, обладающее весьма активным взаимодействием. Согласно существующим представлениям, гранулярность ферропорошков для носителей магнитной записи имеет ростовую природу [15]. Во всяком случае, непосредственной связи между зарядом микрочастиц ферропорошка и степенью их агрегирования не установлено.

К числу причин агрегированности ферропорошков вСЧ/ реальных ферролаках относятся: неполнота смачивания поверхности микрочастиц порошка растворителями и контакта с пленкообразующим: форма, размеры микрочастиц порошка и состояние их поверхности (степень микропористости, дендритизации и др.); содержание ферропорошка в приготовляемой композиции ферролака, достаточность связующего высокополимера в ней и ряд других факторов. Следствием неудовлетворительного диспергирования фер-ролорошка в пленкообразующем оказывается вторичный его помол и в результате - выпадение фракции микрочастиц минимальных размеров из участия в процессах магнитной записи.

Свойства ферропорошков, влияющие на процесс их диспергирования в пленкообразующих. Получение качественных порошков для носителей информации является сложной, многоплановой задачей. Так, более не является самоцелью достижение ферропорошком, выбираемым для использования в качестве запоминающей среды в носителе магнитной записи, лишь определенного уровня магнитных свойств, либо определенной степени дисперсности микрочастиц, либо, наконец, определенной совокупжости технологических свойств порошка и т. д. ВГоответствии с современным взглядом на данную проблему, пригодность ферропорошка к использованию в технологии носителей определяется не столько какими-либо отдельными из названных свойств порошка (или их сочетанием), сколько его пригодностью для диспергирования в пленкообразующем и для магнитной ориентации в рабочем слое. Для диспергирования ферропорошка представляются важными следующие