專利名稱：具有富碳涂層的底物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有富碳外層的底物，特別是具有富碳外層的磁性記錄介質(zhì)和一種等離子體沉積涂層的方法。
磁性記錄介質(zhì)通常由附著到底物上的可磁化材料組成。一種普通的磁性介質(zhì)由可磁性固化的顏料粘接涂料組成(后者由可磁化顏料顆粒于聚合物粘接劑中的分散體制得)，涂在撓性、通常是聚合物的非磁性載體上。
磁性介質(zhì)有各種各樣包括音頻和視頻和視頻磁帶，計算機(jī)軟盤和拉伸表面記錄磁盤(SSR)，SSR通常由一種硬的圓形載體和一種有一適于附到該載體的周向的記錄層的薄聚合物膜組成。參見例如US patent No.4，623，570。
為最佳操作，磁性介質(zhì)應(yīng)有極平滑耐用的記錄表面，具有最小的摩擦系數(shù)。目前的記錄介質(zhì)，摩擦系數(shù)常常隨環(huán)境濕度的變化而變化。這在介質(zhì)于各種使用環(huán)境下操作時，引起了不希望的變化。
潤滑劑常用于磁性介質(zhì)中以有助于降低介質(zhì)與記錄磁頭間的磨損。潤滑劑或者在涂覆前加到粘接材料和可磁化顆粒分表散體中或作為外涂層加入并浸漬到磁性層中。
良好的確性介質(zhì)應(yīng)有足夠的表面電導(dǎo)率以避免在使用時于產(chǎn)生靜電。例如涂在非導(dǎo)體撓性底物上的非導(dǎo)體磁性層如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚酰胺，為達(dá)到適當(dāng)?shù)碾妼?dǎo)性，可能需要作一些特殊處理。這可通過在涂覆前加一種導(dǎo)體如炭黑到磁性顏料中來完成。另一種方法是將非磁性炭黑涂料涂到撓性底物的背面或涂在介質(zhì)正面的磁性層下。
這些提供電導(dǎo)性的每種方法都有缺陷。當(dāng)炭黑加到磁性層中，導(dǎo)致信號損失，因為炭黑占據(jù)了供磁性顏料可能占據(jù)的空間。另涂炭黑層需要額外的加工步驟，因此是昂貴的且降低了生產(chǎn)率。
目前的磁性介質(zhì)，水蒸汽能滲入磁性層而使其壽命縮短。極易滲入水蒸汽和氧的磁性層也使細(xì)菌易于生長或使磁性顏料氧化。
碳涂層已應(yīng)用到硬盤和非粘接料型磁性介質(zhì)中，參見如US patent No.4，833，031，但在耐用性，滲透性方面并不成功，摩擦系數(shù)隨環(huán)境濕度變化的穩(wěn)定性也很差。撓性磁性介質(zhì)通常通過使用表面涂潤滑劑和使用炭黑以提高電導(dǎo)性從而提高其壽命。
用等離子體沉積制備碳涂層的方法以前就有，但有缺陷。U.S.patent No.4，645，977公開了一種使用感應(yīng)等離子體形成碳膜的方法。使用高氣流，高壓和高能量導(dǎo)致碳粉的形成而不是光滑、堅硬和碳膜。
盡管已經(jīng)可獲得碳涂層和等離子體沉積碳涂層的設(shè)備，但仍需要有含可磁化顏料的聚合層的撓性碳性介質(zhì)，它不需要分散在粘接料層或另外的導(dǎo)電層中的導(dǎo)電顆粒。也需要很耐用且有較低摩擦系數(shù)(該系數(shù)在從0到100%的環(huán)境濕度范圍內(nèi)是穩(wěn)定的)的磁性介質(zhì)。也需要一種水蒸汽和氧氣基本不滲透的磁性記錄介質(zhì)。
本發(fā)明提供一種磁性記錄介質(zhì)，它包括上面涂有磁性層的底物和附著到磁性層上不含粘接料的富碳涂層。該底物既是聚合物的也是撓性的，富碳層包括至少50原子百分?jǐn)?shù)的碳，通常包括70-95原子百分?jǐn)?shù)的碳，0.1-20原子百分?jǐn)?shù)的氮，0.1-15原子百分?jǐn)?shù)的氧和0.1-40原子百分?jǐn)?shù)的氫。
富碳層最好不滲水蒸汽和氧氣，Molls硬度約5-8和表面電導(dǎo)率約108-1012歐姆/方(ohms/square)。當(dāng)暴露到從0到100%的環(huán)境濕度時，帶有富碳涂層的磁性記錄介質(zhì)最好有基本穩(wěn)定的動摩擦系數(shù)。
