專利名稱：用于信息存儲媒體的玻璃陶瓷基片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于信息存儲媒體的玻璃陶瓷基片，特別是涉及一種例如由玻璃陶瓷制成的磁盤的信息存儲媒體的玻璃陶瓷基片，該磁盤具有改善的基片表面超級的平面度、與高速旋轉(zhuǎn)能完全適應(yīng)的高楊氏模量和低的比重，并具有與信息存儲媒體的各構(gòu)成部分的熱膨脹系數(shù)相匹配的熱膨脹系數(shù)的范圍。本發(fā)明還涉及一種用于制造該用于信息存儲媒體的玻璃陶瓷基片方法以及涉及利用這種玻璃陶瓷基片的信息存儲媒體。在本說明書中，術(shù)語“信息存儲媒體”是指磁盤形式的信息存儲媒體，并包含固定型硬盤、可移動型硬盤以及卡型硬盤，其分別用于個人計算機中的所謂的“硬盤”和在網(wǎng)上的信息存儲裝置，以及在例如數(shù)字式攝像機和數(shù)字相機中的用于存儲數(shù)據(jù)的磁盤形式的其他信息存儲媒體。
需要處理大量數(shù)據(jù)的用于多媒體用途的個人計算機和數(shù)字式攝像機以及數(shù)字相機的最近進展需要具有大記錄容量的磁信息存儲裝置。因此，為了增加記錄密度，磁信息存儲媒體不斷朝著增加位密度和磁道密度以及降低位單元的尺寸的趨勢發(fā)展。為了與位單元的尺寸降低相適應(yīng)，磁頭需要以更接近于磁盤表面的方式運行。隨著磁頭以近于接觸的狀態(tài)或者與磁盤表面接觸的狀態(tài)下運行，作為啟動和停止磁頭技術(shù)的著陸區(qū)系統(tǒng)的技術(shù)開發(fā)變得更為重要。根據(jù)這種系統(tǒng)，在磁盤的特定區(qū)域(例如沿徑向向內(nèi)和向外的非記錄的磁盤部分)形成紋理的防粘附處理以及磁頭的啟動和停止都在所謂的(“著陸區(qū)”)的區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)。
在目前磁信息存儲裝置中，通常使用CSS(接觸式起動停止)系統(tǒng)，按照該系統(tǒng)，啟動前磁頭是與信息存儲媒體的表面相接觸的，當磁頭開始運行時，磁頭從媒體表面提起。如果磁頭接觸的媒體表面過分呈鏡面，則在媒體表面和磁頭之間產(chǎn)生粘附，就會導(dǎo)致由于增加摩擦力使媒體難于平滑啟動旋轉(zhuǎn)以及會使媒體的表面產(chǎn)生損傷。因此，用于磁信息存儲媒體的基片必須滿足兩個相互矛盾的要求，即要降低隨增加存儲容量時的磁頭的滑行高度以及又要防止磁頭粘到媒體的表面上。為了滿足這些相互矛盾的要求，已經(jīng)開發(fā)研制了著陸區(qū)系統(tǒng)，以及除該著陸區(qū)系統(tǒng)之外，正在開發(fā)研究一種斜坡加載(ramp loading)系統(tǒng)，根據(jù)該系統(tǒng)除了磁頭的啟動和停止外，當磁頭由媒體表面移開時，磁頭與媒體的表面是完全接觸的。因此，當前對于用于磁信息存儲媒體的基片的要求是形成更平滑的表面。
為了通過用于磁信息存儲裝置的磁信息存儲媒體的更高速旋轉(zhuǎn)來更高速地傳輸信息，正在研究開發(fā)一種技術(shù)。隨著媒體的旋轉(zhuǎn)速度增加，媒體產(chǎn)生偏移和變形，這就需要更高的楊氏模量。此外，除了常規(guī)固定型硬盤以外，已經(jīng)提出例如可移動型的硬盤和卡型的硬盤的信息存儲媒體，并且已經(jīng)投入實際使用，各種用途的數(shù)字攝像機和數(shù)字相機也開始應(yīng)用。
在磁盤基片材料的技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)公知的是一種鋁合金。然而該鋁合金基片在拋光的過程中由于材料的各種缺陷而在基片表面上具有突起和點狀突起以及凹坑，因此作為用于高記錄密度存儲媒體的基片在平面度和平滑度方面是不足的。此外，由于鋁合金是一種軟材料具有低的楊氏模量和表面硬度，在媒體的高速旋轉(zhuǎn)的過程中發(fā)生基片的振動，結(jié)果導(dǎo)致媒體變形。在制造更薄的信息存儲媒體時也會遇到困難。此外，由于與磁頭相接觸，容易發(fā)生損害媒體。因此鋁合金基片不能與高速記錄的要求充分地適應(yīng)。
作為一種用于克服上述鋁合金基片所存在問題的一種材料，在本技術(shù)領(lǐng)域中公知的是由化學法調(diào)質(zhì)過的玻璃例如鈉鈣玻璃(SiO2-CaO-Na2O)以及鋁硅酸鹽玻璃(SiO2-Al2O3-Na2O)。然而這些材料存在如下的缺點(1)由于在化學調(diào)質(zhì)后進行拋光，而化學調(diào)質(zhì)層在制造更薄的磁盤時是極為不穩(wěn)定的。(2)由于該玻璃具有作為主要成分的Na2O，該玻璃有使媒體的成膜特性變差，以及為了防止Na2O擴散，需要在基片整個表面范圍內(nèi)涂覆阻擋涂層。這樣就妨礙以具有競爭力的成本制造穩(wěn)定的產(chǎn)品。
