Материалы для носителей записи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

ПОВОЛЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

РЕФЕРАТ

по материаловедению

на тему: «Материалы для носителей записи»

Выполнил

студент

группы ЭВС-31

Тихомиров Е.В.

Научный руководитель

Михеева. Е.В.

Йошкар-Ола - 2012



Содержание

1. Магнитные носители записи

2. Материалы-носители информации в CD и DVD оптических дисках



1. Магнитные носители записи

носитель магнитная запись сигнал диск

Классификация магнитных носителей:

Магнитные носители можно классифицировать по геометрической форме и размерам; строению и применяемым материалам; способам магнитной записи; виду записываемого сигнала; областям применения.

Геометрическая форма носителей:

Носители магнитной записи в основном имеют форму ленты, проволоки (нити), диска, карты (листа) и барабана. Каждая из этих форм может иметь разновидности, отличающиеся геометрическими размерами или некоторыми особенностями, например перфорацией.

Кроме перечисленных существуют формы, объединяющие два или несколько признаков. Например, носители в виде трубки, бесшовного кольца ленты или цилиндра (так называемый магнитный манжет). Наконец, возможны различные специальные формы. В качестве примера здесь могут служить железнодорожные рельсы, на которых осуществлялась магнитная запись электрических сигналов.

Строение носителей:

Обычно носители магнитной записи представляют собой систему из двух или нескольких слоев различных материалов. Слой, в котором происходит накопление и хранение информации, называют рабочим. Рабочий слой нанесен на основу из немагнитного материала (см. рисунок). Существуют также так называемые сплошные носители, например проволочные, состоящие целиком из одного материала.

Рабочие слои носителей изготовляют, как правило, из магнитно-твердых оксидов или металлов. Оксиды применяют в виде порошка, диспергированного в немагнитном связующем веществе; металлы - в виде металлического порошка, диспергированного в связующем веществе, или в виде сплошного металлического или металло-оксидного слоя.



Рис. Рабочие и дополнительные слои носителей магнитной записи: 1 - рабочий слой, 2 - подложка (основа), 3 - промежуточный слой (подслой), 4 - обратный слой, 5 - промежуточный слой (подслой), 6 - защитный слой, 7 - второй рабочий слой

Чаще всего применяют носители с одним рабочим слоем (см. рисунок, а), но существуют носители и с двумя рабочими слоями, роль которых могут играть в различной комбинации как порошковые (оксидные или металлические), так и сплошные металлические слои. При изготовлении таких носителей на основу наносят сначала один слой, а затем другой. Примером может служить ленточный носитель, у которого непосредственно на основе расположен слой гамма-оксида железа, а на нем - слой диоксида хрома (см. рисунок, б). При записи звука применение данного носителя позволяет получить относительно большой сигнал в области высоких частот (достоинство слоев с диоксидом хрома) и достаточно большой и малоискаженный сигнал в области низких частот при таком же токе высокочастотного подмагничивания, как для носителей с одним рабочим слоем из гамма-оксида железа. Требуемый ток высокочастотного подмагничивания носителей с гамма-оксидом железа ниже, чем у носителей с диоксидом хрома, что упрощает и удешевляет магнитофон. Такие магнитные носители, обладая достоинствами носителей с диоксидом хрома, взаимозаменяемы с носителями с гамма-оксидом железа.

Таким образом, по строению и материалу, применяемому в рабочем слое, можно выделить следующие основные группы носителей магнитной записи: с оксидным порошковым рабочим слоем; с металлическим порошковым рабочим слоем; со сплошным металлическим или металлооксидным рабочим слоем; с двумя рабочими слоями из различных материалов (порошковые или сплошные металлические слои в различной комбинации); сплошные металлические носители.

Порошковые рабочие слои имеют толщину от 1 до 10-20 мкм. Толщина сплошных металлических и металлооксидных слоев порядка 0,1 мкм.

Кроме рабочих носитель может содержать дополнительные немагнитные слои, выполняющие различные функции (3, 4, 5 и 6 на рисунке, в). Слой 6, нанесенный на рабочую поверхность носителя, и называемый защитным слоем, защищает рабочий слой от износа, улучшает транспортирование носителя и предотвращает статическую электризацию носителя. Перечисленные функции слой 6 может выполнять одновременно или служить для выполнения только какой-либо одной из них.

