CN1167736A - 磁盘用微晶玻璃基片 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种磁盘用微晶玻璃基片，适用于接触记录方式，具有10以下的表面粗糙度和较高的磨损性。基片的构成是，微晶玻璃的主结晶相为α-方晶石(α-SiO2)和二硅酸锂(Li2O·2SiO2)，该结晶相的构成比α-方晶石/二硅酸锂为0.25-0.35，晶粒的粒径为0.1-1.0μm，磁盘基片的研磨表面粗糙度(Ra)为2-10，且，磨损度(Aa)为5-15之间。

Description

磁盘用微晶玻璃基片
本发明是关于磁盘用基片，特别是关于接触·记录磁盘用玻璃陶瓷基片。
伴随着个人计算机的多种形式化，需要大容量的磁盘装置。结果，为了增大面记录密度，磁盘必需增加环节(bit)和磁道的密度，也必需缩小环节单元的尺寸。对应于环节单元的缩小，必然产生磁头更加接近盘表面才能起作用，将磁头从盘面向上的浮动量取为0.025μm以下，使磁头和盘在大体接触状态下进行记录，以得到接触·记录的方式。
在这种接触·记录方式中，由于磁头向上的浮动量可在0.025μm以下，所以要求磁盘的表面粗造度(Ra)在10以下，具有相当高的耐磨损性，以承受和磁头的接触。
过去的磁盘基片材料，虽然使用了铝合金，但是，在铝合金基片上，由于各种材料缺陷的影响，在研磨中引起基片表面突起，或产生凹凸不平的疵点，就平坦性和平滑性不够，而且，由于铝合金是软性材料，很容易变形，所以难以薄形化，进而，由于磁头接触易产生变形伤害，而使整个盘损坏掉，所以完全不能适应当今的高密度记录。
作为消除铝合金基片缺点的材料，已知有化学强化玻璃的钠钙硅玻璃(SiO2-CaO-Na2O)和铝硅酸盐玻璃(SiO2-Al2ONa2O)，这种情况，(1)研磨，在化学强化后进行，在盘的薄片化中，强化层的不稳定因素很高。(2)由于玻璃中含有必要成分Na2O，所以成膜特性变坏，为防止Na2O溶出，必需进行全面保护性包涂处理，其缺点是难以保证制品的低成本，高生产。
进而，对于铝合金基片的化学强化玻璃基片，已知有好多种微晶玻璃。例如，特开平6-329440号公报记载的SiO2-Li2O-MgO-P2O5系微晶玻璃，具有作为主晶相的二硅酸锂(Li2O·2SiO2)和α-石英(α-SiO2)，α-石英(α-SiO2)的球状颗粒大小，虽然可以控制，但研磨成的表面粗糙度(Ra)为15-50范围，作为目标的表面粗糙度(Ra)为10以下，否则就不能适应低浮动，快速记录，以提高记录容量。
本发明的目的是提供一种磁盘用微晶玻璃基片。由于通过硬盘的高密度化，以适应接触。记录的方式，消除上述老技术中的缺点，使其表面粗糙度在10以下，并具有较高的耐磨损性能。
本发明者们，为达到上述目的，进行了大量研究和试验，结果发现，在SiO2-Li2O-Al2O3-P2O5系统中，对MgO和ZnO作为必要成分的基础玻璃，在严格限定热处理条件下，通过热处理而获得的主结晶相由α-方晶石(α-SiO2)和二硅酸锂(Li2O·2SiO2)形成的微晶玻璃中，α-方晶石对二硅酸锂的构成比，限定在0.25-0.35这样一个狭窄的范围内，对磁盘基片研磨形成的表面粗糙度(Ra)为2-10，磨损度(Aa)为5-15范围内，这样在接触·记录中，获得了一种理想的磁盘基片，并达到了本发明。
即，达到本发明目的的，权利要求1中记载的磁盘用微晶玻璃基片，其特征是，微晶玻璃的主结晶相是α-方晶石(α-SiO2)和二硅酰酸锂(Li2O·2SiO2)，该结晶相的构成比，α-方晶石/二硅酸锂为0.25-0.35，具有晶粒的粒径为0.1-1.0μm范围为佳，磁盘基片研磨形成的表面粗糙度(Ra)为2-10，而且，磨损度(Aa)为5-15范围。
权利要求2中记载的磁盘用微晶玻璃基片，其特征是，在权利要求1记载的磁盘用基片中，微晶玻璃是以重量百分比，SiO2 75-83％、Li2O 7-13％、Al2O3 1-5％、P2O5 1-3％、MgO 0.5-3％、ZnO 0.5-3％、K2O 0-5％、As2O3和/或Sb2O3 0-2％形成的基础玻璃，通过热处理而得到的。
