CN1397065A - 用于磁介质的玻璃基板和基于此种玻璃基板的磁介质 - Google Patents

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亚当·奥赖恩
霍斯特·洛赫
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Abstract

本发明介绍了一种磁介质用基板，因为由缝模拉拔玻璃板形成方法直接制备，具有极佳的表面性能。基板坯料直接从玻璃板切割，经过拉伸，要求稍微进行表面处理或不要求表面处理，以用作磁介质的基板，特别是硬盘驱动器。还公开了制备此种基板的方法，和从此种基板制备磁介质的方法。进一步公开了由此种方法制备的基板和磁介质。

Description

用于磁介质的玻璃基板和基于此种玻璃基板的磁介质
技术领域
本发明公开了用于磁介质例如硬盘驱动器的玻璃基板。还公开了制备此种基板的方法，由此种基板制备磁介质的方法和所得的磁介质。
发明背景
玻璃基板用作磁介质例如硬盘驱动器的潜力已经知道一些年了。玻璃基板相比于最流行使用的铝基板的优势包括抗冲击性改进和稳定性更高。例如，抗冲击性的改进降低了驱动器发生“磁头撞击”损坏(而这可能是金属基板的一个问题)，且稳定性的改进使得磁盘在高速驱动时具有更小的颤动和/或使得更薄的磁盘也保持足够的稳定性。另外地，具有高度光滑表面的玻璃基板可提供使得磁头更接近磁盘的磁盘，使得能储存更多的数据。
然而，玻璃基板的实际应用性由于从直接冲压或从玻璃板(即玻璃材料通过制成板材的装置)制备具有合适表面性能的基板需要复杂的加工步骤而受到阻碍。已公知通过几种工艺制备玻璃的板材，包括：下拉法、浮法玻璃、上拉法(up draw process)和压铸法。至于用作磁介质基板的玻璃板的制备，已公开了一种类型的下拉法，公知为熔融型下拉法；参见Kitayama的US5,725,625。然而，由这个熔融下拉法制得的玻璃板仍然具有不足够的用于直接制备磁介质用基板的表面性能，即所需的平整度、波纹度、厚度变化和表面粗燥度。由此，例如由Kitayama所公开，必须使玻璃基板经受一个显著的平整化步骤。事实上，Kitayama的发明主要涉及对通过熔融下拉法制得的玻璃板进行平整化的方法。另外，在Kitayama的发明中从平整化后的玻璃板切割的圆盘(即基板坯料)要求显著的表面处理以使得基板具有用作磁介质基板、特别是硬盘驱动器基板的足够表面性能。由此，在Kitayama的发明的实施例2-1中，从平整化后的玻璃板切取的坯料仍然要求一个粗研磨、一个抛光和两个额外的研磨步骤以使得基材具有足够的表面性能。
通过浮法玻璃方法制得的玻璃的板材也没有导致表面性能的足够结合。表面性能的组合和浮法玻璃方法具有要求从玻璃中浸析出在浮法玻璃方法中固有的杂质和/或留在玻璃表面上的杂质的加工步骤的又一缺点。
所有这些额外的加工步骤均要求大量的时间和资源。它们也要求以足够厚度的玻璃板作为原材料，以致于在研磨材料的所有表面处理完成之后，所得的磁介质基板具有更合适的厚度。由此，必须制成更高厚度的坯料的方法具有附加的成本，例如每个基板坯料要熔融和加工更多量的玻璃材料的成本。
提供磁介质用玻璃基板的公知方法是不足以提供一种特别适用的方法，即具有所要求的优异表面性能的基板能够从玻璃板上直接切取制成，成形之后，使得用作制备磁介质，特别是硬盘驱动器时稍微要求或不要求表面处理。
发明概述
为了至少部分地克服现有技术的不足，本发明的一个目的是提供从玻璃板切取的磁介质，特别是硬盘驱动器用基板，拉制成之后，其要求稍微或不要求表面处理。其它目的包括制备此种基板的方法，制备包含此种基板的磁介质的方法，和此种方法制得的磁介质产品。通过说明书和后附权利要求书的进一步描述，本发明的其它目的和优点对本领域熟练人员将变得十分明显。
因此，本发明包括：
-一种从玻璃板制得的磁介质用基板或由缝模下拉法(Slotdowndraw process)拉制的玻璃条带，特别是由于从缝模下拉法拉制而没有任何的后续表面处理，玻璃板具有下列性能：
平整度≤25微米，特别是≤10微米，
波形度小于100埃，特别是小于40埃，
厚度变化±20微米，特别是±15微米，和
