CN1213118C - 一种用于存储器硬盘的磁盘基片抛光浆料 - Google Patents
一种用于存储器硬盘的磁盘基片抛光浆料 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种用于存储器硬盘的磁盘基片抛光浆料，属于计算机存储器硬盘制造技术领域。本发明的抛光浆料含有磨料、氧化剂和水，其特征在于该抛光浆料还含有水溶性润滑剂和抛光平衡剂。所述水溶性润滑剂为脂肪酸聚氧乙烯醚磷酸酯、脂肪胺聚氧乙烯醚磷酸酯、脂肪酸多元醇酯的一种或两种以上的混合物，其含量为0.2-20wt%；所述抛光平衡剂为水溶性醇，其平衡剂的含量为0.05-20wt%。采用本发明提供的抛光浆料对存储器硬盘的磁盘基片进行抛光，可以降低存储器硬盘的基片表面的粗糙度和波纹度，使得平均波纹度和平均粗糙度均小于0.7埃，可并有效地消除凹坑、突起、划痕、抛光条痕等表面缺陷，并能以经济的高速度进行抛光。
Description
技术领域
本发明涉及一种抛光浆料，特别是涉及一种用于存储器硬盘的磁盘基片抛光浆料，属于计算机存储器硬盘制造技术领域。
背景技术
近年来，随着存储器硬盘容量及存储密度的快速上升，要求磁头去读更小、更弱的信号，因而磁头与磁盘磁介质之间的距离需要进一步减小以提高输出信号的强度。目前，产品化的计算机磁头的飞行高度已降低到10nm左右，，预计下一代将降低到7-8nm，并且已有人在进行磁头与磁盘间准接触乃至直接接触读写的研究。随着磁头与磁盘间运行如此的接近，对磁盘表面质量的要求也越来越高。当硬盘表面具有波度时，磁头就会随着高速旋转的存储器硬盘的波动上下运动。然而，如果波度超过一定的高度时，磁头就不再能随着波度运动，它就会与磁盘基片表面碰撞，发生所谓的“磁头压碎”，磁头压碎会损坏磁头或存储器硬盘表面上的磁介质，从而导致磁盘设备发生故障或读写信息的错误。另一方面，当存储器硬盘表面上存在数微米的微凸起时也会发生磁头压碎。此外，当硬盘表面存在凹坑时，就不能完整地写入信息，导致信息读出的失败，就会发生错误。因此，在形成磁介质之前，对磁盘基片进行超精抛光，使基片的表面粗糙度和波纹度降至最小是很重要的，同时还必须完全去除微凸起、细小凹坑、划痕、抛光条痕、表面尘埃等表面缺陷。
在对磁盘基片进行超精抛光时，一般采用二步或两步以上抛光的方法，即先采用含有粒径较大磨粒的抛光液进行初抛，以去除基片表面上的较大波度和表面缺陷，然后进行第二步抛光，即精抛光或最终抛光，第二步抛光的目的是使表面粗糙度及波纹度降低到最小，并消除划痕、微凸起、细小凹坑、抛光条痕等表面缺陷。
近几年来，已有一些专利报道了存储器硬盘的磁盘基片的抛光组合物及抛光方法，如专利公开号CN1379074A，CN1357586A，CN1316477A。根据本发明者研究的结果，随着硬盘制造商对存储器硬盘的基片表面加工质量的提高，已有的化学机械抛光组合物及抛光方法专利技术所能得到的最终表面粗糙度、波纹度及表面缺陷的控制，不能满足存储器硬盘的需要。
发明内容
本发明的目的提供一种用于存储器硬盘的磁盘基片抛光浆料，通过添加润滑剂来减小抛光垫与盘片的过度摩擦，调整磨料的在抛光中的运动规律，防止抛光条痕的产生，采用平衡溶剂来提高抛光液的稳定性及化学机械作用的均一性。
为实现上述目的，本发明提出的一种用于存储器硬盘的磁盘基片抛光浆料，含有磨料、氧化剂和水，其特征在于该抛光浆料还含有水溶性润滑剂和抛光平衡剂。
在上述抛光浆料中，所述磨料选自二氧化硅、氧化铝、氧化铈、氧化锆中的任何一种或两种以上的混合物，其磨料的含量为1-20wt％，优选为3-8wt％；所述磨料优选为胶体二氧化硅，其平均粒度为10-200纳米，优选为20-80纳米；