除鋁合金基片和化學調(diào)質(zhì)的玻璃基片以外，在本技術(shù)領(lǐng)域還公知某些玻璃陶瓷基片。例如在序號為5,626,935的美國專利中公開了由SiO2-Li2O-MgO-P2O5物系構(gòu)成的玻璃陶瓷，其包含焦硅酸鋰(Li2O·2SiO2)和α-石英(α-SiO2)作為主要結(jié)晶相，該玻璃陶瓷作為在其在整個表面進行紋理的材料是一種優(yōu)異的材料，其中通過控制α-石英(α-SiO2)的球狀晶粒的粒徑，可以略去通常機械紋理和化學調(diào)質(zhì)，以及在拋光以后的表面粗糙度(Ra)可以控制在由15埃到50埃的范圍內(nèi)。然而這種玻璃陶瓷不能與由迅速增加記錄密度所需要的低滑行高度的要求充分相適應(yīng)，其要求的表面粗糙度(Ra)為9?；蛞韵拢詈脼??；蛞韵?。此外在此專利中沒有對熱膨脹系數(shù)進行討論或者提出建議。
按照序號Hei9-35234公告公開的日本專利申請公開了一種由SiO2-Al2O3-Li2O的物系構(gòu)成的玻璃陶瓷構(gòu)成的磁盤基片，該物系的主要結(jié)晶相為焦硅酸鋰(Li2O·2SiO2)和β-鋰輝石(Li2O·Al2O3·4SiO2)。這種玻璃陶瓷的成分包含相對大量的Al2O3成分以及其中SiO2結(jié)晶例如α-石英(α-SiO2)和α-方英石(α-SiO2)的生長是極為受限制的。在拋光之后這種玻璃陶瓷的中心線平均表面粗糙度限定為20?；蛞韵?，而在這些實例中所公開的中心線平均表面粗糙度是約為12埃-17埃，這樣就不能達到上述所需的表面粗糙度，因此這種陶瓷玻璃不能充分地與磁頭的低滑行高度的要求相適應(yīng)。此外，由于這種陶瓷玻璃需要820℃-920℃高的結(jié)晶溫度，這樣就防礙以具有競爭力的成本大規(guī)模的制造產(chǎn)品。
包括上述公告號Hei9-35234的公開的日本專利申請的國際申請WO97/01164介紹了一種用于磁盤的玻璃陶瓷，其中Al2O3成分的下限被降低，并且結(jié)晶溫度也降低(680℃-770℃)。然而僅通過降低Al2O3成分的下限不可能實現(xiàn)充分的改進。此外，所有公開的實例中的生長的結(jié)晶都是β-鋰霞石(Li2O·Al2O3·2SiO2)。
因此本發(fā)明的一個目的是消除上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，以及提供一種用于信息存儲媒體的玻璃陶瓷基片，該基片具有優(yōu)異表面特征能夠與用于高密度記錄的斜坡載荷系統(tǒng)(即磁頭接觸記錄方式)相適應(yīng)，在楊氏模量和比重之間具有改進相互關(guān)系，由此該媒體可以經(jīng)受高速旋轉(zhuǎn)而不會引起振動，以及其熱膨脹系數(shù)能與媒體各個組分的熱膨脹系數(shù)相匹配。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于制造該玻璃陶瓷基片的方法。
本發(fā)明的在一個目的是提供一種利用這種玻璃陶瓷基片的信息存儲媒體。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明的發(fā)明人進行的不斷研究和實驗已經(jīng)取得成果，并導(dǎo)致形成本發(fā)明，發(fā)現(xiàn)在具有焦硅酸鋰(Li2O·2SiO2)和α-石英(α-SiO2)作為主要結(jié)晶相的玻璃陶瓷中，可以得到一種玻璃陶瓷，它優(yōu)于用于信息存儲媒體的現(xiàn)有技術(shù)的玻璃陶瓷，它具有細微的球狀晶粒，以及因此具有優(yōu)異的可加工性能，該玻璃陶瓷在拋光之后具有更平滑的表面，具有的熱膨脹系數(shù)能與媒體的各個組分的熱膨脹系數(shù)相匹配，以及具有高的楊氏模量和低的比重，能夠與媒體的高速旋轉(zhuǎn)相適應(yīng)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，實現(xiàn)本發(fā)明目的的用于信息存儲媒體的玻璃陶瓷基片由于它的優(yōu)異的平面性特別適用于斜坡載荷系統(tǒng)。
為了實現(xiàn)上述的本發(fā)明的目的，提供一種用于信息存儲媒體的玻璃陶瓷基片，它具有的楊氏模量(GPa)/比重為37或以上，并且包含的Al2O3按重量百分計(以氧化物成分為基準)為0到小于10。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，楊氏模量的范圍處于95GPa-120GPa及比重范圍處在2.4-2.6。
根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，熱膨脹系數(shù)在-50℃-+70℃溫度范圍內(nèi)為65×10-7/℃-130×10-7/℃。
根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，表面粗糙度Ra(算術(shù)平均粗糙度)在拋光之后為9?；蛞韵隆?br> 根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，主要結(jié)晶相為焦硅酸鋰(Li2O·2SiO2)和α-石英(α-SiO2)。