表面粗燥度低于10埃，特别是低于5埃。
-一种磁介质基板，该基板表面从缝模下拉法拉制而仅仅通过玻璃板的接触研磨和清洗就具有足够的表面性能。
-用作硬盘驱动器的如上述的基板，特别是其中基板为圆盘状和其上有磁性层。
-一种用于制备玻璃磁介质基板的方法，其包括下列步骤：
由缝模下拉法拉制玻璃板，和
从该玻璃板切取所述玻璃磁介质基板。
-在上述方法中，在从缝模下拉法拉制之后进行任何表面处理之前，基板的平整度≤25微米，波形度小于100埃，厚度变化±20微米和表面粗燥度低于10埃。
-在上述方法中，使得玻璃材料从基板表面除去的唯一处理是接触研磨和清洗，优选地，其中所述接触研磨降低了基板的总厚度至多0.02毫米，优选至多0.01毫米。
-一种磁介质，其包含由上述方法制得的玻璃基板和磁性层，特别是其中磁介质是硬盘驱动器。
-一种制备具有玻璃基板的硬盘驱动器的方法，其包括如下步骤：
由缝模下拉法拉制一玻璃板，
从该玻璃基板切取一圆盘，
接触研磨和清洗所述圆盘，和
涂布磁性层至圆盘表面。
用在制备本发明的玻璃板的缝模下拉法中的原材料可以是选自广范围的材料。然而，为用作磁介质的基板，所述玻璃优选具有下列性能：
a.化学淬火性
b.膨胀系数为35至100×10-7C-1
c.在淬火之前杨氏模量高于65Mpa
d.密度为2.3-2.7(g/cm3)
e.硬度高于500HK(努普硬度，按照ISO 9385方法)
还受欢迎的是，所述玻璃在成型区域中仅仅拥有小的温度对粘度变化，以得到实现所需尺寸性能的最佳方法。这是因为在下拉过程中玻璃流过缝模的控制必须是均匀的，以使得玻璃具有所定的厚度和性能。
可用的玻璃的非限制性实例包括铝硅酸盐、钙硅酸盐、锌硅酸盐和硼硅酸盐玻璃，硼硅酸盐是特别优选的。应当将玻璃组合物配制成使得玻璃基板和磁介质的磁性层之间具有功能上不显著的碱反应。可用的玻璃组合物的实例通常包含(基于氧化物的摩尔％)，60-75％SiO2，0-12％B2O3，0-17％Al2O3，6-13％Na2O，3-8％K2O，0-10％ZnO，0-4％TiO2，0-5％MgO，0-10％CaO，和0-1％BaO。为了精炼的目的，可混入少量的As2O3，Sb2O3或其它加工助剂。可用的玻璃材料的具体实例连同它们的材料性能是描述在下表1中。
表1  适用于下拉法的组合物玻璃类型分类  玻璃规格  铝硅酸盐  钙硅酸盐  锌硅酸盐  硼硅酸盐  硼硅酸盐  钙硅酸盐氧化物摩尔％SiO2                   61.7      71.46     67.13     69.77     74.44     73.73B2O3                                      0.93      7.89      10.52Al2O3                 16.8      1.31      1.78      2.69Na2O                   12.2      8.07      9.07      6.75      9.05      8.17K2O                    4.1       6.28      6.33      4.79      4.87      5.65ZnO                               2.77      9.60      4.74                3.34TiO2                   0.8       0.32      0.49      3.28      0.16      0.20MgO                     3.7                 4.50CaO                     0.2       9.67      0.02                0.23      7.92BaO                                                             0.67      0.88As2O3                 0.5       0.08      0.09Sb2O3                           0.04      0.06        0.09    0.07      0.13性能化学淬火性    有        有        有        有          有      有        有膨胀系数
