CN1153743C - 用于磁性信息存储介质的玻璃-陶瓷基片 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有适宜于接触式记录体系的超平滑磁性信息存储介质如磁盘的玻璃陶瓷基片，该基片包括包括SiO2-Al2O3-Li2O体系的玻璃陶瓷且具有作为其主要晶相的β-石英固溶体(β-SiO2固溶体)或β-石英固溶体(β-SiO2固溶体)和β-锂辉石固溶体(β-Li2O·Al2O3·4SiO2固溶体)的混合物。抛光后的玻璃陶瓷基片的表面粗度(Ra)在1-5的范围内。

Description

用于磁性信息存储介质的玻璃-陶瓷基片
本发明涉及用于信息存储设备磁性信息存储介质的基片，具体讲，涉及诸如具有适宜接触式记录体系且在CSS型(接触启动和停止)磁性信息存储介质中能防止磁头粘于磁性信息存储介质上的包括超平滑度表面的表面特性有所改进的玻璃陶瓷制磁盘一类的用于磁性信息存储介质的基片及用成膜工艺将磁性信息存储介质基片成形为磁性信息存储介质。
使用带多媒体目的个人计算机和带有对移动图像和声音信息处理的数字视频摄相机大有增加的趋势，此趋势需要较大记录容量的信息存储介质。为此目的，必须增加磁性信息存储介质的位编号和位密度，为了增加纵向记录密度，必须减少位单元的尺寸。作为磁头，在位单元尺寸减少的情况下，必须在十分接近磁性信息存储介质表面上运行。如果磁头在十分低的浮动高度或在与磁性信息存储介质处于半接触的状态下运行，就会发生磁头粘于磁性信息存储介质表面的情况和在磁头启动或停止时，就会随之发生磁头断裂和损伤磁膜。
为了克服这些问题，日益迫切需要开发诸如滑道(ramp)装载体系和着陆(landing)区体系一类有关磁头启动和停止的新技术，根据前一体系，在磁头启动或停止时将完全把磁头置于磁性信息存储介质表面之外；根据后一体系，在磁性信息存储介质基片的特定部分(即在环绕不记录或存储数据的内园周部分)应进行防止磁头粘连的处理，磁头在此部分启动和停止。在目前的CSS型信息存储设备中，此设备启动运行前，磁头保持与磁盘接触而重复运行，而在设备启动运行时，将磁头从磁盘上提起。如果磁头与磁盘接触面是镜面，会由于摩擦力的增加而使磁盘不能平稳地启动转动而发生磁头粘于磁盘上的现象，且会发生损坏磁盘的现象。这样，磁盘需要满足两个相互矛盾的要求，即一方面由于记录容量的增加而需要降低磁头，另一方面，又需防止磁头粘连。为满足这两个相互矛盾的要求，正在开展研制滑道(ramp)装载体系和着陆(landing)区体系的技术，根据前一体系，使磁头完全置于磁信息存储介质之外；根据后一体系，磁头需在磁性信息存储介质的特定区域中提供磁头启动和停止的区域。而且，不仅研制用于例如数目前的字视频摄像机的固定型信息存储设备，也研制用于例如数字视频摄像机的可移动式信息存储设备。从这样的新技术观点来考虑，磁性信息存储介质基片应需具备如下特性：
(1)对于磁性信息存储设备的滑道装载体系而言，由于记录容量的增加，磁头在与磁性信息存储介质表面处于半接触状态或完全接触状态下运行，鉴于此，磁性信息存储介质基片必须具有粗度为1-5的超平表面，且基片必须能抛光到这样的超平表面。
(2)对于磁性信息存储设备的着陆区体系而言，着陆区(即磁头启动和停止的区域)必须具有足以能防止磁头粘连的表面状态。为此，需用装有激光二极管的固体激光器或CO2激光器在磁性信息存储介质表面上形成凸台和凹槽。
(3)对于着陆区型磁性信息存储介质的CSS特性而言，如果在此介质着陆区磁性信息存储介质具有粗度(Ra)为50以下的光滑表面，由于磁头磁性信息存储介质高速转动而引起的接触阻力的增加，往往会在磁头和磁性信息存储介质之间发生粘连现象。另一方面，如果在此介质着陆区磁性信息存储介质具有粗度(Ra)为300以上的粗糙表面，则有发生磁头断裂的危险。因此，有必要把着陆区表面凸台和凹槽的高度控制在50-300的高度，和把着陆区凸台或凹槽的间隔控制在10μm-200μm及将此着陆区表面粗度(Ra)控制在10-50。
(4)由于为了改进磁性信息存储介质的记录密度而有将磁头的提升量减少到0.025μm或0.025μm以下的量级的趋势，所以磁性信息存储介质表面的数据区应具有能使磁头维持此提升量的表面粗度(Ra)，即1-5的范围。
(5)由于增加了纵向记录密度，磁性信息存储介质基片不应有各项异性晶体、夹杂物或其它缺陷，且须有致密、细和均匀的组织结构。
(6)为了能经受住高速转动、与磁头接触和用作诸如移动式信息存储设备一类的便携式设备，磁性信息存储介质的材料应具有足够的机械强度和硬度。
(7)随着磁性信息存储介质纵向记录密度的增加，需要诸如竖置磁性信息薄膜一类的极精细的磁性薄膜。由于在成膜过程中，Na2O、K2O、B2O3、F或OH基团这些成分会引起这些成分的离子色散，从而导致磁性薄膜特性的退化，所以为了满足这种要求，一般要求磁性信息存储介质基片的材料必须不含这些成分。
(8)磁性信息存储介质材料必须对各种化学试剂的漂洗和浸蚀具有化学耐久性。
(9)就磁性薄膜成形而言，为避免薄膜成形期间因喷镀和热处理而导致薄膜特性的退化，磁性信息存储介质基片应具有低的热膨胀特性，如在-10×10-7/℃至20×10-7/℃范围内。
一般将铝合金用作磁性信息存储介质基片材料。然而，由于这种材料固有的缺陷，所以在抛光工艺期间，此材基片往往会产生具有凸台或者类似斑点凸台和凹槽的基片表面。所以铝合金基片不够光滑。而且，由于铝合金质地软，往往会变形，以至于不适应使磁性信息存储介质例如磁盘变薄一类的新要求和高记录密度的要求，因为与磁头接触往往会使磁性信息存储介质变形从而使记录内容损失。
在公知技术中，有用化学玻璃钢化玻璃，例如钠石灰玻璃(SiO2-CaO-Na2O)和硅铝酸盐玻璃(SiO2-Al2O3-Na2O)制的磁性信息存储介质的玻璃基片来作为克服铝合金基片的这种缺陷的材料。然而，这些玻璃基片有下述缺陷：
(1)在玻璃钢化后要进行抛光，这样在磁性信息存储介质薄化中，玻璃钢化层往往会引起不稳定。
(2)为了改进CSS特性，必须经过使此基片表面上有凸台和凹槽的组构化。鉴于机械加工或如用激光束一类的热处理会由于化学玻璃钢化层的变形而引起断裂或其它缺陷，所以须用化学浸蚀或喷溅来进行组构化，但由于竞争价格的原因，此工艺不适用于工业规模的生产。
(3)由于其中的Na2O或K2O是此种玻璃中的必要成分，所以此玻璃磁性薄膜特性会由于此基片不适应表面记录密度增加的需要而退化。
在公知技术中，除铝合金基片和化学玻璃钢化玻璃基片外，还有某些玻璃陶瓷制基片。例如，日本专利申请特开平6-329440公开了包括二硅酸锂(Li2O·2SiO2)和α-石英(α-SiO2)作为主要晶相的SiO2-Li2O-MgO-P2O5体系玻璃陶瓷。鉴于控制了α-石英球状颗粒粒度，通常的机械组构化或化学组构化已成为不需要的工艺且可将抛光表面的表面粗度(Ra)控制在15-50的范围内，所以此种玻璃陶瓷是一种优异材料。但此种玻璃陶瓷不适用上述1-5指标的表面粗度且不足以适应于上述由于记录容量的迅速增加而必须降低磁头浮动高度的趋势。此外，在此玻璃陶瓷中，根本没有涉及本说明书下面将予介绍的着陆区。