本發(fā)明也提供一種在底物(包括磁性介質(zhì))上等離子體沉積富碳涂層的方法，它包括下列步驟(a)將底物置于真空室中;(b)借下列步驟在真空室中產(chǎn)生富碳等離子體(1)將適宜提供富碳涂層的等離子體氣體注入到空心陰極中，(2)提供足夠的電壓以產(chǎn)生和維持等離子體，和(3)在所述真空室中為所述等離子體維持一足夠的真空;和(4)當(dāng)射頻偏壓設(shè)置作用于該底物時，將底物暴露于等離子體中，借此等離子體向底物加速并作為富碳涂層沉積在其上。雖然本發(fā)明書后面涉及磁性記錄介質(zhì)，但所描述的方法能用來沉積碳涂層到任何能用等離子體沉積輝光放電方法涂覆的底物。這樣的底物包括(僅作為例子)薄膜;纖維帶;板或盤;和模塑的，機(jī)加工的或其它結(jié)構(gòu)元件。通常，底物厚度不超過1cm。
等離子體氣體是提供富碳涂層所需組分的任何適宜的氣源如飽和不飽和烴，含氮烴，含氧烴，含鹵烴和含硅烴。等離子體氣體可以是氣態(tài)或汽化的液體，也可以包括載氣如氬氣。對某些應(yīng)用，可能也需要使用含氮氣體。
通常，射頻偏壓設(shè)備是射頻偏壓電極，其頻率約25KHz到400KHz，偏壓約-100到-1500伏。有可能增加頻率范圍高達(dá)且包括兆赫茲范圍。優(yōu)選的產(chǎn)生電壓的方法是借助于脈沖DC電源。產(chǎn)生并維持在空心電極中的電壓通常為-30到-4000伏;低壓為-1000V是最常見的。供給空心電極的功率通常為200到12000瓦，更常見為500到2000瓦。
空心陰極優(yōu)選由石墨或耐火金屬如鎢，鉭或鉬制成，且通常長度與直徑之比約為15∶1到1∶30。當(dāng)空心陰極不是圓形橫載段時，“直徑”意味著最大的橫載面尺寸。當(dāng)涂覆熱敏性底物時，空心陰極最好水冷。
優(yōu)選在等離子體沉積期間底物與射頻偏壓電極(例如銅板)接觸。真空值通常維持在約1-300毫托，優(yōu)選5-50毫托，且總進(jìn)料氣體流率通常約為10-500sccm。
磁性介質(zhì)優(yōu)選上述顏料粘接劑型，帶有涂在可磁化層上的富碳層。
也可包括產(chǎn)生富碳等離子體的一個或多個附加空心陰極。附加陰極能在磁性介質(zhì)上提供多于一種類型的涂層或提高富碳層堆積速率。
用于本文中的術(shù)語“富碳”意味著富碳層有至少約50原子百分?jǐn)?shù)碳。
用于本文的修飾磁性介質(zhì)的術(shù)語“撓性”表示與磁性數(shù)據(jù)記錄硬盤(例如Winchester或硬盤)的撓曲剛度相比，磁性記錄介質(zhì)具有低的撓曲剛度D。D定義為D＝ (Ed3)/(12(1-V))其中d＝(記錄層+底物)的厚度(m)E＝(記錄層+底物)的楊氏模量(N/m2)V＝(記錄層+底物)的泊松比用于本文中的與富碳層有關(guān)的術(shù)語“基本不滲透”意味著200埃(A)厚的富碳層是水蒸汽和氧的阻擋層，且允許透過該層的水蒸汽小于2克/m2·天和氧氣小于2cM3/M2-day-atm.氧滲透率按ASTM Testmethod D-3985法使用Modern Controls，Inc.，Minneapolis，Minnesota制備的Mocon Permeahility Tseter測試。測試室用氮氣沖洗以置換背景氧氣，進(jìn)行第一次氧滲透率測試。然后向測試室中導(dǎo)入氧氣，在規(guī)定時間后進(jìn)行第二次滲透率測試。第一次和第二次測試值差作為滲透率。
用于本文中的與磁性記錄介質(zhì)動態(tài)摩擦系數(shù)有關(guān)的“基本穩(wěn)定”表示動態(tài)摩擦系數(shù)在規(guī)定的條件范圍內(nèi)變化不超過20%。


圖1是本發(fā)明噴射等離子體蒸汽沉積裝置示意圖;
圖2是對比例磁性介質(zhì)摩擦系數(shù)(Y)與相對濕度%(X軸)關(guān)系的曲線圖;
圖3是本發(fā)明磁性介質(zhì)摩擦系數(shù)(Y軸)與相對濕度%(X軸)關(guān)系的曲線圖;