Носители могут иметь все четыре дополнительных слоя одновременно или какой-либо один, два или три из них. Толщина дополнительных слоев колеблется от толщины, соответствующей мономолекулярному слою, до нескольких микрометров.

Большая часть носителей магнитной записи выпускается в виде двухслойной магнитной ленты, состоящей из рабочего слоя и полиэтилентерефталатной основы.

Способы магнитной записи

По способу записи выделяют носители для продольной и перпендикулярной магнитной записи. На рисунке а, б и в приведено строение носителя для продольной записи, которая получила наибольшее распространение. Оба вида носителей могут иметь два рабочих слоя. Отличительная особенность второго слоя, расположенного под верхним рабочим слоем, у носителей для перпендикулярной записи состоит в том, что его изготовляют из магнитно-мягкого материала с высокой магнитной проницаемостью, тогда как рабочие слои носителей для продольной записи изготовляют из магнитно-твердого материала. Второй слой у носителей для перпендикулярной записи играет роль магнитного шунта и называется замыкающим. Он служит для снижения магнитного сопротивления потоку носителя и, соответственно, для увеличения этого потока. При продольной записи слой из магнитно-мягкого материала с высокой магнитной проницаемостью, расположенный под наружным рабочим слоем, вызвал бы снижение внешнего потока носителя, проходящего под его рабочей поверхностью, т.е. привел бы к ухудшению его свойств.

Виды записываемого сигнала

По виду записываемого сигнала можно выделить носители для прямой и модуляционной аналоговой записи, а также для цифровой записи. Эта классификация связана с различием форм записываемых сигналов и условий записи, откуда возникают различия в требованиях, предъявляемых к носителям, и в их свойствах.

При прямой аналоговой записи требуется, чтобы мгновенное значение и частотный спектр записанного на носителе сигнала были аналогичны (с соответствующими масштабными коэффициентами) мгновенному значению и спектру записываемого сигнала. Примером прямой записи аналоговых сигналов служит обычная звукозапись. Важно, чтобы система записи-воспроизведения была линейна в возможно более широком диапазоне уровней сигнала. Это понятно, поскольку мгновенный уровень остаточного магнитного потока носителя должен соответствовать мгновенному уровню записываемого процесса, который может изменяться в очень широких пределах. Чтобы преодолеть трудности, связанные с нелинейностью характеристики намагничивания носителя, прямая запись происходит с высокочастотным подмагничиванием.

При модуляционной аналоговой записи записываемый сигнал модулирует частоту, амплитуду или фазу несущей. Наиболее употребительна запись сигналов, модулированных по частоте, которая широко применяется в видеозаписи и инструментальной технике. Носитель в этом случае намагничивается таким образом, чтобы отдача приобрела максимально достижимое значение для данной длины волны записи. Информация определяется не мгновенным уровнем остаточного магнитного потока носителя, а распределением мест или точек носителя, у которых поток меняет свое направление на обратное. Запись сигналов, модулированных по частоте, происходит без высокочастотного подмагничивания.

При цифровой записи на носителе записывают цифровые или импульсные сигналы. Применяют различные способы записи цифровых сигналов (цифровые коды) (см. запись цифровых данных на магнитный носитель, цифровая запись звука, двоичный код). Ниже приведены некоторые особенности различных видов записи.

Прямая запись: относительно высокая амплитудная погрешность передаваемого сигнала (обычно не менее 0,5%); высокая верхняя граничная частота; нижняя граничная частота более 0 Гц (обычно не ниже 20 Гц).

Модуляционная запись (запись сигналов, модулированных по частоте): амплитудная погрешность передаваемого сигнала существенно меньше; верхняя граничная частота ниже; нижняя граничная частота до 0 Гц включительно.

Цифровая запись: амплитудная погрешность передаваемого сигнала еще меньше; верхняя граничная частота еще более снижена; нижняя граничная частота до 0 Гц включительно.