根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，該玻璃陶瓷基片基本上不含Na2O和PbO。
根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，其結(jié)晶相的晶粒為細微球狀晶粒。
根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，結(jié)晶相的晶粒的平均直徑為0.3微米或以下。
根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，該玻璃陶瓷基片包含有0.3％(重量)或以上的MgO(按氧化物成分為基準表示)。
根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，該玻璃陶瓷基片具有下列成分，均以氧化物成分為基準以重量百分數(shù)計SiO271-81％Li2O8-11％K2O 0-3％MgO 0.3-2％ZnO 0-1％P2O51-3％ZrO20.5-5％TiO20-3％
Al2O34-8％Sb2O30.1-0.5％SnO20-5％MoO30-3％NiO 0-2％CoO 0-3％Cr2O30-3％以及具有作為主要結(jié)晶相的焦硅酸鋰(Li2O·2SiO2)和α-石英(α-SiO2)。
根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，提供一種用于信息存儲媒體玻璃陶瓷基片，其具有作為主要結(jié)晶相的焦硅酸鋰(Li2O·2SiO)和α-石英(α-SiO2)，它們具有細微球狀晶粒和拋光之后的表面粗糙度Ra(算術(shù)平均粗糙度)為9埃或以下。
根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，提供一種制造用于信息存儲媒體的玻璃陶瓷基片的方法，該方法包含的步驟有熔化玻璃原料；成形熔化玻璃；退火所形成的玻璃以及然后對所形成的玻璃進行熱處理，在成核溫度(550℃-650℃)下持續(xù)1～12小時以成核；對所形成的玻璃進一步進行熱處理，在由680℃-800℃的結(jié)晶溫度下持續(xù)1-12小時以結(jié)晶；以及對該玻璃陶瓷進行拋光使表面粗糙度(Ra)達到9埃或以下。
根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，提供一種通過形成磁膜提供的信息存儲媒體，以及如果需要，還可有其它層，它包含在上述玻璃陶瓷基片之上的底涂層、保護層和潤滑層。
下面將介紹關(guān)于限定物理特性、表面特征、主要結(jié)晶相、晶粒直徑和組分的原因。玻璃陶瓷的組分是以在其基礎(chǔ)玻璃中的氧化物組分表示的。
下面將首先對于楊氏模量和比重進行描述。
如前所述，為了改進記錄密度和數(shù)據(jù)傳輸速度有增加信息存儲媒體高速旋轉(zhuǎn)的趨勢。為了適應(yīng)這種趨勢，即基片材料必須具有高的剛性和低的比重，以便防止在高速旋轉(zhuǎn)的過程中因偏移所引起的振動。此外，在這種情況下，即磁頭與磁媒體相接觸使用的情況或?qū)⒃撁襟w用于一種便攜式裝置例如可移動型存儲裝置的情況，該基片材料必須具有足夠的機械強度，楊氏模量和表面硬度，以便適合于這種應(yīng)用。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果基片具有高的剛性，但又具有大的比重，則在高速旋轉(zhuǎn)過程中由于大的重量從而產(chǎn)生磁盤的偏移而導(dǎo)致磁盤發(fā)生振動。相反，如果該基片具有低比重，而且具有低的剛性，則磁盤同樣可能產(chǎn)生振動。因此，必須在高的剛性和低的比重的明顯的相互矛盾的特性之間進行平衡。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)楊氏模量(GPa)/比重的適當范圍是37或以上，優(yōu)選為39或以上，更優(yōu)選為41或以上，最優(yōu)選為43或以上。還已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，剛性有一個優(yōu)選的范圍。即使以低的比重來滿足上述比值，但從防止磁盤振動的觀點出發(fā)，最好楊氏模量至少為95GPa?？紤]到基片的可加工性能和基片的重量增加，基片的楊氏模量上限最好為120GPa。對于比重，考慮防止振動，即使基片具有高的剛性，該基片最好應(yīng)當具有的比重為2.6或以下。如果比重低于2.4，實際上在這種玻璃物系的玻璃陶瓷中不可能得到具有所需剛性的基片。因而楊氏模量(GPa)/比重最好為50或以下。