圖4是磁性介質(zhì)剝落力(lb/in)(Y軸)與剝落速率(in/min)(X軸)關(guān)系的曲線圖。
本發(fā)明提供一種帶有富碳外層的磁性記錄介質(zhì)。本發(fā)明也提供一種用噴射等離子體沉積法在磁性介質(zhì)上沉積優(yōu)異的富碳涂層的方法。優(yōu)選的用本發(fā)明方法可涂覆的磁性介質(zhì)通常包括一種在粘接劑中的可磁化顆粒的聚合分散體(磁性層)，在一撓性非磁性載體上作為涂層。涂料也可用本發(fā)明的新方法涂到其它記錄介質(zhì)上，例如涂到包括沉積在一底物上的磁性薄膜的介質(zhì)上。磁性薄膜可以是無聚合粘接劑的可磁化層如蒸汽沉積的鈷-鎳或鈷-鉻層或濺射的鋇鐵層。富碳涂層被沉積并附著到磁性層上。術(shù)語“撓性”如上所述。撓性介質(zhì)和硬介質(zhì)的差別通過通常的硬盤和3個撓性盤Iomega Cor-poration的Bernoulli盤，普通磁盤和拉伸表面記錄盤(SSR)的D值比較而示出。
硬盤Bernoulli普通磁盤SSRD(N-m)36.4 2.00×10-42.00×10-41.98×10-5這樣，用于本說明書中的撓性意味著D小于36優(yōu)選小于1×10-2。
本發(fā)明的其它撓性產(chǎn)品通常有類似的低撓曲剛度。
噴射等離子體裝置參照圖1，這里示出了噴射等離子體裝置(標(biāo)為10)。該裝置包括經(jīng)流量控制器24和25連到進(jìn)口管26的等離子氣體源20和22。等離子體氣體經(jīng)流量控制器24和25進(jìn)到真空室30，并經(jīng)進(jìn)口段28進(jìn)到空心陰極40中。
在真空室30中有空心陰極40，陽極50，射頻偏壓電極60和底物(例如磁性記錄介質(zhì))70。底物70從第一個卷軸72纏開關(guān)重新纏繞到第二個卷軸74。
經(jīng)過流量控制器24和25的等離子體氣體進(jìn)到真空室30和空心陰極40中。DC脈沖電源80(例如Airco Temescal Model CL-2A500maA最大輸出功率電源)借電路82直接連到空心陰極40和借電路84連到陽極50，以提供輝光放電。AC偏壓電源90(例如ENI Power systems，Inc.，Rochoster，New York的Plasmaloc3電源)借電路92連到射頻偏壓電極60上。AC電源90和DC電源80都接地(100)。
為監(jiān)測真空室30中的情況，安裝質(zhì)譜儀110、發(fā)射譜儀120和電容測壓計130并連到真空室30中。
在真空室30中產(chǎn)生并維持真空由擴(kuò)散泵140和機(jī)械泵150來完成，它們借真空進(jìn)口142連到室30中。
空心陰極40是一個有各種橫截面例如圓形、正方形、矩形或八角形的空心管。陰極40有一個氣體進(jìn)口44和等離子體出口46。陰極長度是進(jìn)口44和出口46之間的距離。陰極的’直徑”被定義為該陰極的最大橫截面尺寸，無論陰極是圓柱形橫截面還是其它截面。
來自流量控制器24和25的氣體經(jīng)進(jìn)口段28進(jìn)到進(jìn)口44。通常等離子體氣體以及15-500sccM的總進(jìn)氣流量注入到空心陰極40。
通常，細(xì)長空心陰極46長徑比為約15∶1到1∶30，在這個比值范圍外也可用。當(dāng)陰極40是圓形橫截面時，其內(nèi)徑約為0.5cm到5cm。陰極優(yōu)選為極難熔材料如石墨、鉬、鎢或鉭以耐高于20000℃的溫度。然而，低于20000℃的操作溫度也是很普通的，因為高溫，管40必須用一個本身耐熱的緊固件固定在真空室中。
對于大直徑管，可有一些附加元件，例如與陰極同心的石英管可用于引入等離子體氣體。它可以從進(jìn)口44部分沿陰極長度延伸(例如延伸到陰極長度的一半)。石英管尖端(放電端)相對陰極出口46的位置影響沉積過程的電壓并可用來調(diào)節(jié)該電壓。在較高功率下，在陰極和石英管中溫度更高，石英管可能破裂，因此在石英管和空心陰極內(nèi)部之間有一個石黑護(hù)罩。
