录音磁带的生产

红灯记

早在110年前，人们就已经掌握了磁性录音的基本原理。19世纪90年代，丹麦的物理学家波尔森发明了吧声音变成录在硬磁钢丝上的剩磁信号的方法并为此做了长达17年的刻苦研究。1898年他的电话留声机发明在德国获得了专利。然而此后钢丝录音方法并没有得到推广应用。直到1916年发明了热阴极真空管，才使得钢丝录音机获得了放大器件而得到推广，使用价值得以充分地体现。然而，令人遗憾地是帕尔森的录音方法质量欠佳，噪音是致命的软肋。1928年，科学家普洛伊梅尔发明了用塑料带进行磁带录音的方法。这个方法是录音领域同时也是信号记录领域质的飞跃，革命性的里程碑。磁带式磁性录音不仅是放音质量得到了提高，而且生产价格便宜使用方便，在一条磁带上能够平行地记录诸多信号。磁带的也叫做胶带，分别由带基、磁粉、粘合剂等组成，最早取代软磁性钢丝记录信号的叫混合带也叫做复合带，也就是把磁粉和带基融合在一起，这样的磁带单位面积里磁粉的密度不高，所以它的饱和录音磁平和最大录音磁平等指标不高，但是已经远远好于钢丝录音，并且不存在磁粉脱落的现象，容易保存，在市场上出现的时间不长数量不大，现在已经很少能够看见了；最早的带基是纸带基，把磁粉、粘合剂和纸浆按照一定的比例融合在一起，做成混合磁带。
4 n2 i3 D! c; y% f现在使用的磁带叫做分层磁带，把磁粉和粘合剂用涂布的方式涂抹在基带的一面，形成磁粉层和带基层，然后经过烘干切带的好几道技术工序完成磁带的生产。
1、磁粉
      磁粉的最为主要的成分就是铁的氧化物，三氧化二铁和四氧化三铁的针状晶体，三氧化二铁是黄褐色，四氧化三铁是黑色。磁粉的生产是个化学过程，通过各种途径得到高浓度的三氧化二铁或者四氧化三铁，各个厂家最为保密的绝活就是怎样把这两钟铁的氧化物变成细小的针状晶体颗粒，大小保持在均匀的百分之几微米。这道工序主要靠的技术手段就是研磨，工业上多采用球磨机进行研磨，为了是自己制造的磁粉颗粒尽量的细小，各个厂家也都有自己的一套绝活。磁粉的制造是在一个特别的容器中进行的。把经过化学方法纯净的硫酸亚铁溶解在水中，沉淀出来的物质就是铁的氢氧化物--氢氧化铁，氢氧化铁经过氧化后就得到了四氧化三铁。黑色的四氧化三铁经过多次的反复地提纯清洗后，放在红外线的火炉中焙烧，实际上就是把它在高温的作用下氧化成伽马型的三氧化二铁针状晶体。在这个过程中，温度的控制对此分的雌性有着至关重要的作用，这个重要性不亚于磁性材料的纯净度。
      那么怎样测试这些磁性材料的剩磁、矫顽力等参数呢？在这里我想大家介绍一下平时我们很少用到甚至很少听说的磁性测量仪器—冲击电流计，因为我也没有冲击电流计的实物供大家欣赏，在这里请大家移步到这里—http://www.docin.com/p-290691163.html，通过阅读这里的简短介绍，大致地了解冲击电流计的实物和基本原理就行了。下面是几张关于冲击电流计的原理的截图：
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根据各种测试场合的需要，冲击电流计的形式和结构不尽相同，但是原理是一致。现代的冲击电流计的读取和换算已经有单片机等完成，直接读数非常方便。
% |8 H$ b4 r* @2 a测试方法并不复杂，首先在玻璃试管里盛如一定量的磁粉，然后把它置于一个能够产生固定磁场的线圈中，通以额定的电流使线圈产生磁场磁化玻璃管中的磁粉，线圈的电流消失后，磁粉就带上了相对稳定的磁性，再把冲击电流计置于这个感应线圈中，就能够测试到这些磁场数据，把冲击电流计的参数送入示波器，就能够看到磁滞回线。
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* d8 }+ j# H; S4 b4 q+ m4 I图为针状氧化铁结晶