下面將對于熱膨脹系數(shù)進行描述。當記錄密度增加時，磁頭相對于信息記錄媒體的定位需要高的精度，因此對于用于該媒體的基片以及各部件需要高的精度的尺寸。因此，在用于該媒體的基片和各部件之間的熱膨脹系數(shù)的影響不能夠被忽略，并且熱膨脹系數(shù)的差必須降低到最大可能的程度。關(guān)于用于小尺寸的磁信息存儲媒體的各部件，具有的熱膨脹系數(shù)范圍由+90×10-7/℃到+100×10-7/℃的材料是經(jīng)常采用的，以致該基片需有相同數(shù)量級的熱膨脹系數(shù)。然而存在這樣一種情況，驅(qū)動器制造商采用其熱膨脹系數(shù)在上述范圍即熱膨脹系數(shù)在約+70×10-7/℃到+125×10-7/℃之外的材料制成各部件。由于這個原因，在本發(fā)明的結(jié)晶物系中，已經(jīng)確定了熱膨脹系數(shù)的范圍以便使該基片將盡可能寬地適用于各部件的材料，同時具有足夠基片的強度。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，由-50℃到+70℃溫度范圍內(nèi)的熱膨脹系數(shù)最好應(yīng)當處于由+65×10-7/℃到+130×10-7/℃的范圍內(nèi)。在相同的溫度范圍內(nèi)的熱膨脹系數(shù)的優(yōu)選范圍為95×10-7/℃到110×10-7/℃。
下面對于主要結(jié)晶相的晶粒直徑和基片得表面特征進行描述。
正如前面所述，隨著信息記錄媒體的記錄密度增加，磁頭的滑行高度大大地降低到0.025微米或以下，已經(jīng)達到一種近于接觸式記錄系統(tǒng)或者接觸式記錄系統(tǒng)。為了于這種趨勢相適應(yīng)，該媒體必須具有比現(xiàn)有技術(shù)的磁盤更平整的表面。如果試圖在具有現(xiàn)有技術(shù)的平面度的表面的磁信息存儲媒體上進行高記錄密度的輸入和輸出信息，不可能實現(xiàn)正常的輸入和輸出磁信號，因為在磁頭和媒體之間的距離太大。如果將這一距離降低，就會發(fā)生磁頭碰撞媒體的表面從而導(dǎo)致?lián)p傷磁頭或者媒體。為防止損傷磁頭和媒體，雖然用極低的滑行高度或者接觸記錄，該基片的表面粗糙度(GPa)也應(yīng)為9?；蛞韵聻楹?，6?；蛞韵赂?由于同樣的原因，該基片的最大表面粗糙度(Rmax)為100埃為好，72?；蛞韵赂?。
為了得到具有這樣平面度的玻璃陶瓷基片，生長的晶粒形狀和直徑就成為重要的因素。為了基片的加工性能和表面粗糙度，生長的晶粒為細微球狀晶粒為好。更確切地說，該晶粒最好具有的平均直徑為0.3微米或以下，更優(yōu)選為0.2微米或以下，以便達到所需的表面粗糙度。為了得到所需的楊氏模量，晶粒的平均直徑最好為0.05微米或以下。
為了實現(xiàn)上述所需物理特性、熱膨脹系數(shù)和表面粗糙度，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)焦硅酸鋰(Li2O·2SiO2)和α-石英(α-SiO2)作為主要結(jié)晶相的組合是最佳的組合。
關(guān)于Na2O，如果該基片包含這種成分，則在該磁膜形成的過程中產(chǎn)生Na離子向磁膜中的擴散，這樣就會使得該磁膜顆粒變粗以及使方向性變差。因此該基片必須基本上不含這種成分。該基片還應(yīng)當不含PbO，從環(huán)境保護的觀點出發(fā)，是不希望包含PbO的。
此外，用于信息存儲媒體的基片也要求不含有例如結(jié)晶非各向同性，外部異物和雜質(zhì)缺陷，并具有細微和均勻的紋理結(jié)構(gòu)。通過提供具有上述結(jié)晶形狀和直徑的主要結(jié)晶相焦硅酸鋰和α-石英可以滿足這些要求。
下面將描述關(guān)于限制在各種權(quán)利要求中所限定的基礎(chǔ)玻璃的成分范圍的原因。
SiO2成分對于通過對基礎(chǔ)玻璃熱處理時生長作為主要結(jié)晶相的焦硅酸鋰(Li2O·2SiO2)和α-石英(α-SiO2)是非常重要的成分。如果這種成分的含量低于71％，玻璃陶瓷中生長的結(jié)晶體變得不穩(wěn)定以及它的紋理結(jié)構(gòu)趨于變得粗。如果這種成分的含量超過81％，則難于熔化和形成玻璃。
Li2O成分對于通過對基礎(chǔ)玻璃進行熱處理生長作為主要結(jié)晶相的焦硅酸鹽(Li2O·2SiO2)是非常重要的成分。如果這種成分的含量低于8％，則難以生長這種結(jié)晶相以及難于熔化該基礎(chǔ)玻璃。如果這種成分的含量超過11％，所生長的結(jié)晶體是不穩(wěn)定的，它的紋理結(jié)構(gòu)趨于變粗，它的化學耐久性變差。
K2O成分改進了玻璃的熔化特性，并且防止生長的結(jié)晶體變得太粗。這種成分的含量達到3％足夠。
MgO和ZnO成分對于穩(wěn)定作為主要結(jié)晶相生長的焦硅酸鋰(Li2O·2SiO2)結(jié)晶體的生長過程是非常有效的，并且防止對本發(fā)明的玻璃陶瓷的機械和熱特性產(chǎn)生有害影響α-方英石(α-SiO2)結(jié)晶體的生長。如果MgO成分的含量低于0.3％，就不可能產(chǎn)生這種影響。如果MgO這含量超過2％，或者ZnO的含量超過1％，所得到的產(chǎn)品將是不穩(wěn)定的，它的紋理結(jié)構(gòu)變得太粗。