管狀陰極內(nèi)部元件用來破碎等離子體進(jìn)料氣體中的碳源如乙炔。等離子體進(jìn)料氣體當(dāng)進(jìn)入到該裝置時被限制在管40中以使其從出口端46噴出。
優(yōu)選用脈沖DC電源在真空中產(chǎn)生并維持電壓。優(yōu)選的脈沖DC電源將提供一經(jīng)過0(通常)-200次/秒的電壓。產(chǎn)生并維持在空心陰極中的電壓通常約-30到-1000伏，但其它電壓也可用。供給空心陰極的功率通常為12000瓦，更常見為500到2000瓦。
使用脈沖DC電源在維持穩(wěn)定的等離子體時，在真空室中有相對高的電流而不是電弧。在為簡化本發(fā)明的實施例所進(jìn)行的實驗中發(fā)現(xiàn)用正常的DC電源，當(dāng)?shù)入x子體電流密度超過某一限值時，放電成為電弧。Hipotronics生產(chǎn)的25千瓦DC電源最初安裝了使用480V，3相線的0-3000V濾波直流電。穩(wěn)定的輝光放電經(jīng)受住在約-500伏下高達(dá)約400mA的電源。增加等離子體電流將會產(chǎn)生一個不穩(wěn)定的等離子體，因為電壓低于約100V。對該電源改進(jìn)以用480V，無輸出濾波電容的單相線操作。這一改進(jìn)提供了在0-8安培下0-3000V的脈沖(120Hz)DC電勢。借助改進(jìn)的脈沖，甚至在低電壓下可維持穩(wěn)定的等離子體。
給定正確的條件，穩(wěn)定的噴射等離子體160在真空室中形成并以圓錐形模型從陰極40的等離子體出口46展開。優(yōu)選的等離子體將有高的進(jìn)料氣體破碎速率以提供一個在底物70上富碳涂層快速沉積的速率。
射頻偏壓電極60通常是金屬板如銅板。水冷金屬板是優(yōu)選的偏壓設(shè)備。射頻偏壓電極通常頻率約100KHz到400KHz，偏壓約-100伏到-1500伏。優(yōu)選在等離子體沉積期間，底物70與射頻偏壓電極60接觸。使用偏電壓，補(bǔ)充的等離子體在射頻電極60附近產(chǎn)生，該電極為底物提供一負(fù)電勢并促使等離子體160向底物70有效而快速地沉積。
本發(fā)明提供一種富碳外涂層，該涂層提高了壽命，增加了導(dǎo)電性并提供了基本不滲透水蒸汽和氧氣的阻擋層。本發(fā)明的富碳涂層通常包括一種含大于50atom%無定形碳及其它組份如氧、氮和氫的組合物。該富碳涂層抗磨耐用，且即使在高濕度下仍能很好地粘附到磁性介質(zhì)上。該富碳涂層能二維拉伸而不會明顯降低其性能，因此很容易用于SSR盤型中。
富碳涂層組份能借助下列參數(shù)控制(1)等離子體氣體的壓力，2)進(jìn)料氣的組成，3)空心陰極的結(jié)構(gòu)和4)脈沖DC電源和射頻電源所提供的電功率。進(jìn)料氣包括一種碳源，例如飽和和不飽和烴如甲烷，乙烷，乙烯，乙炔或丁二烯，含氮烴如甲基胺或乙腈;含氧烴如甲醇或丙酮;或含鹵烴如甲基碘或甲基溴;和含硅烴如四甲基硅烷，氯代三甲基硅烷，或四甲氧基硅烷。不飽和烴，含氮和含鹵烴是優(yōu)選的。
碳源在使用溫度和壓力下可以是氣態(tài)或是易揮發(fā)或汽化的液態(tài)碳源。載體氣體也可與烴源氣一起使用。載氣可以是惰性氣體和氮氣，氖氣，氬氣或氮氣。氮氣被發(fā)現(xiàn)為富碳涂層提供了所需的特性如增加了富碳涂層的導(dǎo)電性。
涂層的厚度通常大于5納米，優(yōu)選約10到100納米，再優(yōu)選10-40納米，再優(yōu)選10-20納米。更厚的涂層是可能的但通常不需要。底物在等離子體中以設(shè)定的速度移動以提供一個所希望厚度的涂層。對于上述氣流速率和設(shè)備，底物70從卷軸12到卷軸74傳輸速度通常為4到400mm/s。
本發(fā)明的磁性介質(zhì)使用任何能將可磁化顏料分散體粘合到底物70的聚合物粘接料。適宜粘接料的例子包括聚氯乙烯，聚乙酸乙烯酯，聚丙烯酸酯，聚酯，聚酰胺酯，熱塑性聚亞胺酯樹脂，纖維素衍生物如纖維素乙酸·丁酸，苯乙烯-丁二烯共聚物，苯氧基樹脂，丁二烯和甲基丙烯酸共聚物，至少2個選自下列單體的共聚物氯乙烯，乙酸乙烯酯，丙烯腈，乙烯醇，乙烯基丁酰和1，1-二氯乙烯。舉例來說，從Union Carbide商購的VAGH和其它的熱固性，熱塑性或輻射固化樹脂都是可用的。
