CN1233579C - 磁记录存储器介质用玻璃基片材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种磁记录存储器介质用玻璃基片材料及其制备方法，属玻璃材料及制备技术领域。本发明的一种磁记录存储器介质用玻璃基片材料，其组成成分及含量(重量百分比)如下：SiO2 60-70%、B2O3 4-9%、Na2O 4.5-6.5%、K2O 0-7%、Li2O0.1-9%、TiO2 0-5%、Al2O3 3-8%、As2O3+Sb2O3 0.4%、ZnO 0-6.5%、ZrO2 0-5%；另外还需加入适量的碱土金属、稀土元素氧化物。该基片材料制备方法为：按上述的原料的组成及配比进行称量，研磨混合均匀后放入熔炼炉中，加热到1300～1350℃温度，使其熔化，并保温5～6小时，并搅拌；出炉后，将融化的原料放至专用的成形模具中，其模具温度在400～500℃。当成形后，即进入退火炉中热处理，热处理温度为500-550℃，退火时间不超过8小时。并以4～15℃/min冷却至室温，取出即可。

Description

磁记录存储器介质用玻璃基片材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种磁记录存储器介质用玻璃基片材料及其制备方法，属玻璃材料及制备技术领域。
背景技术
由于科学技术的高度发展，社会信息量的日益增大，引起了人们对各类信息的记录、存储、处理与运作的高度重视。为了记录信息，人们利用各种声、光、电、磁的转换能量方式，进行信息处理。目前，可说从手掌式游戏机、移动手机、乃至数码摄影与摄像机等均离不开规息记录存储器。尤其与日常生活、工作和学习有着十分密切关系的计算机，正因存在磁、光、电转换的记忆装置才使各类计算机技术的应用多样化，从而彻底改变了人类文明，计算机及其相关技术的出现也是人类划时代进步的具体体现。然而，假如主要具信息记忆功能之磁记录的存储器尚未发明的话，其将会使计算机技术受拙，从而导致人类进步的滞后。因此，作为关键技术之一的计算机用的磁记录的存储器又简称磁盘(或称硬盘)的重要性是十分显而易见的。近代高科技迅猛发展导致信息量飞越，因而此类记录存储器具大容量特征外，其还需记忆存储的高密度，才能使磁盘在有限空间极大限度增加其信息存储量，才利于快速读取相关信息。一般而言，在磁盘上只有增加信号记录的环节(bit)与磁道来解决。为此，必定要缩小环节的单元尺寸，故而导致磁头更加接近盘片表面，有时可近似认为只有使磁头与磁盘大体上已处于接触状态下才能运作，所以经计算与实际操作发现，当磁头飞行高度离具磁记录介质盘片仅只有15～25nm时才能达到。如上所述，除磁盘记录介质制作工艺中要求膜厚精细控制外，关健之一首先要求作为磁盘衬底基片材料其力学性能具刚性高，平行度好，又具低粗糙度(Ra～1nm以下，乃至0.5nm)表面，相当高的耐磨损耗性以及耐化学性等特性，因而对磁盘基底材料(简称基片或基板，下同)的选择提出了新的要求。
以往，磁存储器基片材料常采用铝镁合金，但其退火后的硬度仅为0.9Gpa，较软，根本就不能满足磁盘盘片记录读取数据时的很高转速与大的耐冲击强度，易产生弯曲甚至热形变。表面加工平整度又受Al合金材料本身缺陷的影响，而产生若干凹凸不平的疵点，从而发生信号读或记的盲点。关键是除形变外，又难以使基片达到高平整度、低表面粗糙度、超薄型化的要求，故已不能适应当今记录磁盘高密度的需要。另因受形变影响等，也易使信息失真。因此，寻找一种新型的基片材料以取代铝镁合金基片，是一项十分有现实意义任务。它将会使磁盘具有符合现代需求的，用磁/光/电等讯号转换的，涉及具更高强度、更大容量以及有更高的磁存储密度的介质层附着用的基板。
为消除铝镁合金基板所有的弊端，科技工作者已经对各种材料进行了探索性工作，故迄今已知，若干强化玻璃又称化学强化玻璃基片(即以化学方式进行离子交换而强化的玻璃)，玻璃陶瓷基片等已有实用化产品，其中还试制了包括SiC、ZrO2、Al2O3及Al/BC复合材料等作为基材的基板。
一类常见的基片是微晶玻璃，是目前应用较为广泛的基材，主要生产商是小原株式会社(OHARA)，日本的保谷、Minolta公司，康宁(Corning，美国)公司，及若干玻璃制造商进行生产。由于原玻璃基板(即称基体或母体玻璃)材料经晶化热处理后，可有效增加玻璃的强度，经表面处理后，可使其平整度增高；同时又无钠离子沾污问题，故无需二次化学热处理，更不必制备一层包埋的阻挡层来保护磁记录膜不受Na+沾污，从而可保证使其数据处理的可靠性。由于上述的优点，使该基体材料正日益引起关注。但是微晶玻璃主要存在制备工艺周期较长，比化学增强玻璃平面加工或成型困难些，不利于成本降低等缺点。
