CN1182057C - 玻璃组合物、磁头用封接玻璃及磁头 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了实质上不含铅、可用于电子设备的各种部件的具有低软化点和耐水性的玻璃组合物，以及使用该玻璃组合物的磁头。所述玻璃组合物中包含0.5～14重量%的SiO2，3～15重量%的B2O3，4～22重量%的ZnO，55～90重量%的Bi2O3，0～4重量%的Al2O3，0～5重量%的选自Li2O、Na2O及K2O的至少1种，0～15重量%的选自MgO、CaO、SrO及BaO的至少1种。

Description

玻璃组合物、磁头用封接玻璃及磁头
技术领域
本发明涉及用于陶瓷、玻璃及金属等材料的粘合用材料、封接用材料、覆盖用材料或糊状材料等的低软化点玻璃组合物。
本发明进一步涉及适用于磁记录媒体中进行磁信息的记录和重现的磁头及粘合构成上述磁头的分成两半的一对磁芯体所用的封接玻璃。
背景技术
在电子设备使用的各种部件中，采用各种玻璃材料作为粘合、封接或覆盖由陶瓷、玻璃或金属等构成的各种部件的材料。使用的由玻璃单独构成的材料或玻璃材料和其他材料形成的复合材料有块状、粉末、纤维或薄膜等各种形态。此外，将玻璃材料以作为焊料玻璃和其他材料及适当的填料或媒介物等混合而获得的具有各种性能的糊状材料也可用于各种领域。
使用玻璃材料达到上述目的的例子包括对磁记录媒体中进行磁信息的记录和重现的磁头。该磁头由分成两半的一对磁芯体粘合而成，为形成磁路气隙，使用玻璃材料。这种玻璃材料一般被称为封接玻璃，它是影响磁头特性的重要构成材料。
以下，对传统的磁头进行说明。
由于铁氧体具有良好的磁特性、耐磨损性及机械加工性，所以广泛用作磁头用磁芯材料。由铁氧体形成的分成两半的一对磁芯体的至少一个磁芯体上设置绕线用槽，将分成两半的一对磁芯体对接，在它们中间隔有非磁性体形成的磁路气隙，再用封接玻璃对它们进行粘合就获得了磁头，该磁头被称为铁氧体磁头。
近年来，随着磁记录重现装置的小型化及高容量化，希望使用具有高矫顽力的磁记录媒体。因此对前述铁氧体磁头进行改进，开发出了具有能够充分写入信息能力的上述磁记录媒体的高密度磁记录用磁头。
特别是将分成两半的磁芯体的磁路气隙的相对面用具有高饱和磁通密度的金属磁性膜(例如，Fe-Ta-N、Fe-Nb-N、Fe-Nb-Si-B-N、Fe-Ta-C、Co-Ta-Zr-Nb或Co-Nb-Zr-N等磁性金属材料薄膜，以下称为“金属磁性膜”)覆盖，将分成两半的一对磁芯体对接，在它们中间隔有磁路气隙材料，用封接玻璃对它们进行粘合就获得了磁头，该磁头被称为金属含隙(MIG)磁头。
此外，具有由非磁性基板夹住金属磁性膜结构的分成两半的一对磁芯体，在它们中间隔有磁路气隙材料，将前述两个金属磁性膜的端面对接，再用封接玻璃粘合而获得的磁头称为层叠型磁头。
近年来，随着对于上述磁头等电子设备及其各种部件的高性能化和高可靠性的要求越来越高，对达到上述目的而使用的玻璃材料的要求也越来越严格。
上述玻璃材料在使用时必须要进行适当的热处理，但为了不使玻璃材料以外的材料、包含玻璃材料的部件及包含玻璃材料的设备等因热而劣化，要求尽量降低热处理温度。满足这一要求的玻璃材料可采用所谓的低软化点玻璃。
一般，玻璃材料具有软化点越低热膨胀系数越大的倾向。为了避免因冷却后的形变而导致的破坏及开裂等，要求热膨胀系数要小。例如，为了使上述磁头显现出最佳磁记录特性，必须对形变进行控制。因此需要具有可适应各种磁头规格的热膨胀系数的玻璃材料。
上述玻璃必须具有适用于各种不同用途的适当的温度特性和热膨胀系数。具体来讲，要求近年来用于电子设备和各种部件的玻璃材料的作业温度为450～650℃，且热膨胀系数为70×10-7～130×10-7/℃。这里的作业温度表示使玻璃材料的粘度为103Pa·s时的温度。软化点是由JIS试验方法R3104测得的温度，玻璃材料的粘度为106.6Pa·s时的温度。除去玻璃材料的粘性性质特殊的情况以外，玻璃材料都有软化点越低其作业温度越低的倾向。
一直以来，低软化点玻璃包括SiO2-B2O3-PbO系及B2O3-PbO-ZnO系等铅玻璃。为了实现低软化点，必须使玻璃材料中含有铅。
但是，近年来用于具有高性能及高可靠性的电子设备用各部件时，以往使用的铅玻璃为代表的低软化点玻璃的耐水性不够充分。