日本专利申请特开平7-169048公开了一种包括Au和Ag作为光敏金属的SiO2-Li2O体系的光敏玻璃陶瓷，其特征在于在磁盘基片表面上形成数据区和着陆区。此玻璃陶瓷的主要晶相是硅酸锂(Li2O·SiO2)和/或二硅酸锂(Li2O·2SiO2)。对于使用硅酸锂而言，此种玻璃陶瓷的化学耐久性差，这就带来严重的实际问题。而且，在着陆区的成形中，部分基片(即着陆区)将会结晶并用6％HF溶液进行化学浸蚀。然而，未结晶部分和结晶部分的基片的成形将会使基片的机械和化学稳定性均变差。就用HF溶液化学浸蚀而言，由于蒸发和其它原因，HF溶液浓度难于控制，所以此法不适用于大规模生产。
已知几种在磁性信息存储介质表面上成形着陆区和数据区的方法。例如，日本专利申请特开平6-290452公开了一种用波长为523nm的脉冲激光来在碳质基片上成形着陆区的方法。然而，此法有下述缺点：
(1)用高压和约2600℃高温燃烧成形碳质基片这就导致难以在低成本下大规模生产。
(2)碳质基片机械性能(杨氏模量和断裂强度)差，这就难于适应变薄的趋势和设备高速转动的要求。
(3)借助脉冲激光来使碳氧化和蒸发而成形着陆区。由于碳是一种引起极强的热氧化反应的材料，所以成形的着陆区就变得不稳定，因而在复制中有严重问题。
日本专利申请特开平7-65359和US 5062021公开了一种用脉冲激光在铝合金上成形着陆区的方法。铝合金有上述问题。此外，激光束照射后的基片表面会因熔融部分的氧化和其表面上仍存有喷溅金属，而势必有缺陷。所以此法难于在实际中使用。
日本专利申请特开平63-46622公开了一种多元低热膨胀材料制的磁性信息存储硬盘。此参考文献仅对热变形进行了讨论。据证明96％硅质(silica)玻璃和石英玻璃可作为适用的材料，但是这些材料的机械强度差，且不实用。而且，提出作为适用的玻璃陶瓷为通常已知的含有Na2O成分的玻璃陶瓷。关于适应高记录密度趋势必不可少的磁性薄膜的问题在此参考文献中并未予讨论。既没讨论基片表面的表面粗度也未讨论滑道装载和着陆区技术。
日本专利申请特开平6-92681和8-133783披露了一种SiO2-Al2O3-SiO2体系低膨胀透明玻璃陶瓷。此两分公知技术中并未涉及用这样的玻璃陶瓷作为磁性信息存储介质基片，且关于基片的超平滑表面也未讨论。
因此，本发明的目的是克服现有技术中的上述缺陷并提供一种具有下述特性的磁性信息存储介质基片：该基片使用于同高记录密度趋势相适应的两种技术；该基片的整个基片表面上特别是滑道装载体系表面上具有超平滑表面特性；且该基片也具有两个表面特性，即在磁头启动和停止(接触启动和停止)的着陆区中，能稳定地提升磁头和在同高记录密度相适应的数据区中能允许磁头有低的浮动高度。
本发明的另一目的是提供一种通过对磁性信息存储介质基片进行成膜工艺而成形的磁性信息存储介质。
本申请是其发明人进行潜心研究并取得大量实践经验和实现了上述目的后而提出的，其中发现，于特定的温度范围内，对SiO2-Al2O3-Li2O体系的碱性玻璃或同一体系的并含有从V2O5、CoO、NiO、Cr2O3和CuO中选出的至少一种化合物作为着色剂的碱性玻璃进行热处理获得的玻璃陶瓷具有：β-石英固溶体(β-SiO2固溶体)晶相或β-石英固溶体(β-SiO2固溶体)和β-锂辉石固溶体(β-Li2O·Al2O3·SiO2固溶体)的具有细球状晶粒的混晶相；具有抛光后对滑道装载体系十分有利的超光滑表面粗度；具有用对着陆区体系十分有利的激光(即装有激光二极管的固体激光器或CO2激光器)加工的优异性能。
可用提供的下述磁性信息存储介质玻璃陶瓷基片来实现本发明的目的，该基片具有同滑道装载体系相适应的表面粗度(Ra)为1-5的抛光面，根据此体系，磁头完全在磁性信息存储介质表面之外的区域内启动和停止。
在本发明的一方面中，具有着陆区和与着陆区体系相适应的数据区的玻璃陶瓷基片上有借助激光束照射而在着陆区形成的凸台和凹槽。
就着陆区体系而论，装有激光二极管的固体激光器或CO2激光器是特别优选的。
就装有激光二极管的固体激光器而言，可以使用Nd:YAG、Nd:YVO4或Nd:YLF激光器。
在本发明的另一方面中，所述的装有激光二极管的固体激光器的波长在0.2μm-0.6μm范围内或1.05μm-1.40μm范围内。
在本发明的再一方面中，装有波长在0.2μm-0.6μm范围内或1.05μm-1.40μm范围内激光二极管的固体激光器在厚度为0.635nm处时的透射百分率为0％-10％。
在本发明的再一方面中，数据区抛光面的表面粗度(Ra)为1-5，经激光束照射在着陆区形成了许多凸台或凹槽，形成的凸台或凹槽的高度在50-300范围内，着陆区的表面粗度(Ra)在10-50范围内。
在本发明的再一方面中，经激光束照射在着陆区形成的高度在50-500范围内的凸台或凹槽间隔在10μm-200μm范围内。
在本发明的再一方面中，磁性信息存储介质基片的玻璃陶瓷包括SiO2-Al2O3-Li2O体系的玻璃陶瓷且具有作为其主要晶相的β-石英固溶体(β-SiO2固溶体)或β-石英固溶体(β-SiO2固溶体)和β-锂辉石固溶体(β-Li2O·Al2O3·4SiO2固溶体)的混合物。
在本发明的再一方面中，磁性信息存储介质基片的玻璃陶瓷包括SiO2-Al2O3-Li2O体系的玻璃陶瓷且具有作为其主要晶相的β-石英固溶体(β-SiO2固溶体)或β-石英固溶体(β-SiO2固溶体)和β-锂辉石固溶体(β-Li2O·Al2O3·4SiO2固溶体)的混合物，且β-石英固溶体和β-锂辉石固溶体的晶粒直径在200-500范围内。
在本发明的再一方面中，磁性信息存储介质基片的玻璃陶瓷的表面粗度(Ra)在1-5范围内。
在本发明的再一方面中，玻璃陶瓷是对由下述成分(重量百分数)组成的碱性玻璃进行热处理获得的：
    SiO2+P2O5 56-65％
其中SiO2        50-60％
    P2O5       6-10％
    Al2O3           22-26％
    Li2O+MgO+ZnO     4.0-6.5％
其中Li2O             3-5％
    MgO               0.6-2％
    ZnO               0.5-2％
    CaO+BaO           0.5-5％
其中CaO               0-4％
    BaO               0.5-3％
    TiO2             1-4％
    ZrO2             1-4％
    As2O3           0-2％
    Sb2O3           0-2％
