磁头/磁盘气体润滑特性计算与分析

提出了1种计算超薄气膜润滑轴承压力分布的有限差分法,在此基础上对某磁头快速或缓慢偏离平衡位置造成的压力变化及气体轴承刚度进行分析.结果表明:随着气膜特征高度降低,初始纵翻倾角减小,气体轴承刚度增大;垂直于磁盘方向的微小位移不会对磁头平衡造成威胁,但磁头纵翻造成的翻转力矩变化较复杂,需要加以控制;磁头飞行姿态的突变将引起明显的挤压效应,挤压效应的强弱与初始飞行姿态有关.     

惯性效应对超高速倾斜端面气膜密封稳动态特性影响

研究了惯性效应和端面倾斜对超高速气膜端面密封稳动态特性的影响. 考虑气体惯性效应，建立了气膜端面密封稳动态特性数值分析模型，采用有限差分法求解稳态和微扰雷诺方程，获得端面膜压分布. 数值分析了惯性效应和端面倾斜度对开启力、气膜刚度和泄漏率等稳态性能参数以及刚度系数和阻尼系数等动态特性系数的影响规律，并以获得较大刚度系数为目标，获得了螺旋槽关键几何参数的优选值范围. 结果表明:在超高速条件下，考虑惯性效应后的干气密封泄漏率显著减小，刚漏比明显增大，而开启力、气膜刚度和动特性系数变化不大；倾斜端面气膜密封相较于平行端面气膜密封具有更佳的低频刚度和高频阻尼.      

考虑磁头表面高度不连续性气膜润滑的数值模拟与有效算法

随着磁头滑块的飞行高度不断降低,给气体润滑方程的数值求解带来了诸如计算时间过长、甚至计算发散等方面的问题。为了获得1Tbit/in2的存储密度,磁头滑块尾部的最小飞行高度接近1.5nm。本文基于作者提出的修正气膜润滑方程的线性流率(LFR)模型,考虑磁头滑块表面高度的不连续性,建立了基于有限体积法的气膜润滑方程离散格式,并把网格自适应技术与多重网格法应用到离散方程的迭代算法中,发展了可模拟最小飞行高度为0.5nm时磁头滑块压力分布的数值模拟方法与有效算法。文中以一个具有复杂表面形状的磁头滑块为例,检验了计算方法与算法的有效性。数值结果表明:在磁头滑块最小飞行高度较低时,必须要考虑滑块表面高度的不连续性,否则就得不到收敛的数值计算结果;与FK-Boltzmann模型相比,LFR模型具有较高的计算效率,采用网格自适应技术与多重网格法能有效地提高求解气膜润滑方程的计算效率。     

单节流孔静压球面气体轴承动态特性的有限元分析

采用分布参数和小参数摄动方法简化动态雷诺润滑方程，推导了用于计算小孔节流方式的单节流孔静压球面气体轴承气膜动态特性的一系列计算公式，并通过动态压力分布方程的有限元求解得到了气膜的动态刚度、动态阻尼曲线以及轴承的稳定工作范围图谱，进而给出了静压气体轴承的稳定性判据．结果表明，小孔节流方式静压气体轴承的稳定性主要取决于节流气腔的容积、供气压力和承载质量．     

计算机磁头／磁盘超薄气膜润滑压强的算子分裂算法

以任意拉森数的超薄气体润滑方程为基础，采用算子分裂法和非结构三角网格的有限元法计算Ω型磁头的空气轴承气垫面(ABS)气膜压强分布、气浮力和纵倾力矩；在分析比较流量系数的各种算法的基础上，确定采用多项式拟合数据库计算流量系数．计算结果表明：采用算子分裂法可以有效克服在高轴承数时的数值不稳定性，消除数值振荡；在小轴承数时，气浮力随轴承数增加而增大，当轴承数增大到某一数值后，气浮力趋近某一稳定值，此时气膜压强分布与磁头造型基本一致；气膜的纵倾力矩在轴承数的某一临界值附近出现最大值．     

范德华力对计算机磁头/磁盘超薄气膜承载性能的影响

在纳米间隙条件下,以楔型滑块和双轨式磁头为例,推导出楔型及双轨式磁头范德华力的计算公式,考察了范德华力对计算机磁头/磁盘超薄气膜承载性能的影响.结果表明,范德华力对计算机磁头/磁盘的承载性能影响很大,范德华力可以降低磁头的承载能力,尤其在最小空气间隙小于6 nm时;在相同尺寸的磁头中,双轨式磁头的范德华力小于楔型滑块的范德华力,而前者的承载力大于后者,双轨式磁头的范德华力对其承载性能影响较小.范德华力可以使飞行高度降低,为磁头设计和磁头/磁盘装配的重要依据.     