特别是随着对性能及可靠性的更高要求，磁头需在加工过程中长时间浸在磨削液中，这样就存在封接玻璃被腐蚀的问题。即，封接玻璃的化学耐久性屡屡出现问题。
此外，要求这些玻璃材料中不含铅。
因此，本发明的目的是解决上述以往存在的问题，提供不含铅且具有低软化点及良好耐水性的玻璃组合物。此外，本发明还提供了由前述玻璃组合物形成的磁头用封接玻璃及使用该封接玻璃的磁头。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了玻璃组合物，该玻璃组合物的特征是，包含0.5～14重量％的SiO2，3～15重量％的B2O3，4～22重量％的ZnO，55～90重量％的Bi2O3，0～4重量％的Al2O3，0～5重量％的选自Li2O、Na2O及K2O的至少1种，0～15重量％的选自MgO、CaO、SrO及BaO的至少1种。上述玻璃组合物中各组分的含量都是以氧化物为基准换算的量。
此外，本发明还提供了由前述玻璃组合物形成的磁头用封接玻璃。
本发明进一步提供了一种磁头，其特征在于，在至少一个磁芯体上设置绕线用槽、至少一个磁芯体的气隙相对面上形成了金属磁性膜的分成两半的一对磁芯体中间隔有磁路气隙材料，并以前述气隙相对面对接，再用前述磁头用封接玻璃粘合分成两半的这对磁芯体。
本发明还提供了一种磁头，其特征在于，在至少一个磁芯体上设置绕线用槽、用非磁性基板夹住金属磁性膜的分成两半的一对磁芯体中间隔有磁路气隙材料，并使前述两个金属磁性膜端面对接，再用前述磁头用封接玻璃粘合分成两半的这对磁芯体。
对附图的简单说明
图1是本发明实施例之一的铁氧体磁头的立体图。
图2是本发明实施例之一的MIG磁头的立体图。
图3是本发明实施例之一的层叠型磁头的立体图。
图4是图3所示磁头主要部分的平面图。
实施发明的最佳方式
为了获得不含铅的低软化点玻璃材料，必须使用具有使软化点及作业温度下降作用的组分以代替铅氧化物。本发明提供了主要含有铋氧化物、作业温度为450～650℃、热膨胀系数为70×10-7～130×10-7/℃、且耐水性良好的玻璃组合物。
前述玻璃组合物组分的特征是包含0.5～14重量％的SiO2，3～15重量％的B2O3，4～22重量％的ZnO，55～90重量％的Bi2O3，0～4重量％的Al2O3，0～5重量％的选自Li2O、Na2O及K2O的至少1种，0～15重量％的选自MgO、CaO、SrO及BaO的至少1种。
各组分的含量范围被限定在上述范围内的理由如下所述。
SiO2的含量如果少于0.5重量％，则不能够获得稳定的玻璃。如果超过14重量％，则作业温度将高于650℃。所以，SiO2的含量为0.5～14重量％。
此外，SiO2的含量如果较多，则玻璃中易析出结晶。为了减少这种结晶析出，SiO2的含量最好为0.5～12重量％。
B2O3的含量如果少于3重量％，则热膨胀系数变大。如果超过15重量％，则不能够获得稳定的玻璃。所以，B2O3的含量为3～15重量％。
此外，B2O3的含量如果较多，则玻璃中易析出结晶。为了减少这种结晶析出，B2O3的含量最好为3～9重量％。
ZnO的含量如果少于4重量％，则耐水性下降。如果超过22重量％，则不能够获得稳定的玻璃。所以，ZnO的含量为4～22重量％。
此外，ZnO的含量如果较多，则玻璃中易析出结晶。为了减少这种结晶析出，ZnO的含量最好为4～19重量％。
为了获得稳定的玻璃，ZnO和B2O3的重量比(ZnO/B2O3)最好为0.8～2.8。
Bi2O3的含量如果少于55重量％，则作业温度将超过650℃。如果超过90重量％，则不能够获得稳定的玻璃。所以，Bi2O3的含量为55～90重量％。
此外，Bi2O3的含量如果较多，则玻璃中易析出结晶。为了减少这种结晶析出，Bi2O3的含量最好为55～85重量％。
Al2O3不是必不可少的组分，但该组分能够促进玻璃化，还能够提高耐水性。其含量如果超过4重量％，则作业温度将高于650℃。所以，含量范围为0～4重量％。
为了获得稳定的玻璃，SiO2和Al2O3的重量比(SiO2/Al2O3)最好在2.0以上。
Li2O、Na2O及K2O也不是必不可少的组分，但如果含有其中的1种以上可使作业温度下降。含量如果超过5重量％，则热膨胀系数变大，耐水性也下降，所以，含量范围为0～5重量％。