强化玻璃基片(下简称玻片)仍是目前用量最大，而成本相对又较低的材料。生产的玻璃基片材料主要为钠钙玻璃及铝硅系玻璃等，早期此类玻片的发明专利主要还是日本企业，如HOYA及其它公司等专利申请号号分别为JP-32431，JP-321034及JP-特开平1-239036等。一般地说，其经化学强化后，玻璃基片的杨氏模量达到80～100Gpa，Knoop硬度(努普硬度)达600kg/mm2，热膨胀系数约达45-70×10-7/k，化学强化玻璃基片作为一种磁记录存储器用的基体材料，基本上可符合磁盘相关要求，即使计算机存储器或硬盘转速达10000转/分(rpm)也基本上能符合其机械性能。此类玻片优越性在于其表面结构缺陷低，易加工，且平整度高(达Ra＜2nm)等特点，已大规模成为硬盘制造商的首选材料。但目前的这种磁记录存储器用的基体材料的最大缺点在于其基体材料中Na+的含量较高。由于Na+易在介质中扩散，且又具高离子迁移率，因而在加工过程中，会发生Na+离子的逸出或迁移的沾污问题，而影响磁介质膜其记录存储特性；同时化学强化需在基础玻璃表面以K+与基材中Na+进行交换，故如何减少或者少用含Na+的碱金属氧化物作磁盘玻璃基材，是一项很重要的工作。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种含有较少Na+离子的磁记录存储器介质用玻璃基片材料。本发明的第二个目的在于提供上述的磁记录存储器介质用玻璃基片材料的制备方法。
为达到上述的目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的一种磁记录存储器介质用玻璃基片材料，其特征在于，该材料是由SiO2-B2O3-Al2O3-Li2O-TiO2-ZnO氧化物构成的硅酸盐系玻璃，其组成成分及含量(重量百分比)如下：
SiO2       60-70％，       B2O3               4-9％，
Na2O      4.5-6.5％，     K2O                0-7％，
Li2O      0.1-9％，       TiO2                0-5％，
Al2O3     3-8％，         As2O3+Sb2O3    0.4％，
ZnO         0-6.5％，       ZrO2                0-5％，
碱土金属氧化物0.2-0.5％，
稀土元素氧化物0.2-2％。
所述的碱土金属氧化物为：BaO和/或MgO；
所述的稀土元素氧化物为：CeO2、Sm2O3、Y2O3、Yb2O3和La2O3中的任一种或任两种。
上述的一种磁记录存储器介质用玻璃基片材料的制备方法，其特征在于，该制备方法的具体步骤为：按上述的原料的组成及配比进行称量，研磨混合均匀后放入熔炼炉中，加热到1300～1350℃温度，使其熔化，并保温5～6小时，同时搅拌；出炉后，将融化的原料放至专用的成形模具中，其模具温度在400～500℃。成形后，即进入退火炉中热处理，热处理温度为500-550℃，退火时间为6-8小时；再以4～15℃/min冷却至室温，取出即可。
在本发明方法中，加入适量的碱土金属氧华物的目的主要是为了适当增加玻璃熔化特性，同时又有利增加密度及化学稳定性，但不宜超过0.5wt％，使澄清困难，而CeO2主要解决玻璃基料的流淌性问题。加入ZrO2以增加其强度和化学稳定性。需强调指出，加入若干稀土元素氧化物，如La2O3，Yb2O3，Sm2O3，Y2O3等，其目的主要为提高其基片的色散性、刚性强度，提高其熔制特性及调整若干色度。
本发明方法与现有技术相比，具有如下显而易见的优点和进步：由于Na2O含量的减少，如与HOYA公司(如牌号Code N5)产品相比，基础玻璃钠含量减至约原来的1/3～1/2，这对于提高本发明材料的强度与化学稳定性是十分有利的。同时，也可减少对于磁记录材料中Na+离子被溅射时逸出或迁移的沾污问题，而影响磁介质膜其记录存储特性。本发明的玻璃基片经过随机抽样鉴测，主要使玻璃基片在通过K+离子化学增强处理后，可以达到如下的物理性能：杨氏模量80～83.5Gpa，比模量30～33Gpa.cm3/g，硬度为700Kg/mm2，热膨胀系数70～90×10-7/k。应该说与其它类似的强化玻片相比具有一定的优越之处。
