超高存储密度的磁存储硬盘中,磁头的飞行高度降低到几纳米。在磁头/磁盘界面的微小间隙下,磁头与磁盘容易产生接触摩擦,造成存储数据擦除、读/写数据出错或磁头损坏等。为防止磁头/磁盘界面接触,需要对界面间隙和接触状态进行精确检测和控制。近年来,磁头气浮面上内嵌式微型热传感器检测技术的提出,为磁头/磁盘界面状态的控制和检测提供了可行性方法。该微型热传感器主要是基于其温度响应对磁头/磁盘界面状态进行检测。然而,目前微型热传感器温度响应与磁头/磁盘界面状态之间的关系规律尚无系统的研究。本文以磁头/磁盘界面微小间隙状态和接触状态下的热效应分析为基础,对微型热传感器的温度响应进行分析,得出微型热传感器的温度响应与磁头/磁盘界面状态之间的关系规律,为磁头飞行高度和磁头/磁盘界面接触的检测分析提供判断依据。具体的研究内容主要分为以下几方面:基于雷诺方程的FK修正模型,考虑微小间隙下气体的稀薄效应,采用有限单元法对磁头/磁盘界面微小间隙状态下的气压及磁头飞行姿态进行了分析。另外,建立了磁盘表面微观缺陷局部区域的瞬态气压求解模型,分析了磁盘表面微观缺陷存在时气浮轴承气压的动态响应。结果表明,磁头无热变形时,磁头读/写单元附近区域的气压为5~10倍的标准大气压,而当磁头热凸起与磁盘表面的间隙降低到1 nm左右时,气浮轴承的局部气压升高到85倍的标准大气压;磁盘表面的微观凸起使其附近局部区域的气浮轴承气压升高,磁盘表面的微观凹陷会引起其附近局部区域的气浮轴承气压降低,但磁盘表面的微观缺陷引起的磁头气浮力变化较小,对磁头的飞行姿态影响较小。磁头/磁盘界面气压及磁头飞行姿态的相关分析,为磁头/磁盘界面微小间隙状态下的传热特性分析和微型热传感器的温度响应分析提供了基础边界条件。建立了磁头/磁盘界面微小间隙状态下传热特性的结构-流体-热耦合分析模型,考虑气/固边界的温度跳变,基于能量方程对磁头/磁盘界面的温度响应进行分析,并通过迭代算法对磁头的结构响应、气压以及磁头/磁盘界面的传热特性进行循环计算。并建立了磁盘表面微观缺陷附近局部区域的瞬时传热特性分析模型,分析了磁盘表面微观缺陷对磁头/磁盘界面动态传热特性的影响。结果表明,在热阻单元加热和气浮轴承冷却的共同作用下,磁头气浮面的温度逐渐升高,但随着热阻单元输入功率的增加,磁头热凸起与磁盘表面的间隙逐渐减小,气浮轴承的冷却作用逐渐增加,使磁头气浮面的温升逐渐减小;磁盘表面的微观凸起使磁头气浮面上局部区域的热流密度升高,而磁盘表面的微观凹陷引起磁头气浮面上局部区域的热流密度降低。磁头/磁盘界面微小间隙状态下的传热特性分析为该界面状态下微型热传感器的温度响应分析提供了基础。建立了磁头/磁盘碰撞接触和磁头/磁盘表面微观缺陷接触的有限元热-弹-塑性耦合分析模型,分析了磁头/磁盘界面接触状态下的摩擦特性和温度响应。结果表明,磁头热凸起与磁盘表面碰撞接触时,法向接触力可达到0.5~5 m N,接触位置产生350~550 K的瞬时闪温;磁头与磁盘表面微观凸起滑动摩擦过程中,法向接触力可达到0.07~0.1 m N,读保护层产生明显的塑性变形,接触位置的瞬时闪温达到500~1000 K。磁头/磁盘界面接触状态下的摩擦特性和温度响应分析为该界面状态下微型热传感器的温度响应分析提供了基础。基于上述不同磁头/磁盘界面状态的相关特性研究,对磁头/磁盘界面间隙状态和接触状态下热传感器的温度响应进行了理论分析和试验测试,得出了热传感器的温度响应与磁头/磁盘界面状态之间的关系规律。结果表明,磁头热阻单元加热时,微型热传感器的温度逐渐升高,随着磁头热凸起逐渐靠近磁盘表面,微型热传感器的温升逐渐减小,而当磁头最小飞行高度小于1 nm时,微型热传感器的温度逐渐降低,当磁头热凸起与磁盘表面发生接触时,热传感器的温度急剧升高;磁头与磁盘表面微观凸起发生摩擦接触时,热传感器产生较大的瞬时温升,其最优长度为1~2μm,以保证在合理的检测范围内具有较高的灵敏度。