富碳外涂層將起增加壽命和降低摩擦系數(shù)的作用，因此能代替常規(guī)的潤滑劑。但是人們發(fā)現(xiàn)某些潤滑劑能粘附到富碳涂層表面并提供額外的好處。
U.S.patent No.3，490，946公開了氟碳化合物能用作磁性記錄介質(zhì)的潤滑劑。U.S.patent No.s3，778，308;4，267，238;和4，268，556公開了使用全氟聚醚(PPE)用作磁性介質(zhì)潤滑劑保護(hù)層。有適宜側(cè)基或端官能基的潤滑劑能在富碳涂層上化學(xué)鍵合或交聯(lián)。例如含丙烯酸酯全氟聚醚的潤滑劑可交聯(lián)。參見如U.S.patent No.4，526，833。加入例如聚全氟醚潤滑劑外涂層(通常直徑3.5英寸(80mm)記錄盤的單面加0.5mg)發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步提高了富碳涂層的壽命。
U.S.patent no.4，526，833的全氟聚醚能用輻照如紫外(UV)輻照交聯(lián)(參見U.S.P4，526，833第9欄，46-56行)。少量的引發(fā)劑(例如基于100份重量的PPE4.5份重量)可與PPE混合使用。一種這類引發(fā)劑是Darocure2959的改性物。Darocure引發(fā)劑能夠通過與下式全氟丁氧基二異丙氧基-2-丙酰氟反應(yīng)來改性。該丙酰氟的合成參見U.S.latent No.4，749，526 Example10， 改性的Darocure引發(fā)劑的結(jié)構(gòu)式被認(rèn)為是下式 在制備改性Darocure引發(fā)劑的一個實驗中，295g全氟丁氧基二異丙氧基-2-丙酰氟與66.55g Darocure2959反應(yīng)。該Darocure2959引發(fā)劑與300ml四氫呋喃在裝有機(jī)械攪拌器、冷凝器和氮氣鼓泡器的1升三頸燒瓶中混合。全氟丁氧基二異丙氧基-2-丙酰氟歷時10分鐘加入。所得褐色混合物回流過夜。得深琥珀色產(chǎn)物。
用作非磁性載體(磁性涂料組合物涂在該載體上)的物料包括聚酯如聚對苯二甲酸乙二醇酯或聚2，6-苯二酸乙二醇酯;聚烯烴如聚乙烯或聚丙烯，纖維素衍生物如三乙酸纖維素;諸如聚苯硫，聚碳酸酯，聚酰胺或聚酰亞胺。載體優(yōu)選的例子包括托聚對苯二甲酸乙二醇酯;聚2，6-苯二酸乙二醇酯和聚酰亞胺膜。在本發(fā)明其它撓性片材中，如上所述的具有一種底物和無可磁化層的材料也包括在內(nèi)。在這種情況下，等離子體可進(jìn)行或不進(jìn)行預(yù)處理直接沉積在底物上。
這些載體的厚度通常約5到100微米，但根據(jù)使用的磁性記錄介質(zhì)不同，厚度在上述范圍內(nèi)有相當(dāng)寬的變化。載體是撓性的從而使得帶有載體，可磁化層和富碳涂層的磁性介質(zhì)是撓性的。
本發(fā)明的磁性介質(zhì)可具有任何所需的形狀如音頻磁帶，視頻磁帶，計算機(jī)軟盤或SSR。本發(fā)明特別適用于SSR(參見例如U.S.patent No.4，623，570，該專利作為本申請的參考文獻(xiàn))。SSR借徑向張力固定在一拉伸結(jié)構(gòu)上。
借下列非限制性實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
實施例1-6用各種比例和類型的進(jìn)料制備本發(fā)明的富碳涂層以改變所得涂層的元素組成。石墨管用作空心陰極40，它長10cm，內(nèi)徑1.2cm，放置在距底物70 10cm處。偏壓保持在-1275V。