Области применения носителей

Все многообразие применений магнитной записи можно разбить на четыре основные области: звукозапись, видеозапись, вычислительная техника, инструментальная техника. В соответствии с применением производят и специализацию носителей магнитной записи, поскольку в разных областях применения различна форма и условия записи сигнала, а, следовательно, различны и требования к носителям записи и их свойствам. Следует отметить, что с развитием техники записи происходит сближение этих требований. При существующей тенденции перехода к записи сигналов с высокой плотностью (когда длина намагниченных участков носителя соизмерима с толщиной рабочего слоя или меньше ее) требования к свойствам носителя все меньше зависят от формы записываемого сигнала. Другая причина сближения связана с развитием цифровой записи, требования в которой не зависят от области применения.

Компакт-коссета (КК)

Наименование кассеты для аналоговой (прямой) записи звука, а также широко распространенной системы звукозаписи, основанной на применении КК. КК были разработаны в 1963г. фирмой Philips с первоначальной целью упростить обслуживание магнитофона, исключив операцию зарядки ленты в лентопротяжный тракт, и создать массовый переносной аппарат невысокого класса. В настоящее время кассетная запись стала не только самостоятельным, но и доминирующим направлением в технике магнитной записи звука. Специально для нее созданы новые магнитные и конструкционные материалы и технологические процессы, например технология магнитных лент с двумя рабочими слоями. Качество современной кассетной звукозаписи приближается к качеству профессиональной записи звука. Применение КК позволило существенно повысить оперативность и плотность записи на единицу массы и объема носителя.

Магнитная лента и КК представляют собой единый функциональный элемент. При этом зарядка собственно ленты исключается, что обуславливает особенности кассетной записи. Одна из них состоит в том, что в КК применяют очень тонкие магнитные ленты толщиной 9-18мкм, эксплуатация которых в не кассетных устройствах связана с большими трудностями из-за их малой прочности и неудобства обращения. Например, ленту толщиной 9мкм трудно зарядить в аппарат, не повредив ее.

Упрощение обслуживания в системе кассетной записи достигается тем, что рулоны ленты и элементы лентопротяжного тракта (направляющие колонки, устройство прижима ленты к головке, фланцевые антифрикционные прокладки рулонов и др.) объединены в корпусе кассеты, которая одним движением руки устанавливается в аппарат записи. Система кассетной звукозаписи получила чрезвычайно широкое распространение и дала толчок развитию других кассетных систем - для видеозаписи, вычислительной и инструментальной техники. Согласно действующим отечественным (ГОСТ 20492-75) и международным стандартам компакт-кассета представляет собой конструкцию с симметричным корпусом, коплапарным расположением катушек с лентой и с двумя катушечными отверстиями (рис.1). Размеры кассеты - 100x64x12 мм. Ширина ленты для компакт-кассет - 3,81 мм, максимальная толщина - 20 мкм. На ленте расположены 4 дорожки записи, каждая шириной 0,6 мм, в т.ч. две дорожки (1-я и 2-я) для работы в одном направлении и две дорожки (3-я и 4-я) - для работы в обратном направлении (рис.2). При монофонической записи фонограммы на дорожках 1 + 2 и 3 + 4 синфазны.

Рис 1. Компакт-кассета: 1 - предохранительный упор, при удалении которого предотвращается случайное стирание записи, 2 - рычаг для укладки ленты в некоторых типах компакт-кассет, 3 - лентоприжимное устройство с фетровой подушечкой, 4 - магнитная лента, 5 - винт, 6 - окно со шкалой и делениями, 7 - направляющий ролик, 8 - электромагнитный экран, 9 - антифрикционная прокладка, 10 - корпус



Стандартами предусмотрено применение прижима ленты к головке и электромагнитного экрана, защищающего головку от паразитных наводок. В большинстве случаев прижим осуществляется фетровой подушечкой, укрепленной на плоской пружине, а для экранирования служит пластина из магнитно-мягкого сплава, расположенная за прижимной пружиной. В корпусе кассеты между катушками имеется окно со шкалой и делениями, позволяющее наблюдать за лентой и определять количество ленты в катушках.

