CN105517966B - 玻璃基板 - Google Patents

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Abstract

本发明的玻璃基板的特征在于，含有下述玻璃组成，该玻璃组成满足特定的构成成分的含量范围，且以mol％表示满足SiO2+Al2O3+B2O3:67～76％的条件，且满足0.6≤Li2O/(Li2O+Na2O+K2O)≤0.96和0.78≤MgO/(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)≤0.98的比值。

Description

玻璃基板
技术领域
本发明涉及玻璃基板。
背景技术
近年来，要求硬盘驱动器用介质的记录密度为600Gbit/inch2左右。实现这种高记录密度的情况下，从头的定位精度的问题出发，对于作为硬盘驱动器用介质的基板而使用的玻璃基板，需要进一步抑制其颤振，因此需要较高的杨氏模量(高弹性)。
此外，从提高记录密度的观点出发，需要对应于热辅助方式，在适应热辅助方式的记录层(磁性层)的形成中，需要高温的成膜处理，因此对于形成该记录层的玻璃基板，也要求较高的耐热性。因此，例如日本特开2005-314159号公报(专利文献1)中提出了具有耐热性的玻璃基板。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2005-314159号公报
发明内容
发明要解决的课题
上述提出的玻璃基板具有一定程度的耐热性，但并未示出较高的杨氏模量。因此，无法充分抑制颤振。另一方面，从硬盘驱动器的发热的观点出发，不会对电动机施加负载的低比重的玻璃基板是适宜的，但更加难以得到兼具低比重、高弹性/耐热性的玻璃基板。
本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种玻璃基板，该玻璃基板具有优异的耐热性，并且显示出较高的杨氏模量，且为低密度。
解决课题的手段
本发明的玻璃基板的特征在于，含有下述玻璃组成，该玻璃组成以mol％表示满足
SiO2:58～67％
Al2O3:6.5～13％
B2O3:0～3％
Li2O:2.3～6.5％
Na2O:0.2～2.5％
K2O:0～2％
MgO:14～23％
CaO:0.6～4.6％
SrO:0～3％
BaO:0～3％
ZnO:0～3％
ZrO2:0～3％
CeO2:0～2％
SnO2:0～2％
TiO2:0～4％
Nb2O5:0～3％的含量范围，且以mol％表示满足
SiO2+Al2O3+B2O3:67～76％的条件，且满足
0.6≤Li2O/(Li2O+Na2O+K2O)≤0.96和
0.78≤MgO/(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)≤0.98的比值(表示“摩尔比例”)。
此处，对于该玻璃基板，优选的是，杨氏模量为90GPa以上101GPa以下，且密度为2.49g/cm3以上2.61g/cm3以下，此外玻璃化转变温度优选为635℃以上725℃以下，其厚度t(单位:mm)与外径d(单位:mm)之间优选存在t/d≤0.011的关系。
此外，该玻璃基板优选为磁记录介质用玻璃基板，其表面优选经化学强化处理。
发明效果
本发明的玻璃基板通过具有上述构成而具有以下优异的效果：具有优异的耐热性，并且显示出较高的杨氏模量，且为低密度。
具体实施方式
以下，对于本发明的实施方式，进行更详细地说明。
<玻璃基板>
本实施方式的玻璃基板的特征在于，该玻璃基板能够有效地用作各种信息记录装置中的信息记录介质用的基板，特别是硬盘驱动器装置等磁记录装置中的磁记录介质用玻璃基板，该玻璃基板含有下述玻璃组成，该玻璃组成以mol％表示满足
SiO2:58～67％
Al2O3:6.5～13％
B2O3:0～3％