表1示出了本發(fā)明富碳涂層的典型的元素組成和典型的加工條件。涂層的化學(xué)改性通過改變進(jìn)料氣體的組成和進(jìn)料氣體組成的比例(在一個系統(tǒng)中)來完成。因為實施例1-4的數(shù)據(jù)用ESCA(化學(xué)分析用中子能譜法)獲得，這些數(shù)據(jù)不包括按FTIR(傅立葉變換光譜法)測得涂層中的氫元素。實施例5和6的數(shù)據(jù)用微燃燒分析法(microcombustion anlysis)獲得。

對比例A將不帶碳涂層的SSR盤暴露在各種相對濕度值的環(huán)境中，同時測量摩擦系數(shù)。這是測試相對濕度對盤的摩擦系數(shù)的影響。SSR盤按照U.S.patent No.4，623，570制備。用來制備SSR盤的磁性介質(zhì)由一涂在37.5gm PET上的磁性層組成。磁性層含有在聚合粘接料中的摻鈷的γ-鐵氧化物和鋁氧化物顆粒。聚合粘接料包括聚亞胺酯(Estane 5703)乙烯類(VAGH)(Union Carbide的產(chǎn)品)和異氰酸酯。
圖2示出了不用碳處理的SSR盤摩擦系數(shù)與相對濕度(%)的關(guān)系。在整個測試范圍，濕度從低于10%到90%，摩擦系數(shù)在高濕度時急刷增加。
摩擦測試通過用標(biāo)稱法向負(fù)荷10克力放置一玻璃球(9.5mm直徑)與SSR盤表示接觸。該盤以很低的速度(0.1到0.3rpm)旋轉(zhuǎn)同時用力轉(zhuǎn)換器測量作用在玻璃球上法向和切向的力。力轉(zhuǎn)換器信號被數(shù)字化并用計算機(jī)記錄。摩擦系數(shù)(切向力除以法向力)用計算機(jī)計算并儲存。測試是在一個干氮氣和濕氣氮流過的密封室中進(jìn)行的。濕氮氣是將氮氣經(jīng)加熱而獲得的。通過控制加到測試室中濕氮氣和干氮氣的相對量，可控制相對濕度(RH)。
相對濕度用工業(yè)濕度計監(jiān)測。示出在圖2中的結(jié)果是從相對濕度為10%，盤轉(zhuǎn)數(shù)為2開始的。相對濕度在每增加2個轉(zhuǎn)數(shù)增加10%直至90%RH。圖2中的無碳處理的SSR盤表明摩擦系數(shù)隨相對濕度提向而大大增加。
實施例7本發(fā)明的磁性介質(zhì)是通過噴射等離子體涂覆到對比例A的SSR盤上而制備的。SSR盤放置在水冷銅偏壓板60上并暴露到噴射等離子體中22秒中。進(jìn)料氣體是63sccm的1-氯丙烷和150sccm氬氣的混合物。脈沖DC電源(60Hz)設(shè)在450mA，使得約-500V電壓加到陰極40上。偏壓電極60的偏壓是約-1150V，射電頻率100KHz。真空室壓力保持在約10毫托。20nm厚的富碳層沉積在該盤上。如圖3所示噴射等離子體碳處理磁性介質(zhì)表明在整個相對溫度范圍內(nèi)用描述在對比例A中的設(shè)備和方法測試的摩擦系數(shù)穩(wěn)定不變。
實施例8噴射等離子體碳涂覆和未涂覆的SSR盤的壽命用兩種方法測試。SSR盤用U.S.Patent No.4，623，570的方法，使用磁性涂PET輥子來制備。在第一個測試法中，用10克負(fù)荷力將一玻璃球(9.5mm直徑)壓列盤表面，試樣以600rpm速率旋轉(zhuǎn)。該球從盤的旋轉(zhuǎn)中心引入到盤半徑從2.8到3.6cm的盤表面。監(jiān)測摩擦系數(shù)且摩擦系數(shù)增加超過其初始值20%被視為失效，測試以時間一失效記錄終止。為了使SSR盤更均衡，在測試前在60%RH下將它們儲存幾天。測試在5%RH下于環(huán)境溫度下進(jìn)行。
在這些條件下，無碳涂層盤持續(xù)約1分鐘。第二組SSR盤用涂溶劑的底涂層和氟碳化合物潤滑劑涂覆。氟碳化合物潤滑劑(商標(biāo)名為F08)是聚全氟醚二丙烯酸酯。對于這些盤，使用六聚丙烯酸乙內(nèi)醚酯底涂層。底涂層和潤滑劑分別以溶劑溶液形式用旋轉(zhuǎn)涂覆。第二組盤在失效前持續(xù)約10分鐘。
第三組僅涂氟碳化合物(F08)盤試樣在失效前也持續(xù)約10分鐘。
第四組試樣，涂有20nm厚的噴射等離子體富碳層和氟碳化合物潤滑劑F08，持續(xù)超過8小時而不失效。噴射等離子體涂層條件是進(jìn)料氣40sccmC2H2和150sccm氬氣;脈沖(60Hz)DC電源;475mA，-500V，偏壓-1275V;壓力10毫托;卷輪速度24cm/m。富碳涂層表面電阻約6×1010歐/方。
