Для создания рабочего слоя носителей магнитной записи используют ферромагнитные материалы. Ферромагнетизм обусловлен не орбитальными, а спиновыми магнитными моментами электронов. Внешнее поле влияет на ориентацию этих моментов. Тепловые колебания (усиливающиеся при повышении температуры) нарушают упорядоченное расположение спинов. Критическая температура, соответствующая разрушению упорядочивания спинов для ферромагнетиков называется температурой Кюри.
Для производства магнитных лент с высокой плотностью записи применяется ряд порошковых магнитных материалов.
Гамма-оксид железа (γ-Fe2,03). Имеет частицы игольчатой формы длиной около 0,5 мкм (10^-6 метра) при соотношении длина/ширина 7:1. Hc =20-26 кА/м. Коэффициент прямоугольности петли гистерезиса. Kп ≈ 0,8. Этот порошок является классическим. Он используется и в звукозаписи. Его достоинства: постоянство физико-химических характеристик, хорошая температурная стабильность, слаба зависимость от натяжения ленты. Единственный недостаток - наличие дендритов (агрегатов древовидной формы) и пор (внутренних полостей). Этот недостаток удачно преодолевается разработанным методом гидротермальной обработки с применением ряда добавок. При этом получают хорошо ориентированные однородные по размерам (0,25 0,3 мкм) частицы правильной эллипсоидной формы. Hc повышается до 32 кА/м. Такой материал получил название бесполюсного или неполярного (NP).
Гамма-оксид железа, модифицированный кобальтом (Co-γ-Fe2,03,). Ионы кобальта имеют более удлиненную форму, что повышает Нc. Разработаны две модификации: порошок первого типа с замещением ионов железа ионами кобальта в решетке кристалла и порошок второго типа с поверхностно-адсорбированными частицами кобальта. Не порошка второго типа несколько выше (45 - 46 кА/м) и его магнитные свойства в меньшей степени зависят от температуры. Порошки Со-γ-Fe2O3 широко используются фирмами США и Японии. Европейские фирмы больше используют диоксид хрома. Гидротермальная обработка позволяет улучшить свойства Co-γ-Fe2O3.
Диоксид хрома (CrO2). Свойства этого материала близки к идеальным. Однодоменность структуры частиц малого размера (0,47-0,66 мкм) отчетливо выраженной игольчатой формы (отношение длины к сечению 10:1) служит предпосылкой к хорошей ориентируемости частиц в магнитном поле. Намагниченность насыщения составляет 73-81 кA/м. Это позволяет снизить толщину слоя в 1,5-2 раза по сравнению с γ-Fе2, О3, и повысить плотность записи. Ленты из этого материала впервые были продемонстрированы фирмой Du Pont (США) в 1966 г. В начале 70-х эта лента использовалась в ВМ "U-matic". Она имеет низкое удельное сопротивление (~4х10^-3 Ом/м), поэтому мало электризуется. Выпускаемые порошки диоксида хрома имеют Н от 36 до 54 кА/м и могут регулироваться введением добавок: оксидов железа, сурьмы, иридия. Недостатки: сравнительно низкая температура Кюри (393° К), повышенная абразивность (износ видеологовок за 10 часов работы составляет для Fe2,O3 - 0,6 мкм, для γ-Fe,O3 - 0,9 мкм, СrO3, - 5 мкм), некоторая токсичность соединений хрома и меньшая доступность сырья (хромовый ангидрид и оксид хрома) в сравнении с гетитом (назван в честь И.В. Гете) - сырьем для γ-Fe2,O3. Наиболее последовательный приверженец хром-диоксидных лент - германская фирма BASF.
Металлические порошки. Получают восстановлением гетита в атмосфере водорода. Размер частиц 0,03 мкм, Нc = 80 - 160 кA/м, Bc = 0,35–0,37T, Br = 0,28– 0,31 Т, Кп = 0,79-0,86. Наносится на основу вакуумным осаждением. Преимущество металлизированных слоев высокая электропроводность, предотвращающая электризацию без введения антистатических добавок. Недостатки металлических порошков: пироформность (склонность к самоокислению, самовозгоранию), требующая пассивирования порошка нанесением защитного слоя; слипание частиц, ухудшающее диспергируемость их в растворе полимерного связующего (лака).
Помимо порошков из железа ведутся работы по исследованию порошков из сплавов Fe-Co, Fe-Co-Ni и др. Наибольшее применение в носителях для продольной записи получил сплав Co-Ni с содержанием Ni от 20 до 35 %. Его достоинства: точно сохраняет свой состав; имеет хорошо воспроизводимые характеристики при получении слоев способами вакуумного испарения. В частности применяется электронно-лучевое испарение в среде кислорода. Слой состоит из Co, Ni, О2, и С. Соотношение Ni и Со почти постоянно по толщине вследствие одинаковости паров Ni и Co. Более стоек к коррозии, чем Fe-Co. Для улучшения свойств добавляют другие элементы: Сr, Fe, Pt и их композиции. Оптимальный состав определяется по максимальным магнитным свойствам с учетом коррозионной стойкости.
Еще лучшие характеристики получают в многослойной конструкции рабочего слоя. Магнитные монослои (~100 мкм) чередуются с полимерными слоями (смолы толщиной -20-80 нм). После нанесения каландрирование при температуре 90-110 °С. Полимерные слои снижают жесткость металлизированных носителей почти до уровня порошковых. Применяют также комбинированные конструкции из порошковых и металлизированных слоев (например, Angrom466U фирмы Matsushita Denki (Япония), из оксидных и металлизированных слоев. Порошок из нитрида железа (Fe4 N) сохраняет стабильные свойства до температуры 423 К, имеет высокую механическую твердость, частицы игольчатой формы с Hп = 54 кА/м. Магнитные ленты с Fe4N при толщине рабочего слоя 4 мкм имеют отдачу на 2 дБ выше, а уровень шума на 3 дБ ниже, чем ленты на Со-γ-Fe2,O3.
Для работы с металлизированными лентами используют сендастовые видеоголовки. Лента их металлического порошка примерно в 2 раза дороже. В бытовой записи она применяется в кассетах формата Video-8 и Hi-8.
Технология нанесения рабочего слоя. Применяют 2 основных способа:
- мокрый химическое и электрохимическое осаждение;
- сухой - вакуумные методы: электронно-лучевое испарение, испарение с частичной ионизацией, ионно-плазменное распыление.