在資訊記錄材料工業中,指以磁化的形式實現記錄、還原和貯存聲音、圖像、數碼等資訊的記錄材料,由磁粉製成的磁性層和承載它的支援體組成。例如:用於各種錄音裝置的磁帶,用於外存貯器的磁片、磁性卡片,以及用於電子電腦和大容量電視廣播或傢用電視的磁光碟等(見彩圖)。

磁記錄材料的消費結構 各種磁記錄材料

在物理學中將這些產品稱為磁記錄介質(隻認為磁粉是磁記錄材料)。在這些產品的消費結構中,以錄音磁帶所占的比例最大(見表)。磁記錄具有記錄密度高,穩定可靠,可反復使用,時間基準可變,可記錄的頻率范圍寬,信息寫入、讀出速度快等特點。廣泛應用於廣播、電影、電視、教育、醫療、自動控制、地質勘探、電子計算技術、軍事、航天及日常生活等方面。

磁記錄材料的消費結構

  沿革 早在1857年就出現瞭錄音機的雛形,當時所用的是3mm寬、0.05mm厚的鋼帶。1898年,丹麥人W.浦耳生發明瞭可供實用的磁錄機,所用的記錄材料是直徑為1mm的碳鋼絲。經過不斷改進,1907年出現瞭直流偏磁錄音機,為磁記錄技術的全面發展奠定瞭基礎。隨著科學技術和電子工業的發展,磁記錄技術和設備不斷完善,磁記錄材料也得到瞭相應發展。1928年,德國人J.A.歐尼爾首次制成紙基磁帶,帶速為76.2cm/s。從此磁帶進入實用化。1938年日本永井健三發明瞭交流偏磁法以後,磁記錄技術得到進一步發展,磁帶性能得到發揮,錄音效果明顯提高。第二次世界大戰期間,歐美各國出於軍事需要,秘密研究磁記錄技術並取得瞭很大進展,出現瞭環形磁頭、超聲波交流偏磁法等新技術和器件。1947年美國M.坎拉斯制成γ-Fe2O3,為制備各種記錄材料提供瞭廣泛的材料來源,至今仍用於制造各種類型的氧化鐵磁粉。日本東京通信工業公司(即現在的索尼公司)和日本東北金屬公司分別於1950年和1952年研制成功磁帶錄音機和塑料帶基磁帶。1953年,美國裡夫斯兄弟公司研制成功聚酯帶基磁帶,這種磁帶目前仍在大量使用。1963年,荷蘭菲利浦公司的盒式錄音機和盒式錄音帶同時誕生,使錄音技術產生瞭根本變革,並由聲頻向視頻記錄發展。1960年,日本的巖畸俊一發明瞭金屬磁粉。1966年,美國杜邦公司研制成CrO2磁粉。1970年,美國明尼蘇達礦業和制造公司(3M)推出Co-γ-Fe2O3磁粉,同年由日本索尼、松下電工和勝利公司聯合制成的 U-matic錄像機所用的1.9cm(0.75in)錄像帶,就是采用這種磁粉制成的。1973和1974年日本制成商品名為 Avilyn和Beridox的新型包鈷磁粉。與此同時,數碼記錄材料不斷湧現。1956和1972年美國國際商用機器公司(IBM)將硬磁盤和軟磁盤作為外存貯材料分別投入計算機和微機使用。70年代初出現的磁光盤以及1975和1976年由日本索尼、勝利公司制成的盒式錄像機及盒式錄像帶,使磁記錄技術又有瞭新的發展。80年代以來,用於脈碼調制(PCM)、垂直記錄等新技術的蒸鍍薄膜磁帶、金屬磁帶等新材料的相繼出現,使磁記錄材料的應用進入瞭一個新階段。

  中國磁記錄材料發展的歷史較短。60年代開始研制酸法針狀γ-Fe2O3磁粉,70年代相繼研制出堿法磁粉、包鈷γ-Fe2O3磁粉及其他改性的γ-Fe2O3磁粉等。現有100多個廠傢從事磁記錄材料的工業生產。

