CN104810030A - 用于硬盘介质的组合润滑剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于记录磁盘介质的组合润滑剂、包括组合润滑剂层的记录磁盘介质及其制造方法。组合润滑剂可以包括非磷腈成分和磷腈成分，其中非磷腈成分是终止于第一和第二极性端基的双官能全氟聚醚化合物，第一极性端基包括第一数量的羟基以及第二极性端基包括大于第一数量的羟基的第二数量的羟基。磷腈成分可以是终止于磷腈官能基和具有第三极性端基的双官能全氟聚醚化合物，第三极性端基包括等于第二数量的羟基的第三数量的羟基。

Description

用于硬盘介质的组合润滑剂
本案是分案申请，原申请的申请日为2010年9月14日，申请号为201010282204.0，发明名称为“用于硬盘介质的组合润滑剂”。
技术领域
本发明的各实施例一般涉及组合润滑剂，且具体地涉及用于磁性记录盘的组合润滑剂。
背景技术
磁盘驱动系统通常具有一个或一个以上磁性记录盘和用于在这些盘内存储数据的控制机构。磁性记录盘由衬底和沉积在衬底以上的一个或一个以上的层构成。通常，为了提供可靠的磁头-磁盘接口，将基于碳的保护层(COC)涂覆在磁性记录盘的基础结构上并且将润滑层布置在COC上方，然后使得磁头在润滑层之上飞行。
这种润滑剂的示例是Fomblin基的全氟聚醚合物(例如商业上可以从新泽西州的的Solvay-Solexis of Thorofare得到的“Z-Dol”)。已知Fomblin基的化合物与包含在磁头部件中的诸如铝的金属反应，裂开全氟聚醚的主链并且使润滑剂解聚为挥发性副产物。磷腈添加剂抑制在磁头-磁盘接触时发生磁盘润滑剂降解，由此提高磁头-磁盘接口耐用性。例如，磷腈官能化的全氟聚醚材料，诸如商业上可以从日本的MatsumuraOil Research Corp.(MORESCO)得到的“Phospharol A20H”，可以与Fomblin Z-Dol组合。
为了进一步增加磁盘驱动器的存储密度和处理速度，期望减小磁头和磁盘之间的距离(飞行高度)或加速磁盘的旋转。然而，在以上任何一种情况下，磁头可能更经常地接触磁盘，由此，将磁盘表面的润滑剂传递到磁头。由于润滑剂传递导致润滑剂在磁头上的聚集，这可能造成高飞写(HWF)问题，因此Solvay-Solexis和其他企业已经制造了可用产品，诸如“Fomblin Z-teraol”，其具有比Z-Dol更低的流动性。但是，由于与A20H的兼容问题，这种润滑剂系统可能在组成上并且由此在性能上具有明显的限制。
附图说明
本发明的实施例在所附的附图中通过示例而非限制地图示说明，其中：
图1图示说明根据本发明的一个实施例的组合润滑剂的飞行能力。
图2图示说明根据本发明的一个实施例的组合润滑剂的划伤耐受性。
图3图示说明根据本发明的一个实施例的形成记录介质盘的方法的流程图。
图4图示说明包括根据本发明的一个实施例的组合润滑剂层的磁性记录盘的示意横截面图。
具体实施方式
在以下的描述中，阐述了多个具体细节，诸如细节、组分、工艺等的示例，以提供对本发明的各个实施例的全面理解。然而，对于本领域技术人员而言，不需要采用这些具体细节来实施本发明的各个实施例是显而易见的。在其他情况下，众所周知的化学组合物或合成方法没有详细描述以避免不必要的模糊本发明的各个实施例。在整个本说明书中参照“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构、材料或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。由此，在整个本说明书的各个位置处的短语“实施例中”的出现未必指代同一实施例。此外，可以在一个或一个以上实施例中以任何适当的方式组合特定特征、结构、材料或特性。