Li2O:2.3～6.5％
Na2O:0.2～2.5％
K2O:0～2％
MgO:14～23％
CaO:0.6～4.6％
SrO:0～3％
BaO:0～3％
ZnO:0～3％
ZrO2:0～3％
CeO2:0～2％
SnO2:0～2％
TiO2:0～4％
Nb2O5:0～3％的含量范围，且以mol％表示满足
SiO2+Al2O3+B2O3:67～76％的条件，且满足
0.6≤Li2O/(Li2O+Na2O+K2O)≤0.96和
0.78≤MgO/(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)≤0.98的比值。
此处，在本实施方式中，关于玻璃组成只要没有特别声明，则“％”表示是指“mol％”(“摩尔％”)。此外，“SiO2+Al2O3+B2O3”那样的化学式的加法标记表示以那种化学式表示的成分的总量。因此，“SiO2+Al2O3+B2O3”表示SiO2、Al2O3和B2O3的总量，上述情况下表示相对于玻璃组成整体，该总量为67～76mol％。
此外，“Li2O/(Li2O+Na2O+K2O)”的标记表示Li2O在Li2O、Na2O和K2O的总量中所占的比例(比值)，上述情况下表示该比值为0.6以上0.96以下。同样地，“MgO/(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)”的标记表示MgO在MgO、CaO、SrO、BaO和ZnO的总量中所占的比例(比值)，上述情况下表示该比值为0.78以上0.98以下。
本实施方式的玻璃基板通过具有上述那样的玻璃组成，可以确保充分的弹性(高杨氏模量)，由此示出下述优异的效果：能够在改善颤振特性且确保较高的杨氏模量和耐热性的状态下，实现低比重(低密度)。这样优异的效果是通过以下所说明的构成该玻璃组成的各成分的作用协同发挥来实现的。
需要说明的是，本实施方式的玻璃基板优选具有圆盘状的形状(在中心部分可以开设有用于安装于信息记录装置的孔)，由此适合作为例如安装于硬盘驱动器装置等信息记录装置的信息记录介质用(磁记录介质用)的玻璃基板。制成圆盘状的形状的情况下，对于其尺寸没有特别限定，也可以制成例如外径为3.5英寸、2.5英寸、1.8英寸或这些以下的小径盘，此外，也可以制成其厚度为1mm、0.8mm、0.7mm、0.635mm、0.5mm或这些以下的薄型。
特别是对于本实施方式的玻璃基板，其厚度t(单位:mm)和外径d(单位:mm)之间优选存在t/d≤0.011的关系。由此，能够降低硬盘驱动器中的每单位记忆容量的基板重量，从消耗电力的观点出发，是适宜的。需要说明的是，从颤振特性的观点出发，t/d的下限优选为0.006以上。
需要说明的是，在本实施方式中，玻璃基板的厚度为下述值：以垂直于记录面(具有最大面积的表面)的方向的长度计，将该长度的记录面的面内方向的平均值作为玻璃基板的厚度。
<玻璃组成>
以下，对于构成本实施方式的玻璃基板的玻璃组成的各构成成分进行说明。
首先，构成本实施方式的玻璃组成的SiO2为形成玻璃的网眼结构的重要成分。SiO2的含量小于58％时，难以形成玻璃，化学耐久性有可能恶化。相反地，其超过67％时，熔融性恶化。因此，需要使SiO2的含量为58～67％的含量范围。SiO2更优选的含量范围为59～65％。需要说明的是，在本实施方式中，以mol％表示、例如“58～67％”的范围表示的情况下，该范围包含上限和下限的数值，上述情况表示“58％以上67％以下”。
Al2O3是与SiO2一同形成网眼结构的重要成分，除了提高耐热性，还具有提高离子交换性能的作用。Al2O3的含量小于6.5％时，化学耐久性、离子交换性能有可能降低。相反地，其超过13％时，离子交换性能降低，进而熔融性恶化。因此，需要使Al2O3的含量为6.5～13％的含量范围。其中，优选为6.6～9.6％的范围。