Рис.2. Расположение дорожек на ленте: а - при монофонической записи, б - при стереофонической записи

В системе кассетной записи не предусмотрен монтаж записи посредством разрезания и склейки ленты, что остается за катушечными магнитофонами. Лента в кассете открыта только в пяти небольших вырезах в передней стенке корпуса, и поэтому хорошо защищена от повреждений и пыли. В средний вырез, где за лентой находятся пружина с фетром и экран, входит универсальная магнитная головка (у трехголовочных аппаратов - головка воспроизведения); в левый - головка стирания; в правый - обрезиненный прижимной ролик. Через левый из двух меньших вырезов к ленте подходит головка записи трехголовочных аппаратов; через правый - имеющийся в некоторых конструкциях рычаг устройства остановки ленты.

На задней стенке компакт-кассеты имеются два гнезда с предохранительными упорами (язычками), при удалении которых предотвращается случайное стирание записи с помощью механической блокировки в магнитофоне

Если смотреть на кассету сверху, то видны два круглых отверстия для ведущего вала и два округленных квадратных отверстия, в которые входят штифты магнитофона, фиксирующие положение кассеты относительно привода и магнитных головок.

Минимальный диаметр сердечников для намотки ленты - 20 мм (без ленты); максимальный диаметр с лентой - 52 мм. В сердечниках имеются радиальный паз глубиной 1.5 мм для крепления ленты и зубчатый венец для посадки на подающий и принимающий узлы магнитофона.

Первоначально кассеты выпускали для записи в течение 2 х 30 мин. Их отечественная маркировка - МК-60 (после первых двух цифр через дефис - номер технологической разработки, например МК-60-2). Международная маркировка - С-60. В этих кассетах применялась лента с тройной длительностью звучания, толщиной 18 мкм. В дальнейшем были выпущены кассеты для записи в точение 2 х 45 мин (С-90) и 2 х 60 мин (С-120) с лентами толщиной соответственно 12 и 9 мкм.

Основная трудность при изготовлении компакт-кассет связана с влиянием корпуса кассеты на движение ленты. Добиться устранения динамических перекосов ленты, вызывающих периодические колебания уровня высоких частот, удается только путем тщательного выбора конструкционных материалов и прецизионного изготовления кассеты.

Флюктуационные изменения силы трения между катушкой ленты и корпусом или находящимися между ними антифрикционными прокладками могут привести к детонации звука и заеданию ленты. Неровная намотка ленты с выступающими нитками увеличивает эффективную ширину катушки, из-за чего (как крайний случай) вращающий момент магнитофона может оказаться недостаточным для продвижения носителя - тормозной момент сердечника с почти полной катушкой не должен быть выше 5.5x103 Нм, при дополнительном тормозном моменте на другом сердечнике - 0,8x103 Нм. Для предотвращения неровности намотки служат направляющие вырезы в корпусе кассеты и ролики внутри нее; некоторые изготовители применяют различные дополнительные направляющие устройства.

Компакт-кассеты для профессиональной звукозаписи.

Хотя в профессиональной технике кассетная запись не получила широкого распространения, известны конструкции кассет, предназначенные для профессиональной звукозаписи. Их применяют для создания автоматизированных фонотек на радиостудиях, обеспечивающих автоматические поиск, доставку и установку кассеты в аппаратуру; для рекламных передач; для записи репортажей. Ширина лепты в этих кассетах - 6,3 мм; скорость - 9,53 см/с- Длительность записи-воспроизведения 15 - 30 мин в ЗАВИСИМОСТИ от толщины ленты.

Относительно широкие дорожки записи позволяют получить более широкий динамический диапазон, чем н обычных компакт-кассетах, и снизить вероятность выпадения сигналов. В кассетах для профессиональной записи применяют высококачественные ленты толщиной 26 мкм с порошком диоксида хрома или с металлическим магнитным порошком, что позволяет удовлетворить требованиям, предъявляемым к электроакустическим характеристикам лент в радиовещании.

Основная задача при конструировании кассет для профессиональной звукозаписи - снижение влияния корпуса кассеты на транспортирование ленты, поэтому лента внутри корпуса соприкасается только с двумя направляющими роликами и сердечниками для смотки-намотки ленты. Кроме того, в них увеличен угол охвата головки лентой, что позволило исключить прижим ленты фетровой подушечкой. Внесены и другие изменения по сравнению с обычными компакт-кассетами.

