CN1100732C - 用于信息存储媒体的玻璃陶瓷基片 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种在斜坡载荷系统的信息存储装置中适用的信息存储媒体的玻璃陶瓷基片。该玻璃陶瓷基片的杨氏模量(Gpa)/比重为37或以上，以及包含按氧化物计为0-＜10%(重量)的Al2O3。该玻璃陶瓷基片具有作为主要结晶相的焦硅酸锂(Li2O·2SiO2)和α-石英(α-SiO2)，在-50℃-+70℃的温度范围内的热膨胀系数为65×10-7/℃-130×10-7/℃，以及其表面粗糙度(Ra)(算术平均粗糙度)为9埃或以下。
Description
本发明涉及一种用于信息存储媒体的玻璃陶瓷基片，特别是涉及一种例如由玻璃陶瓷制成的磁盘的信息存储媒体的玻璃陶瓷基片，该磁盘具有改善的基片表面超级的平面度、与高速旋转能完全适应的高杨氏模量和低的比重，并具有与信息存储媒体的各构成部分的热膨胀系数相匹配的热膨胀系数的范围。本发明还涉及一种用于制造该用于信息存储媒体的玻璃陶瓷基片方法以及涉及利用这种玻璃陶瓷基片的信息存储媒体。在本说明书中，术语“信息存储媒体”是指磁盘形式的信息存储媒体，并包含固定型硬盘、可移动型硬盘以及卡型硬盘，其分别用于个人计算机中的所谓的“硬盘”和在网上的信息存储装置，以及在例如数字式摄像机和数字相机中的用于存储数据的磁盘形式的其他信息存储媒体。
需要处理大量数据的用于多媒体用途的个人计算机和数字式摄像机以及数字相机的最近进展需要具有大记录容量的磁信息存储装置。因此，为了增加记录密度，磁信息存储媒体不断朝着增加位密度和磁道密度以及降低位单元的尺寸的趋势发展。为了与位单元的尺寸降低相适应，磁头需要以更接近于磁盘表面的方式运行。随着磁头以近于接触的状态或者与磁盘表面接触的状态下运行，作为启动和停止磁头技术的着陆区系统的技术开发变得更为重要。根据这种系统，在磁盘的特定区域(例如沿径向向内和向外的非记录的磁盘部分)形成纹理的防粘附处理以及磁头的启动和停止都在所谓的(“着陆区”)的区域内实现。
在目前磁信息存储装置中，通常使用CSS(接触式起动停止)系统，按照该系统，启动前磁头是与信息存储媒体的表面相接触的，当磁头开始运行时，磁头从媒体表面提起。如果磁头接触的媒体表面过分呈镜面，则在媒体表面和磁头之间产生粘附，就会导致由于增加摩擦力使媒体难于平滑启动旋转以及会使媒体的表面产生损伤。因此，用于磁信息存储媒体的基片必须满足两个相互矛盾的要求，即要降低随增加存储容量时的磁头的滑行高度以及又要防止磁头粘到媒体的表面上。为了满足这些相互矛盾的要求，已经开发研制了着陆区系统，以及除该着陆区系统之外，正在开发研究一种斜坡加载(ramp loading)系统，根据该系统除了磁头的启动和停止外，当磁头由媒体表面移开时，磁头与媒体的表面是完全接触的。因此，当前对于用于磁信息存储媒体的基片的要求是形成更平滑的表面。
为了通过用于磁信息存储装置的磁信息存储媒体的更高速旋转来更高速地传输信息，正在研究开发一种技术。随着媒体的旋转速度增加，媒体产生偏移和变形，这就需要更高的杨氏模量。此外，除了常规固定型硬盘以外，已经提出例如可移动型的硬盘和卡型的硬盘的信息存储媒体，并且已经投入实际使用，各种用途的数字摄像机和数字相机也开始应用。
在磁盘基片材料的技术领域内公知的是一种铝合金。然而该铝合金基片在抛光的过程中由于材料的各种缺陷而在基片表面上具有突起和点状突起以及凹坑，因此作为用于高记录密度存储媒体的基片在平面度和平滑度方面是不足的。此外，由于铝合金是一种软材料具有低的杨氏模量和表面硬度，在媒体的高速旋转的过程中发生基片的振动，结果导致媒体变形。在制造更薄的信息存储媒体时也会遇到困难。此外，由于与磁头相接触，容易发生损害媒体。因此铝合金基片不能与高速记录的要求充分地适应。
作为一种用于克服上述铝合金基片所存在问题的一种材料，在本技术领域中公知的是由化学法调质过的玻璃例如钠钙玻璃(SiO2-CaO-Na2O)以及铝硅酸盐玻璃(SiO2-Al2O3-Na2O)。然而这些材料存在如下的缺点：(1)由于在化学调质后进行抛光，而化学调质层在制造更薄的磁盘时是极为不稳定的。(2)由于该玻璃具有作为主要成分的Na2O，该玻璃有使媒体的成膜特性变差，以及为了防止Na2O扩散，需要在基片整个表面范围内涂覆阻挡涂层。这样就妨碍以具有竞争力的成本制造稳定的产品。