具体实施方式
以生产1千克本发明的一种磁记录存储器介质用玻璃基片材料为例，各实施例的制备方法按上述工艺步骤进行，其具体组成成分及工艺参数见下表：
  原料成份及参数                               实施例
  玻璃成份   1   2     3    4   5
  SiO2   680克   655克     640克    635克   650克
  Al2O3   75克   45克     40克    39克   39克
  B2O3   45克   80克     82克    81克   88克
  Na2O   45克   55克     50克    65克   60克
  K2O   40克   50克    42克   50克
  Li2O   28克   12克     87克    59克   4克
  TiO2   40克   38克    42克   20克
  ZrO2   42克     34克   5克
  ZnO   30克     50克    6克   60克
  As2O3   1克     3克   4克
  Sb2O3   3克   4克     1克    4克
  碱土金属氧化物   BaO 5克   MgO 4克BaO 5克    BaO 5克
  稀土元素氧化物  CeO2   2克Sm2O3 6克   La2O3 10克  CeO2   25克Yb2O3 8克  CeO2  5克Y2O3 17克  CeO2  20克
  熔制温度(℃)  1350   1300  1350  1300  1300
  压制模具表面温度(℃)  450   500  480  500  500
  热处理温度/退火时间(℃/小时)  500/6   550/8  510/8  520/6  500/6
  步冷过程速率(℃/min)  10   4  8  7  15
在本发明方法中，为了提高试样的均匀性及熔制温度，可将上述熔制后基料的玻璃，或称之为碎玻璃料，按与此碎玻璃料同组份的配料混合料的组成比为1∶2的重量百分比，即碎玻璃料最大可占整体配合料总量的30％，其中配料混和料应该均匀磨细，一起加入熔炼炉中；再按本发明方法进行加工制备，即可得到磁记录存储器介质用玻璃基片材料。

Claims (3)

1.一种磁记录存储器介质用玻璃基片材料，其特征在于，该材料是由SiO2-B2O3-Al2O3-Li2O-TiO2-ZnO氧化物构成的硅酸盐系玻璃，其组成成分及重量百分含量如下：
SiO2      60-70％，            B2O3           4-9％，
Na2O      4.5-6.5％，          K2O             0-7％，
Li2O      0.1-9％，            TiO2            0-5％，
Al2O3    3-8％，              As2O3+Sb2O3 0.4％，
ZnO         0-6.5％，            ZrO2            0-5％，
碱土金属氧化物    0.2-0.5％，
稀土元素氧化物    0.2-2％。
2.根据权利要求1所述的一种磁记录存储器介质用玻璃基片材料，其特征在于，所述的碱土金属氧化物为：BaO和/或MgO；所述的稀土元素氧化物为：CeO2、Sm2O3、Y2O3、Yb2O3和La2O3中的任一种或任两种。
3.根据权利要求1所述的一种磁记录存储器介质用玻璃基片材料的制备方法，其特征在于，该制备方法的具体步骤为：按原料的组成及配比进行称量，研磨混合均匀后放入熔炼炉中，加热到1300～1350℃温度，使其熔化，并保温5～6小时，同时搅拌；出炉后，将融化的原料放至专用的成形模具中，其模具温度在400～500℃；成形后，即进入退火炉中热处理，热处理温度为500-550℃，退火时间6-8小时；再以4～15℃/min冷却至室温，取出得到玻璃基片材料。
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