B2O3是与SiO2一同形成网眼结构的成分，具有降低熔融温度的作用，因此根据需要含有B2O3。其超过3％时，作为耐热性的指标的玻璃化转变温度(Tg)降低。因此，需要使B2O3的含量为0～3％的含量范围。更优选的含量范围为0～2％。需要说明的是，在上述中，B2O3的含量为0～3％中的0％是指可以包括不含有B2O3的方式。需要说明的是，本实施方式的玻璃组成中的“0％”的标记为与此相同的含义，是指可以包括不含有其成分的方式。
Li2O是提高化学耐久性，进而提高熔融性所需要的成分。Li2O的含量小于2.3％时，不能充分得到Li溶出的抑制效果和提高熔融性的效果。相反地，其超过6.5％时，玻璃化转变温度(Tg)降低，Li溶出恶化。因此，需要使Li2O的含量为2.3～6.5％的含量范围。其中，优选为4.5～6％的含量范围。
Na2O具有提高熔融性的作用。Na2O的含量小于0.2％时，不能充分得到Na溶出的抑制效果和提高熔融性的效果。相反地，Na2O的含量超过2.5％时，化学耐久性降低。因此，需要使Na2O的含量为0.2～2.5％的含量范围。其中，优选为0.5～2.5％的含量范围。
K2O具有改善熔融性的效果，因此可以根据需要含有K2O。K2O的含量超过2％时，玻璃化转变温度(Tg)降低，化学耐久性也会恶化。因此，K2O的含量为0～2％的含量范围。更优选的含量范围为0～1％。
MgO具有提高耐热性的同时，改善熔融性的效果。此外，具有在将密度抑制得较低的状态下，提高弹性(杨氏模量)的效果。MgO的含量小于14％时，无法得到提高耐热性的效果和改善熔融性的效果，此外，弹性低，颤振特性降低。相反地，其含量超过23％时，玻璃结构不稳定、耐失透性恶化，难以成型。因此，使MgO的含量为14～23％的含量范围。该MgO的含量范围是本实施方式的特征之一。这样的MgO更优选的含量范围为16～21％。
CaO具有改善熔融性的效果，同时具有维持玻璃化转变温度(Tg)的效果。CaO的含量小于0.6％时，无法充分得到改善熔融性的效果和维持玻璃化转变温度(Tg)的效果，相反地，其含量超过4.6％时，玻璃结构不稳定，化学耐久性恶化。因此，使CaO的含量为0.6～4.6％的含量范围。更优选的含量范围为0.6～2.6％。
SrO具有改善熔融性的效果，同时具有维持玻璃化转变温度(Tg)的效果，因此根据需要含有SrO。SrO的含量超过3％时，耐失透性恶化，难以成型。因此，使SrO的含量为0～3％的含量范围。更优选的含量范围为0～2％。
BaO具有改善熔融性的效果，同时具有维持玻璃化转变温度(Tg)的效果，因此根据需要含有BaO。BaO的含量超过3％时，耐失透性恶化，难以成型。因此，使BaO的含量为0～3％的含量范围。更优选的含量范围为0～2％。
ZnO具有提高化学耐久性，并且改善熔融性的效果，因此根据需要含有ZnO。ZnO的含量超过3％时，玻璃结构不稳定，耐失透性恶化。因此，使ZnO的含量为0～3％的含量范围。更优选的含量范围为0～2％。
ZrO2具有提高玻璃的耐热性的效果，因此可以根据需要含有ZrO2。其中，其含量超过3％时，耐失透性恶化，难以玻璃化。因此，使其含量为0～3％的含量范围。其中，优选为0～2％的含量范围。
CeO2和SnO2发挥作为澄清剂的作用，因此可以根据需要含有CeO2和SnO2。它们的含量超过2％时，耐失透性恶化，难以玻璃化。因此，使其含量分别为0～2％的范围。更优选的含量范围分为为0～1％。
TiO2具有软化高温粘性，并且提高化学耐久性的效果，因此根据需要含有TiO2。TiO2的含量超过4％时，玻璃结构不稳定，耐失透性恶化，难以成型。因此，使TiO2的含量为0～4％的含量范围。更优选的含量范围为0～3％。
Nb2O5具有提高熔融性，并且提高化学耐久性的效果，因此可以根据需要含有Nb2O5。Nb2O5的含量超过3％时，液相温度上升、耐失透性恶化。此外，比重上升。因此，使Nb2O5的含量为0～3％的范围。更优选的含量范围为0～1％。