除铝合金基片和化学调质的玻璃基片以外，在本技术领域还公知某些玻璃陶瓷基片。例如在序号为5,626,935的美国专利中公开了由SiO2-Li2O-MgO-P2O5物系构成的玻璃陶瓷，其包含焦硅酸锂(Li2O·2SiO2)和α-石英(α-SiO2)作为主要结晶相，该玻璃陶瓷作为在其在整个表面进行纹理的材料是一种优异的材料，其中通过控制α-石英(α-SiO2)的球状晶粒的粒径，可以略去通常机械纹理和化学调质，以及在抛光以后的表面粗糙度(Ra)可以控制在由15埃到50埃的范围内。然而这种玻璃陶瓷不能与由迅速增加记录密度所需要的低滑行高度的要求充分相适应，其要求的表面粗糙度(Ra)为9埃或以下，最好为6埃或以下。此外在此专利中没有对热膨胀系数进行讨论或者提出建议。
按照序号Hei9-35234公告公开的日本专利申请公开了一种由SiO2-Al2O3-Li2O的物系构成的玻璃陶瓷构成的磁盘基片，该物系的主要结晶相为焦硅酸锂(Li2O·2SiO2)和β-锂辉石(Li2O·Al2O3·4SiO2)。这种玻璃陶瓷的成分包含相对大量的Al2O3成分以及其中SiO2结晶例如α-石英(α-SiO2)和α-方英石(α-SiO2)的生长是极为受限制的。在抛光之后这种玻璃陶瓷的中心线平均表面粗糙度限定为20埃或以下，而在这些实例中所公开的中心线平均表面粗糙度是约为12埃-17埃，这样就不能达到上述所需的表面粗糙度，因此这种陶瓷玻璃不能充分地与磁头的低滑行高度的要求相适应。此外，由于这种陶瓷玻璃需要820℃-920℃高的结晶温度，这样就防碍以具有竞争力的成本大规模的制造产品。
包括上述公告号Hei9-35234的公开的日本专利申请的国际申请WO97/01164介绍了一种用于磁盘的玻璃陶瓷，其中Al2O3成分的下限被降低，并且结晶温度也降低(680℃-770℃)。然而仅通过降低Al2O3成分的下限不可能实现充分的改进。此外，所有公开的实例中的生长的结晶都是β-锂霞石(Li2O·Al2O3·2SiO2)。
因此本发明的一个目的是消除上述现有技术的缺点，以及提供一种用于信息存储媒体的玻璃陶瓷基片，该基片具有优异表面特征能够与用于高密度记录的斜坡载荷系统(即磁头接触记录方式)相适应，在杨氏模量和比重之间具有改进相互关系，由此该媒体可以经受高速旋转而不会引起振动，以及其热膨胀系数能与媒体各个组分的热膨胀系数相匹配。
本发明的另一个目的是提供一种用于制造该玻璃陶瓷基片的方法。
本发明的在一个目的是提供一种利用这种玻璃陶瓷基片的信息存储媒体。
为了实现本发明的上述目的，本发明的发明人进行的不断研究和实验已经取得成果，并导致形成本发明，发现在具有焦硅酸锂(Li2O·2SiO2)和α-石英(α-SiO2)作为主要结晶相的玻璃陶瓷中，可以得到一种玻璃陶瓷，它优于用于信息存储媒体的现有技术的玻璃陶瓷，它具有细微的球状晶粒，以及因此具有优异的可加工性能，该玻璃陶瓷在抛光之后具有更平滑的表面，具有的热膨胀系数能与媒体的各个组分的热膨胀系数相匹配，以及具有高的杨氏模量和低的比重，能够与媒体的高速旋转相适应。已经发现，实现本发明目的的用于信息存储媒体的玻璃陶瓷基片由于它的优异的平面性特别适用于斜坡载荷系统。
为了实现上述的本发明的目的，提供一种用于信息存储媒体的玻璃陶瓷基片，它具有的杨氏模量(GPa)/比重为37或以上，并且包含的Al2O3按重量百分计(以氧化物成分为基准)为0到小于10。
根据本发明的一个方面，杨氏模量的范围处于95GPa-120GPa以及比重范围处在2.4-2.6。
根据本发明的再一个方面，热膨胀系数在-50℃-+70℃温度范围内为65×10-7/℃-130×10-7/℃。
根据本发明的再一个方面，表面粗糙度Ra(算术平均粗糙度)在抛光之后为9埃或以下。
根据本发明的再一个方面，主要结晶相为焦硅酸锂(Li2O·2SiO2)和α-石英(α-SiO2)。
根据本发明的再一个方面，该玻璃陶瓷基片基本上不含Na2O和PbO。
根据本发明的再一个方面，其结晶相的晶粒为细微球状晶粒。
根据本发明的再一个方面，结晶相的晶粒的平均直径为0.3微米或以下。
根据本发明的再一个方面，该玻璃陶瓷基片包含有0.3％(重量)或以上的MgO(按氧化物成分为基准表示)。
根据本发明的再一个方面，该玻璃陶瓷基片具有下列成分，均以氧化物成分为基准以重量百分数计：
SiO2 71-81％
Li2O 8-11％
K2O 0-3％
MgO 0.3-2％
ZnO 0-1％
P2O5 1-3％
ZrO2 0.5-5％
TiO2 0-3％
Al2O3 4-8％
Sb2O3 0.1-0.5％
SnO2 0-5％
MoO3 0-3％