此处公开的是组合润滑剂系统的实施例，其可以在衬底粘合和润滑成分的流动性之间提供优良的平衡性。总体而言，本发明的各实施例提供一种润滑剂组合物，其中每种成分中的端基(end group)与端基粘合的衬底的相对反应性被选择，使得粘合润滑剂的衬底上的活动区域被单独的成分以使每种成分的效果最大化的比率占据。尽管在此更详细地描述如位于磁性记录盘上的关于基于碳的保护(COC)层的组合润滑剂的示例性实施例，但是组合润滑剂的各成分之间匹配润滑剂-衬底粘合属性的原理可以应用于其他类似的润滑剂系统以及具有类似的化学成分和类似表面的其他润滑剂-衬底组合。
本发明的具体实施例包括一种记录介质润滑剂组合物，其具有平衡衬底粘合和/或润滑剂成分之间的流动性的成分以提供具有高粘性和高耐用性的组合润滑剂。进一步的实施例包括具有基底结构的磁记录介质盘，其中COC布置在基底结构上方，并且具有此处描述的组合润滑剂成分的润滑剂层布置在COC上。另外的实施例包括磁性记录盘的制造方法以包括具有此处描述的润滑剂组合物的润滑剂层。
对于示例磁性记录盘实施例，已经发现极性端基的存在是润滑剂成分和碳基的表面(例如COC的表面)之间的相互作用的重要因素。更具体地，已经发现极性端基中羟基(-OH)或醇基的存在是改变每种润滑剂成分的润滑剂-碳粘合属性的因素，使得通过极性端基中羟基总体的适当设计，该粘合属性可以在两种润滑剂成分之间匹配至良好的效果。
在实施例中，提供一种组合润滑剂，其中至少某数量的非磷腈成分和磷腈成分存在于化合物中。然而应当理解这两种成分不一定排除任何其他成分。在一个实施例中，为了实现非磷腈成分和磷腈成分的粘合属性之间的期望的平衡，非磷腈成分和磷腈成分的化学要素均包括具有特定数量的羟基的极性端基。
在一个实施例中，非磷腈成分包括主聚合物链，由第一极性官能端基终止于第一端，以及由第二极性官能端基终止于第二端，其中第一极性官能端基具有第一数量(n)的羟基，以及第二极性官能端基具有大于第一数量羟基的第二数量(m)的羟基。因此，非磷腈成分可以被描述为具有关于存在的羟基数量非对称的极性官能端基的双官能化合物，非磷腈成分用式(1)表示，
R1-(重复单元)-R2  (1)
其中R1包括(p)个羟基，R2包括(q)个羟基，其中p和q都是整数。重复单元是本领域已知的用于处理润滑剂属性的均聚物或共聚物。在一个特定实施例中，非磷腈成分是双官能全氟聚醚(PFPE)化合物，其包括全氟氧化烯(perfluoroxyalkylene)单元，用式(2)表示，
R1-O-(CF2-CF2-O)n-(CF2-O)m-R2  (2)
其中n和m都在1到30之间。
在另一实施例中，磷腈成分包括主聚合物链，其在第一端终止于磷腈官能基。在一个特定实施例中，磷腈官能基是环化三瞵腈(cyclotriphosphazene)官能基。环化三瞵腈官能基的每一个中具有5价氧化态的磷原子，在P3N3环的每个磷上存在两个分支，总共6个分支，使得磷腈成分用式(3)表示，
G-[(CF2-CF2-O)n-(CF2-O)m-R3]Z  (3)
其中G是官能端基，用式(4)表示，
-CF2-CH2-O-P3N3-[(O-C6H4)-R]6-z  (4)
并且其中z在1到5之间，n和m在1到30之间，并且R是氢原子、芳基、C1-4芳基、芳氧基、C1-4烷氧基或C1-4卤烷基的任意一种。在示例卤烷基实施例中，G是-CF2-CH2-O-P3N3-(O-C6H4CF3)5，并且在一个这种实施例中具有特定化学结构，
      
使得磷腈成分用式(5)表示，
-CF2-CH2-O-P3N3-(O-C6H4CF3)5-(CF2-CF2-O)n-(CF2-O)m-R3  (5)