对于本实施方式的玻璃组成，除了上述的各成分之外，还可以含有其他成分。例如可以含有Sb2O3等发挥作为澄清剂的作用的成分而没有特别限定，可以使其含量为0～2％的含量范围。
另一方面，对于本实施方式的玻璃组成，使SiO2、Al2O3和B2O3的总量(SiO2+Al2O3+B2O3)为67～76％很重要。即，需要使SiO2、Al2O3和B2O3在总玻璃组成中所占的总量为67～76mol％。如上所述，它们均为形成玻璃的网眼结构的重要成分，其小于67％时，难以形成玻璃。相反地，其超过76％时，粘度过高，熔融性恶化。其中，优选为68～75％的范围。
进一步，在本实施方式的玻璃组成中，需要Li2O在Li2O、Na2O和K2O的总量中所占之比为0.6～0.96，即为0.6≤Li2O/(Li2O+Na2O+K2O)≤0.96。这是因为该比值小于0.6的情况下，密度(比重)上升，其超过0.96时，Li溶出量增大。更优选为0.8≤Li2O/(Li2O+Na2O+K2O)≤0.96。
此外，在本实施方式的玻璃组成中，需要MgO在MgO、CaO、SrO、BaO和ZnO的总量中所占之比为0.78～0.98，即为0.78≤MgO/(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)≤0.98。该比值小于0.78的情况下，密度(比重)上升，其超过0.98时，玻璃结构不稳定，耐失透性恶化，难以成型。更优选为0.86≤MgO/(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)≤0.98。
<各特性>
本实施方式的玻璃基板优选具有如下各特性。
<杨氏模量和密度>
本实施方式的玻璃基板通过具有上述那样的玻璃组成，能够使杨氏模量为90GPa以上101GPa以下，且密度为2.49g/cm3以上2.61g/cm3以下。杨氏模量小于90GPa的情况下，有时产生颤振特性的降低。此外，杨氏模量超过101GPa的情况下，有时在加工性上产生问题。此外，密度小于2.49g/cm3的情况下，有时容易产生刚性的降低。此外，密度大于2.61g/cm3的情况下，有时对电动机的负载增大，硬盘驱动器的发热过大。
更优选的杨氏模量为95GPa以上98GPa以下，更优选的密度为2.52g/cm3以上2.57g/cm3以下。
<玻璃化转变温度>
本实施方式的玻璃基板的玻璃化转变温度(Tg)优选为635℃以上725℃以下。Tg小于635℃的情况下，在面向热辅助方式用途的介质(信息记录介质)制造工序中，有时因成膜工序的加热产生变形。此外，Tg超过725℃的情况下，在玻璃坯件的成型工序中，无法得到良好的坯件形状，给最终的玻璃基板形状、甚至介质的动态特性带来不良影响。更优选的玻璃化转变温度(Tg)为650℃以上710℃以下。
<化学强化处理>
本实施方式的玻璃基板的表面优选经化学强化处理。通常在玻璃基板的制造工序中，这样的化学强化处理能够通过将玻璃基板浸渍于含有碱的溶液中来实行。更具体地说，化学强化处理是指，将玻璃基板中所含的锂离子、钠离子等碱金属离子置换为离子半径大于其的钾离子等碱金属离子的离子交换处理。
如此，玻璃基板的表面经化学强化处理时，由于因离子半径不同而产生的应变，在以进行了离子交换的区域为中心产生压缩应力，在该区域中，玻璃基板表面的硬度增加，因此优选。
<制造方法>
对于本实施方式的玻璃基板的制造方法，没有特别限定，可以使用以往公知的制造方法。例如作为构成玻璃基板的各成分的原料，各自使用相对应的氧化物、碳酸盐、硝酸盐、氢氧化物等，以所需比例进行称量，以粉末进行充分混合，制成调合原料。
其后，该调合原料被投入例如加热至1300～1550℃的电炉中的铂坩埚等中，熔融澄清后，进行搅拌均质化并浇铸至预先加热的铸模中，缓慢冷却而形成玻璃块。接着，以玻璃化转变温度附近的温度保持1～3小时后，缓慢冷却而进行应变消除。