在第二個方法中，將幾個具有如上所述的噴射等離子體沉積富碳涂層的SSR盤放到有一個SSR磁頭(參見例如U.S.patert No.4，809，1047的Mini scribe型8438硬盤磁盤機(jī)以代替最初的硬盤記錄磁頭。磁盤機(jī)放到一個環(huán)境控制的室中并開動馬達(dá)。環(huán)境條件每天在下列環(huán)境條件組循環(huán)一次。
條件#123456溫度(℃)2149421494RH(%)302030808080用兩種方法之一監(jiān)測SSR耐用性失效。在方法1中，磁盤每天用目測一次。在SSR磁頭下有破損區(qū)的磁盤被視為失效。未涂覆磁盤試樣在1天內(nèi)失效(環(huán)境條件的一個完整循環(huán))。涂有如上所述的HHA底涂層和氟碳化合物潤滑劑F08的試樣表現(xiàn)出不同的壽命，一天之內(nèi)5個磁盤試樣有一個試樣失效。用噴射等離子體沉積20nm厚的富碳層保護(hù)層的6個試樣持續(xù)13天未見失效。在方法2中，SSR磁盤的單軌用一記錄電流不變頻率方波經(jīng)SSR磁頭磁性記錄。磁盤機(jī)和磁盤然后放置到環(huán)境控制室并開動磁盤驅(qū)動馬達(dá)。然后電子監(jiān)測記錄信號，如果在超過8微秒信號低于通常信號值20%，則關(guān)閉磁盤機(jī)馬達(dá)并在計算機(jī)上記錄失效時間。用這種方法，帶有噴射富碳涂層和氟碳潤滑劑外涂層的SSR磁盤持續(xù)80天未見失效。
實施例19在列于表Ⅱ的各種條件下，用噴射等離子體涂層涂覆磁性介質(zhì)帶?？招年帢O內(nèi)徑1.2cm，在磁性介質(zhì)正前方20cm處;暴露時間50秒;偏壓為-1275V;脈沖頻率60Hz;卷帶速度24cm/m，測得試樣180度剝落，結(jié)果給出在圖4。

噴射等離子體涂層對磁性介質(zhì)的強(qiáng)烈粘附性被認(rèn)為是耐用堅固涂層的先決條件。磁性介質(zhì)試樣的背面用環(huán)氧樹脂粘到硬質(zhì)鋁帶上。25Am厚的聚亞酰(由Dupont制備的Kaptron聚酰亞胺)帶用于壓敏粘接劑粘到磁性介質(zhì)噴射等離子體涂層側(cè)。為改進(jìn)粘接性，試驗試樣在600℃下處理24小時并冷卻到室溫。使用Instron儀器，Model1122以180度剝落下的幾倍速度將聚酰亞胺帶從涂層上除去。分離所需的力示出在圖4中。線105和113是無噴射等離子體涂層的對比試樣測試結(jié)果。線101，103和105是于環(huán)境溫度下儲存約24小時的試樣測試結(jié)果，線111，113和115是于600℃和100%相對濕度下儲存24小時下的試樣測試結(jié)果。所有失效發(fā)生在粘接劑/富碳涂層界面間而不是在富碳涂層/磁性介質(zhì)界面間。這樣涂層的粘附力甚至比所示剝落強(qiáng)度值更強(qiáng)。
實施例10本發(fā)明的涂料在硅芯片上并測量涂層的Molls硬度。在約-1000V的高偏壓下，本發(fā)明涂層的Molls硬度是約6-8;在低壓(約-500V)下，Molls硬度是5-6，無偏壓時，Molls硬度低于5。
實施例11對無導(dǎo)電底層的未涂敷磁性介質(zhì)試樣(如在對比例A中所述的)進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)表面電阻率在1011到1012ohms/square之間。本發(fā)明在實施例9中條件下制備的帶有噴射等離子體涂層的磁性介質(zhì)(表Ⅱ，線103和111)有接近或低于109ohms/square的表面電阻率。這樣本發(fā)明的涂層有良好的抗靜電性能，而不損傷其它所希望的性能如硬度，粘著力和對水蒸汽，氧氣和其它氣體的不滲透性。
權(quán)利要求