所述氧化剂为选自硝酸、过硝酸、过氧化氢、碘酸、高碘酸、硝酸铁、硝酸铝中的至少一种，其氧化剂的含量为0.1-12wt％，优选为0.3-5wt％；所述氧化剂优选为硝酸铁，其水溶液的杂质颗粒度小于200纳米；所述水为去离子水或蒸馏水；所述水溶性润滑剂为脂肪酸聚氧乙烯醚磷酸酯、脂肪胺聚氧乙烯醚磷酸酯、脂肪酸多元醇酯的一种或两种以上的混合物，其润滑剂的含量为0.2-20wt％，优选为1-5wt％；所述抛光平衡剂为水溶性醇，优选为异丙醇、乙二醇、丙二醇、丁二醇、丙三醇的一种或两种以上的混合物，其平衡剂的含量为0.05-20wt％，优选为0.5-6wt％；所述抛光浆料的PH值为1-4。
采用本发明提供的抛光浆料对存储器硬盘的磁盘基片进行抛光，可以降低存储器硬盘的基片表面的粗糙度和波纹度，使得平均波纹度(Wa)和平均粗糙度(Ra)均小于0.7埃，并可以有效地消除凹坑、突起、划痕、抛光条痕(polishing lines)等表面缺陷，并能以经济的高速度进行抛光。
附图说明
图1为初步抛光后的基片表面AFM形貌。
图2为实施例4的基片表面形貌。
图3为比较例2的基片表面形貌。
具体实施方式
本发明提供的用于存储器硬盘的磁盘基片抛光浆料，含有磨料、氧化剂、水，水溶性润滑剂和抛光平衡剂。
在本发明抛光浆料的组分中，适用的主要磨料选自二氧化硅、氧化铝、氧化铈、氧化锆。磨料不限于这些磨料中的任何特定一种，但较好的是二氧化硅。二氧化硅包括胶体二氧化硅、热解法二氧化硅和许多制备方法或性质不同的其他类型的二氧化硅。
在以上磨料当中，胶体二氧化硅能较好地用作本发明的磨料。制备胶体二氧化硅通常采用的方法为将硅酸盐进行离子交换，得到晶种，然后进行晶粒生长，得到要求的胶体二氧化硅粒径及粒径分布。
上述磨料在抛光过程中通过机械磨削作用对要抛光的基片表面进行抛光。其中胶体二氧化硅的粒径通常为10-200纳米，优选为20-80纳米，胶体二氧化硅单分散或较宽的粒径分布均可。是用激光粒度衍射粒度分布测量仪测得的平均粒度和粒度分布。如果胶体二氧化硅的平均粒径超出200纳米，则易产生划痕，并且表面粗糙度较大。如果平均粒径小于10纳米，则磨削作用太弱，导致表面平整度较差，并且抛光过程噪音较大。
抛光液中胶体二氧化硅的含量为1-20％(重量)，最好为3-8％(重量)，以抛光液的总重量计。如果胶体二氧化硅的含量太低，机械作用低，表面平整度差，如果胶体二氧化硅的含量过高，则会导致划痕增多。
作为本发明抛光的成分之一的氧化剂选自硝酸、过硝酸、过氧化氢、碘酸、高碘酸、硝酸铁、硝酸铝。氧化剂在抛光过程中提供化学作用，即对基片表面进行氧化，使基片表面脆化而易于磨去。优选硝酸铁作为氧化剂。
本发明中的抛光浆料中氧化剂的的含量为0.1-12wt％，最好为0.3-5wt％，以抛光浆料的总重量计。如果氧化剂的含量太低，化学作用太弱，抛光性能差，如果氧化剂的含量过高，则会导致腐蚀增加，抛光后基片表面的波纹度较大。
作为本发明抛光浆料的成分之一的润滑剂采用脂肪酸聚氧乙烯醚磷酸酯、脂肪胺聚氧乙烯醚磷酸酯、脂肪酸多元醇酯的一种或几种。抛光浆料中的润滑剂通过表面吸附来减低抛光垫与基片间的过度摩擦，消除抛光条痕(polishing lines)。同时，润滑剂还可以降低抛光浆料的表面张力，改善抛光浆料的流动性及在基片表面的铺展性，影响抛光浆料中磨料的运动规律，以得到较好的抛光效果。
抛光浆料中润滑剂的的含量为0.2-20wt％，最好为1-5wt％，以抛光液的总重量计。如果润滑剂的含量太低，润滑作用弱，起不到改善表面质量的作用，如果润滑剂的含量过高，则会润滑过度，导致抛光效率低及抛光时间的延长。
作为本发明抛光液的成分之一的平衡剂采用异丙醇、乙二醇、丙二醇、丁二醇、丙三醇的一种或一种以上。抛光液中的平衡剂通过其分子结构中的羟基在胶体二氧化硅与溶剂水间起到桥连作用，以改善抛光液的稳定性及均一性。
抛光液中平衡溶剂含量为0.05-20wt％，最好为0.5-6wt％，以抛光液的总重量计。如果平衡溶剂的含量太低，不足以稳定抛光液，如果平衡溶剂的含量过高，则不会进一步提高抛光液的稳定性，并导致抛光液成本的升高。
作为本发明抛光液的组分之一可以是去离子水或蒸馏水，主要是考虑到抛光浆料的稳定性和抛光工艺中不希望有杂质离子和颗粒存在。