NiO 0-2％
CoO 0-3％
Cr2O3 0-3％
以及具有作为主要结晶相的焦硅酸锂(Li2O·2SiO2)和α-石英(α-SiO2)。
根据本发明的再一个方面，提供一种用于信息存储媒体玻璃陶瓷基片，其具有作为主要结晶相的焦硅酸锂(Li2O·2SiO)和α-石英(α-SiO2)，它们具有细微球状晶粒和抛光之后的表面粗糙度Ra(算术平均粗糙度)为9埃或以下。
根据本发明的再一个方面，提供一种制造用于信息存储媒体的玻璃陶瓷基片的方法，该方法包含的步骤有：熔化玻璃原料；成形熔化玻璃；退火所形成的玻璃以及然后对所形成的玻璃进行热处理，在成核温度(550℃-650℃)下持续1～12小时以成核；对所形成的玻璃进一步进行热处理，在由680℃-800℃的结晶温度下持续1-12小时以结晶；以及对该玻璃陶瓷进行抛光使表面粗糙度(Ra)达到9埃或以下。
根据本发明的再一个方面，提供一种通过形成磁膜提供的信息存储媒体，以及如果需要，还可有其它层，它包含在上述玻璃陶瓷基片之上的底涂层、保护层和润滑层。
下面将介绍关于限定物理特性、表面特征、主要结晶相、晶粒直径和组分的原因。玻璃陶瓷的组分是以在其基础玻璃中的氧化物组分表示的。
下面将首先对于杨氏模量和比重进行描述。
如前所述，为了改进记录密度和数据传输速度有增加信息存储媒体高速旋转的趋势。为了适应这种趋势，即基片材料必须具有高的刚性和低的比重，以便防止在高速旋转的过程中因偏移所引起的振动。此外，在这种情况下，即磁头与磁媒体相接触使用的情况或将该媒体用于一种便携式装置例如可移动型存储装置的情况，该基片材料必须具有足够的机械强度，杨氏模量和表面硬度，以便适合于这种应用。
已经发现，如果基片具有高的刚性，但又具有大的比重，则在高速旋转过程中由于大的重量从而产生磁盘的偏移而导致磁盘发生振动。相反，如果该基片具有低比重，而且具有低的刚性，则磁盘同样可能产生振动。因此，必须在高的刚性和低的比重的明显的相互矛盾的特性之间进行平衡。已经发现杨氏模量(GPa)/比重的适当范围是37或以上，优选为39或以上，更优选为41或以上，最优选为43或以上。还已经发现，刚性有一个优选的范围。即使以低的比重来满足上述比值，但从防止磁盘振动的观点出发，最好杨氏模量至少为95GPa。考虑到基片的可加工性能和基片的重量增加，基片的杨氏模量上限最好为120GPa。对于比重，考虑防止振动，即使基片具有高的刚性，该基片最好应当具有的比重为2.6或以下。如果比重低于2.4，实际上在这种玻璃物系的玻璃陶瓷中不可能得到具有所需刚性的基片。因而杨氏模量(GPa)/比重最好为50或以下。
下面将对于热膨胀系数进行描述。当记录密度增加时，磁头相对于信息记录媒体的定位需要高的精度，因此对于用于该媒体的基片以及各部件需要高的精度的尺寸。因此，在用于该媒体的基片和各部件之间的热膨胀系数的影响不能够被忽略，并且热膨胀系数的差必须降低到最大可能的程度。关于用于小尺寸的磁信息存储媒体的各部件，具有的热膨胀系数范围由+90×10-7/℃到+100×10-7/℃的材料是经常采用的，以致该基片需有相同数量级的热膨胀系数。然而存在这样一种情况，驱动器制造商采用其热膨胀系数在上述范围即热膨胀系数在约+70×10-7/℃到+125×10-7/℃之外的材料制成各部件。由于这个原因，在本发明的结晶物系中，已经确定了热膨胀系数的范围以便使该基片将尽可能宽地适用于各部件的材料，同时具有足够基片的强度。已经发现，由-50℃到+70℃温度范围内的热膨胀系数最好应当处于由+65×10-7/℃到+130×10-7/℃的范围内。在相同的温度范围内的热膨胀系数的优选范围为95×10-7/℃到110×10-7/℃。
下面对于主要结晶相的晶粒直径和基片得表面特征进行描述。
正如前面所述，随着信息记录媒体的记录密度增加，磁头的滑行高度大大地降低到0.025微米或以下，已经达到一种近于接触式记录系统或者接触式记录系统。为了于这种趋势相适应，该媒体必须具有比现有技术的磁盘更平整的表面。如果试图在具有现有技术的平面度的表面的磁信息存储媒体上进行高记录密度的输入和输出信息，不可能实现正常的输入和输出磁信号，因为在磁头和媒体之间的距离太大。如果将这一距离降低，就会发生磁头碰撞媒体的表面从而导致损伤磁头或者媒体。为防止损伤磁头和媒体，虽然用极低的滑行高度或者接触记录，该基片的表面粗糙度(GPa)也应为9埃或以下为好，6埃或以下更好。由于同样的原因，该基片的最大表面粗糙度(Rmax)为100埃为好，72埃或以下更好。