此外，上述组分的含量如果较多，则玻璃中易析出结晶。为了减少这种结晶析出，最好使Li2O的含量为0～2重量％、Na2O的含量为0～3重量％、K2O的含量为0～4重量％，并使它们的合计含量为0～4重量％。
MgO、CaO、SrO及BaO也不是必不可少的组分，但如果含有其中的1种以上可获得稳定的玻璃。含量如果超过15重量％，则难以玻璃化，所以含量范围为0～15重量％。
此外，上述组分的含量如果较多，则玻璃中易析出结晶。为了减少这种结晶析出，最好使MgO的含量为0～6重量％、CaO的含量为0～8重量％、SrO的含量为0～10重量％、BaO的含量为0～12重量％，并使它们的合计含量为0～12重量％。
在不影响本发明效果的前提下，还可添加除上述组分以外的组分来进行改质。
使用由上述玻璃组合物制得的封接玻璃的本发明磁头将在以下的实施例中进行详细说明。
以下，通过实施例对本发明进行详细说明，但本发明并不仅限于此。
实施例1～30
作为本发明的玻璃组合物的实施例，制得表1～3所示组成的玻璃组合物1～30。
调和并混合规定原料后，将所得混合物放入白金坩埚中，用电炉以900～1300℃的温度加热1小时使该混合物熔融。然后用辊筒对所得熔融玻璃进行急冷，制得本发明的玻璃组合物。所得玻璃组合物的组成、作业温度、热膨胀系数及耐水性如表1及表2所示。
对作业温度、热膨胀系数及耐水性的评估如下所述。
首先，测定熔融玻璃的粘度，将该粘度达到103Pa·s时的温度作为作业温度，以此来评估作业温度。
然后，将所得玻璃组合物制成直径为4mm、长为20mm的玻璃棒，测定以10℃/分钟的速度升温时的热膨胀率，算出30～300℃的平均热膨胀系数，以此来评估热膨胀系数。
此外，将得到的玻璃组合物制成一边为10mm的立方体试样，使其在沸腾过的离子交换水中浸泡1小时后，求得单位面积的重量减少量，以此来评估耐水性。为了使玻璃组合物能够用于各种部件等，该值最好在1.0mg/cm2以下。
                                                                       表1
No.   1   2   3   4   5     6     7   8   9   10   11   12   13   14   15
组成wt％     SiO2   6.8   4.8   4.1   3.5   9.6   2.1   3.4   9.3   2.1   0.6   2.0   1.2   10.7   13.0   10.5
    B2O3   12.8   9.9   6.9   5.3   8.7   3.7   6.6   7.0   6.1   5.1   3.5   6.7   8.6   7.0   9.6
    ZnO   14.6   9.9   11.5   18.7   16.7   8.7   9.2   14.4   8.6   5.5   12.5   7.8   20.3   14.5   18.3
    Bi2O3   65.8   75.4   76.9   71.5   63.8   82.6   78.9   67.2   82.1   87.6   81.0   80.3   57.9   64.2   58.2
    Al2O3   -   -   0.6   1.0   1.2   1.8   1.0   1.1   -   -   -   1.0   1.0   0.6   2.6
    Li2O   -   -   -   -   -   1.1   0.3   0.3   -   -   -   -   -   -   -
    Na2O   -   -   -   -   -   -   0.6   0.7   1.1   1.2   1.0   3.0   1.5   0.7   0.8
    K2O   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -
    MgO   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -
    CaO   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -
    SrO   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -
    BaO   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -
作业温度(℃)热膨胀系数(×10-7/℃)耐水性(mg/cm2)   600750   575940.2   550930.1   545850.2   630760   4751060.5   5251020.3   605840.1   4951120.7   4551390.8   4701240.7   4751250.6   625800.1   640800   650760
                                                                          表2
No. 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
    组成wt％     SiO2   5.0   4.7   3.4   3.4   3.5   5.3   5.7   3.4   3.1   3.4   2.9   3.3   4.0   3.3   2.6
    B2O3   6.0   5.5   6.5   6.5   6.7   10.7   11.6   6.5   5.5   6.5   3.7   6.5   5.5   6.4   6.3
    ZnO   4.6   12.9   9.2   10.6   11.0   10.7   11.6   9.2   4.9   9.1   5.7   9.1   8.5   9.0   8.0
    Bi2O3   80.9   73.7   78.7   78.0   76.6   71.2   66.6   78.5   81.5   78.4   81.6   77.7   72.9   77.0   70.9
    Al2O3   1.5   2.0   1.0   0.9   1.0   -   -   1.0   0.8   1.0   1.1   0.9   1.0   0.9   0.9
    Li2O   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -
    Na2O   2.0   1.2   1.2   0.6   1.2   -   -   0.6   1.2   0.6   1.1   0.6   0.4   0.6   0.2
    K2O   -   -   -   -   -   2.1   4.5   -   -   -   -   -   -   -   -
    MgO   -   -   -   -   -   -   -   0.8   3.0   -   -   -   -   -   -
    CaO   -   -   -   -   -   -   -   -   -   1.0   3.9   -   -   -   -
    SrO   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -   1.9   7.7   -   -
    BaO   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -   2.8   11.1
    作业温度(℃)热膨胀系数(×10-7/℃)耐水性(mg/cm2)   5201130.4   545910.2   5151060.2   530990.3   5301050.2   590970.1   6001010.1   5351010.2   5101180.4   5301030.3   4751280.5   5301020.2   5201040.3   5301030.4   5201060.3
如表1和表2所示可知，本发明的封接玻璃中不含铅，作业温度为450～650℃，热膨胀系数为70×10-7～130×10-7/℃。且耐水性良好。