         35-100     86        96        96          72      83        94×10-7C-1化学淬火之前
         ＞16       73        72        69          73      82        72的杨氏模量密度gm/m3   2.3-2.7    2.5       2.5       2.6         2.5     2.5       2.55硬度HK       ＞500      595       511       没有测得    590     610       540
还可用的玻璃原材料包括例如在US4,148,661中公开的那些，其公开内容在此引入作为参考。
如背景技术部分所述，熔融下拉法在制备磁介质用基板的现有技术(Kitayama)中被教示，然而，熔融下拉法不足以提供具有足够平整度和表面性能的玻璃板。该熔融下拉法使用具有接受熔融玻璃原材料的通道的引上池，其中沿着该通道了的两侧具有溢流口，以致于当通道填满时，熔融玻璃溢出溢流口并靠重力流出引上池的表面。这些外表面向下和向内延伸以致于它们在引上池之下的边缘处连接。两个流动的玻璃表面在这个边缘连接以形成单个流动板，即它们熔融。熔融下拉法的通常特征是描述在例如US3,338,696和3,862,609中，它们的公开内容在此引入作为参考。这些参考文献显示熔融下拉法的优势是沿着通道流动的两个板材熔融在一起，所得的板材的外表面均不与装置的任何一部分接触且由此，它的表面性能不受此种接触的影响。
如图1所示的缝模下拉法是不同于熔融下拉法。根据该方法，玻璃熔融原材料(1)是供应至由电阻加热器(3)加热的引上池(2)中。该引上池的底部具有带喷嘴(4)的开口缝模，该喷嘴超过缝模的长度。玻璃流过缝模/喷嘴并从中被下拉成板材(5)并然后通过退火区(6)而由拉丝机下拉成连续板材。相比于熔融下拉法，缝模下拉法具有提供更薄的玻璃板就具有所需性能的优势，因此仅仅单个板材通过缝模拉制而不是两个板材通过熔融下拉法熔融。具体地说，缝模下拉法有利地提供了厚度为0.03-1.9毫米的基板，但是0.8-1.1毫米的厚度优选适用于硬盘驱动器基板。申请人发现，虽然玻璃明显地接触到缝模/喷嘴的侧面，但是该方法将使得玻璃板具有磁介质基板用的极佳表面性能。
为得到本发明的合适的基板，缝模下拉法在板材成型的不同阶段必须包括对玻璃的粘度进行紧密的控制；参见图2所示。由此，成型板材和提供所需表面性能的能力是受在引上池中提供的玻璃熔体的粘度，板材成型在玻璃的成型点和软化点之间的范围内进行的玻璃粘度和特别是在退火期间的粘度影响。
已发现，如D.Boettger，Glass Technology International，Year IX，(1998 7-8月)制备平板显示基板的缝模下拉法对制备本发明的用作磁介质基板的玻璃板提供了教示；由此，该文献在此引为参考。Boetter教示了提供尽可能均匀的熔融和精炼玻璃并充分混合至引上池的优选性。Boettger例举了对此所用方法，例如通过使用其中所述的铂或铂合金技术。
也正如在Boettger文献中所讨论，引上池和缝模的喷嘴两者的几何特征将影响拉制产品的均匀性。喷嘴的几何性和高度是使得相对于喷嘴的整个宽度上并由此在所得的玻璃板中实现均匀的玻璃厚度。缝模和喷嘴的角部区域是特别重要的。如果角部区域太宽，则外流的玻璃熔体太热且比流向缝模/喷嘴的中心的熔体流动得更快。如果角部区域太窄，外流的玻璃熔体将冷得太快和比流向中心的熔体流得更慢。在这些情况之一中，在玻璃中将产生应力，这将损坏其性能。
另外，通过加热可影响粘度。由此，引上池和喷嘴两者优选能够在不同的区域合适地加热，优选通过直接电阻加热法。