为了得到具有这样平面度的玻璃陶瓷基片，生长的晶粒形状和直径就成为重要的因素。为了基片的加工性能和表面粗糙度，生长的晶粒为细微球状晶粒为好。更确切地说，该晶粒最好具有的平均直径为0.3微米或以下，更优选为0.2微米或以下，以便达到所需的表面粗糙度。为了得到所需的杨氏模量，晶粒的平均直径最好为0.05微米或以下。
为了实现上述所需物理特性、热膨胀系数和表面粗糙度，已经发现焦硅酸锂(Li2O·2SiO2)和α-石英(α-SiO2)作为主要结晶相的组合是最佳的组合。
关于Na2O，如果该基片包含这种成分，则在该磁膜形成的过程中产生Na离子向磁膜中的扩散，这样就会使得该磁膜颗粒变粗以及使方向性变差。因此该基片必须基本上不含这种成分。该基片还应当不含PbO，从环境保护的观点出发，是不希望包含PbO的。
此外，用于信息存储媒体的基片也要求不含有例如结晶非各向同性，外部异物和杂质缺陷，并具有细微和均匀的纹理结构。通过提供具有上述结晶形状和直径的主要结晶相焦硅酸锂和α-石英可以满足这些要求。
下面将描述关于限制在各种权利要求中所限定的基础玻璃的成分范围的原因。
SiO2成分对于通过对基础玻璃热处理时生长作为主要结晶相的焦硅酸锂(Li2O·2SiO2)和α-石英(α-SiO2)是非常重要的成分。如果这种成分的含量低于71％，玻璃陶瓷中生长的结晶体变得不稳定以及它的纹理结构趋于变得粗。如果这种成分的含量超过81％，则难于熔化和形成玻璃。
Li2O成分对于通过对基础玻璃进行热处理生长作为主要结晶相的焦硅酸盐(Li2O·2SiO2)是非常重要的成分。如果这种成分的含量低于8％，则难以生长这种结晶相以及难于熔化该基础玻璃。如果这种成分的含量超过11％，所生长的结晶体是不稳定的，它的纹理结构趋于变粗，它的化学耐久性变差。
K2O成分改进了玻璃的熔化特性，并且防止生长的结晶体变得太粗。这种成分的含量达到3％足够。
MgO和ZnO成分对于稳定作为主要结晶相生长的焦硅酸锂(Li2O·2SiO2)结晶体的生长过程是非常有效的，并且防止对本发明的玻璃陶瓷的机械和热特性产生有害影响α-方英石(α-SiO2)结晶体的生长。如果MgO成分的含量低于0.3％，就不可能产生这种影响。如果MgO这含量超过2％，或者ZnO的含量超过1％，所得到的产品将是不稳定的，它的纹理结构变得太粗。
P2O5成分作为一种成核剂是不可缺少的。如果这种成分的含量低于1％，则晶核生长将变得不足，以造成结晶的不正常的生长。如果这种成分的含量超过3％，将在基础玻璃中发生反玻璃化作用。
ZrO2和TiO2成分除了像P2O5成分作为成核剂的功能以外，对于使生长的结晶体变得细微是有效的，由此改进了机械强度和改进了化学耐久性。如果ZrO2成份的含量低于0.5％，就不可能产生这些影响。如果ZrO2成分含量超过5％或者TiO2成份含量超过3％，则难于使基础玻璃熔化，并且ZrSiO4和类似的渣呈不熔化状态。
Al2O3成分对于改进玻璃陶瓷的化学耐久性和机械强度是有效的。根据热处理时的条件，生长的结晶的类型不同。考虑到热处理的各种不同的条件，这种成分的含量应当低于10％，以便生长焦硅酸锂(Li2O·2SiO2)和α-石英(α-SiO2)。这种成分的优选范围是4-8％。
Sb2O3在熔化基础玻璃中是作为细化剂添加的。如果这种成分的含量低于0.1％不可能产生这种影响。这种成份添加达到0.5％就足够。
SnO2和MoO3成分作为玻璃陶瓷的上色剂是有效的。这种成分对于检测产品的表面缺陷是特别有效的。这些成分还可以添加以便于LD激发激光(Nd：YAG和其他)的吸收，并用于在磁盘上的着陆区的纹理化。这种成分在该玻璃状态中具有优异的半透明性以及因此这些成分的添加便于检查在结晶前的材料。这种成分还使得玻璃陶瓷在它的结晶过程中形成颜色。SnO2成分的含量如果达到5％将足够，MoO3成分的含量可高达3％。
与SnO2和MoO3相似，NiO、CoO、Cr2O3各成分的对改进LD激发激光(Nd：YAG或者其他)的LD吸收是有效的，并用于磁盘上的着陆区纹理化。然而这些成分在该玻璃状态不具有半透明性，以像SnO2和MgO成分一样。如果NiO到含量高达2％将足够，分别添加的CoO成分的含量高达3％以及Cr2O3成份的含量高达3％。
为了制造本发明的用于信息存储媒体的玻璃陶瓷基片，将上述成份的玻璃原料熔化，然后进行热或者冷成形处理。对所形成的玻璃在550℃到650℃范围的温度下进行持续1-12小时的热处理以成核，然后在680℃到800℃范围的温度下进行持续1-12小时的进一步热处理，以形成结晶。