本发明的抛光浆料可采用如下方法制备：在水中混入所需用量的胶体二氧化硅、润滑剂、平衡溶剂、氧化剂，这些成分在水中的分散或溶解是任意的。可采用搅拌或超声波分散法进行分散。此外，这些成分的添加顺序是任意的，可以先分散溶解任何一种，也可同时进行。
本发明的抛光浆料可加入pH值调节剂调节pH值至需要的范围。为了达到本发明的较好的效果，pH值在1-4为好。pH值调节剂可以是有机酸、有机碱或无机酸、无机碱。
本发明抛光浆料适用于抛光存储器硬盘的基片为Ni-P磁盘或铝磁盘。抛光机可以为单面抛光机、双面抛光机或其组合。抛光垫为绒面型、非织造型、植绒型、起绒型等。
采用本发明的化学机械抛光液及抛光方法，可以得到“高、精”的抛光表面。为了提高抛光效率，较好的是使用上述抛光浆料的抛光步骤作为最终的抛光步骤，即在用本发明的抛光液抛光前，基片最好先进行初步抛光，较好的是将经初步抛光的基片的表面粗糙度降至Ra不大于10埃。
下面结合实施例对本发明的实施方案作进一步说明：
实施例1-8：
在机械搅拌条件下，将所需用量的胶体二氧化硅(初始颗粒的平均粒度：40纳米)加入到去离子水中分散稀释，然后依次加入已精制过的润滑剂、平衡溶剂、氧化剂，充分搅匀后，加入适量pH调节剂调节pH至需要的范围。以该方法制备实施例1-8和比较例1-3的实验样品，其具体配比见表1。
表1
| 二氧化硅(wt％) | 硝酸铁(wt％) | 润滑剂(wt％) | 平衡剂(wt％) | PH | |
| 实施例1 | 4.0％ | 0.5％ | 脂肪酸聚氧乙烯醚磷酸酯，0.5％ | 丙二醇，1％ | 1.48 |
| 实施例2 | 5.5％ | 2％ | 脂肪酸聚氧乙烯醚磷酸酯，2％ | 丙二醇，2％ | 1.90 |
| 实施例3 | 7.0％ | 4％ | 脂肪酸聚氧乙烯醚磷酸酯，4％ | 丙三醇，3％ | 2.80 |
| 实施例4 | 5.5％ | 2％ | 脂肪酸聚氧乙烯醚磷酸酯，2％ | 异丙醇，0.5％ | 1.86 |
| 实施例5 | 5.5％ | 2％ | 脂肪胺聚氧乙烯醚磷酸酯，2％ | 丙二醇，1％ | 3.5 |
| 实施例6 | 7.0％ | 4％ | 脂肪胺聚氧乙烯醚磷酸酯，5％ | 丙三醇，2.5％ | 2.1 |
| 实施例7 | 5.5％ | 1.5％ | 脂肪酸多元醇酯，1.5％ | 丙二醇，1％ | 1.9 |
| 实施例8 | 7.0％ | 4％ | 脂肪酸多元醇酯，4％ | 丙二醇，2％ | 1.7 |
| 比较例1 | 4.0％ | 0.5％ | 无 | 无 | 1.42 |
| 比较例2 | 5.5％ | 2.0％ | 无 | 无 | 1.90 |
| 比较例3 | 7.0％ | 4.0％ | 无 | 无 | 1.70 |
抛光条件
抛光机：双面抛光机
被抛光基片：95mm/50mil镍磷敷镀的铝合金基片(已经过初步抛光，其表面粗糙度Ra＝6)
被抛光基片数：45片
抛光垫：FK-1-N，其物理性质见表2
抛光压力：80g/cm2
下盘转速：30rpm
抛光时间：8.5min
抛光液流量：400ml/min
表2 FK-1-N的物理性质
厚度 重量 密度 可压缩性 弹性 绒毛层厚度
(mm) (g/m2) (g/cm3) (％) (％) (μm)
0.80 350 0.44 4.0 85 450
抛光完成后，接着对抛光基片进行洗涤和干燥，然后测量基片的表面形貌特征和磨削速率。用厚度仪测量抛光前后基片厚度差来获得磨削速率。表面波纹度Wa、表面粗糙度Ra用Chapman MP2000+表面形貌仪(Chapman Instrument Inc.，美国)测试，其分辨力为0.3，测量波长分别为Ra 80μm及Wa 400μm。表面形貌用DI D-300原子力显微镜((Digital InstrumentCorp.，美国)观察，其水平分辨力为0.1nm，垂直分辨力为0.01。对所有45片被抛光的基片进行测量，由平均值得到表面粗糙度、波纹度和磨削速率。所得的结果见表3。