在一实施例中，磷腈成分在第二端终止于具有第三数量(r)的羟基的第三极性端基(R3)。
在一实施例中，第三数量的氢氧根的数量大于第一数量的羟基(r＞p)。在进一步的实施例中，第三数量的羟基等于第二数量的羟基(r＝q)使得在非磷腈成分和磷腈成分的羟基数量的总体关系用式6给出；
p＜q＝r.  (6)
在示例性实施例中，其中非磷腈成分包括具有一个羟基(p＝1)的第一极性端基(R1)、以及具有两个羟基(q＝2)的第二极性端基(R2)，磷腈成分的第三极性端基(R3)中的羟基的第三数量(r)等于2(即，p＝1；q＝r＝2)。
示例性实施例的极性端基上的羟基或醇基的上述关系已经被发现在平衡润滑剂成分之间的润滑剂/碳相互作用上特别有效。尽管不被理论限制，可想到在磷腈成分的一端提供比在非磷腈成分的一端上更多的羟基，磷腈成分能更好地与非磷腈成分竞争得到COC上的活性碳区域。这被认为增加磷腈成分相对于非磷腈成分的相对反应性。此外，每个磷腈成分和磷腈成分的一端具有相对大数量的羟基(例如q＝r＝2)，磷腈成分和非磷腈成分均被认为坚固地粘合到他们的活性碳区域，导致成分之间的极好匹配。
在示例性实施例中，第二和第三极性端基(R2、R3)是相同的二醇。在一个这样的实施例中，每个R2和R3是相同的乙二醇衍生物，包括羟乙基，并且用式(7)表示，
CF2CH2OCH2CH(OH)CH2OH  (7)
其中R1具有单个羟基，仅仅端部碳包括羟基取代基(即，羟甲基)，式(2)中的非磷腈成分中的R1和R2的第一个是CH2OH-CF2-，R1和R2中的另一个是-CF2-CH2-O-CH2CH(OH)CH2OH，使得式(2)用式(8)表示，
CH2OH-CF2-O-(CF2-CF2-O)n-(CF2-O)m-CF2-CH2OCH2CH(OH)CH2OH(8)
此双官能全氟聚醚化合物，命名为“Z-Triol”，以指示存在三个羟基，其能够以类似于形成Z-Tetraol的方式通过化学修饰Fomblin Z-Dol获得。
式(3)的磷腈成分然后用式(9)表示，
G-O-[(CF2-CF2-O)n-(CF2-O)m-CH2OCH2CH(OH)CH2OH]Z  (9)
其中式(5)的示例性实施例然后用式(10)表示，
-CF2-CH2-O-P3N3-(O-C6H4CF3)5-(CF2-CF2-O)n-(CF2-O)m-CF2CH2OCH2CH(OH)CH2OH，  (10)
其当前作为ADOH公知，并且可以从日本的MORESCO获得。
示例性组合润滑剂实施例相对于不具有这种特定端基羟基关系的传统润滑剂系统在增加磷腈成分：非磷腈成分重量比方面具有更高的容忍性。例如，当非磷腈成分是具有比磷腈成分的羟基总数更高的羟基总数的对称双官能PFPE时(例如，在每个端部具有两个羟基的PFPE润滑剂和在一端具有一个羟基的磷腈成分官能化PFPE的情况下为4∶1)，对磷腈官能化PFPE的容忍性很低，要求至少70∶30或甚至高达95∶5的比率。然而，在如此低的磷腈含量下，这种传统的润滑剂系统可能遭受磁头污染，因为磷腈官能基的数量不足阻止了润滑剂降解。相反，对于上述示例性实施例，非磷腈成分：磷腈成分重量比可以是在90∶10到10∶90范围内，50∶50或更低的比例仍然提供良好的粘合，甚至当COC厚度降低到或更低的时候。
用具有稍微更大的羟基总数的磷腈成分(例如在一端具有两个羟基的磷腈官能化PFPE)结合非磷腈成分进行的其他试验是每端具有两个羟基的对称双官能PFPE，使得羟基关系变为p＝q＝r，而不是式(6)中的关系，其呈现出更差的耐用性。此外，不受理论限制，相信羟基的这种布置会造成润滑剂成分的流动性过低而不能像示例性实施例一样发挥作用。