本发明微晶玻璃的组成，虽然可以用和基础玻璃相同的氧化物基准进行表示，但是，对于基础玻璃的组成作上述限定的理由，还要做如下论述。
利用对基础玻璃的热处理，生成主结晶相为二硅酸锂(Li2O·2SiO2)和α-方晶石，SiO2成分是极为重要的成分，其量不足75.0％时，所得玻璃的析出结晶很不稳定，组织也很容易变的粗大，而超过83.0％时，基础玻璃的熔融又变得很困难。
通过玻璃的加热处理，生成主结晶相为二硅酸锂(Li2O·2SiO2)的结晶，Li2O成分也是极为重要的成分，但是，其量不足7％时，上述析晶变得很困难，同时，基础玻璃的熔融也很困难。当超过13％时，所得微晶玻璃的析晶变得不稳定，组织也容易变得粗大，从而化学耐久性和硬度也会恶化。K2O是提高玻璃熔融性的成分，可含到5％。
MgO是规定析晶的重要成分，其量不足0.5％时，α-方晶石析出增大，耐磨损性变坏。而超过3％时，α-石英析出增大，由于晶粒变得粗大，使表面粗糙度恶化。由于ZnO也具有同等效果，只能添加到3％。
P2O5成分，作为玻璃的晶核形成剂是不可少的，其量不足1％时，Li2O·2SiO2，α-SiO2晶粒变得粗大，不能获得所期望的表面粗糙度和磨损度。当超过3％时，玻璃成形时很容易失透，失透又引起晶粒子粗大化。
Al2O3是提高微晶玻璃化学耐久性的有效成分，其含量不足1％时，不能达到其目的，当含量超过5％时，熔融性恶化。As2O3和/或Sb2O3成分，作为玻璃熔融时的澄清剂是必须添加的，它们的1种，或2种的合计量低于2％，就足够了。
另外，本发明中，除了所用玻璃的上述成分外，以不损害期望特性为限度，也可以含有少量的其它成分，如B2O3、CaO、SrO、BaO、TiO2、SnO和ZrO2。
本发明的微晶玻璃基片，对于晶化时的晶相构成比，规定的α-方晶石/二硅酸锂＝0.25-0.35。这要通过XRD的峰高来观察各晶相的比率，通过α-方晶石(101)、二硅酸锂(130)的峰面来决定各自的使用比。将该比率限定为0.25-0.35的理由是，该构成比在0.25-0.35的范围内，研磨后基片的表面粗糙度为2-10 ，而获得理想的表面粗糙度，如图1所示，构成比不足0.25，或超过0.35时，磨损度(Aa)含急剧恶化，在0.25-0.35的范围内，可获得磨损度(Aa)大约在15以下的理想表面特性，这可以由大量的试验结果进行判明。
本发明微晶玻璃基片的磨损度为5-15，最好为5-12。据此，在磁头的浮动量为0.025μm以下的接触。记录中，具有足够的耐磨性能。
在制造本发明的磁盘用微晶玻璃中，熔解具有上述组成的玻璃，在进行热或/和冷成形后，在核形成400-550℃、结晶化720-820℃的温度下，进行结晶化热处理，进而使用一般广为人知的方法，对热处理微晶玻璃进行研磨和抛光，使表面粗糙度为2-10的范围。
以下以实施例说明本发明。表1-表4列出了本发明磁盘用微晶玻璃基片的实施组成例(No.1-10)和2个过去的SiO2-Li2O-Al2O3-P2O5系微晶玻璃的比较组成例，这些微晶玻璃的成核温度，晶化温度、析晶相、结晶粒径、研磨后的表面粗糙度(Ra)、磨损度的测定结果也一并列出。组成匀以重量百分比示出。
表1
                 实施例
      1      2      3
 SiO2     82.0     80.0     78.0
 Li2O     7.0     10.0     11.0
 Al2O3     1.0     2.0     3.3
 MgO     0.5     2.0     1.0
 ZnO     1.0     0.5     0.5
 K2O     5.0     4.3     4.0
 P2O5     3.0     1.0     2.0
