CN102807328A

CN102807328A - 提高玻璃衬底强度的方法

Info

Publication number: CN102807328A
Application number: CN2012101768921A
Authority: CN
Inventors: 铃木升二; C·布瑞斯克
Original assignee: WD Media LLC
Current assignee: WD Media LLC
Priority date: 2011-06-03
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2032-05-31
Also published as: US20120308722A1; US8834962B2; CN102807328B

Abstract

本发明涉及一种提高玻璃衬底的强度的方法。一种用于加固适用于存储设备的玻璃盘衬底的方法，包括将至少一部分玻璃衬底浸入溶液中，该溶液包括溶剂和从由NaOH、KOH、和KNO₃构成的组中选择的涂层材料，从溶液中移出玻璃衬底，让溶剂从玻璃衬底蒸发，并且在预先选择的温度将玻璃衬底加热预先选择的持续时间，其中预先选择的温度足够充分熔化涂层材料，且该温度低于所述玻璃衬底的转变温度。

Description

提高玻璃衬底强度的方法

技术领域

本发明涉及信息存储技术，更具体地，尤其涉及提高用于存储设备的玻璃衬底强度的方法。

背景技术

盘形状的玻璃衬底的机械强度主要取决于存在于内直径边缘的细微裂纹。这些裂纹的深度一般大约在1μm到100μm数量级。这些裂纹是在加工过程中产生的，例如取芯或磨削，从而使衬底的倒角边缘成形。提高玻璃衬底强度的传统处理，包括通过刷子或氧化铈浆料磨光来移除这些裂纹，或通过利用被称为化学加固的工艺，用诸如K离子的更大离子取代熔融盐浴中的诸如Na离子或Li离子的原生碱性离子。对于化学加固工艺，一般只可以使用具有合适的碱性原子组分的玻璃。诸如KNO₃、NaNO₃、或其组合的材料一般用于化学加固。以上参考的离子注入技术一般不依赖于离子交换。同样地，可以处理具有较少碱性离子的玻璃，以及通过将玻璃制品浸入熔融KOH或LiOH浴中或通过使制品暴露于由KOH或LiOH构成的蒸汽中，这些技术也可以用于生成抗压应力而不会进行离子交换。然而，这些传统的工艺通常是昂贵的且效率有些低。正因如此，需要一种加固玻璃衬底的改进工艺。

发明内容

本发明的方面涉及提高用于存储设备的玻璃衬底强度的方法。在一个实施例中，本发明涉及加固用于存储设备的玻璃盘衬底的方法，该方法包括将至少一部分玻璃衬底浸入溶液中，溶液包括溶剂和从由NaOH、KOH和KNO₃构成的组中选择的涂层材料，从溶液中移出玻璃衬底，让溶剂从玻璃衬底蒸发，以及在预先选择的温度将玻璃衬底加热预先选择的持续时间，其中预先选择的温度足够充分熔化涂层材料，且该温度低于玻璃衬底的转变温度。

附图说明

图1a-1d是根据本发明的一个实施例的加固玻璃衬底过程的阶段的透视图。

图2是根据本发明的一个实施例的加固玻璃衬底过程的流程图。

图3是根据本发明的一个实施例的高斯分布曲线，其示出了加固之前和利用本文中所描述的过程之一已经加固玻璃衬底之后硼硅酸盐玻璃衬底的强度。

图4是根据本发明的一个实施例的高斯分布曲线，其示出了加固之前和利用本文中所描述的过程之一已经加固玻璃衬底之后铝硅酸盐玻璃衬底的强度。

图5是根据本发明的一个实施例的示出了利用本文中所描述的不同过程处理铝硅酸盐玻璃衬底使其强度增加的条形图。

图6是根据本发明的一个实施例的玻璃衬底的堆叠结构的透视图，其中玻璃衬底的堆叠结构可以代替间隔开的结构用于图1a-1d和图2的过程的加热阶段。

具体实施方式

现在参考附图，其中示出了加固玻璃衬底的过程。加固过程将玻璃衬底浸入溶液中，该溶液含有诸如水的溶剂和诸如NaOH、KOH、和/或KNO₃的涂层材料。从溶液中移出玻璃衬底，让其放置直到溶剂从衬底蒸发。然后将玻璃衬底在预先选择的温度加热预先选择的持续时间，其中预先选择的温度足够充分熔化涂层材料，但是该温度低于玻璃衬底的转变温度（transition temperature）。