9 {4 E$ s' y0 L* k7 ]* W      测试合格的磁粉晶体颗粒很大，不能直接往带基上涂布，必须放进球磨机里研碎到百分之几个微米甚至更小。球磨机是一个装有几百个直径为一英寸的不锈钢球的钢铁圆柱体。球磨机旋转时，里面的整个物质都被搅动，钢柱把里面的磁粉晶体磨碎。
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一种类似的工业用球磨机
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      除了用球磨机研碎磁粉以外，另外一种实用的方法就是沙磨。所谓的沙磨就是，一个水平放置盘围绕一个圆柱的轴心旋转，一定量的渥太华沙（具有的颗粒尺寸为0.7毫米的一种特殊沙粒）和磁粉缓和，利用高速旋转的摩擦来粉碎磁粉。这个方法是杜邦公司发明的，此外还有摩擦器（attritor)，胶体磨（colloid mill)，乳油包（creamery package)等方法，不同的方法得到的效果基本一致。

( j; G4 c; H7 ~4 o( }2、粘合剂
6 W. T8 ]- I! L& ~     粘合剂的基本作用是把合乎要求的磁粉分子颗粒保留在带基材料上，它的组成很讲究，多数公司分别有自己独到的配方。它本身可以是醋酸乙烯酯、乙基纤维素以及同类材料中的一种。除此之外还含有容剂，一般是两种或者更多，第一种为制作较薄的沾合层使用，第二种能与带基起化学反应，令粘合剂和带基唧唧地结合在一起而不会脱落，每一种的比例都要十分滴精确，否则磁带在制作过程中的涂布和干燥就会产生问题。除了粘合剂和溶剂以外，还要加入一种润湿剂，使粘合剂能够完全彻底滴渗透到氧化物的分子之间，并产生一种平滑的混合物。由于所有的各种微细粉末都有粘在一起形成快、抱成团的趋势，而氧化铁也有这样的趋势， 加入润湿剂以后可以解决这个问题。除此之外，还应该加入一种润滑剂，是硅油的一种，以使磁带可以平滑地通过磁头，减少对磁头的磨损，同时也起到阻止磁粉颗粒集结粘连的倾向。那么这个剂那个剂到底都是什么呢？其实当年生产录音磁带时，有很多种组合配方，在这里我给出其中一组供大家参考：
9 n& l' R: m1 \" V* y  {  w6 P粘合剂：硝化棉
溶剂：醋酸丁酯、醋酸乙酯、甲苯、乙二醇乙醚等
湿润剂：乙醇+水
3 F7 n1 U7 b# J7 f! ~+ H, [润滑剂：硅油脂