摩擦学测试针对各种COC厚度进行以确定描述的示例性实施例的性能。图1是图示说明在60℃和10％相对湿度恒定飞行在单个磁道上(处于固定半径)进行的飞行能力测试结果的图形100，磁头/磁盘间距1.5nm。图形100具有x轴101以及y轴102，x轴101标记COC厚度相对于初始参考厚度降低的百分比(％)，y轴102标记％平均故障率。如图所示，随着COC厚度降低，示例性组合润滑剂实施例110相对于上述具有总羟基比例4∶1的参考润滑剂系统115显示更好的性能。
如图2进一步示出，执行划伤测试以测量磁盘表面多么容易被氧化铝的离散亚微米颗粒(磁盘驱动器中通常发现的污染物)损坏。在图2中，图形200具有标记COD厚度的降低％的x轴201，。y轴202标记相对划伤测试。如图所示，随着COC厚度的降低，示例性组合润滑剂实施例110比上述具有4∶1羟基比例的参考润滑剂系统115显示出更少的损坏。
图3图示说明形成诸如磁性记录盘400的磁性介质的方法300的流程图，磁性记录盘进一步在图4中以截面图示出。方法300开始于操作301，提供包括布置在基底结构上方的碳基的保护层(COC)的磁性记录盘。在图4所示的示例性实施例中，基底结构415包括支撑衬底401、多个中间层405以及至少一个磁性记录层410。衬底401可以是本领域已知的用于磁性记录介质盘的任意材料，诸如但不限于铝-镁(AlMg)、镍磷(NiP)、玻璃以及陶瓷。多个中间层405可以包括但不限于本领域已知的一个或一个以上种子层、软磁性下层(SUL)和夹层。磁性记录层410可以由钴(Co)、铂(Pt)和包括Cr的其他元素制成的磁性合金构成。在替换实施例中，磁性记录层410可以由其他磁性合金构成。布置在基础结构410上方的是COC 420，其可以由本领域已知的碳基材料制成，诸如但不限于金刚石样碳(DLC)和化学蒸发沉积碳(CVD-碳)，其可以包括氢化或氮化碳。
返回图3，在操作330，COC 420被此处描述的组合润滑剂的实施例涂覆。可以在操作330中利用本领域已知的传统涂覆工艺，诸如浸涂(、旋涂等。在所示的实施例中，组合润滑剂是包括在操作305提供的非磷腈成分和在操作310提供的磷腈成分的混合物。非磷腈成分町以是此处作为实施例描述的任何双官能全氟聚醚化合物成分，并且在特定实施例中，以第一和第二极性端基终止，第一极性端基具有第一数量的羟基且第二极性端基具有大于第一数量羟基的第二数量的羟基。对于图3所示的示例性实施例，非磷腈成分具有总共3个羟基端基，诸如式(8)表示的材料。
在操作310提供的磷腈成分可以是本文其他地方描述为实施例的任何双官能全氟聚醚化合物，并且在特定实施例中磷腈成分在第一端终止于磷腈官能基，在第二端终止于第三极性端基，第三极性端基包括第三数量的羟基，等于第二数量的羟基端基，诸如式(10)表示的材料。
在图3所示的示例性实施例中，在操作320，成分被混合为非磷腈成分：磷腈成分重量比90∶10或更低。在一个特定实施例中，组合润滑剂被混合为非磷腈成分：磷腈成分重量比50∶50或更低。应当理解操作320的混合可以在操作330之前的任意时间执行。
在操作340，组合润滑剂被粘结到COC以完成图4的COC 420上的组合润滑剂层425的形成。在特定实施例中，粘结操作340包括将润滑剂曝光在UV光中。粘结操作340之后，在操作350，方法300以传统方式完成以形成介质盘400。
本文使用的术语“之上”、“上方”、“之间”、和“上”指代一层相对其他层的相对位置。例如，布置在另一层之上或上方的一层可以直接与该另一层接触或可以具有一个或一个以上的夹层。此外，布置在层之间的一个层可以直接与这两个层接触或可以具有一个或一个以上夹层部件。相反，第二部件“上”的第一层与第二层接触。另外，一层与其他层的相对位置是在假设相对于衬底执行操作而不考虑衬底的绝对取向的情况下提供的。
