随着信息技术的不断发展,日益增长的数据存储对硬盘提出了更高的容量要求。为了满足这一需求,磁盘盘片需要更高的存储密度。目前为止单碟容量达到2TB的超大容量硬盘已经出现。而随着硬盘存储密度的提高,硬盘磁头在进行读写操作时也必须越来越靠近磁盘盘片。现今的超大容量硬盘磁头与盘片的工作距离磁已经下至3纳米以内。在如此低的飞行高度下,磁头的飞行高度稳定性变得非常重要。硬盘磁头的飞行高度稳定性主要由磁头磁盘间的气体轴承的稳定性决定,较低的气体轴承稳定性将导致盘片更容易受到磁头的摩损从而导致数据丢失等不可逆的严重后果。此外,由于在硬盘工作时盘片上的润滑油分子会脱离润滑油膜并上升至头盘空间中,在较低的磁头飞行高度下,硬盘盘片润滑油膜的稳定性研究变得更加重要,它将影响硬盘头盘间气体轴承的稳定性,进而影响硬盘的读写性能。特别是在热辅助磁记录硬盘中,对磁盘盘片的激光加热将使更多润滑油分子脱离润滑油膜,这些润滑油分子有可能附着于磁头下表面并形成连接磁头磁盘的润滑油分子桥链,该分子桥链亦将极大的影响头盘间气体轴承稳定性。因此,磁盘盘片润滑油膜与头盘间气体轴承稳定性的研究对于超大容量硬盘的发展是至关重要的。目前国内外学者对于硬盘盘片润滑油膜及头盘间气体轴承稳定性研究已经有一定基础,但硬盘头盘间的气体轴承压强对硬盘盘片润滑油膜的稳定性影响以及润滑油分子桥链的形成条件及形成机理的研究均处于起步阶段,润滑油分子桥链对硬盘头盘间气体轴承的稳定性影响也未见报道,对于当前超大容量的图案化介质硬盘与热辅助磁记录硬盘中气体轴承稳定性的研究鲜有报道。本文针对以上问题,运用分子动力学计算方法及直接仿真蒙特卡罗(DSMC)计算方法分别对超大容量硬盘盘片润滑油膜与头盘间气体轴承稳定性进行了研究。首先,本文面向超大容量硬盘,建立了纳米尺度的磁头-气体轴承-润滑油膜-磁盘分子动力学全分子模型。运用分子动力学方法研究了热辅助磁记录硬盘中润滑油膜的消耗和恢复过程受到激光温度及头盘间气体压强的影响。结果表明,在热辅助磁记录激光加热下,润滑油膜温度逐渐上升至目标工作温度,在此过程中部分润滑油分子将脱离润滑油膜。当温度升高至目标工作温度并保持恒温后,润滑油分子的脱离速率逐渐下降,并最终达到稳定状态。特别是当目标工作温度升高到700K并保持不变时,脱离润滑油膜的润滑油分子数量显著增多。而在激光加热过程结束后,润滑油膜温度会逐渐降低,且部分润滑油分子会重新回落至润滑油膜中。此外,结果表明头盘间气体轴承压强会抑制润滑油膜分子脱离润滑油膜,有助于润滑膜的稳定。其次,本文建立了大尺度硬盘磁头-气体轴承-润滑油膜-磁盘分子动力学全分子模型和硬盘磁头-气体轴承-润滑油膜-磁盘分子动力学粗粒化模型。运用分子动力学方法研究了激光加热与常温条件下润滑油分子桥链的形成条件以及对硬盘气体轴承所产生的影响,并统计了不同条件下分子桥链形成所需时间和分子桥链所包含的原子数目。结果表明,在热辅助磁记录硬盘中,激光辅助加热时长的增加、头盘间气体压强的升高和盘片转速的加快均会抑制分子桥链的形成。在常温条件下,硬盘润滑油分子桥链的形成会受到磁头飞行高度和盘片转速的影响,但在较高的飞行高度下盘片转速对分子桥链的影响较小。此外,润滑油膜分子桥链的形成将迅速降低磁头气体承压面所受平均气体压强,并使气体压强分布不均。最后,本文建立了硬盘头盘空间三维DSMC仿真模型,运用DSMC方法研究了不同的硬盘工作条件对硬盘头盘间气体轴承的影响,包括图案化磁记录硬盘沟槽深度、硬盘填充气体、工作温度、磁头温度、磁头浮动滑块偏转角度、硬盘转速以及工作海拔高度。结果表明,硬盘盘片沟道越深,硬盘头盘间气体轴承强度越低且越稳定。另外,氦气填充硬盘中的气体轴承相较空气硬盘中更加稳定,氦气硬盘盘片所受气体阻力及磁头所受气浮力切向分力分别为为空气硬盘的40%和50%。硬盘环境温度、磁头温度、盘片转速、磁头浮动滑块偏转角度和工作海拔均会对头盘间气体轴承产生明显影响。