其中P2O5与SiO2的重量比介于0.10-0.17之间，所述玻璃陶瓷包含作为其主要晶相的β-石英固溶体(β-SiO2固溶体)或β-石英固溶体(β-SiO2固溶体)和β-锂辉石固溶体(β-Li2O·Al2O3·4SiO2固溶体)的混合物。
在本发明的再一方面中，玻璃陶瓷是对由下述成分(重量百分数)组成的碱性玻璃进行热处理获得的：
    SiO2+P2O5   56-65％
其中SiO2           50-60％
    P2O5          6-10％
    Al2O3         22-26％
    Li2O+MgO+ZnO   4.0-6.5％
其中Li2O           3-5％
    MgO             0.6-2％
    ZnO             0.5-2％
    CaO+BaO         0.5-5％
其中CaO             0-4％
    BaO             0.5-3％
    TiO2           1-4％
    ZrO2           1-4％
    As2O3                      0-2％
    Sb2O3                      0-2％
    V2O5+CoO+NiO+Cr2O3+CuO  1-4％
    V2O5                       0-3％
    CoO                           0-3％
    NiO                           0-3％
    Cr2O3                      0-3％
    CuO                           0-3％
其中P2O5与SiO2的重量比介于0.10-0.17之间，所述玻璃陶瓷包含作为其主要晶相的β-石英固溶体(β-SiO2固溶体)或β-石英固溶体(β-SiO2固溶体)和β-锂辉石固溶体(β-Li2O·Al2O3·4SiO2固溶体)的混合物。
在本发明的再一方面中，玻璃陶瓷是对玻璃材料进行熔融、成形和退火并在650-750℃下对成形的碱玻璃进行形成晶核和在750-950℃下结晶的热处理，此玻璃陶瓷在-60℃至+600℃下的热膨胀系数在-10×10-7/℃和+20×10-7/℃范围内。
在本发明的再一方面是提供一种具有在有上述特性玻璃陶瓷基片上形成的磁介质膜的磁性信息存储介质。
在碱性玻璃中，以氧化物的组成为基准来表示本发明玻璃陶瓷基片的组成。下面将介绍选择上述各成分含量范围的原因。
当对碱性玻璃进行热处理时，SiO2便是一种制得β-石英固溶体(β-SiO2固溶体)和β-锂辉石固溶体(β-Li2O·Al2O3·4SiO2固溶体)作为其主要晶相的重要成分。如果此成分的量低于50％，玻璃陶瓷中形成的晶体便不稳定，且其组织往往会因抛光后机械强度和表面粗度的粗糙度的降低而变得太粗糙。如果此成分的量超过60％，在熔融和成形碱性玻璃时则会出现困难。
当P2O5与SiO2共存时，P2O5便是一种改进碱性玻璃熔融性和透明度的有效成分。如果此成分的量低于6％，就不能获得此效果，但如果此成分的量超过10％，碱性玻璃中就会发生失透性现象，玻璃陶瓷的组织就会变得粗糙。为了获得最好的效果，SiO2与P2O5总量应在56-65％范围内，P2O5与SiO2重量比应介于0.10-0.17之间。
Al2O3可以改进此玻璃陶瓷的熔融性和化学耐久性。如果此成分的量低于22％，碱性玻璃的熔融就变得困难，且也不能获得足够的化学耐久性。如果此成分的量超过26％，其熔融性就会退化，也会发生失透性现象。Li2O、MgO和ZnO三种成分是构成β-石英固溶体晶体的重要成分。当这些成分与有限效果的SiO2和P2O5共存时，既可改进玻璃陶瓷的低热膨胀特性又可改进碱性玻璃的熔融性和透明度。如果Li2O的量低于3％，不仅不能获得这些效果，而且也难于析出上述的预定晶相。如Li2O的量超过5％，就不能获得低热膨胀特性且碱性玻璃的失透性也会变差。如MgO的量低于0.6％，就不能获得上述效果，而如果此成分的量超过2％，低热膨胀特性就不能获得。如ZnO的量低于0.5％，就不能获得上述效果，如此成分的量超过2％，低热膨胀特性就不能获得且碱性玻璃的失透性也会变差。为了获得最好效果，Li2O、MgO和ZnO的总量应控制在4.0-6.5％范围内。
CaO和BaO为析出晶体后仍存留于玻璃陶瓷中的玻璃基材。这些成分是在晶相和玻璃基材之间进行有效调节的重要成分。如果CaO的量超过4％，就不会生成目标晶相，此外，碱性玻璃中也会发生失透性现象。如果BaO的量低于0.5％，就不能获得此效果，但如此量超过3％，碱性玻璃的熔融性就会变差，而且会还发生失透性现象。为了获得最好的效果，CaO和BaO的总量应控制在0.5-5％范围内。
TiO2和ZrO2是必不可少的成核剂。如果其每一成分的量低于1％，就不能析出所需要的晶相，但如每一成分的量超过4％，就会由于未熔部分的存在而使碱性玻璃的熔融性变差。
As2O3和Sb2O3是为了获得均匀产品而作为澄清剂加在熔融玻璃中的。每一成分的量加到2％就足够了。
本发明中，如用装有激光二极管的固体激光器来在着陆区形成凸台和凹槽，加入着色剂来吸收激光束是必不可少的。如用CO2激光器来形成凸台或凹槽，就无需加着色剂，但CO2激光束可以照射到含着色剂的体系上。
本发明中，至少应使用从V2O5、CoO、NiO、Cr2O3和CuO中选出的一种氧化物作为着色剂。
如每一成分的量超过3％，往往会生长出有较大直径的晶体，且碱性玻璃中会发生失透性现象。如各成分重总量低于1％，就不能获得本发明目的要求的透射百分率，这样就难于用激光器来进行加工。如各成分总量超过4％，碱性玻璃中的失透性现象变差，且难于大规模生产。
人们已经发现，用波长为0.2μm-0.6μm或1.05μm-1.40μm范围内的激光二极管的固体激光器不用过高激光器能量来进行充分加热时，厚度为0.635mm处的适当的透射百分率范围为0％-10％。使用此范围的透射百分率时，可把激光束的照射时间控制在最小数值上，这样，在基片表面部分就不会产生过剩应力，据此便可以稳定方式成形凸台或凹槽而又确保能大规模生产基片。
为了制备磁性信息存储介质的玻璃陶瓷基片，对具有上述组成的碱性玻璃进行热成形和/或冷成形，在650-750℃下热处理以产生晶核，进而在750-950℃下热处理以结晶。
如此热处理获得的玻璃陶瓷的主晶相是β-石英固溶体(β-SiO2固溶体)或β-石英固溶体(β-SiO2固溶体)和β-锂辉石固溶体(β-Li2O·Al2O3·4SiO2固溶体)的混合物。这些晶粒具有球状晶粒结构。含着色剂体系和不含着色剂体系的晶粒直径均为200-500。在-60℃至+600℃温度范围内，此玻璃陶瓷的热膨胀系数在-10-7/℃至20×10-7/℃范围内。