 As2O3     0.5
 Sb2O3     0.2     0.2
其他
核形成温度(℃×时间)     450×4     480×5     540×5
结晶化温度(℃×时间)     720×2     800×1     780×2
结晶相     Li2Si2O5α-方晶石     Li2Si2O5α-方晶石     Li2Si2O5α-方晶石
α-方晶石/＝硅酸锂     0.30     0.25     0.25
结晶粒度(μm)     0.1     0.6     0.6
表面粗糙度(Ra)     3     7     7
磨损度(Aa)     6     12     9
表2
                实施例
     4      5      6
 SiO2     79.0     75.0     79.3
 Li20     7.0     13.0     11.0
 Al2O3     5.0     5.0     3.5
 MgO     2.0     2.0     0.5
 ZnO     3.0     3.0     0.5
 K2O     1.0     3.0
 P2O5     2.5     1.5     1.0
 As2O3     0.2
 Sb2O3     0.5     0.5
 其他     ZrO21.0
 核形成温度(℃×时间)     500×1     400×4     540×2
 结晶化温度(℃×时间)     800×5     820×2     780×2
 结晶相    Li2Si2O5α-方晶石    Li2Si2O5α-方晶石     Li2Si2O5α-方晶石
 α-方晶石/＝硅酸锂     0.28     0.28     0.26
 结晶粒度(μm)     0.8     0.6     0.4
 表面粗糙度(Ra)     8     5     4
 磨损度(Aa)     10     8     6
表3
                   实施例
      7       8        9
 SiO2     76.3     82.0     79.5
 Li2O     12.0     7.0     10.0
 Al2O3     4.0     1.0     3.0
 MgO     0.5     0.5     0.5
 ZnO     1.0     1.0     2.0
 K2O     4.0     5.0
 P2O5     1.0     2.0     2.5
 As2O3     0.5
 Sb2O3     0.2     0.5
 其他  Ti2   1.0  CaO    0.5  B2O3  1.0
 BaO    0.5  SrO     1.0
 核形成温度(℃×时间)     550×5     540×2     500×4
 结晶化温度(℃×时间)     770×5     770×3     820×5
 结晶相     Li2Si2O5α-方晶石    Li2Si2O5α-方晶石     Li2Si2O5α-方晶石
 α-方晶石/＝硅酸锂     0.34     0.30     0.30
 结晶粒度(μm)     0.7     0.5     0.8
表面粗糙度(Ra) 8 7 9
 磨损度(Aa)     10     8     7
表4
    实施例           比较例
    10       1       2
 SiO2     78.0     73.0     76.0
 Li2O     11.0     8.0     9.7
 Al2O3     2.0     5.0     3.5
 MgO     2.0     4.0     1.5
