盘片

硬盘中承载数据存储的介质

盘片（disk）是硬盘中承载数据存储的介质。硬盘盘片是以坚固耐用的材料为盘基，将磁粉附着在铝合金(新材料也有用玻璃)圆盘片的表面上，表面被加工的相当平滑。这些磁粉被划分成称为磁道的若干个同心圆，在每个同心圆的磁道上就好像有无数的任意排列的小磁铁，它们分别代表着0和1的状态。当这些小磁铁受到来自磁头的磁力影响时，其排列的方向会随之改变。

硬盘盘片的结构特点

现在的磁盘盘片多数都采用薄膜复合技术。硬盘的介质膜结构大致为：润滑层、碳覆层、磁性层、缓冲层或底层、基板。

滑层和碳覆层起机械和化学保护作用，保护下面的磁性层；磁性层通常为一层多层膜结构，常用材料有CrCoTa，CoNiPt，CrCoPtTa；缓冲层能显著提高磁性层的磁性能。基片的表面能、粗糙度影响缓冲层的生长，因此可通过对基片表面的精密加工来优化和改善磁性合金层的组织和性能。

盘片材料

盘片在工作与运输过程中会受到许多力的作用，如盘片的重力、盘片的随主轴高速旋转而产生的离心力，高速旋转时硬盘内空气湍流对盘片的作用等；在硬盘运输与携带过程中还会由于各种机械震动而使盘片受到冲击。特别是笔记本电脑和其它使用硬盘的手提式电脑中，盘片除了受到正常的接触启动/停止过程所带来的作用力外，磁头对盘片的冲击还会由于外界的震动而极度增大。这就要求盘片具有非常好的表面硬度和抗冲击性。在整个盘片中，由于磁性层、衬层、润滑层都是薄膜结构，基本上不具备必要的力学性质，因此盘片的机械性能主要由基板提供。因此选用的基板材料必须具备一定的力学强度与表面硬度。

盘片以较高的转速旋转有利于硬盘快速读取与写入数据，但随转速的提高，硬盘内空气湍流对盘片的作用会急剧增大，盘片在此作用下会产生不规则振动，这种振动对盘片会造成极大的伤害；并且振动的振幅随主轴转速增大而增大，当转速增大到一定程度时，盘片会扭曲变形，是整个硬盘损坏。目前普通硬盘的转速为5400转/分钟，部分高档硬盘转速已达到7200转/分钟，IBM公司及日本日立公司等都发布了转速达到12000转/分钟的硬盘，下一步转速将项向14000转/分钟发展，那时盘片受到的作用力将更大。由于材料的抗弯性能及共振频率与弹性模具有关，为了得到较高的转速，基板材料需具有较大的弹性模量。

Al合金基板材料

硬盘大部分都是采用Al合金基板。Al合金退火后，其硬度仅为0.9GPa，弹性模量仅为70GPa。因为Al合金自身的力学性能不够，无法抵抗磁头高转速带来的力学冲击，所以在Al合金上增镀了一层NiP来增强其力学性能。

但是NiP层表面结构凹凸不平使得磁头的飞行高度无法降得太低，当硬盘磁盘表面具有波度时，磁头就会随着高速旋转的存储器硬盘的波动上下运动。如果波度超过一定的高度时，磁头就不再能随着波度运动，它就会与磁盘基片表面碰撞，发生所谓的磁头压碎，导致磁盘设备发生故障或读写信息的错误。另一方面当存储器硬盘表面上存在数微米的微凸起时也会发生磁头压碎，相反，当硬盘表面存在凹坑时就不能完整地写入信息，由此导致所谓的“比特缺损”或信息读出的失败。最近为了适应超高存储密度，磁头与硬盘磁面之间的距离已经减小到10nm以下。因此，在盘片表面抛光中，就要求制造出能够使磁头浮动高度更小、没有突起、划痕和凹坑的光滑表面。