在一些实施例中，然后利用气体冷却或液体冷却技术迅速地冷却玻璃衬底。在一些实施例中，玻璃衬底是铝硅酸盐玻璃或硼硅酸盐玻璃。在多个实施例中，玻璃衬底被构造为用于诸如硬盘驱动器的数字存储设备。

图1a-1d是根据本发明的一个实施例的加固玻璃衬底的过程的四个阶段的透视图。

图1a是根据本发明的一个实施例的第一过程输送盒100的透视图，第一过程输送盒100含有以间隔开结构定位的多个玻璃衬底102。第一过程输送盒100包括彼此间隔开的多个槽104，其中每个槽104构造为接收并保留一个玻璃衬底102。第一过程输送盒100可以由陶瓷材料制造，或由构造为能承受反复暴露于涂层材料的另一种材料制造。玻璃衬底可以由铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃或适用于磁存储设备的另一种玻璃衬底材料制造。玻璃衬底是中心有孔的薄圆盘形衬底（例如，具有与垫圈相似的形状）。

图1b是根据本发明的一个实施例的第一过程输送盒100和固定于其中的玻璃衬底102的透视图，其中玻璃衬底102浸入含有作为溶剂的水和诸如NaOH、KOH、和/或KNO₃的涂层材料的溶液106中。在一个实施例中，该溶液包含百分之48或更大浓度的NaOH。在图1a和1b中所示的实施例中，第一过程输送盒100装玻璃衬底102到大约半满状态。在其他的实施例中，第一过程输送盒100可以是多于或少于半满的。在图1b中所示的实施例中，第一过程输送盒100仅仅部分地沉浸在溶液106中。然而，在其他的实施例中，可以使用更多的溶液106，从而进一步浸入第一过程输送盒100，或可以使用更少的溶液106，从而浸入更少部分的第一过程输送盒100。在图1b所示的实施例中，溶剂为水。在其他的实施例中，溶剂可以是甲醇、乙醇、或另一种合适的溶剂。

图1c是根据本发明的一个实施例的固定于第二过程输送盒108中的玻璃衬底102的透视图，其中玻璃衬底102以间隔开结构固定以允许来自溶液106的水蒸发。第二过程输送盒108包括彼此间隔开的多个槽，其中每个槽110构造为接收和保留一个玻璃衬底112。第二过程输送盒108可以由金属材料制造或由能承受反复暴露于400摄氏度的大量热的另一种材料制造。在多个实施例中，水已经蒸发之后，溶液106中的涂层材料在玻璃衬底上形成膜。

图1d是根据本发明的一个实施例的第二过程输送盒108和固定于其中的玻璃衬底102在加热室112中的透视图。可以在加热室112中以预先选择的温度加热玻璃衬底102预先选择的持续时间。在一个实施例中，例如，以380摄氏度加热玻璃衬底102大约2小时。在一个实施例中，预先选择的温度在大约320摄氏度到大约380摄氏度的范围内。在一个实施例中，预先选择的持续时间在大约30分钟到4小时的范围内。在一个实施例中，玻璃衬底是由铝硅酸盐玻璃制造，并且预先选择的温度大约是370摄氏度。在一些实施例中，涂层材料熔化并且其分子迁移至玻璃衬底表面中。附加的分子在玻璃可以在玻璃衬底中生成压应力，因而加固衬底。

在一些实施例中，从加热室112移出玻璃衬底102，并迅速冷却。在一些实施例中，清洗和/或清洁玻璃衬底102。在多个实施例中，玻璃衬底构造为用于诸如硬盘驱动器的数字存储设备。在这种情况下，为将磁材料沉淀在玻璃衬底上的一个或更多个制造过程准备玻璃衬底。在一些实施例中，每个玻璃衬底提供用于存储数字信息的磁存储盘的基层。