还重要的是，控制离开喷嘴后的拉制玻璃板的温度。在离开喷嘴之后，不同的作用力影响玻璃板的均匀性，例如由拉制机产生的向下方向的张力，重力和表面张力。由此，优选对在玻璃板离开喷嘴之后玻璃板的预退火温度进行调整。此后，可进行更常规的退火步骤。退火机必须以受控和均匀的方式快速地冷却玻璃板。另外，被拉制的玻璃板的粘度必须增高以使得它即使上述力施加至其上也能保持其所需形状。所使用的拉制机可以是薄板材应用通常使用的那些。
根据本发明，玻璃板直接从上述的缝模下拉法制得，其具有优异的表面性能，优选：
平整度≤25微米，特别是≤10微米，
波形度小于100埃，特别是小于40埃，
厚度变化±20微米，特别是±15微米，和
表面粗燥度低于10埃，特别是低于5埃。
这些值可通过公知的方法测定，例如由SEMI在SEMI D15-1296中所述的测量平板型显示基板的表面性能的标准方法。平整度、波形度和粗燥度性能的基准是示于图3中，其中可见所研究的表面分为平整性(即在表面的整个程度上完全光滑的变量)、波形性(即在中等程度上完全光滑性的变量)和表面粗燥性(即在小程度上完全光滑性的变量)。
由于性能在上述的值范围内，玻璃板可切割成稍微经过表面处理或不经过表面处理而适用作磁介质的坯料。例如，玻璃板可提供在涂布磁性层之前仅仅要求接触研磨和清洗的磁介质用坯料。因为玻璃板已经具有来自于下拉法的优异的表面性能，所以可避免额外的表面处理步骤，例如平整化、研磨、抛光(喷砂)和/或重研磨步骤。由此，大大节约了时间并省去对附加设备的需求。这对于购买坯料并由此制备磁介质特别是例如硬盘驱动器的磁介质制造商而言是特别有利的。另外，由于不必形成较厚的原始玻璃板而节省了原料，因为通过上述的表面处理步骤需要除去较少材料以形成最终的产物。
本发明在制备玻璃磁介质基板的方法中具有有利的经济性。如所述，公知的玻璃基板是通过涉及如下步骤的方法制成：形成玻璃板和使该玻璃板进行各种平整化和表面改性步骤以提供具有足够性能的磁介质用基板。根据本申请人的发明制得的基板不要求平整化和/或重度的表面处理。
如上所述，磁介质用坯料可从由下拉法拉制的玻璃板制得，并稍微经过或不经过表面处理。所述坯料是通过现有技术中公知的步骤由玻璃板制成。例如，将玻璃板切割成尺寸均一的板材，它们通过每个板材之间的交织层堆垛在一起，优选使每个板材相互粘合。然后将具有交织层的玻璃板材堆垛进行钻孔以切取磁盘的外径和磁盘中孔的内径。每个板材可提供多个磁盘，磁盘的数目乘以每堆中板材的数目就得到对板材堆钻孔一次所得的磁盘数目。除去钻孔之外，磁盘也可从单个的板材激光切割成预定的尺寸。本发明优选是适用于在所述领域中目前普遍使用的任何尺寸的磁盘。目前普遍使用的尺寸包括用于5.25，3.5，3.0，2.5和1.8英寸驱动器的磁盘。用于此种驱动器的磁盘的实际尺寸是如下：5.25(OD 130mm，ID 40mm)，3.5(OD 95mm，ID 25mm)，3.0(OD 84mm，ID 25mm)，2.5(OD 65mm，ID 20mm)和1.8(OD 48mm，ID 12mm)。然而，如果要求不同的尺寸，本发明也不因此受到限制。在钻孔之后，磁盘以圆柱形堆垛的形式提供，且粘合交织层将多个磁盘的圆柱形堆垛保持在一起。然后优选研磨内径边缘和外径边缘，同时以圆柱形堆垛的形式保持和然后清洗以除去研磨化合物。所得圆柱形堆垛的坯料是以这种形式制成以送至消费者手中并具有的明显优势是消费者仅仅需要从圆柱形堆垛中分离出坯料和使它们仅仅进行接触研磨并清洗以提供用于磁性层涂布用的基板以制得一磁介质，特别是硬盘驱动器。
接触研磨可通过公知的方法进行。优选是使用氧化镉水悬浮液研磨化合物和去离子水在由塑料(例如聚乙烯醇)垫施加的压力下的化学机械研磨用的公知方法。接触研磨或压边研磨导致仅仅最小量的材料除去，磁盘的总厚度优选降低0.02毫米，更优选至多0.01毫米。例如，1.0毫米厚的磁盘可通过1.01毫米厚的坯料的接触研磨从坯料表面除去仅仅0.01毫米厚的材料而制得。
在接触研磨进行之前或之后，优选使得坯料进行化学淬火以增强。淬火是通过公知的方法进行，例如通过用含有更大离子半径的离子的受热溶液处理受热的坯料以替换玻璃表面上的离子。例如，淬火溶液可含有钠和钾离子，其在表面放置在压力下时将分别替代在玻璃表面上的锂离子和钠离子。