对用上述热处理获得的玻璃陶瓷进行通常的磨光和抛光处理即可获得表面粗度(Ra)为1-5的磁性信息存储介质的玻璃陶瓷基片。
对于着陆区体系而言，然后在着陆区，用有激光二极管的固体激光器或者CO2激光器对玻璃陶瓷进行凸台或凹槽的成形处理。
此时，将激光二极管固体激光器的激光波长限制在0.2μm-0.6μm或1.05μm-1.40μm范围内。用此波长范围的激光束照射时，在着陆区以10μm-200μm的间隔形成高度为50-300表面粗度(Ra)为10A-50A的凸台或凹槽。这样可以提供一种磁性信息存储介质的玻璃陶瓷基片如图1所示，此玻璃陶瓷基片有凸台或凹槽高度为50-300的着陆区和具有优异的光滑表面的数据区。在图1中，玻璃陶瓷基片1有设于中心开孔5外侧的着陆区3和设于着陆区3外侧的数据区2.符号4代表着陆区3内侧形成的称之为“圆环”部分。图2示出了着陆区中形成的凸台或凹槽的形状。图3示出了着陆区中形成的凸台形状。图4示出了着陆区中形成的凸台或凹槽的间隔。图5示出了着陆区中形成的凸台或凹槽的高度。
一般用于表面变换例如材料切割、焊接和微处理的激光器分为Ar激光器、CO2激光器、eximer激光器和激光二极管固体激光器。人们已经发现，由于熔融材料的喷溅，Ar激光器和eximer激光器会产生不适宜的形状缺陷，所以用于加工本发明玻璃陶瓷的激光器中，适宜的激光器局限于激光二极管固体激光器和CO2激光器。
为了用激光二极管固体激光器或CO2激光器在着陆区形成凸台或凹槽，使抛光的玻璃陶瓷基片在夹持状态下绕轴转动，在预定间隔处，用脉冲激光束垂直照射在着陆区表面上。
在脉冲激光照射时，用激光二极管固体激光器，使用光点直径为2μm-50μm范围的激光束，而用CO2激光器，则用光点直径为15μm-50μm范围的激光束。根据处理的玻璃陶瓷组成来控制激光器照射的条件，例如激光器功率和脉冲宽度。
影响用激光束照射基片表面形成凸台或凹槽的主要条件有：(1)激光器功率；(2)激光器脉冲宽度和(3)激光器光点直径，即基片表面的照射面积。对于激光二极管固体激光器所照射的基片材料而言，波长为(0.2μm-0.6μm或1.05μm-1.40μm)的激光器的吸收特性，所用激光器波长时的低透射百分率是最重要的因素。例如，没有晶体生长的一般玻璃制的基片不能选择吸收所用的激光二极管固体激光器的波长，因此，由于不能形成凸台或凹槽，所以基片表面不变热。
然后用公知的成膜方法，对经激光照射而在着陆区形成有凸台或凹槽的玻璃陶瓷基片进行成膜工艺，据此形成高记录密度的磁性信息存储介质。具体讲，在真空中加热玻璃陶瓷基片，然后用喷溅工艺涂覆以铬质中间层、钴合金质磁性层、和碳质保护层，最后在保护层表面涂覆一层润滑材料层即可得到磁性信息存储介质。
下面将参照附图来描述本发明的实施例。
在附图中，图1是根据本发明磁性信息存储介质的玻璃陶瓷基片中心开口外侧形成的着陆区和数据区的俯视平面图。
图2是表示在着陆区形成的凸台和凹槽的形状的剖面图。
图3是表示在着陆区形成的凸台形状的剖面图。
图4是表示在着陆区形成的凸台和凹槽间隔的剖面图。
图5是表示在着陆区形成的凸台和凹槽高度的剖面图。
图6表示了本发明实施例2的经HF浸蚀后的玻璃陶瓷晶体结构的SEM(扫描式电子显微镜)图。
图7表示了现有技术的比较例2的经HF浸蚀后的玻璃陶瓷晶体结构的SEM(扫描式电子显微镜)图。
图8是用装有激光二极管固体激光器(激光波长为1.064μm的Nd-YAG激光器)的激光束照射后的实施例2的凸台和凹槽的SEM图。
图9是用CO2激光器的激光束照射后实施例1的凸台的SEM图。
图10是用装有激光二极管固体激光器(激光波长为0.266μm的Nd-YAG激光器)的激光束照射后的现有技术的硅酸铝化学玻璃钢化玻璃的SEM图。
图11是实施例1的数据区的AFM(原子力显微镜)图和表面粗度。
图12是表示磁头在着陆区体系中启动和停止的信息存储设备的示意图。和
图13是表示磁头在磁性信息存储介质外侧区域中启动和停止的滑道装载体系的信息存储设备的示意图。
实施例
表1-4示出了根据本发明的着陆区体系的磁性信息存储介质基片的实施例(1号至9号)的组成和现有技术Li2O-SiO2体系的玻璃陶瓷(日本专利申请昭62-72547，对比例1和日本专利申请昭63-210039，对比例2)两个对比例的组成，这些表中还列出了晶核形成温度、结晶温度、玻璃陶瓷的外观颜色、主要晶相、晶粒直径、晶粒形状、使用波长为0.2μm-0.6μm和波长为1.05μm-1.40μm的激光在板厚0.635mm处的百分平均透射率、着陆区成形用的激光器类型、波长、激光束照射形成的凸台和凹槽高度、着陆区表面粗度(Ra)、抛光后数据区表面粗度(Ra)和玻璃陶瓷的热膨胀系数。
表1
实施例
              1            2            3
SiO2         55.0         54.0         53.0
P5O2        8.0          8.0          7.0
Al2O3       24.0         24.0         23.0
Li2O               4.0          4.0          4.0
MgO                 1.0          1.0          0.7
ZnO                 0.5          0.5          0.8
CaO                 1.0          1.0          1.0
BaO                 1.0          1.0          1.0
TiO2               2.5          2.5          2.3
ZrO2               2.0          2.0          1.8
As2O3             1.0          1.0
Sb2O3                                       1.0
V2O5                           1.0          0.4
CoO                                            1.5
NiO                                            1.5
Cr2O3                                       1.0
CuO
晶核形成温(℃)      750          730          700
结晶温度(℃)        800          900          850
外观颜色            透明         黑色         黑色
晶相和晶粒直径      β-石英      β-石英      β-石英