图2是根据本发明的一个实施例的用于加固玻璃衬底的过程200的流程图。在特定的实施例中，过程200可以结合图1a-1d的过程使用，或者替代图1a-1d的过程。该过程首先将至少一部分玻璃衬底浸入包括溶剂（例如，水）和诸如NaOH、KOH、和/或KNO₃的涂层材料的溶液中（202）。在一些实施例中，玻璃衬底完全浸入溶液中。然后，该过程从溶液中移出玻璃衬底（204）。该过程让溶剂从玻璃衬底上蒸发（206）。在一些实施例中，玻璃衬底可以从浸入过程输送盒移动至加热过程输送盒。然后，该过程以预先选择的温度加热玻璃衬底预先选择的持续时间（208），其中预先选择的温度足够充分熔化涂层材料，且该预先选择的温度低于玻璃衬底的转变温度。

在一些实施例中，玻璃衬底是由铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、或适用于存储设备的另一种玻璃衬底材料制造。尽管硼硅酸盐玻璃的转变温度不受任何特定理论限制，但是硼硅酸盐玻璃的转变温度被认为是大约640摄氏度。铝硅酸盐玻璃的转变温度被认为是大约515摄氏度。然而，这些转变温度仅仅是针对包括硼硅酸盐和铝硅酸盐的特定材料组成的例子。在其他的实施例中，由硼硅酸盐玻璃和铝硅酸盐玻璃制造的玻璃衬底可以具有其他的转变温度，具体依赖于其使用的材料组成。此外，尽管在结合硼硅酸盐玻璃或铝硅酸盐玻璃使用的一些实例中讨论了本文中描述的过程，但是也可以使用其他合适类型的玻璃。

在一个实施例中，在380摄氏度加热玻璃衬底102大约2小时。在一个实施例中，预先选择的温度在大约320摄氏度到大约380摄氏度的范围内。在一个实施例中，预先选择的持续时间在大约30分钟到大约4小时的范围内。在一个实施例中，玻璃衬底是由铝硅酸盐玻璃制造的，且预先选择的温度大约是370摄氏度。

在一些实施例中，过程通过应用冷气、将玻璃衬底浸入冷却液（例如，水）、或利用本领域中已知的用于冷却热玻璃衬底的其他合适的技术迅速冷却玻璃衬底。在一个实施例中，冷却时间是大约30分钟。在一些实施例中，冷却剂具有低于玻璃衬底温度的预先选择的温度。

在一个实施例中，过程可以按照不同的顺序执行一系列操作。在另一个实施例中，过程可以跳过一个或更多个操作。在其他的实施例中，可以同时执行一个或更多个操作。在一些实施例中，可以执行额外的操作。在多个实施例中，溶剂是水。在其他的实施例中，溶剂可以是甲醇、乙醇或另一种合适的溶剂。

图3是根据本发明的一个实施例的高斯分布曲线300，其示出了加固玻璃衬底之前（302）和利用本文中所描述的一个过程已经加固玻璃衬底之后（304）的硼硅酸盐玻璃衬底的强度。曲线图300包括表示测试的盘数量的纵轴306和表示以千克力测量的强度的水平轴308。曲线302a描述了未处理的玻璃衬底强度的正态分布或高斯分布，而曲线304a描述了用NaOH热处理的玻璃衬底强度的正态分布或高斯分布。曲线的峰值之差表示利用本文中描述的一个NaOH加固过程的硼硅酸盐玻璃衬底增加大约50%的强度。

图4是根据本发明的一个实施例的高斯分布曲线图400，其示出了加固玻璃衬底之前（402）和利用本文中所描述的一个过程已经加固玻璃衬底之后（404）的铝硅酸盐玻璃衬底的强度。曲线图400包括表示测试的盘数量的纵轴406和表示以千克力测量的强度的水平轴408。曲线402a描述了未处理的玻璃衬底强度的正态分布或高斯分布，而曲线404a描述了用NaOH热处理的玻璃衬底强度的正态分布或高斯分布。曲线的峰值之差表示利用本文中描述的一个NaOH加固过程的硼硅酸盐玻璃衬底增加大约100%的强度。