在上述说明中，参照实施例的具体示例性特征描述了本发明的各实施例。然而，可以对其进行各种修改和变化而不背离所附权利要求记载的本发明各实施例的较宽范围是显而易见的。因此，说明书和附图视为说明性而非为了限制的目的。

Claims (10)

1.一种方法，包括：
提供磁盘，所述磁盘包括布置其上的碳基保护层(COC)；以及
在所述COC上形成组合润滑剂，其中所述组合润滑剂包括：
非磷腈成分，其包括终止于第一和第二极性端基的双官能全氟聚醚化合物，所述第一极性端基包括第一数量的羟基并且所述第二极性端基包括大于所述第一数量的羟基的第二数量的羟基；以及
与所述非磷腈成分组合的磷腈成分，所述磷腈成分包括终止于磷腈官能基以及具有第三极性端基的双官能全氟聚醚化合物，所述第三极性端基包括第三数量的羟基。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一极性端基仅仅包括一个羟基，所述第二极性端基包括二个羟基，并且所述第三极性端基包括二个羟基。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述非磷腈成分与所述磷腈成分以50：50或更低的非磷腈成分：磷腈成分比混合。
4.根据权利要求3所述的方法，其中在所述COC上形成所述组合润滑剂包括：
用所述组合润滑剂涂覆所述磁盘；以及
通过曝光于紫外(UV)光将所述组合润滑剂粘结到所述COC。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述非磷腈成分用以下化学式表示：
R1O-(CF2-CF2-O)n-(CF2-O)m-R2，
其中R1是CH2OH-CF2-，R2是–CF2-CH2OCH2CH(OH)CH2OH，n和m在1到30之间；并且
其中所述磷腈成分用以下化学式表示：
G-(CF2-CF2-O)n-(CF2-O)m-R3，
其中G是–CF2-CH2-O-P3N3-(O-C6H4-CF3)5，
R3是–CF2-CH2OCH2CH(OH)CH2OH，n和m在1到30之间。
6.一种磁性记录盘，包括：
基底结构；
布置在所述基底结构上方的碳基保护层(COC)；以及
组合润滑剂层，其布置在所述COC上方，所述组合润滑剂层包括：
非磷腈成分，其包括终止于第一和第二极性端基的双官能全氟聚醚化合物，所述第一极性端基包括第一数量的羟基以及所述第二极性端基包括大于所述第一数量的羟基的第二数量的羟基；以及
与所述非磷腈成分组合的磷腈成分，所述磷腈成分包括终止于磷腈官能基以及具有第三极性端基的双官能全氟聚醚化合物，所述第三极性端基包括第三数量的羟基。
7.根据权利要求6所述的磁性记录盘，其中所述组合润滑剂层的厚度在5到30埃的范围内。
8.根据权利要求6所述的磁性记录盘，其中所述第一极性端基仅仅包括一个羟基，所述第二极性端基包括二个羟基，以及所述第三极性端基包括二个羟基。
9.根据权利要求6所述的磁性记录盘，其中所述非磷腈成分与所述磷腈成分以50：50或更低的非磷腈成分：磷腈成分比混合。
10.根据权利要求6所述的磁性记录盘，其中所述非磷腈成分用以下化学式表示：
R1-(CF2-CF2-O)n-(CF2-O)m-R2，
其中R1是CH2OH-CF2-，R2是–CF2-CH2OCH2CH(OH)CH2OH，以及n和m在1到30之间；以及
其中所述磷腈成分用以下化学式表示：
G-O-(CF2-CF2-O)n-(CF2-O)m-R3，
其中G是–CF2-CH2-O-P3N3-(O-C6H4-CF3)5，
R3是–CF2-CH2OCH2CH(OH)CH2OH，以及n和m在1到30之间。
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