考虑到流动性等，以上制得的玻璃组合物在使用时最好为非晶态。但是，根据不同用途，也可在热处理后使该玻璃组合物晶化。
使用的这些玻璃组合物可以是块状、粉末状、纤维状或薄膜等各种形态。也可以是其他形状。前述玻璃组合物可以是仅由前述玻璃组合物形成的材料，也可以是前述玻璃组合物和其他材料的复合材料。
这些玻璃组合物作为陶瓷、玻璃及金属等各种材料的粘合材料、封接材料、覆盖材料或具有各种性能的糊状材料能够用于以电子设备用各种部件为代表的所有用途以替代以往所用的玻璃组合物。例如，可用于磁头、各种LCR部件、半导体组件、其他电子部件、阴极射线管、液晶显示器和等离子体显示器等显示装置。还可用于照明用灯管灯泡制品、搪瓷制品及陶瓷制品等。
比较例1～6
作为本发明的玻璃组合物的比较例，制得表3所示组成的玻璃组合物31～37
调和并混合规定原料后，将所得混合物放入白金坩埚中，用电炉以900～1200℃的温度加热1小时使该混合物熔融。然后用辊筒对所得熔融玻璃进行急冷，制得比较用玻璃组合物。所得玻璃组合物的组成、作业温度、热膨胀系数及耐水性如表3所示。评估方法与实施例1相同。
                                         表3
No. 31 32 33 34 35 36 37
  组成wt％     SiO2   0.7   1.5   9.9   3.0   16.5   15.2   23.5
    B2O3   16.0   7.6   12.3   9.0   3.0   8.5   2.3
    ZnO   8.1   8.9   4.5   10.0   0.5   1.2   2.4
    PbO   73.7   78.6   70.4   74.0   79.5   68.5   65.3
    Al2O3   0.5   0.4   1.6   1.0   0.5   4.7   3.2
    Li2O   -   -   -   -   -   -   -
    Na2O   -   -   1.3   -   -   1.9   3.3
    K2O   0.7   1.9   -   -   -   -   -
    MgO   -   -   -   -   -   -   -
    CaO   0.3   1.1   -   -   -   -   -
    SrO   -   -   -   -   -   -   -
    BaO   -   -   -   3.0   -   -   -
  作业温度(℃)热膨胀系数(×10-7/℃)耐水性(mg/cm2)   480   480   540   490   530   630   650
  95   107   91   96   104   88   91
  3.3   4.0   1.9   2.8   2.1   1.5   1.3
如表3所示可知，含有铅的比较用玻璃组合物的作业温度为450～650℃，且热膨胀系数为70×10-7～130×10-7/℃。但它们的耐水性都较差。
实施例31
图1所示为本发明磁头一实施例的铁氧体磁头的立体图。将由铁氧体构成的分成两半的一个磁芯体2和设置了绕线用槽1的同样由铁氧体构成的另一个磁芯体3对接，在它们中间隔有磁路气隙材料4，两者由封接玻璃5及6粘合。
封接玻璃5及6使用的是上述实施例制得的玻璃组合物8，在605℃的温度下进行热处理，制得图1所示铁氧体磁头。
构成分成两半的磁芯体2及3的铁氧体使用的是Mn-Zn单晶铁氧体，磁路气隙材料4使用的是石英玻璃。
制得的铁氧体磁头未出现裂缝和破损，封接玻璃部分也未见侵蚀等，能够显现出所希望的磁转换特性。
实施例32
图2所示为本发明磁头一实施例的MIG磁头的立体图。设置了绕线用槽7的铁氧体构成的分成两半的磁芯体8及9在磁路气隙相对面上形成金属磁性膜10及11，金属磁性膜10及11间形成了磁路气隙材料12。磁芯半体8及9由封接玻璃13及14粘合。
所用封接玻璃13及14为上述实施例的玻璃组合物8，在515℃的温度下进行热处理，制得图2所示MIG磁头。构成分成两半的磁芯体8及9的铁氧体使用的是Mn-Zn系单晶铁氧体，金属磁性膜10及11使用的是饱和磁通密度(Bs)为1.6T的Fe-Ta-N膜，磁路气隙材料12使用的是石英玻璃。