P2O5成分作為一種成核劑是不可缺少的。如果這種成分的含量低于1％，則晶核生長將變得不足，以造成結(jié)晶的不正常的生長。如果這種成分的含量超過3％，將在基礎(chǔ)玻璃中發(fā)生反玻璃化作用。
ZrO2和TiO2成分除了像P2O5成分作為成核劑的功能以外，對于使生長的結(jié)晶體變得細微是有效的，由此改進了機械強度和改進了化學耐久性。如果ZrO2成份的含量低于0.5％，就不可能產(chǎn)生這些影響。如果ZrO2成分含量超過5％或者TiO2成份含量超過3％，則難于使基礎(chǔ)玻璃熔化，并且ZrSiO4和類似的渣呈不熔化狀態(tài)。
Al2O3成分對于改進玻璃陶瓷的化學耐久性和機械強度是有效的。根據(jù)熱處理時的條件，生長的結(jié)晶的類型不同。考慮到熱處理的各種不同的條件，這種成分的含量應(yīng)當?shù)陀?0％，以便生長焦硅酸鋰(Li2O·2SiO2)和α-石英(α-SiO2)。這種成分的優(yōu)選范圍是4-8％。
Sb2O3在熔化基礎(chǔ)玻璃中是作為細化劑添加的。如果這種成分的含量低于0.1％不可能產(chǎn)生這種影響。這種成份添加達到0.5％就足夠。
SnO2和MoO3成分作為玻璃陶瓷的上色劑是有效的。這種成分對于檢測產(chǎn)品的表面缺陷是特別有效的。這些成分還可以添加以便于LD激發(fā)激光(Nd:YAG和其他)的吸收，并用于在磁盤上的著陸區(qū)的紋理化。這種成分在該玻璃狀態(tài)中具有優(yōu)異的半透明性以及因此這些成分的添加便于檢查在結(jié)晶前的材料。這種成分還使得玻璃陶瓷在它的結(jié)晶過程中形成顏色。SnO2成分的含量如果達到5％將足夠，MoO3成分的含量可高達3％。
與SnO2和MoO3相似，NiO、CoO、Cr2O3各成分的對改進LD激發(fā)激光(Nd:YAG或者其他)的LD)吸收是有效的，并用于磁盤上的著陸區(qū)紋理化。然而這些成分在該玻璃狀態(tài)不具有半透明性，以像SnO2和MgO成分一樣。如果NiO到含量高達2％將足夠，分別添加的CoO成分的含量高達3％以及Cr2O3成份的含量高達3％。
為了制造本發(fā)明的用于信息存儲媒體的玻璃陶瓷基片，將上述成份的玻璃原料熔化，然后進行熱或者冷成形處理。對所形成的玻璃在550℃到650℃范圍的溫度下進行持續(xù)1-12小時的熱處理以成核，然后在680℃到800℃范圍的溫度下進行持續(xù)1-12小時的進一步熱處理，以形成結(jié)晶。
通過熱處理得到的玻璃陶瓷的主要結(jié)晶相是焦硅酸鋰(Li2O·2SiO2)和α-石英(α-SiO2)，它具有球狀晶粒，其晶粒直徑為0.05微米或以上，以及0.30微米或以下。
然后按照常規(guī)方式對玻璃陶瓷進行研磨和拋光，得到表面粗糙度(Ra)為3埃-9埃以及Rmax為100埃的用于信息存儲媒體的玻璃陶瓷基片。
實施例下面描述本發(fā)明的實施例。
表1-6表示根據(jù)本發(fā)明制造的用于信息存儲媒體的玻璃陶瓷基片的成分連同成核溫度、結(jié)晶溫度、主要結(jié)晶相、晶粒直徑(平均)、拋光以后的表面粗糙度(Ra)、Rmax、楊氏模量、比重、楊氏模量(GPa)/比重以及熱膨脹系數(shù)的實施例(1號到30號)。表7表示美國專利5,636,935中公開的作為現(xiàn)有技術(shù)SiO2-Li2O-MgO-P2O5物系的陶瓷玻璃(比較用實例1)以及在公告號Hei9-35234的日本專利申請公開(比較用實例2)中和WO/01164國際申請(比較用實例3)中公開的作為現(xiàn)有技術(shù)的SiO2-Al2O3-Li2O物系的陶瓷玻璃的成分和上述特性。
表1實施例1 2 3 4 5SiO275.375.577.277.5 74.3Li2O 9.9 9.9 10.49.99.5K2O2.0 2.02.0MgO 0.8 1.0 0.5 0.50.5ZnO 0.5 0.5 0.5 0.50.5P2O52.0 2.0 2.0 1.82.0ZrO22.3 2.3 2.6 2.62.0TiO2Al2O37.0 6.6 6.6 7.06.0Sb2O30.2 0.2 0.2 0.20.2As2O3SnO21.5MoO31.5NiOCoOCr2O3成核溫度(℃)550 550 550 550560結(jié)晶溫度 (℃) 780 770 780 780780LD LD LD LD LD結(jié)晶相和0.100.100.100.10 0.10晶粒直徑(平均)(μm) α-qα-qα-qα-q α-q0.200.200.200.20 0.20楊氏模量(GPa) 100 105 113 120105比重2.472.482.502.52 2.48楊氏模量(GPa)/比重40 42 45 48 42表面粗糙度(Ra) 7.0 8.0 7.5 6.07.3最大表面粗糙度(Rmax) 79.083.080.472.0 81.2熱膨脹系數(shù)(10-7/℃)(-50℃-+70℃) 110 100 119 123115