表3
| 磨削速率(纳米/分钟) | 表面粗糙度(Ra)(埃) | 表面波纹度(Wa)(埃) | AFM形貌 | |
| 实施例1 | 59 | 0.48 | 0.59 | 平整 |
| 实施例2 | 65 | 0.46 | 0.57 | 平整 |
| 实施例3 | 60 | 0.48 | 0.60 | 平整 |
| 实施例4 | 52 | 0.40 | 0.54 | 平整 |
| 实施例5 | 58 | 0.50 | 0.59 | 平整 |
| 实施例6 | 63 | 0.49 | 0.60 | 平整 |
| 实施例7 | 49 | 0.51 | 0.62 | 平整 |
| 实施例8 | 54 | 0.47 | 0.55 | 平整 |
| 比较例1 | 65 | 0.82 | 0.80 | 有抛光条痕 |
| 比较例2 | 59 | 0.79 | 0.81 | 有抛光条痕 |
| 比较例3 | 66 | 0.81 | 0.85 | 有抛光条痕 |
由表3的结果可见，本发明的抛光浆料的抛光性能优于仅含常规铁化合物的抛光组合物，实施例与比较例的磨削速率相近，但实施例能够获得更光滑的抛光表面(平均波纹度(Wa)和平均粗糙度(Ra)均小于0.7埃)，并且在原子力显微镜(AFM)下很少观测到凹坑、突起、划痕、抛光条痕(polishing lines)等微观缺陷。经初步抛光后的基片表面的原子力显微镜(AFM)下的形貌如图1所示，实施例4的AFM形貌如图2所示，比较例2的表面形貌如图3所示。
Claims (12)
1、一种用于存储器硬盘的磁盘基片抛光浆料，含有磨料、氧化剂和水，其特征在于该抛光浆料还含有水溶性润滑剂和抛光平衡剂；所述水溶性润滑剂为脂肪酸聚氧乙烯醚磷酸酯、脂肪胺聚氧乙烯醚磷酸酯、脂肪酸多元醇酯的一种或两种以上的混合物，其润滑剂的含量为0.2-20wt％；所述抛光平衡剂为水溶性醇，所述水溶性醇为异丙醇、乙二醇、丙二醇、丁二醇、丙三醇的一种或两种以上的混合物，其抛光平衡剂的含量为0.05-20wt％。
2、按照权利要求1所述的用于存储器硬盘的磁盘基片抛光浆料，其特征在于：所述磨料选自二氧化硅、氧化铝、氧化铈、氧化锆中的任何一种或两种以上的混合物，其磨料的含量为1-20wt％。
3、按照权利要求1或2所述的用于存储器硬盘的磁盘基片抛光浆料，其特征在于：所述磨料的含量为3-8wt％。
4、按照权利要求2所述的用于存储器硬盘的磁盘基片抛光浆料，其特征在于：所述磨料为胶体二氧化硅，其平均粒度为10-200纳米。
5、按照权利要求2所述的用于存储器硬盘的磁盘基片抛光浆料，其特征在于：所述磨料为胶体二氧化硅，其平均粒度为20-80纳米。
6、按照权利要求1所述的用于存储器硬盘的磁盘基片抛光浆料，其特征在于：所述氧化剂为选自硝酸、过硝酸、过氧化氢、碘酸、高碘酸、硝酸铁、硝酸铝中的至少一种，其氧化剂的含量为0.1-12wt％。
7、按照权利要求1或6所述的用于存储器硬盘的磁盘基片抛光浆料，其特征在于：所述氧化剂的含量为0.3-5wt％。
8、按照权利要求6所述的用于存储器硬盘的磁盘基片抛光浆料，其特征在于：所述氧化剂为硝酸铁，其水溶液的杂质颗粒度小于200纳米。
9、按照权利要求1所述的用于存储器硬盘的磁盘基片抛光浆料，其特征在于：所述水为去离子水或蒸馏水。
10、按照权利要求1所述的用于存储器硬盘的磁盘基片抛光浆料，其特征在于：所述水溶性润滑剂的含量为1-5wt％。
11、按照权利要求1所述的用于存储器硬盘的磁盘基片抛光浆料，其特征在于：所述抛光平衡剂的含量为0.5-6wt％。
12、按照权利要求1所述的用于存储器硬盘的磁盘基片抛光浆料，其特征在于：所述抛光浆料的PH值为1-4。
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