接着，将该得到的玻璃块切成圆盘形状，使内周和外周为同心圆并使用空心钻切出。或者，对熔融玻璃进行模压成型而成型为圆盘状。其后，对于如此得到的圆盘状的玻璃基板，进一步对其两面进行粗研磨和研磨，之后利用水、酸、碱中的至少1种液体进行清洗，形成最终的玻璃基板。
需要说明的是，对于本实施方式的玻璃基板，在上述制造工序中，在对两面进行粗研磨和研磨后浸渍于硝酸钾(50wt％)和硝酸钠(50wt％)的混合溶液中，由此可以进行化学强化处理。此外，之后可以根据需要除去一部分的化学强化层。
如此制造的本实施方式的玻璃基板之后形成作为记录层的磁性层(磁性膜)，制成信息记录介质(磁记录介质)。该信息记录介质可以组装到硬盘驱动器装置等信息记录装置中使用。
实施例
以下，举出实施例对本发明进行更详细地说明，但本发明并不限于这些实施例。
<实施例1～30和比较例1～8>
如表1～表4所示的玻璃组成(构成成分和比值)那样，称量规定量的原料粉末加入铂坩埚中，进行混合后，在电炉中于1500℃熔解。原料充分熔解后，将铂制的搅拌桨插入玻璃熔液中，搅拌1小时。之后取出搅拌桨，静置3小时后，向夹具中流入熔液，由此得到玻璃块。之后，将玻璃块在各玻璃的玻璃化转变温度附近保持2小时，之后缓慢冷却而进行应变消除。
将得到的玻璃块切成厚度约1mm的2.5英寸的圆盘形状，使内周、外周为同心圆并利用切割器切出。其后，通过对两面进行粗研磨和研磨，之后进行清洗，由此制作具有表1～表4所示的玻璃组成的实施例和比较例的玻璃基板，该玻璃基板厚度为0.635mm。对于如此制作的玻璃基板，进行下述物性评价。将该结果列于表1～4。
需要说明的是，表1～表4中，“FM”表示“SiO2+Al2O3+B2O3”，“Li2O/R2O”表示“Li2O/(Li2O+Na2O+K2O)”，“MgO/RO”表示“MgO/(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)”。
<玻璃化转变温度(Tg)>
使用差热测定装置(商品名:“EXSTAR6000”、Seiko Instruments Inc.,制造)，在室温～900℃的温度范围以10℃/min的升温速度对调整为粉末状的玻璃试样(将上述制作的各玻璃基板粉碎而制作)进行加热并进行测定，由此测定玻璃化转变温度。将该结果列于表5～8的“Tg”项中。
<杨氏模量和密度>
根据JIS R 1602精细陶瓷的弹性试验方法的动态弹性模量试验方法，使用自由谐振式弹性模量测定装置(商品名:“JE-RT”、日本Technoplas社制造)，对于上述制作的各玻璃基板，测定杨氏模量，同时根据阿基米德法测定密度。将该结果列于表5～8。
<表面粗糙度>
使用原子力显微镜(AFM)(商品名:“NanoscopeV”、Veeco社制造)对各玻璃基板的表面粗糙度进行测量。将测量范围为10nm见方的表面粗糙度为1.2nm以下的情况评价为“A”，大于1.2nm的情况评价为“B”。将该结果列于表5～8。
<颤振>
使用激光多普勒位移计(商品名:“OFV-151”、Polytec Japan社制造)，对各玻璃基板的颤振量进行测量。该测量在大气压下的开放空间中进行，在距内径端部2mm的位置处呈同心圆状从上下表面夹持单独的玻璃基板，以转速5400rpm使其旋转，对垂直于记录面的方向的振幅进行测量。测量频带为10kHz，获取得到的振幅的频谱，由此500Hz以上的最大值小于1.1nm的情况为“S”，1.1nm以上且小于1.2nm的情况为“A”，1.2nm以上且小于1.6nm的情况为“B”，1.6nm以上且小于1.8nm的情况为“C”，1.8nm以上的情况为“D”。将该结果列于表5～8的“颤振”项中。由表5～8可知，能够确认杨氏模量高则颤振量少(即颤振特性良好)。
<HDD测试>