磁头/硬盘超薄膜气体润滑动态性能分析

考虑速度滑移效应,利用雷诺方程和动力学方程组建立磁头/硬盘薄膜气体润滑动力学分析模型,采用摄动法对纳米飞行高度以下的磁头动态特性进行了数值分析.结果表明,外界扰动频率靠近或超过磁头特征振动频率时,外界振动对磁头飞行姿态有明显影响,使得飞行高度振幅和气膜刚度明显增加,磁头的顺从性变差;当外界扰动频率远低于磁头特征振动频率时,随着磁头飞行高度的降低,气膜刚度和飞行高度的调制量迅速增加.通过磁头/磁盘系统的合理设计,使得磁头特征频率远大于主要的扰动频率,增加磁头对磁盘振动的顺从性,可以控制磁头的飞行高度振幅.     

动静压混合式气体密封的特性分析

基于气体动压式和静压式密封原理,提出了新型的动静压混合式气体密封(简称混合式密封),介绍了该密封的工作原理.采用有限元法,利用Matlab数值软件,求解了混合式密封及动压式密封和静压式密封端面间气膜的Reynolds方程,得到气膜的压力分布,进而求得了密封的性能参数,如开启力、稳态刚度、泄漏率、摩擦功耗等.比较了不同端面结构的混合式密封与静压式和动压式密封的密封性能,并分析了混合式密封及静压式密封在失去气源情况下的密封性能.结果表明:与动压式密封相比,在同一气膜厚度下混合式密封获得的开启力更大,气膜厚度增加时仍具有较大的刚度;混合式密封可实现静压开启,动压运转;由于同时具有动压效应和静压效应,混合式密封工程应用范围更广;此外,混合式密封的特性参数可以通过在线调节阻封气压来改变.     

轻负荷磁头的动态频率响应

本文采用修正Ｒｅｇｎｏｌｄｓ方程 估为亚微米级飞行高度条件下磁头滑块的润滑方程，采用摄动法分析研究了用于计算机磁记录方面的气体润滑轴承滑块的动态频率响应。     

基于连续模型和离散模型的微尺度三维凸台轴承的气体润滑分析

为了考察应用图案化盘片实现超高密度磁存储时磁头/磁盘界面气体润滑设计理论的有效性,本文设计了1种三维凸台轴承构型,分别使用直接模拟蒙特卡罗方法（DSMC）和气体分子薄膜润滑理论（MGL）方法进行了模拟计算,考察了相对滑动速度、轴承最小间隙、凸台高度和入射速度方向对气体轴承压力分布的影响.结果表明：对于三维凸台微尺度气体轴承,MGL方法的计算结果依然与DSMC方法的结果相差不大.存在凸台接触,轴承间隙为零的情况下,气体轴承仍然具有一定的承载能力,且压力分布形状随凸台高度的变化表现出与常规非接触式气体轴承不同的规律.     

润滑条件下金刚石薄膜及石墨／金刚石复合薄膜的摩擦学性能

利用SRV摩擦磨损试验机对比考察了液体石蜡润滑时硬质合金基体上金刚石薄膜和石墨 /金刚石复合薄膜的摩擦学性能 ,采用扫描电子显微镜对试样和磨痕表面形貌进行了观察分析 ,并进而探讨了磨损机理 .结果表明 ,在润滑条件下 ,石墨 /金刚石复合薄膜的摩擦系数和磨损体积损失均较金刚石薄膜的小 ,金刚石薄膜和石墨 /金刚石复合薄膜的主要磨损机理均为亚微断裂磨损 ,而石墨膜可以有效地减轻亚微断裂磨损     

固体-油脂复合润滑Ⅱ:类金刚石(DLC)薄膜在几种空间用油脂润滑下的摩擦学性能

本文主要探讨了类金刚石(Diamond-like carbon,简称DLC)薄膜在几种空间常用的液体润滑剂如甲基氯苯基硅油(114#润滑油)、氟丙基氯苯基硅油(115#润滑油)、聚α-烯烃[PAO(201)润滑油]、全氟聚醚(Z-25润滑油)以及对应润滑脂KK-4、KK-5、KK-P(201)和601EF润滑下的摩擦学性能.结果表明:DLC薄膜与试验选用的油脂复合后表现出良好的协同效应.与DLC薄膜相比,其减摩性能得到不同程度的改善,摩擦系数降低2~6倍;其耐磨寿命提高了10多倍,起到了明显的延寿作用.     

薄膜沿加热平板下落的稳定性分布

本文分析了薄膜沿加热平板下落的稳定性。在时间模式下，发现流动的不稳定性是由表面波不稳定和加毛细不稳定构成的，同时当流体的热扩散越大以及界面热量损失越小时，热毛细不稳定越剧烈，在时空模式下，流动随着Marangoni数的增大。流动有可能从对流不稳定过渡到绝对不稳定，这一结论尚待实验验证。     

LANGMUIR—BLODGETT膜及其摩擦行为

本文回顾了Langmuir-Blodgett膜(简称LB膜)的发展简史,综述了各种类型LB膜的制备方法和利用其解决磁记录技术中超薄润滑问题的现状等,并且阐述了影响LB膜成膜质量的因素,论述了速度、负荷和LB膜之累积层数等对LB膜摩擦行为的影响。文章最后还提出了为把LB膜应用于摩擦学领域所必须深入研究的几个问题。作者认为,由于LB膜具有无与伦比的超薄和厚度容易控制,以及分子取向有序等诸多优点,故其除在磁记录技术中的应用外,对解决空间技术中的某些润滑问题及一些小负荷工况下的超薄润滑问题都将发挥重要作用。     