通过热处理得到的玻璃陶瓷的主要结晶相是焦硅酸锂(Li2O·2SiO2)和α-石英(α-SiO2)，它具有球状晶粒，其晶粒直径为0.05微米或以上，以及0.30微米或以下。
然后按照常规方式对玻璃陶瓷进行研磨和抛光，得到表面粗糙度(Ra)为3埃-9埃以及Rmax为100埃的用于信息存储媒体的玻璃陶瓷基片。
实施例
下面描述本发明的实施例。
表1-6表示根据本发明制造的用于信息存储媒体的玻璃陶瓷基片的成分连同成核温度、结晶温度、主要结晶相、晶粒直径(平均)、抛光以后的表面粗糙度(Ra)、Rmax、杨氏模量、比重、杨氏模量(GPa)/比重以及热膨胀系数的实施例(1号到30号)。表7表示美国专利5,636,935中公开的作为现有技术SiO2-Li2O-MgO-P2O5物系的陶瓷玻璃(比较用实例1)以及在公告号Hei9-35234的日本专利申请公开(比较用实例2)中和WO/01164国际申请(比较用实例3)中公开的作为现有技术的SiO2-Al2O3-Li2O物系的陶瓷玻璃的成分和上述特性。
表1
实施例
1 2 3 4 5SiO2 75.3 75.5 77.2 77.5 74.3Li2O 9.9 9.9 10.4 9.9 9.5K2O 2.0 2.0 2.0MgO 0.8 1.0 0.5 0.5 0.5ZnO 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5P2O5 2.0 2.0 2.0 1.8 2.0ZrO2 2.3 2.3 2.6 2.6 2.0TiO2Al2O3 7.0 6.6 6.6 7.0 6.0Sb2O3 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2As2O3SnO2 1.5MoO3 1.5NiOCoOCr2O3
成核温度(℃) 550 550 550 550 560
结晶温度(℃) 780 770 780 780 780
LD LD LD LD LD
结晶相和 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10
晶粒直径(平均)(μm) α-q α-q α-q α-q α-q
0.20 0.20 0.20 0.20 0.20
杨氏模量(GPa) 100 105 113 120 105
比重 2.47 2.48 2.50 2.52 2.48
杨氏模量(GPa)/
比重 40 42 45 48 42
表面粗糙度(Ra) 7.0 8.0 7.5 6.0 7.3
最大表面粗糙度(Rmax) 79.0 83.0 80.4 72.0 81.2
热膨胀系数(10-7/℃)(-50℃-+70℃) 110 100 119 123 115
表2
实施例
6 7 8 9 10SiO2 73.5 71.3 71.3 71.0 81.0Li2O 10.0 10.0 10.0 11.0 9.0K2O 1.5 1.5 1.5 1.5 1.0MgO 0.5 1.0 1.0 1.0 0.5ZnO 0.5 0.5 0.5 0.5 0.2P2O5 2.0 2.0 2.0 2.0 1.5ZrO2 1.5 2.0 2.0 2.0 0.7TiO2 1.5 1.5 1.5 1.0 0.7Al2O3 6.0 7.0 7.0 6.8 5.0Sb2O3 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2As2O3 0.1SnO2 1.5 2.0 0.1MoO3 1.5 1.0NiO 0.5 0.5CoO 1.8 2.0Cr2O3 0.5 0.5
成核温度(℃) 560 560 560 590 550
结晶温度(℃) 770 760 780 790 780
LD LD LD LD LD
结晶相和 0.10 0.10 0.10 0.10 0.05
晶粒直径(平均)(μm) α-q α-q α-q α-q α-q
0.20 0.20 0.05 0.05 0.10
杨氏模量(GPa) 100 115 118 118 100
比重 2.54 2.54 2.53 2.48 2.48
杨氏模量(GPa)/
比重 39 45 47 48 40
表面粗糙度(Ra) 5.5 6.3 5.3 5.0 5.0
最大表面粗糙度(Rmax) 63.0 76.0 53.0 51.0 54.0
热膨胀系数(10-7/℃)(-50℃-+70℃) 98 100 105 108 100
表3
实施例