对于各实施例和各比较例的玻璃基板，利用溅射法进行Fe-Pt合金的成膜，之后进行热处理(600℃、1小时)，由此制作玻璃基板的表面上形成有磁性膜的磁记录介质。其后，将该磁记录介质组装于作为磁记录驱动器的硬盘驱动器(HDD)中，使用读写分析仪(商品名:“RWA1632”、GUZIK社制造)和自旋支架(商品名:“S1701MP”、GUZIK社制造)，对SNR(信噪比)进行确认，SNR为20dB以上情况为“A”，16dB以上且小于20dB的情况为“B”，小于16dB的情况为“C”。将该结果列于表5～8的“SNR”项中。按照“A”、“B”、“C”的顺序表示玻璃基板的耐热性恶化。这是因为磁记录介质制造时的热处理与SNR存在相关关系。
[表1]
构成成分的数值的单位为mol％
[表2]
构成成分的数值的单位为mol％
[表3]
构成成分的数值的单位为mol％
[表4]
构成成分的数值的单位为mol％
[表5]
[表6]
[表7]
[表8]
由表5～表8可知，能够确认到实施例的玻璃基板与比较例的玻璃基板相比，具有下述优异的效果：具有优异的耐热性，并且示出较高的杨氏模量，且为低密度。
比较例1的玻璃基板的杨氏模量低，且因颤振的影响，记录特性并不好。比较例2和比较例7的玻璃基板在材料的玻璃化方面出现困难，因此无法进行基板的评价。比较例5的玻璃基板也无法模压成型，因此无法进行基板的评价。比较例3和比较例4的玻璃基板的密度大，因此观察到伴随着硬盘的旋转，消耗电力上升。对于比较例6的玻璃基板，基板的化学耐久性差。比较例8的玻璃基板的杨氏模量低，因颤振的影响，记录特性并不好。
如上所述，对于本发明的实施方式和实施例进行了说明，但当初还预定了可对上述各实施方式和实施例的构成进行适宜组合。
本次公开的实施方式和实施例在所有方面均为例示，应当认为并无限制。本发明的范围并非由上述说明示出，而是由权利要求书示出，包括与权利要求书均等的含义和范围内的所有变更。

Claims (10)

1.一种玻璃基板，其中，该玻璃基板含有下述玻璃组成，该玻璃组成以mol％表示满足
SiO2:58％～67％
Al2O3:6.5％～13％
B2O3:0％～3％
Li2O:2.3％～6.5％
Na2O:0.2％～2.5％
K2O:0％～2％
MgO:14％～23％
CaO:0.6％～4.6％
SrO:0％～3％
BaO:0％～3％
ZnO:0％～3％
ZrO2:0％～3％
CeO2:0％～2％
SnO2:0％～2％
TiO2:0％～4％
Nb2O5:0％～3％的含量范围，且以mol％表示满足
SiO2+Al2O3+B2O3:67％～76％的条件，且满足
0.6≤Li2O/(Li2O+Na2O+K2O)≤0.96和
0.78≤MgO/(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)≤0.98的比值。
2.如权利要求1所述的玻璃基板，其中，所述玻璃基板的杨氏模量为90GPa以上101GPa以下。
3.如权利要求1或2所述的玻璃基板，其中，所述玻璃基板的密度为2.49g/cm3以上2.61g/cm3以下。
4.如权利要求1或2所述的玻璃基板，其中，所述玻璃基板的玻璃化转变温度为635℃以上725℃以下。
5.如权利要求1或2所述的玻璃基板，其中，对于所述玻璃基板，其厚度t和外径d之间存在t/d≤0.011的关系，所述厚度t和外径d的单位为mm。
6.如权利要求1或2所述的玻璃基板，其中，所述玻璃基板为磁记录介质用玻璃基板。
7.如权利要求1或2所述的玻璃基板，其中，所述玻璃基板的表面经化学强化处理。
8.一种磁记录介质，该磁记录介质在权利要求6所述的玻璃基板的表面至少形成有磁性膜。
9.如权利要求8所述的磁记录介质，其中，所述磁性膜面向热辅助方式用途。
10.一种信息记录装置，其组装了权利要求8或9所述的磁记录介质。
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