Spreading of perfluoropolyalkylether thin films on amorphous carbon surfaces has been studied by scanning microellipsometry. Two types of perfluoropolyalkylethers with the same main-chain structure and various molecular weights (between 1000 and 6000 g/mol) were used: Zdol, with OH functional end groups, and Z, with nonfunctional CF3 groups. For Zdol, the thickness of the molecular layers in the spreading profile increase as Mn0.6, where Mn is the mean molecular weight, with the second layer being nearly twice as thick as the first layer. This layered structure was not observed for Z in the molecular weight range under study. As expected, the thickness-dependent diffusion coefficient D(h) was found to decrease with increased molecular weight. Possible molecular conformations near the solid surface are discussed. The spreading of binary blends of Zdol–Zdol, Z–Z, and Zdol–Z were also studied. The results show that the spreading of the binary blend of the same kind of polymer with different molecular weight behaved like that of a lubricant with an intermediate molecular weight. The diffusion coefficient of a blend was found to obey the additivity of viscosity. For Zdol–Z blends, however, the faster moving Z molecules migrate through the network of the slower moving Zdol molecules, and form a monolayer ahead of Zdol.

Complex molecular layering of OH-terminated perfluoropolyalkylether films over amorphous carbon surfaces has been observed using spatially resolved microellipsometry. The first layer is diffusive in nature, and the subsequent layers exhibit sharp steps of about twice the thickness of the first layer. This behavior, characteristic of a coexisting two-dimensional gas, with cohesive, liquidlike multilayers, is in clear contrast with that of the ${\mathrm{CF}}_{3}$-terminated analog, which shows a smooth diffusive profile. In this particular case, spreading, for thickness greater than one monolayer, can be exactly described by a Poiseuille flow in a disjoining pressure gradient originating solely from van der Waals interactions. For both types of polymers, diffusion rate reaches a maximum at full monolayer coverage, and decreases in the submonolayer regime. Spreading for both types of polymers unambiguously follows a ${t}^{1/2}$ time dependence.

The spreading of liquid droplets composed of molecules with or without reactive end groups over a solid surface has been studied using Monte Carlo simulations. For molecules without reactive end groups, a molecular layering in the spreading profiles is predicted, depending on the ratio of the magnitude of intermolecular interactions to thermal energy. As intermolecular interactions become smaller than thermal energy, the layered structure vanishes. For molecules with reactive end groups, interactions between end groups and between end groups and the surface complicate the situation. By assuming an end-to-end interaction between molecules and the pinning of end groups to the surface, a complex layered structure is obtained. Our simulation predicts spreading profiles that accurately describe the broad spectrum of data obtained from scanning microellipsometry for perfluoropolyalkylethers with and without reactive end groups.

The replenishment of a lubricant on a carbon coated disc was characterized through theoretical modeling employing experimentally acquired diffusion coefficient data. To quantify the reflow behaviour of a lubricant film, a parameter, the critical reflow time, was defined as the time to replenish a depleted hole of 1 /spl mu/m diameter in a 2 nm thick lubricant film. The results based on solving 2D diffusion equations showed that the critical reflow time is a strong function of the endgroup polarity and molecular weight of a lubricant, as well as the H and N content in the carbon film. Based on these results, design criteria have been provided for enhanced wear durability of magnetic media.

Experimental, theoretical and numerical modelling issues concerning the tribology of thin-film rigid disk media are reviewed. Special emphasis is placed on the role of carbon overcoatings in friction and wear reduction at the head-disk interface (HDI), especially with regard to ultra-low flying or quasi-contact recording. An overview is provided of wear and failure mechanisms of carbon-coated media as observed under a variety of testing conditions. As the steady-state separation between slider and disk falls below 100 nm, novel techniques will be required for the acceleration of wear and for modelling of the HDI, some aspects of which are presented. In addition, the complementary roles of experimental techniques operating in the sliding and flying regimes, and operation near the boundary between flying and sliding, are discussed.