玻璃基板材料

为了进一步提高硬盘驱动器的性能，人们希望得到一种更好的基板材料。玻璃，作为一种均匀致密的非金属材料，首先被人们选为NiP/Al基板的候选者。玻璃的刚度比铝合金大，适于制造薄盘，且可省却NiP层的涂覆。最重要的是玻璃宏观均匀的，在抛光过程中无塑性形变，能够得到非常光滑的表面，这就保证磁头飞行高度可以做得更低，从而为提高盘片面积密度提供可能。

但由于玻璃是一种脆性材料，应用于高速旋转驱动器中需要解决的一个问题是玻璃表面裂纹扩展造成玻璃开裂的可能性。通过离子交换可以在玻璃表面产生一个压应力层，从而钝化裂纹尖端，阻止裂纹扩展，为了改进玻璃基扳的缺陷，人们又考虑采用微晶玻璃作为硬盘基板。微晶玻璃通过对特定化学组成玻璃的控制晶化而得到的多相固体。微晶玻璃具有高均匀的显微结构，无气孔且在玻璃向微晶玻璃转化过程中体积变化小，因此它具有优良的表面特性、力学性能、热稳定和化学稳定性，其强度与韧性都比其母体玻璃好；同时微晶玻璃的一个特点是其性能不仅与原始玻璃的化学组成有关，还在很大程度上决定于玻璃的热历史，这使得其各项性能在很大范围内具有可调节性，有利于满足不同环境的要求。

盘片数量

硬盘中一般会有多个盘片，每个盘片包含两个面，每个盘面都对应地有一个读/写磁头（Head，简写为H）。受到硬盘整体体积和生产成本的限制，盘片数量都受到限制，一般都在5片以内。盘片的编号自下向上从0开始，如最下边的盘片有0面和1面，再上一个盘片就编号为2面和3面。

盘片容量

这里所说盘片容量是指单个盘片的容量，简称单碟容量，它是硬盘相当重要的参数之一，一定程度上决定着硬盘的档次高低。硬盘是由多个盘片组合而成的，而单碟容量就是一个存储盘片所能存储的最大数据量。硬盘厂商在增加硬盘容量时，可以通过两种手段：一个是增加盘片的数量；而另一个办法就是增加单碟容量。

举个例子来说，单碟容量为60GB的是希捷酷鱼五系列和单碟容量为80GB的希捷7200.7系列，如果都用2个盘片那么总容量将有40GB的差异，可见单碟容量对硬盘容量的影响。

同时，硬盘单碟容量的增加不仅仅可以带来硬盘总容量的提升，而且也有利于生产成本的控制，提高硬盘工作的稳定性。单碟容量的增加意味着厂商要在同样大小的盘片上建立更多的磁道数（数据存储在盘片的磁道中），虽然这在技术难度上对厂商要求很高，但盘片磁道密度（单位面积上的磁道数）提高，代表着数据密度的提高，这样在硬盘工作时盘片每转动一周，磁头所能读出的数据就越多，所以在相同转速的情况下，硬盘单碟容量越大其内部数据传输速率就越快。另外单碟容量的提高使单位面积上的磁道条数也有所提高，这样硬盘寻道时间也会有所下降。

另外单碟容量的增加也能在一定程度上节省产品成本，举个例子来说，同样的120GB的硬盘，如果采用单碟容量40GB的盘片，那么将要有三张盘片和六个磁头；而采用单碟容量80GB的盘片，那么只需要两张盘片和三个磁头（盘片正反两面都可以存储数据，一面需要一个磁头），这样就能在尽可能节省更多的成本的条件下提高硬盘的总容量。单碟容量的增加也对磁头提出了更高的要求。

单碟容量的提升是随着硬盘技术的逐渐提高的，在2000年时出现了单碟容量40GB的硬盘产品，但直到2001中旬才全面在市场中普及。到了2002年IBM、西部数据、希捷、三星都相继推出了单碟容量60GB的硬盘产品，最早单碟60GB容量的硬盘是三星于2002年5月推出的SpinPoint V60系列硬盘，其后的一个月内西部数据、希捷就发布了酷鱼V和鱼子酱系列7200rpm硬盘。

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