Запись на виниловую пластинку

Технология записи информации на магнитные носители появилась сравнительно недавно -- примерно в середине 20-го века (40-ые - 50-ые годы). Но уже несколько десятилетий спустя -- 60-ые - 70-ые годы -- это технология стала очень распространенной во всём мире.

Очень давно появилась на свет первая грампластинка. Которая использовалась в качестве носителя различных звуковых данных -- на неё записывали различные музыкальные мелодии, речь человека, песни.

Сама технология записи на пластинки была довольно простой. При помощи специального аппарата в специальном мягком материале, виниле, делались засечки, ямки, полоски. И из этого получалась пластинка, которую можно было прослушать при помощи специального аппарата -- патефона или проигрывателя. Патефон состоял из: механизма, вращающего пластинку вокруг своей оси, иглы и трубки.

Приводился в действие механизм, вращающий пластинку, и ставилась игла на пластинку. Игла плавно плыла по канавкам, прорубленным в пластинке, издавая при этом различные звуки -- в зависимости от глубины канавки, её ширины, наклона и т.д., используя явление резонанса. А после труба, находившаяся около самой иголки, усиливала звук, “высекаемый” иголкой. (рис. 1)

Почти такая же система и используется в современных (да и использовалась раньше тоже) устройствах считывания магнитной записи. Функции составных частей остались прежними, только поменялись сами составные части -- вместо виниловых пластинок теперь используются ленты с напылённым на них сверху слоем магнитных частиц; а вместо иголки -- специальное считывающее устройство. А трубка, усиливающая звук, исчезла совсем, и на её место пришли динамики, использующие уже более новую технологию воспроизведения и усиления звуковых колебаний. А в некоторых отраслях, в которых применяются магнитные носители (например, в компьютерах) пропала необходимость использования таких трубок.

Магнитная лента состоит из полоски плотного вещества, на которую напыляется слой ферромагнетиков. Именно на этот слой “запоминается” информация.

Процесс записи также похож на процесс записи на виниловые пластинки -- при помощи магнитной индукционной вместо специального аппарата.

На головку подаётся ток, который приводит в действие магнит. Запись звука на плёнку происходит благодаря действию электромагнита на плёнку. Магнитное поле магнита меняется в такт со звуковыми колебаниями, и благодаря этому маленькие магнитные частички (домены) начинают менять своё местоположение на поверхности плёнки в определённом порядке, в зависимости от воздействия на них магнитного поля, создаваемого электромагнитом.

2. Материалы-носители информации в CD и DVD оптических дисках

Цифровая запись

Способ записи, при котором аналоговый сигнал преобразуется и записывается на носитель информации в цифровой форме, т.е. в форме импульсов двоичного кода. Такая запись представляет собой комбинацию всего двух состояний носителя, соответствующих 0 и 1, которые легко различить и при этом практически исключить влияние помех.

Достоинства цифровой записи:

1) Возможность быстрой и наглядной редакции записанного материала.

2) Отсутствие искажений при копировании. При правильной коммутации возможно неограниченное количество перезаписей цифрового сигнала с одного носителя на другой.

3) Длительное хранение архивных материалов на CD без потери качества.

4) Относительно низкая стоимость систем цифровой звукозаписи.

DVD диски

DVD может существовать в нескольких модификациях. Самая простая из них похожа на обычный диск, отличающийся только тем, что отражающий слой расположен не на составляющем почти полную толщину (1.2 мм) слое поликарбоната, а на слое половинной толщины (0.6 мм). Вторую половину составляет плоский верхний слой. При этом емкость такого диска достигает 4.7 Гбайт, что обеспечивает более двух часов видео телевизионного качества (компрессия MPEG-2). При этом без особого труда на диске могут дополнительно сохраняться высококачественный стереозвук (на нескольких языках!) и титры (также многоязычные). Если оба слоя несут информацию (в этом случае нижнее отражающее покрытие полупрозрачное), то суммарная емкость составляет 8.5 Гбайт (некоторое уменьшение емкости каждого слоя вызывается необходимостью уменьшить взаимные помехи при считывании дальнего слоя). Toshiba и Time Warner предлагают использовать также двухсторонний двухслойный диск. В этом случае его емкость составит 17 Гбайт!