11 12 13 14 15SiO2 73.8 79.0 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 0.8P2O5 2.0 1.5 2.5 2.0 1.5ZrO2 2.8 1.5 1.0 3.0 3.3TiO2 1.0 2.0Al2O3 7.0 4.5 4.0 4.0 7.4Sb2O3 0.2 0.3 0.3 0.2 0.1As2O3 0.2 0.1SnO2 0.5 3.1 0.1MoO3NiOCoO 0.3Cr2O3
成核温度(℃) 570 600 550 580 600
结晶温度(℃) 740 800 740 760 750
LD LD LD LD LD
结晶相和 0.05 0.05 0.05 0.10 0.10
晶粒直径(平均)(μm) α-q α-q α-q α-q α-q
0.05 0.05 0.05 0.30 0.10
杨氏模量(GPa) 100 120 115 120 110
比重 2.47 2.40 2.43 2.48 2.46
杨氏模量(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) 32.0 38.0 48.0 100.0 56.0
热膨胀系数(10-7/℃)(-50℃-+70℃) 95 109 100 128 115
表4
实施例
16 17 18 19 20SiO2 77.8 72.0 75.8 73.1 74.0Li2O 10.5 8.5 9.5 9.5 10.5K2O 2.0 0.5 1.0 0.5MgO 1.5 1.0 0.3 1.5 1.5ZnO 1.0 0.5P2O5 1.3 1.0 2.2 2.5 1.5ZrO2 1.5 4.0 5.0 0.5 5.0TiO2 2.5 0.5Al2O3 4.2 5.0 6.0 7.0 5.0Sb2O3 0.1 0.3 0.2 0.2 0.2As2O3 0.1 0.3 0.2 0.2SnO2 4.5MoO3 2.1NiO 1.7CoOCr2O3 2.7
成核温度(℃) 630 560 550 570 550
结晶温度(℃) 780 740 760 780 740
LD LD LD LD LD
结晶相和
0.10 0.10 0.05 0.10 0.07
晶粒直径(平均)(μm) α-q α-q α-q α-q α-q
0.20 0.10 0.05 0.10 0.10
杨氏模量(GPa) 108 118 110 116 100
比重 2.51 2.55 2.46 2.56 2.49
杨氏模量(GPa)/
比重 43 46 45 45 40
表面粗糙度(Ra) 8.0 4.0 3.0 4.5 4.0
最大表面粗糙度(Rmax) 95.0 38.0 29.0 51.0 35.0
热膨胀系数(10-7/℃)(-50℃-+70℃) 108 105 95 100 105
表5
实施例
21 22 23 24 25SiO2 76.4 75.2 72.5 75.6 78.0Li2O 8.8 8.5 8.5 9.5 8.5K2O 2.5 0.5MgO 1.5 1.5 1.7 0.5 1.0ZnO 0.5 0.8 0.3 0.7P2O5 1.3 2.5 1.5 2.5 1.5ZrO2 4.2 0.7 1.0 4.5 1.0TiO2 3.0 2.5 0.5 0.5Al2O3 4.5 4.0 8.0 4.5 5.3Sb2O3 0.3 0.3 0.4 0.1 0.5As2O3 0.3 0.3 0.5SnO2 4.0MoO3 2.8NiO 1.5CoO 2.5Cr2O3
成核温度(℃) 580 600 550 570 620
结晶温度(℃) 750 800 740 760 780
LD LD LD LD LD
结晶相和
0.05 0.10 0.10 0.20 0.20
晶粒直径(平均)(m) α-q α-q α-q α-q α-q
0.10 0.10 0.30 0.05 0.10
杨氏模量(GPa) 118 100 118 115 106
比重 2.43 2.46 2.48 2.49 2.51
杨氏模量(GPa)/
比重 49 41 48 46 42
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
热膨胀系数(10-7/℃)(-50℃-+70℃) 115 118 130 108 100
表6
实施例