                    固溶体       固溶体       固溶体
                    250        320        1500
                                 β-锂辉石
                                 1000
晶粒形状            球形         球形         球形
波长为0.2μm-0.6μm
激光在板厚0.635mm处
的百分平均透射率    80％         0％          0％
波长为1.05μm-1.40μm
激光在板厚0.635mm处
的百分平均透射率    90％         0％          0％
激光器类型          CO2         Nd:YAG       Nd:YVO4
波长                10.5μm          1.064μm          1.064μm
凸台或凹槽高度      150            200             120
着陆区表面粗度(Ra)  14             16              13
数据区表面粗度(Ra)  2              3               1
热膨胀系数(×10-7/℃)
(-60℃至+600℃)     2                10                15
                         表2
                       实施例
                    4                 5                 6
SiO2               55.0              53.0              58.0
P5O2              7.0               7.0               6.5
Al2O3             24.0              23.0              22.5
Li2O               4.0               3.8               4.2
MgO                 1.0               0.6               0.7
ZnO                 1.0               0.6               0.5
CaO                 1.5               1.0               0.5
BaO                 1.0               0.8               0.7
TiO2               2.5               2.3               2.0
ZrO2               2.0               1.8               1.5
As2O3                                                 1.0
Sb2O3             1.0               0.8
V2O5                                1.0               1.0
CoO                                    2.0
NiO                                    1.5               0.5
Cr2O3                               0.5               0.4
CuO                                    0.3
晶核形成温度(℃)    740                730               750
结晶温度(℃)        830                920               880
外观颜色            透明               黑色              黑色
晶相和晶粒直径      β-石英             β-石英          β-石英
                    固溶体              固溶体           固溶体
                    300               500            +600
                                        β-锂辉石        β-锂辉石
                                        3000           4000
晶粒形状            球形                球形             球形
波长为0.2μm-0.6μm
激光在板厚0.635mm处
的百分平均透射率    81％                0％              0％
波长为1.05μm-1.40μm
激光在板厚0.635mm处
的百分平均透射率    93％                0％              8％
激光器类型          CO2                Nd:YAG           Nd:YVO4
波长                10.5μm             1.064μm         0.532μm
凸台或凹槽高度      200               300            500
着陆区表面粗度(Ra)  18                25             40
数据区表面粗度(Ra)  5                 4              3
热膨胀系数(×10-7/℃)
(-60℃至+600℃)     8                   15               18
                                表3
                              实施例
                    7                    8                9
SiO2               54.0                 56.5             55.0