制得的MIG磁头未出现裂缝和破损，封接玻璃部分也未见侵蚀等，能够显现出所希望的磁转换特性。
实施例33
图3及图4所示是作为本发明磁头一实施例的层叠型磁头的例子。图3为本发明磁头的另一实施例的立体图。图4为图3所示磁头的主要部分的平面图。
将设置了绕线用槽15、且具有用非磁性基板18及19夹住金属磁性膜16和绝缘膜17的层叠体结构的分成两半的一个磁芯体21和具有用非磁性基板夹住前述层叠体的结构的另一个磁芯体20对接，在它们中间隔有磁路气隙材料22，两者由封接玻璃23、24及25粘合。
所用封接玻璃23、24及25为上述实施例的玻璃组合物9，在495℃的温度下进行热处理，制得图3所示层叠型磁头。所用金属磁性膜16是饱和磁通密度(Bs)为0.8T的Co-Ta-Zr-Nb系合金，所用绝缘膜17为石英玻璃。此外，非磁性基板18及19使用的是MgO-NiO-TiO2系陶瓷基板，磁路气隙材料22使用的是石英玻璃。
制得的层叠型磁头未出现裂缝和破损，封接玻璃部分也未见侵蚀等，能够显现出所希望的磁转换特性。
此外，以上铁氧体磁头、MIG磁头及层叠型磁头中所用的磁芯、金属磁性膜、磁路气隙材料、绝缘膜及非磁性基板等基本上都是采用以往一直采用的材料。
本发明的磁头用封接玻璃也可用于结构不同于以上的磁头。
产业上利用的可能性
如上所述，本发明提供了不含铅、且耐水性良好的低软化点玻璃材料。还提供了可用于陶瓷、玻璃及金属等各种材料的粘合材料、封接材料、覆盖材料及具有各种性能的糊状材料。
本发明的磁头用封接玻璃不仅不含铅，且具有软化点较低和耐水性良好的特性。
因此，使用本发明的磁头用封接玻璃，能够获得具备较高性能和可靠性的铁氧体磁头、MIG磁头及层叠型磁头等磁头。

Claims (5)

1.玻璃组合物，其特征在于，包含0.5～14重量％的SiO2，3～15重量％的B2O3，大于9重量％不大于22重量％的ZnO，55～90重量％的Bi2O3，0～4重量％的Al2O3，0～5重量％的选自Li2O、Na2O及K2O的至少1种，0～15重量％的选自MgO、CaO、SrO及BaO的至少1种。
2.磁头用封接玻璃，其特征在于，包含0.5～14重量％的SiO2，3～15重量％的B2O3，大于9重量％不大于22重量％的ZnO，55～90重量％的Bi2O3，0～4重量％的Al2O3，0～5重量％的选自Li2O、Na2O及K2O的至少1种，0～15重量％的选自MgO、CaO、SrO及BaO的至少1种。
3.磁头，其特征在于，将至少一个磁芯体上设置了绕线槽的分成两半的一对磁芯体对接，在它们中间隔有磁路气隙材料，所述分成两半的一对磁芯体通过包含0.5～14重量％的SiO2，3～15重量％的B2O3，大于9重量％不大于22重量％的ZnO，55～90重量％的Bi2O3，0～4重量％的Al2O3，0～5重量％的选自Li2O、Na2O及K2O的至少1种，0～15重量％的选自MgO、CaO、SrO及BaO的至少1种的磁头用封接玻璃粘合。
4.磁头，其特征在于，在至少一个磁芯体上设置了绕线槽、至少一个磁芯体的气隙相对面上形成了金属磁性膜的分成两半的一对磁芯体中间隔有磁路气隙材料，使前述气隙相对面对接，所述分成两半的一对磁芯体通过包含0.5～14重量％的SiO2，3～15重量％的B2O3，大于9重量％不大于22重量％的ZnO，55～90重量％的Bi2O3，0～4重量％的Al2O3，0～5重量％的选自Li2O、Na2O及K2O的至少1种，0～15重量％的选自MgO、CaO、SrO及BaO的至少1种的磁头用封接玻璃粘合。
5.磁头，其特征在于，在至少一个磁芯体上设置了绕线槽、用非磁性基板夹住金属磁性膜的分成两半的一对磁芯体中间隔有磁路气隙材料，使前述两个金属磁性膜端面对接，所述分成两半的一对磁芯体通过包含0.5～14重量％的SiO2，3～15重量％的B2O3，大于9重量％不大于22重量％的ZnO，55～90重量％的Bi2O3，0～4重量％的Al2O3，0～5重量％的选自Li2O、Na2O及K2O的至少1种，0～15重量％的选自MgO、CaO、SrO及BaO的至少1种的磁头用封接玻璃粘合。
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