26 27 28 29 30SiO2 72.0 75.1 73.0 72.0 79.0Li2O 8.5 8.5 10.5 10.8 8.5K2O 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 1.0P2O5 2.5 1.5 2.0 1.5 1.2ZrO2 0.5 1.5 4.0 3.5 3.0TiO2 1.0 1.0Al2O3 4.5 6.0 5.0 4.5 5.0Sb2O3 0.2 0.3 0.2 0.2 0.2As2O3 0.1 0.3 0.3 0.1SnO2 5.0 0.3MoO3 3.0NiO 2.0CoO 3.0Cr2O3
2.5 30
成核温度(℃) 550 560 580 550 580
结晶温度(℃) 720 740 780 750 740
LD LD LD LD LD
结晶相和
0.30 0.30 0.20 0.10 0.05
晶粒直径(平均)(μm) α-q α-q α-q α-q α-q
0.05 0.05 0.05 0.05 0.05
杨氏模量(GPa) 100 115 108 100 105
比重 2.58 2.49 2.46 2.47 2.44
杨氏模量(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) 28.0 25.0 36.0 33.0 42.0
热膨胀系数(10-7/℃)(-50℃-+70℃) 98 96 97 98 96
表7
比较用实施例
1 2 3SiO2 69.0 76.1 76.0Li2O 9.0 11.8 10.0K2O 7.0 2.8 2.8MgO 3.5ZnO 0.5P2O5 1.5 2.0 2.0ZrO2 1.0PbO 1.5Al2O3 5.0 7.1 7.0BaO 1.5Sb2O3 0.2 0.2As2O3
0.5
成核温度(℃) 450 500 450
结晶温度(℃) 760 850 750
LD LD LD
结晶相和 0.10 0.10 0.10
晶粒直径(平均)(μm) α-q β-锂辉石 β-方英石
0.60 0.80 0.50
杨氏模量(GPa) 87 89 90
比重 2.43 2.53 2.48
杨氏模量(GPa)/
比重 36 35 36
表面粗糙度(Ra) 15 17 10
最大表面粗糙度(Rmax) 180 230 124
热膨胀系数(10-7/℃)(-50℃-+70℃) 64 60 64
为了制造上述实施例中的陶瓷玻璃基片，将包含氧化物、碳酸盐和硝酸盐的原料混合，然后在常规的熔化装置中在1350℃到1450℃的温度范围内使之溶化。搅拌熔化的玻璃以使之均匀，之后成型为盘形，再进行退火以得到成形玻璃。然后，对成形玻璃在550℃到650℃的温度范围内进行持续1～12小时热处理以便形成晶核，并在680℃到800℃温度范围内进行持续1～12小时的进一步热处理以结晶化得到所需要的陶瓷玻璃。然后，利用平均颗粒直径范围为5微米到30微米的研磨用颗粒进行研磨约10-60分种，然后利用颗粒直径范围由0.5-2微米的氧化铈进行精细抛光30-60分钟。
如在表1-7中所示，本发明的玻璃陶瓷与作为现有技术的玻璃陶瓷的比较用实例在主要结晶相和晶粒直径(平均)方面是不同的。在本发明的玻璃陶瓷中，焦硅酸锂(Li2O·2SiO2)和α-石英(α-SiO2)的晶粒是细微球状晶粒，而比较用实例1、2和3中的玻璃陶瓷具有大的晶粒直径(平均)约为0.5微米或以上。从目前朝着超级平面度的趋势看来，具有这种晶粒直径的各比较用实例中的陶瓷玻璃会由于抛光之后的表面粗糙度以及晶粒从媒体表面脱落而带来困难。
关于杨氏模量、比重和杨氏模量(GPa)/比重，本发明的玻璃陶瓷具有优异的杨氏模量(GPa)/比重，其为39或以上，而比较用实例1、2和3中的玻璃陶瓷具有的杨氏模量(GPa)/比重小于37，因此不能和高速旋转驱动相适应。此外，关于热膨胀系数，本发明的陶瓷玻璃的热膨胀系数为95×10-7/℃或者其以上，而比较用实例1、2和3中陶瓷玻璃具有低的热膨胀系数，其为64×10-7/℃或以下。特别是，比较用实例2和3中的陶瓷玻璃包含β-锂辉石和β-方英石，它们都是具有负热膨胀系数特性的结晶相，因此在这些玻璃陶瓷和驱动器装置中的部件间的热膨胀系数的差将变得这样大，以至于这些玻璃陶瓷不适用于信息存储媒体的基片。