1.一種在底物上等離子體沉積富碳涂層的方法，它包括下列步驟a.將底物置于真空室中；b.借下列步驟在該真空室中產(chǎn)生富碳等離子體；(i)向空心陰極中注入適于提供富碳涂層的等離子體；(ii)提供足夠的電壓以在該空心陰極產(chǎn)生并維持富碳等離子；(iii)在所這真空中為所述等離子體維持足夠的真空；c.將所述底物暴露在所述等離子體中，同時將所述底物緊靠射頻偏壓設(shè)備，借此所述等離子體朝著所述底物加速并作為富碳涂層沉積在該底物上。
2.權(quán)利要求1的方法，其中底物是磁性記錄介質(zhì)。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述的等離子體氣體包括選自下列的氣體飽和和不飽和烴，含氮烴，含氧烴，含鹵烴，和含硅烴。
4.權(quán)利要求1的方法，其中射頻偏壓設(shè)備的頻率為25KHz到400KHz，偏壓電壓為100伏到1500伏。
5.權(quán)利要求1的方法，其中在所述真空室中產(chǎn)生和維持的電壓由脈沖DC電源來完成。
6.權(quán)利要求1的方法，其中空心陰極包括選自下列的耐火材料石墨，鉬，鎢和鉭。
7.權(quán)利要求1的方法，其中在等離子體沉積時底物與射頻偏壓設(shè)備接觸且所述的射頻偏壓設(shè)備為導(dǎo)電板。
8.權(quán)利要求1的方法，其中真空室中的真空維持在約1到300毫托。
9.權(quán)利要求1的方法，其中等離子體氣體以約10到500sccm的總進(jìn)料氣體流率注入到空心陰極中。
10.權(quán)利要求2的方法，其中所述磁性介質(zhì)包括撓性非磁性底物和含可磁化顏料的聚合粘接材料，其中所述富碳層涂在含可磁化顏料的聚合粘接材料上。
11.權(quán)利要求2的方法，其中磁性介質(zhì)包括撓性非磁性底物和沉積在該底物上的磁性薄膜。
12.權(quán)利要求1的方法，其中底物包括撓性聚合物膜。
13.權(quán)利要求1的方法，還包括一個或多個產(chǎn)生一種或多種補(bǔ)充等離子體的附加空心陰極。
14.權(quán)利要求13的方法，其中多于一種類型的涂層沉積在所述的底物上。
15.按權(quán)利要求1到14任一個權(quán)利要求的方法制備的產(chǎn)品。
16.一種磁性記錄介質(zhì)，它包括底物和涂在該底物上并包括在一種粘接材料中的可磁化顆粒的磁性層，其特征在于(ⅰ)在所述磁化層上的不含粘接材料的富碳層;和(ⅱ)所述底物是聚合物且撓曲剛度D小于約36牛頓·米。
17.權(quán)利要求16的磁性記錄介質(zhì)，其中所述的富碳層包括的50到95原子百分?jǐn)?shù)的碳。
18.權(quán)利要求16的磁性記錄介質(zhì)，其中所述的富碳層包括的0.0到20原子百分?jǐn)?shù)的碳。
19.權(quán)利要求18的磁性記錄介質(zhì)，其中所述富碳層還包括0.1到20原子百分?jǐn)?shù)的氧和0.1到40原子百分?jǐn)?shù)的氫。
20.權(quán)利要求17的磁性記錄介質(zhì)，其中所述富碳層表面導(dǎo)電率約為108到1012歐姆/方。
21.權(quán)利要求17的磁性記錄介質(zhì)，其中在富碳層上還包括碳氟化合物潤滑劑。
全文摘要
提供一種磁性記錄介質(zhì)，它包括聚合物撓性底物和涂在該底物上的磁性層，該磁性層上附著了一層無粘接材料的富碳涂層，富碳涂層等離子體沉積到一種底物上的方法，已知a.將底物置于真空室中；b.通過將適宜提供富碳涂層的等離子體氣體注入到細(xì)長空心陰極中在真空室中產(chǎn)生富碳等離子體；提供足夠的電壓以產(chǎn)生和維持等離子體；和在真空室中為等離子體維持足夠的真空；和c.在射頻偏壓電極作用磁性介質(zhì)的同時，將底物暴露到等離子體中以使等離子體朝著底物加速并在底物上沉積富碳涂層。
文檔編號G11B5/64GK1110425SQ9410393
公開日1995年10月18日 申請日期1994年4月9日 優(yōu)先權(quán)日1994年4月9日
發(fā)明者G·A·科勒, R·W·杜斯特, D·P·思圖博 申請人:明尼蘇達(dá)州采礦制造公司