P5O2              7.5                  7.5              7.0
Al2O3             24.0                 23.5             23.0
Li2O               4.0                  4.0              4.0
MgO                  1.0                  1.5              1.5
ZnO                  0.5                  0.5              0.5
CaO                  10
BaO                 1.0                1.0                1.0
TiO2               2.5                2.5                2.0
ZrO2               2.0                2.0                2.0
As2O3             1.0                1.0                1.0
Sb2O3
V2O5              1.0                                   2.0
CoO                  0.5
NiO                                                       0.5
Cr2O3
CuO
晶核形成温度(℃)    730                750                740
结晶温度(℃)        900                825                860
外观颜色            黑色               透明               黑色
晶相和晶粒直径      β-石英            β-石英            β-石英
                    固溶体             固溶体             固溶体
                    320              240              400
                    β-锂辉石                             α-方英石
                    1000
晶粒形状            球形               球形               球形
波长为0.2μm-0.6μm
激光在板厚0.635nm处
的百分平均透射率0％81％0％
波长为1.05μm-1.40μm
激光在板厚0.635mm处
的百分平均透射率    0％                92％               0％
激光器类型          Nd:YAG             CO2               Nd:YVO4
波长                0.266μm           10.5μm            1.064μm
凸台或凹槽高度      200              150              250
着陆区表面粗度      17               15               22
(Ra)17
数据区表面粗(Ra)    2                3               4
热膨胀系数(×107/℃)
(60℃至+600℃)      10                 5                 10
                              表4
                             对比例
                    1                  2
SiO2               71.0               82.0
P5O2              1.9                2.5
Al2O3             9.6                3.1
Li2O               12.0               8.5
MgO                                    1.5
ZnO
CaO                 0.4
BaO
TiO2
ZrO2
As2O3                                0.3
Sb2O3
                    Na2O3.8           Na2O1.6
                    SrO0.4             K2O3.6
                    PbO0.9
晶核形成温度(℃)    550                540
结晶温度(℃)        780                800
外观颜色            白色               白色
晶相和晶粒直径      Li2Si2O5       Li2Si2O5
                    1.2μm             1.5μm
                    α-方英石          α-方英石
                       0.5μm               0.3μm
晶粒形状               Li2Si2O5         Li2Si2O5
                       针状                 针状
                       α-方英石            α-方英石
                       球状                 球状
波长为0.2μm-0.6μm
激光在板厚0.635mm处
的百分平均透射率       45％                 48％
波长为1.05μm-1.40μm
激光在板厚0.635mm处
的百分平均透射率       87％                 86％
激光器类型
波长
凸台或凹槽高度
着陆区表面粗度(Ra)
数据区表面粗度(Ra)     14                 12
热膨胀系数(×107/℃)
(60℃至+600℃)         110                  115