Чтобы понять, как удалось достичь столь значительного роста объема информации на DVD диске сравним его с CD-ROM. Главное отличие конечно в увеличенной плотности записи информации.

За счет перевода считывающего лазера из инфракрасного диапазона (длина волны 780 нм) в красный (с длиной волны 650 нм или 635 нм) и увеличения числовой аппертуры объектива до 0.6 (против 0.45 в CD) достигается более чем двухкратное уплотнение дорожек и укорочение длины питов (отражающих выступов/впадин), что и видно на рисунке:

Сравнение плотности записи на DVD и CD дисках

Из оставшихся еще не названными характеристик стоит отметить номинальную скорость передачи данных - 1.108 Кбайт/с, поддерживаемую при постоянной линейной скорости 4 м/с.

Разнообразие дисков CD и DVD.

Диски CD и DVD состоят из одних и тех же базовых материалов и слоев, но процессы их изготовления различны. В реальности DVD напоминает два диска CD, склеенных вместе. Запись и чтение информации с поверхности CD производится только с одной стороны, DVD -- с одной или двух сторон, в зависимости от того, как устроен диск. Записываемые диски DVD (DVD-R, DVD-RW, DVD-RAM) могут изготавливаться с одним слоем записи на каждой стороне, а предварительно записанные диски DVD (DVD-ROM) -- с одним или двумя записанными слоями с каждой стороны.

Поликарбонатная подложка.

Поликарбонатная (полимерная) подложка занимает большую часть диска, в том числе и зону, которая считывается лучом лазера. В настоящее время обе стороны DVD также изготавливаются из поликарбоната (ПК).

Подложка обеспечивает достаточную глубину, чтобы сфокусировать лазер на металлическом и информационном слоях. ПК, кроме того, придает достаточную механическую прочность для сохранения плоскостности диска.

Если внутри ПК или снаружи будут находиться посторонние вещества, ухудшающие фокусировку лазера на информационном слое, то это может привести к невозможности чтения данных.

Поэтому на способность лазера считывать данные влияют такие факторы, как отпечатки пальцев, пятна, царапины, частицы пыли, грязи, следы растворителей и избыточная влага (которую ПК будет впитывать). Необходимо избегать контакта любого постороннего материала со слоем ПК подложки.

Информация представлена в виде питов или отметин, которые либо поглощают световой поток от лазерного источника, либо проводят свет обратно к лазерному фотодатчику с помощью отражающего металлического слоя.

Слой металла и информационный слой в CD размещены очень близко к его поверхности со стороны этикетки, а в DVD они находятся в середине диска.

Материал, который может использоваться для каждого слоя, определяется типом диска

Таблица 1. Назначение дисков и их основные слои

CD	DVD	Назначение	Информационный слой	Металлический слой
CD-ROM	DVD-ROM	Только чтение, аудио/видео и диски для ПК	Питы в слое металла	Алюминий (в двухслойных DVD -- также кремний, золото или серебро)
CD-R	DVD-R, DVD+R	Записываемый (однократно)	Органический краситель	Золото, серебро или сплав серебра
CD-RW	DVD-RW DVD+RW DVD-RAM	Перезаписываемый (многократные запись, стирание и перезапись)	Металлический сплав, способный изменять фазовое состояние	Алюминий

Слои, в состав которых входит органический краситель (диски -R) или фазоинверсные вещества (диски -RW) содержат данные, и поток света при прохождении через информационный слой либо пропускается, либо блокируется. Зоны информационного слоя, на которые действует лазер при записи, абсорбируются «читающим» пучком лазера при достижении последним слоя металла, а затем за счет обратного отражения пучки света падают на лазерный фотодатчик. Светлые и темные области приводят к эффекту отражения, который подобен эффекту интерференции в слое металл/подложка с «запрессованными» и «отлитыми» данными дисков типа RОМ. Отражение пучка света от красителя, пленки или от прессованной точки преобразуется в нули и единицы на приводе диска во время чтения диска лазером.

Размещено на Allbest.ru

...