9 n2 f: g( L) t% A3、带基
# G# f. U1 S" ]- D     最先出售的磁带式采用牛皮纸（常用的棕色包装纸）作带基，之前必须先对牛皮纸进行砑光以得到特别光滑的表面，其优点是不易被拉长，不会变脆。但是有严重的缺点：有裂痕后容易扯断，表面不光滑产生噪声。由于最终制成的磁带的性能与带基有很大的关系，所以带基材料必须满足下面的条件：
1、价格适中
2、不易长霉
* m- {4 i' c( k* o) B3、不易燃
4、生产过程中产生的公差很小
5、涂上磁粉前后的柔软度差别不大
6、表面光洁平整
$ j4 K, O' k, L. V: ^' s7、有高度的光泽
0 u  d; O6 o! w, h4 ?8、厚度在12微米左右
9、不易带上电荷
10、湿度变化的时候，不应该膨胀或者收缩
& [+ p+ X) S+ y% j" g9 J11、能够在自然条件下存放在仓库中
12、承受的变形来拉力不录音机的张力大得多
$ \' u% M; e& ?, ~2 U  k' `$ d13、磁粉涂层不易脱落
- a) D& t* y8 W9 E       醋酸纤维带基是应用的最广泛的带基材料。由高纯度纤维素和醋酸反应使得醋酸基沿着纤维素聚合物链以精确地百分比连合。在与稳定剂、增塑剂混合并溶解于溶剂中。
       聚酯带基，这种带基是美国杜邦公司发明的。聚对苯二甲酸乙醇，醇脂系由乙二醇与对苯二酸在仔细控制的条件下惊醒缩聚反应形成。它是一种完全的塑料，不包含任何增塑剂，成分不再变化非常稳定，因此它是具有极高稳定性与强度的薄膜。聚酯是一种比醋酸纤维更高的材料，虽然他可以伸长并保留在延伸状态，而粗疏安前卫则会断裂。在14°C相对湿度在50%的时候一条23微米的6.35毫米的聚酯带基在1.92公斤的拉力时开始变形，在3.46公斤时断裂；而同样规格的醋酸带基在1.68公斤时开始变形，1.77公斤的拉力时断裂。
& N9 p3 S- s$ ~$ ]: z       聚氯乙烯，这种带基在德国生产的磁带最常用，美国等其他国家很少用。它的卷绕特性特别好，但是容易拉伸变形，虽然过段时间能够再恢复。
       坦泽，坦泽为3M公司的秘密研制的材料，是一种厚度为38.1微米的塑料，抗拉断力是3.73公斤，不怕水也不怕干燥。
5 V) c( h6 o% }4 f+ c5 p有了磁粉、带基、粘合剂等，就可以生产磁带了。生产录音磁带很类似现在的各种各样的胶布等生产，胶布是有胶带和胶水经过涂布机涂布后经过一定程度的烘干而产生，然而磁带的生产却比它复杂和严谨得多，录音磁带的生产大致有一下几个过程：
A、磁浆的生产
      上文中我们提到，铁磁物质要经过球磨机磨成合乎要求的磁粉，其实这个过程也很复杂和缓慢，要把磁粉研磨到几分之一甚至几百分之一的微米晶体，不可能是一个一挥而就的事情，要经过很长时间（几天甚至十几天）不停地研磨和不停地取样观察，随时把样品用3.5玩倍以上的放大镜观察针状晶体的情况，研磨的速度时而快时而慢，这其中还要解决研磨过程中产生的静电、热量等问题。随着颗粒越来越小，其质量越来越轻，极易在容器的空间里吸附或者结块，同时还要控制好研磨空间内的温度等问题，这个过程中还会产生氧化铁的其它结晶结构，除了针状晶体以外任何结构都不是我们需要的。虽然经过抽样检测认为符合要求了，但是不能象生产面粉一样把它们暂时取出并存放起来，这样会使研磨好的磁粉不能再使用。研磨合格的磁粉，利用重力传送或者气压推动使其通过一个过滤器装置，过滤器只能让小于25个微米甚至更小的氧化铁分子晶体通过。这时就要往容器中加入溶剂和粘合剂等原料进行搅拌，这个过程当中，溶剂种类、粘合剂成分比例以及磁粉、溶剂、粘合剂以及水的比例要适合，不同的厂家以及不同用途和尺寸的磁带有不同的要求。这些经过搅拌后的磁粉、溶剂、粘合剂和水组成的混合物就是磁浆。这些磁浆还要经过一个更细小的过滤器，确保5---10个微米的磁浆流入涂布机。录音磁带生产的鼎盛时期，磁粉晶体颗粒已经能够做的1个微米甚者更小，目前市场能看到的我国的连环牌儿的AT-220，已经接近一个微米的磁粉颗粒了，需要用14万倍以上的显微镜才能够观察到了。

2 F4 X  ]) D& @: iB、带基
     前文我们提到了带基成分组成，绝大多数的录音带生产厂家不自己生带基，都是有专业的塑料薄膜厂家按照要求生产好。生产好的带基多数是款几米长度在几百上千米的卷在一起。磁带生产厂家就是把自己做好的磁浆涂布在带基上在经过一系列的处理形成磁带。
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. D4 A4 z: m' }) y( a: n6 TC、涂布和涂布机
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2 A+ n2 @# k% X: a& p0 M1 |- H. ~未完待续...

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要饭的

学习了

雪夜开门

雪夜开门

版主威武！

321654邝美云

红灯记，真知识。知道磁带是怎样做成，以前念书时曾老想着：这样一卷类似胶质的东西，拉出一条长带子，里面却录入了声音？神奇的东西。太美妙了。

泉水叮咚

谢谢版主给大家普及知识

happy168k

經典美學

太費心了！感恩

zhangchaoying

雪夜开门

灯版太了不起了，这样的知识，能让我们在聆听美妙音乐时，想到更多的历史，发明家，技术人员，机器设备，加工，制造，材料等等场景，同时能以一种感恩的心来欣赏美好的事物（感恩一词楼上经典美学朋友用的特别好，此处借用），在现在的时代里，真的特别需要有一颗感恩的心，这样活着才会不急不躁，心平气和。。。。。。这个论坛，这里的朋友，让我感受到一种世外桃源的清静雅致，谢谢！

CT-F900

长见识了，好文章

blhzk

好贴啊

明主任

极好的科普贴,又有话题内容了.多谢.

红灯记

谢谢以上开友的鼓励，这篇帖子内容还有一些，因时间关系不能一挥而就，我会尽快补齐剩下的内容，精彩实用的还在后面：比如怎样判别磁带脱粉的原因以及相应的补救措施，请大家随时关注这个帖子

52CD

好贴,图文并茂,灯版费心了,期待下文。

kuro

极其有用的知识，磁带抗拉断力的数据有印象了。。。期待下期中磁带脱粉的原因以及相应的补救措施！！！大赞三声。。。。。