坯料(优选被化学淬火、接触研磨和清洗的)适用于涂布磁性层的合适基板以提供一磁介质，特别是硬盘驱动器。所述磁性层可通过公知的方法提供。例如这通常通过在可选择性地溅射一个或多个底涂层之后，溅射一个或多个磁性层并在该磁性层的上面涂布一个保护层而完成。在此玻璃基板相比于铝基板能提供额外优势，因为玻璃可承受更高的温度范围而不改变其形状。由此，对使用可要求更高温度的溅射步骤提供了更大的灵活性。
本发明由此提供了一种制备克服了在现有技术中碰到的缺点的磁介质用玻璃基板的更经济的方法。具体地说，本发明提供一种制备玻璃磁介质基板的方法，其在拉制成磁介质制备用的玻璃板之后需要明显更少的加工步骤。而且，本发明提供了通过该方法制得的玻璃基板，和基于此种基板的磁介质，它们优于现有的玻璃磁介质基板和由此制得的磁介质，因为所述基板不进行可能影响其性能的后续加工步骤。
上面和下面引用的所有申请、专利和出版物的全部公开内容均在此引入作为参考。
通过上述的描述，本领域一般技术人员可容易地确定本发明的本质的特征，而在不偏离本发明的精神实质和范围的情况下，可对本发明进行各种变化和改进以使其适用于各种用途和条件。

Claims (23)

1、一种从由缝模下拉法拉制的玻璃板制得的磁介质用基板。
2、如权利要求1所述的基板，其中由于从缝模下拉法拉制而没有任何的后续表面处理，玻璃板具有下列性能：
平整度≤25微米，
波形度小于100埃，
厚度变化±20微米，和
表面粗燥度低于10埃。
3、如权利要求1所述的基板，其中由于从缝模下拉法拉制而没有任何的后续表面处理，玻璃板具有下列性能：
平整度≤10微米，
波形度小于40埃，
厚度变化±15微米，和
表面粗燥度低于5埃。
4、如权利要求1所述的基板，其中基板表面从缝模下拉法拉制而仅仅通过所述玻璃板的接触研磨和清洗就具有足够的表面性能。
5、如权利要求1所述的基板，其中磁介质是硬盘驱动器。
6、一种硬盘驱动器，其包含圆盘形状的权利要求1所述的基板和磁性层。
7、一种用于制备玻璃磁介质基板的方法，其包括下列步骤：
由缝模下拉法拉制玻璃板，和
从该玻璃板切取所述玻璃磁介质基板。
8、如权利要求7所述的方法，其中从缝模下拉法拉制之后任何表面处理之前，玻璃板具有下列性能：
平整度≤25微米，
波形度小于100埃，
厚度变化±20微米，和
表面粗燥度低于10埃。
9、如权利要求7所述的方法，其中从缝模下拉法拉制之后任何表面处理之前，玻璃板具有下列性能：
平整度≤10微米，
波形度小于40埃，
厚度变化±15微米，和
表面粗燥度低于5埃。
10、如权利要求7所述的方法，其中使得玻璃材料从基板表面除去的唯一处理是接触研磨和清洗。
11、如权利要求10所述的方法，其中所述接触研磨降低了基板的总厚度至多0.02毫米。
12、如权利要求10所述的方法，其中所述接触研磨降低了基板的总厚度至多0.01毫米。
13、如权利要求7所述的方法，其中玻璃磁介质基板是以圆盘状从玻璃板切取且是用作硬盘驱动器的基板。
14、如权利要求7所述的方法，其中多个玻璃板与每个板材之间的粘合交织层一起排列成堆垛状且以单个切割步骤从堆垛上切取多个基板。
15、如权利要求7所述的方法，其中玻璃磁介质基板的厚度为0.8-1.1毫米。
16、如权利要求7所述的方法，其中玻璃磁介质基板的厚度为0.03-1.9毫米。
17、一种磁介质，其包含由权利要求7所述方法制得的玻璃基板和其上的磁性层。
18、一种磁介质，其包含由权利要求10所述方法制得的玻璃基板和其上的磁性层。
19、如权利要求17所述的磁介质，其中磁介质是硬盘驱动器。
20、一种制备具有玻璃基板的硬盘驱动器的方法，其包括如下步骤：
由缝模下拉法拉制一玻璃板，
从该玻璃基板切取一圆盘，
接触研磨和清洗所述圆盘，和
涂布磁性层至圆盘表面上。
21、如权利要求20所述的方法，其中在玻璃板拉制成之后使玻璃材料从圆盘表面除去的唯一处理是接触研磨和清洗。
22、如权利要求17所述的方法，其中所述接触研磨降低了基板的总厚度至多0.02毫米。
23、如权利要求17所述的方法，其中所述接触研磨降低了基板的总厚度至多0.01毫米。
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