表2實施例6 7 8 9 10SiO273.571.3 71.3 71.0 81.0Li2O 10.010.0 10.0 11.0 9.0K2O 1.5 1.51.51.51.0MgO 0.5 1.01.01.00.5ZnO 0.5 0.50.50.50.2P2O52.0 2.02.02.01.5ZrO21.5 2.02.02.00.7TiO21.5 1.51.51.00.7Al2O36.0 7.07.06.85.0Sb2O30.2 0.20.20.20.2AS2O30.1SnO21.52.00.1MoO31.51.0NiO 0.5 0.5CoO 1.8 2.0Cr2O30.5 0.5成核溫度(℃) 560 560560590550結(jié)晶溫度 (℃) 770 760780790780LD LD LD LD LD結(jié)晶相和 0.100.10 0.10 0.10 0.05晶粒直徑(平均)(μm ) α-qα-q α-q α-q α-q0.200.20 0.05 0.05 0.10楊氏模量(GPa) 100 115118118100比重 2.542.54 2.53 2.48 2.48楊氏模量(GPa)/比重 39 45 47 48 40表面粗糙度(Ra)5.5 6.35.35.05.0最大表面粗糙度(Rmax)63.076.0 53.0 51.0 54.0熱膨脹系數(shù)(10-7/℃)(-50℃-+70℃) 98 100105108100
表3實施例11 12 13 14 15SiO273.879.0 76.0 74.0 75.0Li2O 9.9 9.0 10.0 10.5 9.0K2O 2.0 3.0 1.0 2.0 2.5MgO 0.8 0.5 0.3 2.0 1.0ZnO 0.5 0.8P2O52.0 1.5 2.5 2.0 1.5ZrO22.8 1.5 1.0 3.0 3.3TiO21.0 2.0Al2O37.0 4.5 4.0 4.0 7.4Sb2O30.2 0.3 0.3 0.2 0.1As2O30.20.1SnO20.5 3.1 0.1MoO3NiOCoO 0.3Cr2O3成核溫度(℃) 570 600 550 580 600結(jié)晶溫度 (℃) 740 800 740 760 750LD LD LD LD LD結(jié)晶相和 0.050.05 0.05 0.10 0.10晶粒直徑(平均)(μm) α-qα-q α-q α-q α-q0.050.05 0.05 0.30 0.10楊氏模量(GPa) 100 120 115 120 110比重 2.472.40 2.43 2.48 2.46楊氏模量(GPa)/比重 40 50 47 48 45表面粗糙度(Ra)3.0 3.0 4.0 9.0 5.0最大表面粗糙度(Rmax)32.038.0 48.0 100.056.0熱膨脹系數(shù)(10-7/℃)(-50℃-+70℃) 95 109 100 128 115
表4實施例1617 18 19 20SiO277.8 72.0 75.8 73.1 74.0Li2O 10.5 8.5 9.59.5 10.5K2O 2.0 0.5 1.00.5MgO 1.5 1.0 0.31.5 1.5ZnO 1.0 0.5P2O51.3 1.0 2.22.5 1.5ZrO21.5 4.0 5.00.5 5.0TiO22.5 0.5Al2O34.2 5.0 6.07.0 5.0Sb2O30.1 0.3 0.20.2 0.2As2O30.1 0.3 0.2 0.2SnO24.5MoO32.1NiO 1.7CoOCr2O32.7成核溫度 (℃)630 560 550570 550結(jié)晶溫度 (℃) 780 740 760780 740LDLD LD LD LD結(jié)晶相和 0.10 0.10 0.05 0.10 0.07晶粒直徑(平均)(μm) α-q α-q α-q α-q α-q0.20 0.10 0.05 0.10 0.10楊氏模量(GPa) 108 118 110116 100比重 2.51 2.55 2.46 2.56 2.49楊氏模量(GPa)/比重 4346 45 45 40表面粗糙度(Ra)8.0 4.0 3.04.5 4.0最大表面粗糙度(Rmax)95.0 38.0 29.0 51.0 35.0熱膨脹系數(shù)(10-7/℃)(-50℃-+70℃) 108 105 95 100 105
表5實施例2122 23 2425SiO276.4 75.2 72.5 75.6 78.0Li2O 8.8 8.5 8.5 9.5 8.5K2O2.5 0.5MgO 1.5 1.5 1.7 0.5 1.0ZnO 0.5 0.8 0.3 0.7P2O51.3 2.5 1.5 2.5 1.5ZrO24.2 0.7 1.0 4.5 1.0TiO23.0 2.5 0.5 0.5Al2O34.5 4.0 8.0 4.5 5.3Sb2O30.3 0.3 0.4 0.1 0.5As2O30.3 0.3 0.5SnO24.0MoO32.8NiO 1.5CoO 2.5Cr2O3成核溫度 (℃) 580 600 550 570 620結(jié)晶溫度(℃) 750 800 740 760 780LDLD LD LDLD結(jié)晶相和 0.05 0.10 0.10 0.20 0.20晶粒直徑(平均)(μm) α-q α-q α-q α-q α-q0.10 0.10 0.30 0.05 0.10楊氏模量(GPa) 118 100 118 115 106比重 2.43 2.46 2.48 2.49 2.51楊氏模量(GPa)/比重 4941 48 4642表面粗糙度(Ra)4.8 4.2 7.0 3.0 3.5最大表面粗糙度(Rmax)58.0 49.0 88.0 31.0 45.0熱膨脹系數(shù)(10-7/℃)(-50℃-+70℃) 115 118 130 108 100