为了制备上述实施例的玻璃陶瓷基片，在通常熔融设备中将包括氧化物、碳酸盐和硝酸盐的材料予以混合并在约1450-1500℃温度下熔融。把熔融态玻璃搅拌均匀，成形为盘状和退火即可得到成形玻璃。然后把成形的玻璃于700-750℃温度下进行热处理以形成晶核，然后于800-920℃再进行热处理以结晶生产所希望要的玻璃陶瓷。然后用平均颗粒直径为5-30μm的磨粒对其进行抛光和最后用平均粒径为0.2-2μm的氧化铈磨粒对其进行抛光。用固定在适当位置的装有激光二极管的固体激光器或CO2激光器对经抛光的玻璃陶瓷基片进行激光处理，用脉冲激光照射的同时，旋转玻璃陶瓷基片以在着陆区成形凸台或凹槽。
进行脉冲激光照射时，诸如激光波长、激光功率、激光束光点直径、焦点和激光脉冲宽度等条件是根据玻璃陶瓷基片的具体组成来控制的。
在实施例1-9中，着陆区和数据区的表面粗度(Ra)和着陆区凸台或凹槽高度是用AFM(原子力显微镜)测定的。
如表1-4及图6和7所示，本发明的实施例和和现有技术Li2O-SiO2体系的比较例在晶相和晶体颗粒形状方面彼此完全不同。本发明的玻璃陶瓷中，β-石英固溶体和β-锂辉石固溶体具有小颗粒直径的球状晶粒结构。相反，在对比例1和2的玻璃陶瓷中，二硅酸锂晶体具有直径为1.0μm或1.0μm以上的大直径针状晶粒结构。对于需要较光滑表面的情况而言，对比例的晶粒结构和晶粒直径对抛光后的表面粗度有相反影响并有由于晶体颗粒从基片上脱落下来而导致的缺陷。因为对比例1和2中，难以获得12或12以下的表面粗度的玻璃陶瓷。
正如图8-10所示的表面粗度那样，同现有技术铝基片和化学玻璃钢化玻璃基片所出现的上述缺点相反，利用本发明的玻璃陶瓷基片即可实现用激光处理来获得图8和9所示的均匀及所需形状的凸台或凹槽。图10示出了现有技术的硅铝酸玻璃(SiO2-Al2O3-Na2O，K2O离子交换)，从此图中可以清楚看出，经激光照射后，此种玻璃呈现出了不稳定和不均匀的表面状态。在图10所示的硅铝酸化学钢化玻璃中，用波长为1.064μm和0.532μm的装激光二极管的固体激光器(Nd:YAG)照射不能获得足够的加热，而需用波长为0.266μm的激光进行处理。其结果是得到如图10所示的不稳定和不均匀的表面状态。
据认为，根据本发明的玻璃陶瓷在耐热性方面优于玻璃态化学钢化玻璃；化学钢化玻璃在钢化表面层和非钢化中间层之间没有应力变化；具有能防止由各种外力作用而产生的微裂纹扩大的晶相。这些优点的总效果是改进了激光束照射形成的凸台或凹槽的性能。
图12示出了作为根据本发明磁性信息存储介质应用例的着陆区体系的信息存储设备(例如个人计算机的硬盘设备)。
图12中，磁性信息存储介质1有数据区2和着陆区3.磁性信息存储介质1可转动地固定于信息存储设备6上。磁头7可在枢轴上转动地固定于磁性信息存储设备6上。磁头7在着陆区3中启动，在低浮动高度状态或接触状态下在数据区2中记录或复制数据，此后再回到着陆区3中停止。
可用未经激光照射成形着陆区的着陆体系磁性信息存储介质基片的例子来作为滑道装载体系的磁性信息存储介质基片。
图13示出了使用滑道装载体系的磁性信息存储介质的信息存储设备(例如个人计算机硬盘设备)。
图13和12中的同一符号表示同一部件，因此在图13中无必要重复写出这些部件的名称。在此体系中，磁头7在所示出的磁性信息存储介质1外侧的区域中启动和停止。具体讲，磁头7在示出的信息存储介质1的外侧区域启动，在低浮动高度状态或接触状态下在数据区2中记录或复制数据，然后再回到信息存储介质1外侧区域停止。

Claims (16)

1.一种用于磁性信息存储介质的玻璃陶瓷基片，该基片包含SiO2-Al2O3-Li2O体系的玻璃陶瓷，其特征在于所述的玻璃陶瓷基片具有光滑的表面，且具有作为其主要晶相的β-石英固溶体(β-SiO2固溶体)或β-石英固溶体(β-SiO2固溶体)和β-锂辉石固溶体(β-Li2O·Al2O3·4SiO2固溶体)的混合物，并包含CaO+BaO其含量在0.5重量％至5.0重量％的范围内，而且还包含P2O5，而P2O5与SiO2的重量比为0.10至0.17。
2.一种用于磁性信息存储介质的玻璃陶瓷基片，该基片包含SiO2-Al2O3-Li2O体系的玻璃陶瓷，其特征在于所述的玻璃陶瓷基片具有光滑的表面，且具有作为其主要晶相的β-石英固溶体(β-SiO2固溶体)或β-石英固溶体(β-SiO2固溶体)和β-锂辉石固溶体(β-Li2O·Al2O3·4SiO2固溶体)的混合物，并包含BaO其含量在0.5重量％至3.0重量％的范围内，而且还包含P2O5，而P2O5与SiO2的重量比为0.10至0.17。。
3.根据权利要求1或2的玻璃陶瓷基片，其中β-石英固溶体和β-锂辉石固溶体的晶粒直径为200-5000。
4.根据权利要求3的玻璃陶瓷基片，其中抛光后基片的表面粗度(Ra)为1-5。
5.根据权利要求1的玻璃陶瓷基片，该基片有数据区和着陆区，所述着陆区有激光束照射形成的许多凸台或凹槽。
6.根据权利要求5的玻璃陶瓷基片，其中所用激光器是有激光二极管的固体激光器。
7.根据权利要求5的玻璃陶瓷基片，其中所用激光器是CO2激光器。
8.根据权利要求6的玻璃陶瓷基片，其中所述激光二极管固体激光器波长在0.2μm-0.6μm和1.05μm-1.40μm范围内。
9.根据权利要求8的玻璃陶瓷基片，其中装有激光二极管的固体激光器波长在0.2μm-0.6μm范围内或1.05μm-1.40μm范围内时在板厚0.635mm处的透射百分率为0％-10％。
10.根据权利要求5至7任一项的玻璃陶瓷基片，其中数据区抛光面的表面粗度(Ra)为1-5，经激光束照射在着陆区形成许多凸台或凹槽，形成的凸台或凹槽的高度在50-300范围内，着陆区的表面粗度(Ra)在10-50范围内，凸台或凹槽间隔在10μm-200μm范围内。
11.根据权利要求1或2的玻璃陶瓷基片，其中所述玻璃陶瓷是对由下述成分(重量百分数)组成的碱性玻璃进行热处理获得的：
    SiO2+P2O5           56-65％
其中SiO2                   50-60％
    P2O5                  6-10％
    Al2O3                 22-26％
    Li2O+MgO+ZnO           4.0-6.5％
其中Li2O                   3-5％
    MgO                     0.6-2％
    ZnO                     0.5-2％
    CaO+BaO                 0.5-5％
其中CaO                     0-4％
    BaO                     0.5-3％
    TiO2                   1-4％
    ZrO2                   1-4％