图5是根据本发明的一个实施例的示出了利用本文中所描述的不同过程处理的铝硅酸盐玻璃衬底的强度增加的条形图500。条形图500包括表示以千克力为单位的玻璃盘强度的纵轴502。条形图500进一步包括针对每个不同过程的垂直列，其中不同过程包括包含无处理的过程（504）、只利用热处理的过程（506）、利用包括KOH的溶液的加固过程（508）、和利用包括NaOH的溶液的加固过程（510）。条形图数据表明KOH过程NaOH过程均充分地提高了利用其处理的玻璃衬底的强度。

图6是根据本发明的一个实施例的玻璃衬底102的堆叠结构600的透视图，其中玻璃衬底102的堆叠结构600能够代替间隔开结构（例如，第二过程输送盒）用于图1a-1d和图2的过程的加热阶段。堆叠结构600包括定位在一堆玻璃衬底102上方和下方的、用于保持堆叠结构的光学平面玻璃（optical flats）601和603。堆叠结构600可以放置在加热室中，并在预先选择的温度加热预先选择的持续时间。在一些实施例中，该堆叠结构可以用于以上图1a-1d和图2所描述的加热过程阶段。与利用过程输送盒的彼此间隔开结构相比较，该堆叠结构可以在结果得到的玻璃衬底中提供更好的整体平整度。然而，该堆叠结构可以比彼此间隔开结构更容易在衬底中产生表面缺陷。

尽管以上说明含有本发明的多个具体实施例，但是不应当解释为限制本发明的保护范围，而是作为其具体实施例的实例。因此，本发明的保护范围应当由相关权利要求及其等同所限定而非由所示实施例限定。

Claims

1.一种加固用于存储设备的玻璃盘衬底的方法，所述方法包含：

将至少一部分所述玻璃衬底浸入溶液中，所述溶液包括溶剂和从由NaOH、KOH、和KNO₃构成的组中选择的涂层材料；

从所述溶液中移出所述玻璃衬底；

让所述溶剂从所述玻璃衬底上蒸发；以及

在预先选择温度将所述玻璃衬底加热预先选择的持续时间，其中所述预先选择温度足够充分熔化所述涂层材料，且该温度低于所述玻璃衬底的转变温度。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述预先选择温度将所述玻璃衬底加热预先选择的持续时间进一步包含迅速冷却所述玻璃衬底。

3.根据权利要求2所述的方法，其中迅速冷却所述玻璃衬底包含将气体应用于所述玻璃衬底预先选择的持续时间，所述气体的预先选择温度低于所述玻璃衬底的温度。

4.根据权利要求3所述的方法，应用所述气体的所述预先选择的持续时间大约是30分钟。

5.根据权利要求2所述的方法，其中所述迅速冷却所述玻璃衬底包含将所述玻璃衬底浸入液体中，所述液体的预先选择温度低于所述玻璃衬底的温度。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述玻璃衬底包含铝硅酸盐玻璃衬底。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述衬底包含硼硅酸盐玻璃衬底。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述让所述溶剂从所述玻璃衬底蒸发包含让水从所述玻璃衬底蒸发，其中在所述溶剂已经充分蒸发之后，所述涂层材料在所述玻璃衬底的表面形成膜。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述预先选择温度在大约320摄氏度到大约380摄氏度的范围内。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述预先选择温度大约是370摄氏度。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述预先选择的持续时间在大约30分钟到大约240分钟的范围内。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述预先选择的持续时间大约是60分钟。

13.根据权利要求1所述的方法，其中所述涂层材料包含NaOH。

14.根据权利要求1所述的方法，其中所述涂层材料包含KOH。

15.根据权利要求1所述的方法，其中所述涂层材料包含KNO₃。

16.根据权利要求1所述的方法，其中所述涂层材料由NaOH构成。

17.根据权利要求1所述的方法，其中所述涂层材料由KOH构成。

18.根据权利要求1所述的方法，其中所述涂层材料由KNO₃构成。

19.根据权利要求1所述的方法，进一步包含：

将含有磁材料的至少一个层沉淀在所述玻璃衬底上，所述至少一个层构造为用于记录信息。

20.根据权利要求1所述的方法，其中所述玻璃衬底构造为用于所述存储设备内。

21.根据权利要求1所述的方法，其中所述溶剂是从由水、甲醇和乙醇组成的组中选择的材料。