表6實施例26 27 28 29 30SiO272.075.173.072.079.0Li2O 8.5 8.5 10.510.88.5K2O 2.5 1.0 1.0 2.7 1.5MgO 0.9 0.5 0.5 1.0 0.5ZnO 0.8 1.0 0.8 0.5 1.0P2O62.5 1.5 2.0 1.5 1.2ZrO20.5 1.5 4.0 3.5 3.0TiO21.0 1.0Al2O34.5 6.0 5.0 4.5 5.0Sb2O30.2 0.3 0.2 0.2 0.2As2O30.1 0.3 0.3 0.1SnO25.0 0.3MoO33.0NiO 2.0CoO 3.0Cr2O32.5 3.0成核溫度(℃) 550 560 580 550 580結(jié)晶溫度(℃) 720 740 780 750 740LD LD LD LD LD結(jié)晶相和 0.300.300.200.100.05晶粒直徑(平均)(μm) α-qα-qα-qα-qα-q0.050.050.050.050.05楊氏模量(GPa) 100 115 108 100 105比重 2.582.492.462.472.44楊氏模量(GPa)/比重 39 46 44 40 43表面粗糙度(Ra)3.0 3.0 3.0 3.2 3.8最大表面粗糙度(Rmax)28.025.036.033.042.0熱膨脹系數(shù)(10-7/℃)(-50℃-+70℃) 98 96 97 98 96
表7比較用實施例1 2 3SiO269.0 76.1 76.0Li2O 9.0 11.8 10.0K2O 7.0 2.8 2.8MgO3.5ZnO0.5P2O51.5 2.0 2.0ZrO21.0PbO1.5Al2O35.0 7.1 7.0BaO1.5Sb2O30.2 0.2As2O20.5成核溫度(℃) 450 500 450結(jié)晶溫度 (℃)760 850 750LDLDLD結(jié)晶相和 0.10 0.10 0.10晶粒直徑(平均)(μ m) α-q β-鋰輝石 β-方英石0.60 0.80 0.50楊氏模量(GPa) 878990比重 2.43 2.53 2.48楊氏模量(GPa)/比重 363536表面粗糙度(Ra) 151710最大表面粗糙度(Rmax) 180 230 124熱膨脹系數(shù)(10-7/℃)(-50℃-+70℃)646064
為了制造上述實施例中的陶瓷玻璃基片，將包含氧化物、碳酸鹽和硝酸鹽的原料混合，然后在常規(guī)的熔化裝置中在1350℃到1450℃的溫度范圍內(nèi)使之溶化。攪拌熔化的玻璃以使之均勻，之后成型為盤形，再進行退火以得到成形玻璃。然后，對成形玻璃在550℃到650℃的溫度范圍內(nèi)進行持續(xù)1～12小時熱處理以便形成晶核，并在680℃到800℃溫度范圍內(nèi)進行持續(xù)1～12小時的進一步熱處理以結(jié)晶化得到所需要的陶瓷玻璃。然后，利用平均顆粒直徑范圍為5微米到30微米的研磨用顆粒進行研磨約10-60分種，然后利用顆粒直徑范圍由0.5-2微米的氧化鈰進行精細拋光30-60分鐘。
如在表1-7中所示，本發(fā)明的玻璃陶瓷與作為現(xiàn)有技術(shù)的玻璃陶瓷的比較用實例在主要結(jié)晶相和晶粒直徑(平均)方面是不同的。在本發(fā)明的玻璃陶瓷中，焦硅酸鋰(Li2O·2SiO2)和α-石英(α-SiO2)的晶粒是細微球狀晶粒，而比較用實例1、2和3中的玻璃陶瓷具有大的晶粒直徑(平均)約為0.5微米或以上。從目前朝著超級平面度的趨勢看來，具有這種晶粒直徑的各比較用實例中的陶瓷玻璃會由于拋光之后的表面粗糙度以及晶粒從媒體表面脫落而帶來困難。
關(guān)于楊氏模量、比重和楊氏模量(GPa)/比重，本發(fā)明的玻璃陶瓷具有優(yōu)異的楊氏模量(GPa)/比重，其為39或以上，而比較用實例1、2和3中的玻璃陶瓷具有的楊氏模量(GPa)/比重小于37，因此不能和高速旋轉(zhuǎn)驅(qū)動相適應(yīng)。此外，關(guān)于熱膨脹系數(shù)，本發(fā)明的陶瓷玻璃的熱膨脹系數(shù)為95×10-7/℃或者其以上，而比較用實例1、2和3中陶瓷玻璃具有低的熱膨脹系數(shù)，其為64×10-7/℃或以下。特別是，比較用實例2和3中的陶瓷玻璃包含β-鋰輝石和β-方英石，它們都是具有負熱膨脹系數(shù)特性的結(jié)晶相，因此在這些玻璃陶瓷和驅(qū)動器裝置中的部件間的熱膨脹系數(shù)的差將變得這樣大，以至于這些玻璃陶瓷不適用于信息存儲媒體的基片。