    As2O3                 0-2％
    Sb2O3                 0-2％
其中P2O5与SiO2的重量比介于0.10-0.17之间，所述玻璃陶瓷包含作为其主要晶相的β-石英固溶体(β-SiO2固溶体)或β-石英固溶体(β-SiO2固溶体)和β-锂辉石固溶体(β-Li2O·Al2O3·4SiO2固溶体)的混合物。
12.根据权利要求3的玻璃陶瓷基片，其中所述玻璃陶瓷是对由下述成分(重量百分数)组成的碱性玻璃进行热处理获得的：
    SiO2+P2O5           56-65％
其中SiO2                   50-60％
    P2O5                  6-10％
    Al2O3                 22-26％
    Li2O+MgO+ZnO           4.0-6.5％
其中Li2O                   3-5％
    MgO                            0.6-2％
    ZnO                            0.5-2％
    CaO+BaO                        0.5-5％
其中CaO                            0-4％
    BaO                            0.5-3％
    TiO2                          1-4％
    ZrO2                          1-4％
    As2O3                        0-2％
    Sb2O3                        0-2％
其中P2O5与SiO2的重量比介于0.10-0.17之间，所述玻璃陶瓷包含作为其主要晶相的β-石英固溶体(β-SiO2固溶体)或β-石英固溶体(β-SiO2固溶体)和β-锂辉石固溶体(β-Li2O·Al2O3·4SiO2固溶体)的混合物。
13.根据权利要求4的玻璃陶瓷基片，其中所述玻璃陶瓷是对由下述成分(重量百分数)组成的碱性玻璃进行热处理获得的：
    SiO2+P2O5                  56-65％
其中SiO2                          50-60％
    P2O5                         6-10％
    Al2O3                        22-26％
    Li2O+MgO+ZnO                  4.0-6.5％
其中Li2O                          3-5％
    MgO                            0.6-2％
    ZnO                            0.5-2％
    CaO+BaO                        0.5-5％
其中CaO                            0-4％
    BaO                            0.5-3％
    TiO2                          1-4％
    ZrO2                          1-4％
    As2O3                        0-2％
    Sb2O3                        0-2％
其中P2O5与SiO2的重量比介于0.10-0.17之间，所述玻璃陶瓷包含作为其主要晶相的β-石英固溶体(β-SiO2固溶体)或β-石英固溶体(β-SiO2固溶体)和β-锂辉石固溶体(β-Li2O·Al2O3·4SiO2固溶体)的混合物。
14.根据权利要求1的玻璃陶瓷基片，所述玻璃陶瓷是对由下述成分(重量百分数)组成的碱性玻璃进行热处理获得的：
    SiO2+P2O5                  56-65％
其中SiO2                          50-60％
    P2O5                         6-10％
    Al2O3                        22-26％
    Li2O+MgO+ZnO                  4.0-6.5％
其中Li2O                          3-5％
    MgO                            0.6-2％
    ZnO                            0.5-2％
    CaO+BaO                        0.5-5％
其中CaO                            0-4％
    BaO                            0.5-3％
    TiO2                          1-4％
    ZrO2                          1-4％
    As2O3                        0-2％
    Sb2O3                        0-2％
    V2O5+CoO+NiO+Cr2O3+CuO    1-4％
    V2O5                         0-3％
    CoO                             0-3％
    NiO                             0-3％
    Cr2O3                        0-3％
    CuO                             0-3％
其中P2O5与SiO2的重量比介于0.10-0.17之间，所述玻璃陶瓷包含作为其主要晶相的β-石英固溶体(β-SiO2固溶体)或β-石英固溶体(β-SiO2固溶体)和β-锂辉石固溶体(β-Li2O·Al2O3·4SiO2固溶体)的混合物。
15.根据权利要求1或2的玻璃陶瓷基片，所述玻璃陶瓷是对玻璃材料熔融、成形和退火并将形成的碱性玻璃经650-750℃下形成晶核和在750-950℃下结晶热处理后获得的，此玻璃陶瓷在-60℃至+600℃下的热膨胀系数在-10×10-7/℃至+20×10-7/℃范围内。
16.一种在权利要求1或2所述玻璃陶瓷基片上形成的具有磁性介质薄膜的磁性信息存储介质。
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