  制造工藝 ①將磁漿(主要成分是磁粉、粘合劑、各種添加劑和有機溶劑等)均勻塗佈在聚酯或金屬支持體上,制成塗佈型不連續材料,又稱塗佈型薄膜材料。這是一類產量最大、用途最廣、技術最成熟的磁記錄材料,如錄音磁帶、錄像磁帶等。②將磁性材料用真空鍍膜技術直接蒸鍍在支持體上制成的薄膜連續材料,又稱連續薄膜材料,如80年代初出現的微型鍍膜磁帶。

  記錄形式 ①縱向磁記錄材料,記錄在磁層表面上的信號磁化方向與記錄材料運動方向一致,如錄音磁帶等。②橫向磁記錄材料,記錄在磁層表面上的信號磁化方向與記錄材料運動方向垂直或接近於垂直,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磁化方向與記錄材料表面垂直,如磁光盤等。

  主要性能 首先是物理機械性能,主要指磁記錄材料的外形、幾何尺寸、機械強度。其次是磁性能,主要有:①剩餘磁感應強度Br,指材料達到飽和磁化,然後取消磁化場強所殘留的磁感應強度,簡稱剩磁。Br高,材料的靈敏度高,輸出信號大。②矯頑力Hc,指消除材料剩磁所需要的磁場強度,Hc越高,越有利於高頻記錄,以消磁不困難為限。③矩形比,指最大剩餘磁感應強度Brm與飽和磁感應強度Bm的比值,即Brm/Bm,它表明材料的矩形性。比值大,可望獲得寬頻響的記錄。再次是電性能,其指標依據應用場合而異。聲頻記錄的電性能指標有最佳偏磁、靈敏度、頻響、失真率、信噪比、最大輸出電平、復印效應、消磁程度等。

  發展趨勢 磁記錄材料發展到現在,記錄波長從最初的1000μm 縮短到1μm 以下,Hc102Oe提高到103Oe以上,使用最廣泛的材料有氧化物磁粉(主要有γ-Fe2O3CrO2和包鈷磁粉)和合金磁粉。

  近20年來,主要從以下三個途徑提高材料性能以滿足高密度記錄要求:①尋求提高磁各向異性,如采用超微粒、高軸比的針狀磁粉,CrO2和包鈷磁粉以及Hc>1000Oe的合金磁粉等新材料。②減薄磁層和改進塗佈技術,提高Hc,實現高密度記錄。常采用除去氧和省去粘合劑兩種辦法。前者是以金屬粉取代氧化物,後者是做成薄膜。合金薄膜是這兩種方法並用的結果。③從記錄原理和記錄模式上作根本的改進。目前,通用的縱向記錄當密度增高時,所產生的退磁場能使信號減小,並產生垂直分量,通過提高Hc和減薄磁層的方法雖可克服這一缺點,但有一定的限度。因此出現瞭垂直記錄材料,它所產生的退磁場,隨著密度的增加反而趨向於零。並且垂直記錄不需很高的Hc和很薄的材料。有效地克服瞭縱向記錄在高密度記錄時的致命弱點。垂直記錄要求材料具有垂直磁層表面的單軸各向異性。1975年以來,日本巖畸俊一研制成功的 Co-Cr垂直膜及以後的Co-Cr和Ni-Fe雙層膜,都是能適應垂直記錄的新型材料。1977年巖畸俊一公佈瞭線密度高達每厘米7.9千位(每英寸20千位)的成果,而硬盤的線密度至今才不過每厘米5.9千位(每英寸15千位)。日本東芝公司已制造出8.9cm(3.5in)垂直軟磁盤,最近還開發瞭鋇鐵氧體垂直磁化錄像磁帶,所用磁粉為六角板狀鋇鐵氧體超微粒子,記錄密度比普通錄像帶高2倍,特別在短波長記錄方面,其特性比金屬磁帶更為優良。垂直磁記錄及新型的垂直磁記錄材料在今後的高密度記錄中將有廣闊的發展前景。