在上述各實施例的玻璃陶瓷基片上，利用DC濺射法形成Cr中間層(80納米)、Co-Cr磁性層(50納米)以及SiC保護層(10納米)的薄膜。然后在所形成的薄膜上涂敷全氟聚醚潤滑劑(5納米)以便形成信息存儲媒體。由于具有優(yōu)異的超級平面度，經(jīng)此得到的信息存儲媒體與現(xiàn)有技術(shù)的信息存儲媒體相比較就可以降低滑動高度。此外，本發(fā)明的信息存儲媒體可以用于斜坡載荷系統(tǒng)的信息存儲裝置，在該系統(tǒng)中以磁頭與信息存儲媒體的表面相接觸的方式進行輸入和輸出信號而不會損傷磁頭或者媒體。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明提供一種適用于信息存儲媒體的玻璃陶瓷基片，這種基片消除了現(xiàn)有技術(shù)基片的缺點，以及它的平直表面特征能夠與高記錄密度相適應(yīng)，在高楊氏模量和低比重之間實現(xiàn)優(yōu)異的平衡，故適用于高速旋轉(zhuǎn)，以及它的熱膨脹系數(shù)能與信息存儲媒體驅(qū)動裝置中部件的熱膨脹系數(shù)相匹配。根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于制造玻璃陶瓷基片以及利用這種基片的信息存儲媒體。
權(quán)利要求
1．一種用于信息存儲媒體的玻璃陶瓷基片，其具有的楊氏模量(GPa)/比重為37或以上，并包含按氧化物計為0-＜10％(重量)的Al2O3。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃陶瓷基片，其中的楊氏模量為95GPa-120GPa及比重為2.4-2.6。
3．如權(quán)利要求1或2所述的玻璃陶瓷基片，其中在-50℃-+70℃的溫度范圍內(nèi)的熱膨脹系數(shù)為65×10-7/℃-130×10-7/℃。
4．如權(quán)利要求1-3中之一所述的玻璃陶瓷基片，其中在拋光之后表面粗糙度Ra(算術(shù)平均粗糙度)為9埃或以下。
5．如權(quán)利要求1-4中之一所述的玻璃陶瓷基片，其中主要結(jié)晶相為焦硅酸鋰(Li2O·2SiO2)和α-石英(α-SiO2)。
6．如權(quán)利要求1-5中之一所述的玻璃陶瓷基片，基本上不包含Na2O和PbO。
7．如權(quán)利要求1-6中之一所述的玻璃陶瓷基片，其中結(jié)晶相中的晶粒是細微球狀晶粒。
8．如權(quán)利要求1-7中之一所述的玻璃陶瓷基片，其中結(jié)晶相中的晶粒的平均直徑為0.30微米或以下。
9．如權(quán)利要求1-8中之一所述的玻璃陶瓷基片，其包含按氧化物組分計為0.3％(重量)或以上的MgO。
10．如權(quán)利要求1-9中之一所述的玻璃陶瓷基片，其具有下列成分，均以氧化物成分為基準以重量計百分數(shù)計SiO271-81％Li2O8-11％K2O 0-3％MgO 0.3-2％ZnO 0-1％P2O51-3％ZrO20.5-5％TiO20-3％Al2O34-8％Sb2O30.1-0.5％SnO20-5％MoO30-3％NiO0-2％CoO0-3％Cr2O30-3％以及具有作為主要結(jié)晶相的焦硅酸鋰(Li2O·2SiO2)和α-石英(α-SiO2)。
11．一種用于信息存儲媒體的玻璃陶瓷基片，其具有作為主要結(jié)晶相的焦硅酸鋰(Li2O·2SiO2)和α-石英(-SiO2)，它們具有由細微的球狀晶粒以及在拋光之后的表面粗糙度Ra(算術(shù)平均粗糙度)為9埃或以下。
12．一種用于制造在權(quán)利要求1-11中之一所述的用于信息存儲媒體的玻璃陶瓷基片的方法，它包含的步驟有熔化玻璃原料，使熔化的玻璃成形，退火成形玻璃以及然后對成形的玻璃在550℃-650℃的溫度范圍內(nèi)進行持續(xù)1～12小時熱處理，用于成核，然后在680℃-800℃的溫度范圍內(nèi)對已成形的玻璃進行持續(xù)1-12小時的進一步熱處理，用于結(jié)晶化，然后將玻璃陶瓷研磨拋光使得表面粗糙度(Ra)為9?；蛞韵?。
13．一種信息存儲媒體，是通過在權(quán)利要求1-12中之一所述的玻璃陶瓷基片上形成磁膜提供的，如果需要在，還可在該基片上形成包含底涂層、保護層以及潤滑層的其他各層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在斜坡載荷系統(tǒng)的信息存儲裝置中適用的信息存儲媒體的玻璃陶瓷基片。該玻璃陶瓷基片的楊氏模量(Gpa)/比重為37或以上，以及包含按氧化物計為0－< 10%(重量)的Al
文檔編號C03C10/00GK1237545SQ9910408
公開日1999年12月8日 申請日期1999年3月23日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月23日
發(fā)明者后藤直雪, 石岡順子, 川嶋康之 申請人:株式會社小原