固体-油脂复合润滑I：二硫化钼膜在干摩擦及空间用油脂润滑下的摩擦学性能

本文采用溅射技术制备了MoS2薄膜,用UMT-2MT摩擦试验机考察了MoS2膜/钢球摩擦副分别在干摩擦、氟丙基氯苯基硅油（115#油）和KK-5脂（由115#润滑油经聚四氟乙烯粉稠化制成）润滑条件下的摩擦学性能,并分析了其润滑和失效机制。结果表明：脂润滑状态下,MoS2+ KK-5复合膜处于不连续的边界润滑,其摩擦学性能得到改善但不明显;115#油润滑条件下,由于连续、有效的边界润滑,使得MoS2+115#固体-油复合体系的摩擦系数低而平稳,其耐磨损寿命与单独MoS2薄膜相比提高了至少8倍;相对于上述2种情况,干摩擦条件下的MoS2膜磨损明显。     

Ag—Cu／Ti纳米双层膜结合强度测试方法研究

用粘结法（拉伸法，扭转法，断裂力学方法等）和划痕法分别测试了Ag-Cu/Ti纳米双层膜的结合强度，并对其实验结果进行了分析，对比和讨论。结果表明，粘结法由于受胶粘剂粘结强度的限制，只能适用于中低结合强度测试；划痕法适用于软金属薄膜结合强度测试，尤其对高结合强度的薄膜特别有效，而且能测出双层膜及多层膜中膜－膜界面的结合强度和膜基界面的结合强度。     

Viscous Film Flow down Corrugated Surfaces

A theoretical analysis of a downward viscous film flow on corrugated surfaces is reported. The study is based on Navier–Stokes equations (for one and twodimensional surfaces) and on an integral model (for a threedimensional surface with double corrugation). The calculations were carried out in a wide range of Reynolds numbers and geometric characteristics of the surface with due allowance for the surfacetension force. The shape of the free surface of the liquid film and other characteristics of the flow are calculated. It is shown that, in the case of a onedimensional surface, there exists a range of parameters where the flow is predominantly governed by surfacetension forces; this flow can be adequately treated with the integral approach. In this range of parameters, on the surface with double corrugation, the average quantities of the downward flow in wide corrugation valleys are determined by the finetexture geometry.     

原位微拉曼测试技术在碳纳米管纤维和薄膜材料力学性能研究中的应用

利用宏观应力联合原位微拉曼测试技术对双壁碳纳米管(Carbon Nanotube,CNT)纤维和薄膜材料的力学性能进行了实验分析,探讨了拉伸加载期间纤维和薄膜内CNT的载荷响应及其与宏观力学性能的关联,揭示了两种材料力学性能差异性的微观机理。实验分析表明,CNT纤维和薄膜的拉伸变形呈现弹性、强化和损伤断裂三个阶段,但其内的CNT只发生弹性变形,没有塑性形变,且没有明显的损伤或键的断裂,纤维和薄膜呈现阶段性拉伸变形的原因可归结为滑移。纤维的弹性模量显著高于薄膜,是薄膜的4.7倍,原因是弹性阶段纤维中CNT的轴向伸长对宏观应变的贡献较大。纤维和薄膜的拉伸强度相差较小,原因是强化阶段薄膜内不断有大量CNT进入承载队伍,这也使得薄膜具有比纤维更高的韧性。     

基于不同板理论的嵌于柔性层中薄膜的皱曲分析

论文对于柔性层-薄膜-柔性层三层结构系统,基于经典板理论、一阶剪切变形理论和高阶剪切变形理论,分别推导给出薄膜皱曲的控制方程。对于两个柔性层,则把它们处理成具有有限厚度的平面应变弹性体。针对上下柔性层固支边界或自由边界条件,利用线性扰动动方法得到柔性层对薄膜的横向压力差,最终获得确定薄膜具有周期性正弦型皱曲的临界载荷方程。同时,对结构系统建立了有限元数值模型,通过模拟结果与三种板理论的结果进行了比较,验证了理论解的精确性和适用性。最后,进行了参数和极限情况分析,阐述了上下层边界条件、薄膜和柔性层的材料和几何参数对临界值的影响。     

硅烷自组装膜及硅烷／二氧化钛复合膜的XPS表征与摩擦性能研究

利用分子自组装膜技术制备了有机硅烷／纳米ＴｉＯ２复合膜,并用ＸＰＳ进行了表征。摩擦磨损试验结果表明,硅烷自组装膜可以降低基片的摩擦系数,但其强度较弱,这可能是由于硅烷与结合强度较弱、硅烷／ＴｉＯ２复合膜的摩擦系数比硅烷自组装膜的摩擦系数小,而且耐磨寿命大幅度较高。摩擦５０次以后,硅烷／ＴｉＯ２复合膜的摩擦系数突然增大并超过干净基片的摩擦系数,这可能是由于ＴｉＯ２微粒磨损脱落并团聚所致。