在上述各实施例的玻璃陶瓷基片上，利用DC溅射法形成Cr中间层(80纳米)、Co-Cr磁性层(50纳米)以及SiC保护层(10纳米)的薄膜。然后在所形成的薄膜上涂敷全氟聚醚润滑剂(5纳米)以便形成信息存储媒体。由于具有优异的超级平面度，经此得到的信息存储媒体与现有技术的信息存储媒体相比较就可以降低滑动高度。此外，本发明的信息存储媒体可以用于斜坡载荷系统的信息存储装置，在该系统中以磁头与信息存储媒体的表面相接触的方式进行输入和输出信号而不会损伤磁头或者媒体。
如上所述，根据本发明提供一种适用于信息存储媒体的玻璃陶瓷基片，这种基片消除了现有技术基片的缺点，以及它的平直表面特征能够与高记录密度相适应，在高杨氏模量和低比重之间实现优异的平衡，故适用于高速旋转，以及它的热膨胀系数能与信息存储媒体驱动装置中部件的热膨胀系数相匹配。根据本发明，提供一种用于制造玻璃陶瓷基片以及利用这种基片的信息存储媒体。
Claims (18)
1.一种用于信息存储媒体的玻璃陶瓷基片，其具有的杨氏模量(GPa)/比重为37或以上，包含作为主要结晶相的焦硅酸锂(Li2O·2SiO2)和α-石英(α-SiO2)，并包含按氧化物计为4-8％(重量)的Al2O3。
2.根据权利要求1所述的玻璃陶瓷基片，其中的杨氏模量为95GPa-120GPa以及比重为2.4-2.6。
3.如权利要求1或2所述的玻璃陶瓷基片，其中在-50℃-+70℃的温度范围内的热膨胀系数为65×10-7/℃-130×10-7/℃。
4.如权利要求1或2所述的玻璃陶瓷基片，其中在抛光之后表面粗糙度Ra(算术平均粗糙度)为9埃或以下。
5.如权利要求1或2所述的玻璃陶瓷基片，基本上不包含Na2O和PbO。
6.如权利要求1或2所述的玻璃陶瓷基片，其中结晶相中的晶粒是细微球状晶粒。
7.如权利要求1或2所述的玻璃陶瓷基片，其中结晶相中的晶粒的平均直径为0.30微米或以下。
8.如权利要求1或2所述的玻璃陶瓷基片，其包含按氧化物组分计为0.3％(重量)或以上的MgO。
9.如权利要求1或2所述的玻璃陶瓷基片，其具有下列成分，均以氧化物成分为基准以重量计百分数计：
SiO2 71-81％
Li2O 8-11％
K2O 0-3％
MgO 0.3-2％
ZnO 0-1％
P2O5 1-3％
ZrO2 0.5-5％
TiO2 0-3％
Al2O3 4-8％
Sb2O3 0.1-0.5％
SnO2 0-5％
MoO3 0-3％
NiO 0-2％
CoO 0-3％
Cr2O3 0-3％以及具有作为主要结晶相的焦硅酸锂(Li2O·2SiO2)和α-石英(α-SiO2)。
10.如权利要求1或2所述的用于信息存储媒体的玻璃陶瓷基片，其具有作为主要结晶相的焦硅酸锂(Li2O·2SiO2)和α-石英(α-SiO2)，它们具有由细微的球状晶粒以及在抛光之后的表面粗糙度Ra(算术平均粗糙度)为9埃或以下。
11.一种玻璃陶瓷，其具有的杨氏模量(GPa)/比重为37或以上，包含作为主要结晶相的焦硅酸锂(Li2O·2SiO2)和α-石英(α-SiO2)，并包含按氧化物计为4-8％(重量)的Al2O3。
12.根据权利要求11所述的玻璃陶瓷，其杨氏模量为95GPa-120Gpa，比重为2.4-2.6。
13.如权利要求11或12所述的玻璃陶瓷，其中在-50℃-+70℃的温度范围内的热膨胀系数为65×10-7/℃-130×10-7/℃。
14.如权利要求11或12所述的玻璃陶瓷，基本上不包含Na2O和PbO。
15.如权利要求11或12所述的玻璃陶瓷，其包含按氧化物组分计为0.3％(重量)或以上的MgO。
16.如权利要求11或12所述的玻璃陶瓷，其具有下列成分，均以氧化物成分为基准以重量计百分数计：
SiO2 71-81％
Li2O 8-11％
K2O 0-3％
MgO 0.3-2％
ZnO 0-1％
P2O5 1-3％
ZrO2 0.5-5％
TiO2 0-3％
Al2O3 4-8％
Sb2O3 0.1-0.5％
SnO2 0-5％
MoO3 0-3％
NiO 0-2％
CoO 0-3％
Cr2O3 0-3％以及具有作为主要结晶相的(a)焦硅酸锂(Li2O·2SiO2)和(b)α-石英(α-SiO2)和α-石英固溶体(α·SiO2固溶体)中的至少一种。
17.如权利要求11或12所述的玻璃陶瓷，其具有作为主要结晶相的焦硅酸锂(Li2O·2SiO2)和α-石英(α-SiO2)，它们具有细微的球状晶粒。
18.如权利要求11或12所述的玻璃陶瓷，其中结晶相中的晶粒的平均直径为0.30微米或以下。
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