Increased recording densities are often achieved through a reduction in the flying height over a thin film disk possessing diminishing surface roughness. Flying heights will continue to decrease until the head-disk interface (HDI) operates under quasi-contact conditions, i.e., ultra-low flying with intermittent slider-disk collisions. The failure mechanisms that occur in such quasi-contact devices may differ from those experienced in current, higher flying hard drive assemblies. In this paper, the authors will present the experimental, numerical, and theoretical tools that have been developed to study the behavior of the HDI under ultra-low flying conditions. These tools include an accelerated flyability tester and a numerical algorithm applicable to highly rarefied air bearings that possess large pressure gradients. Air bearing simulation results, as well as the results from a simple flying height scaling analysis, will be compared to flying test results in both air and helium to obtain insight into the stability of the HDI under accelerated testing conditions. A new concept introduced in this paper is that of critical conditions, i.e., the band of operating conditions which mark the transition from stable to erratic behavior, which can be determined both experimentally and theoretically. Such insight should provide design criteria for both quasi-contact storage devices, as well as novel accelerated wear testers.

The concept of critical operating conditions, the band of operating lines which marks the transition from stable to unstable operation, is presented to study the behaviour of the head-disk interface (HDI) under ultra-low flying conditions. The level of slider-disk interaction resulting from intermittent contact at the HDI is used as the criterion for this transition. Critical conditions have been determined experimentally for three-rail minimonolithic ferrite sliders flying in air and helium over a carbon-coated thin-film disk, and are compared to numerical results obtained from a simple scaling analysis. A flying tester has been developed to investigate constant velocity, ultra-low flying height operation over a range of velocities and ambient pressures. Accelerated wear of thin-film media has also been investigated with this apparatus. Utilizing a linear velocity slightly higher than the critical value, it is possible to delay failure for several hours to several days. Worn slider and disk surfaces have been examined using optical and scanning electron microscopy, and debris has been characterized using Auger electron spectroscopy. These observations, coupled with measurement of the friction force, have enhanced understanding of the wear process leading to failure under dry, unlubricated conditions.

To accommodate pseudo-contact and contact recording, new slider materials for high-performance heads must be developed. A new candidate for an advanced slider material is SiC. To compare the tribological properties of SiC with Al/sub 2/O/sub 3/-TiC (AlTiC), today's standard thin film head slider/wafer material, heads with SiC dummy sliders have been manufactured and compared to an AlTiC slider. All test heads were subjected to both dynamic friction testing as well as an AFM mapping. Comparing surface topography and nano-friction, the friction for SiC heads was observed to be highly dependent on its surface roughness and may start out even higher than AlTiC. However, the increase in friction over contact time of SiC is much shallower than for AlTiC, therefore the long term friction and wear performance of SiC sliders is superior.

This paper focuses on the influence of sublayer mechanical properties on tribological phenomena affecting thin-film media. To isolate the influence of individual sublayers, disks used in this investigation possessed fewer layers than commercial media. Pin-on-disk experimentation was performed to investigate friction and wear of r.f.-sputtered carbon deposited on two different substrates: an Al 5086 disk possessing a hard NiP coating, and a softer and more ductile Al 1100 disk. The C/NiP disk had an apparent wear rate lower than the C/Al 1100 disk. The friction forces measured during testing were found to exhibit differences in trend and magnitude. The C/Al 1100 disk produced mean friction curves which increased rapidly and subsequently levelled off. The friction curves of the C/NiP disk showed a tendency to increase slowly and steadily throughout the test. During the early stages of the wear process, the C/Al 1100 disk displayed substantial plastic deformation or ploughing of the track region. Failure of the overcoat occurs through fracture and delamination of the carbon film. During the wear process, the C/NiP disk displayed evidence of adhesive wear. After a large number of passes, abrasive wear became a significant contributing wear mechanism.