伴随着信息技术和纳米技术的发展,作为信息主要“载体”之一的磁存储硬盘得到了迅猛发展。在硬盘存储容量、存储密度不断提高的同时,硬盘磁头与盘片的间距不断降低。对于面存储密度超过1Tbit/in2的硬盘,借助于热控飞高技术(Thermal flying-height control technology),磁头读写单元与盘片的间距已降至2nm以下。硬盘盘片为多层薄膜结构,这些薄膜常采用溅射方法覆盖到基体上,而在薄膜溅射过程中,难免会在盘片表面上产生一些凸起的缺陷,称之为盘面凸起(Disk asperity)。当磁头以极低的飞行高度在具有盘面凸起的磁道上飞行时,磁头将与盘面凸起发生接触和碰撞。磁头与盘面凸起的接触碰撞将使磁头读写单元发生塑性变形、刮痕及温度升高,从而导致硬盘读写错误、磁头损坏和失效。此外,磁头与盘面凸起的接触碰撞还将导致磁头飞行姿态发生扰动、飞行高度发生改变,可能造成磁头与盘片发生接触,而磁头与盘片的直接碰撞将可能造成盘片数据丢失及损坏。　　盘面凸起已经成为超高密度存储硬盘失效和损坏的重要原因之一。然而,目前针对磁头与盘面凸起接触行为的研究甚少,由此导致的磁头失效原因和机理尚不明确,难以为预防和降低盘面凸起的危害提供强大的技术支撑。本文从理论分析、有限元模拟和实验测试等方面出发,研究了磁头与盘面凸起的接触行为和由此导致的磁头浮动块飞行状态扰动,具体研究工作包括以下几个方面:　　建立了热控飞高磁头与盘面凸起接触碰撞的有限元模型,研究了接触过程中盘面凸起导致的磁头塑性变形、刮痕及温度升高,揭示了磁头工作模式、磁头飞行高度、盘面凸起圆周线速度、摩擦系数、盘面凸起几何参数及材料属性对磁头刮痕深度、刮痕宽度及读单元处温度升高的影响规律。　　磁头热凸起主要由Al2O3和读写单元两部分组成,较之于读写单元,Al2O3具有较高的弹性模量和屈服强度。为了更为深刻地理解磁头与盘面凸起的接触行为,获得具有普遍适应性的无量纲接触参数,本文建立了大刚性球体压过小弹塑性球体、小刚性球体滑过大弹塑性球体的接触模型,研究了两种接触模型的热力场响应,获得了最大接触力、最大摩擦力、最大残余变形量、接触面最高温升的无量纲经验公式。　　为了进一步理解盘片涂层(如硬碳层、润滑层等)对磁头与盘面凸起接触行为的影响,本文建立了全滑移条件下,刚性球在法向载荷作用下挤压涂层平面的接触模型,研究了刚性球半径、涂层厚度、涂层及基体材料属性对涂层平面初始屈服的影响规律。针对硬质涂层和软质涂层两种情况,分别提出了无量纲涂层系数λh和λs,利用λh和λs可以判定涂层平面初始屈服点的位置。同时,本文还获得了涂层平面发生初始屈服所对应的无量纲临界载荷、无量纲临界压入深度及无量纲临界接触面积,揭示了涂层平面发生初始屈服的三个不同位置,并与涂层球体受刚性平面挤压而发生初始屈服的临界参数进行了对比。根据涂层平面发生初屈服的位置和临界载荷的大小,提出了涂层优化设计的基本原则。　　硬盘盘片高速旋转时,磁头浮动块与盘片间形成空气轴承,正是该空气轴承的支撑作用使得磁头浮动块能够在盘片上方飞行。磁头浮动块的飞行姿态由空气轴承雷诺方程和浮动块的平衡方程共同决定。本文将磁头与盘面凸起的接触力作为浮动块平衡方程的外界扰动,结合空气轴承的动态雷诺方程,采用有限单元法求解了由盘面凸起导致的磁头浮动块飞行姿态扰动,分析了浮动块飞行姿态扰动的频率特性,揭示了磁头与盘面凸起的干涉高度、盘面凸起尺寸及材料属性对磁头浮动块飞行高度变化的影响规律。　　建立了磁头浮动块飞行姿态扰动测试系统,利用激光多普勒测速仪获得了由盘面凸起导致的磁头浮动块飞行高度变化,研究了磁头热单元输入功率、磁头飞行位置对浮动块飞行高度变化的影响。提出了基于纳米压痕仪的“人造盘面凸起”制备方法,该方法可以控制“人造盘面凸起”的高度和直径,建立了基于模拟硬盘的“人造盘面凸起”检测系统,验证了利用声发射传感器检测盘面凸起的可行性。