 ZnO     1.0     0.5
 K2O     2.0     4.0     3.5
 P2O5     3.0     4.0     3.5
 As2O3     0.5     0.3
Sb2O3 0.5
 其他 SnO     0.5  SrO   1.0  Na2O  1.0
 TiO2  1.0
 核形成温度(℃×时间)     480×5     500×2     500×3
 结晶化温度(℃×时间)     750×2     800×5     800×5
 结晶相    Li2Si2O5α-方晶石    Li2Si2O5α-方晶石     Li2Si2O5α-方晶石
 α-方晶石/＝硅酸锂     0.25     /     0.15
 结晶粒度(μm)     0.2     1.3     2.0
 表面粗糙度(Ra)     3     35     15
 磨损度(Aa)     6     20     21
显示本发明实施例3和比较例1，2的晶粒状态电子显微镜照片，分别示于图2、图3和图4。
上述实施例的玻璃，可以将任何一种氧化物、碳酸盐、硝酸盐等原料进行混合，使用通常的熔解装置，在1350-1500℃下，将混料熔融，搅拌均匀后，加工成期望的形状，再冷却，得到玻璃成形体。随后，对其进行热处理，成核后(400-550℃)，在晶化温度(720-820℃)期间保持1-5小时，得到所要的微晶玻璃。制作表面粗糙度测定试料时，将上述微晶玻璃进行精加工，抛光10-20分钟，得到平均粒径为9-12μm的磨料。关于磨损度依照日本光学硝子工业会指定的方法进行。即，将30×30×10mm的玻璃角片试料，水平放在距60rpm铸铁制平面皿(250mmΦ)中心80mm处，一边垂直释加9.8N(1kgf)的负重，一边在5分钟内均等提供20ml添加10g 800#(平均粒度20μm)研磨材料(A质氧化铝磨粒)的水，进行磨损测定研磨前后的试料质量，求出磨损质量。同样，用日本工学硝子工业会指定的求标试料磨损质量的方法，按下式算出的值取作磨损度(Aa)。
Figure A9710480100111
正如从表1所见，实施例的微晶玻璃，对于比较例，任何一个表面粗糙度(Ra)的值不足10，表面特性优良，所要改善的效果显著。即使是磨损度，任何一个都表示出低于12的小值，从而可知具有优良的耐磨损性。
正如以上所述，根据本发明，微晶玻璃的主结晶相是α-方晶石(α-SiO2)和二硅酸锂(Li2O·2SiO2)，该结晶的构成率α-方晶石/二硅酸锂为0.25-0.35，晶粒的粒径为0.1-1.0μm。经研磨的磁盘基片表面粗糙度(Ra)为2-10，而且，磨损度(Aa)在5-15之间，作为接触-·记录用是最好的磁盘用微晶玻璃基片。
图1是表示α-方晶石/二硅酸锂构成比和磨损度之间的关系曲线图。
图2是表示本发明实施例的晶粒状态电子显微镜照片。
图3是表示比较例1的晶粒状态电子显微镜照片。
图4是表示比较例2的晶粒状态电子显微镜照片。

Claims (2)

1、一种磁盘用微晶玻璃基片，其特征是微晶玻璃的主结晶相为α-方晶石(α-SiO2)和二硅酸锂(Li2O·2SiO2)，该结晶相的构成比α-方晶石/二硅酸锂为0.25-0.35，结晶粒的粒径为0.1-1.0μm，磁盘基片的研磨表面粗糙度(Ra)为2-10，且，磨损度(Aa)为5-15之范围。
2、根据权利要求1中记载的磁盘用微晶玻璃基片，其特征是上述微晶玻璃是通过加热处理以下成分形成的基础玻璃而获得，该基础玻璃构成，以重量百分比表示，SiO2 75-83％、Li2O 7-13％、Al2O31-5％、P2O5 1-3％、MgO 0.5-3％、ZnO 0.5-3％、K2O 0-5％、As2O3和/或Sb2O3 0-2％。
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