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Verfa
hren zum
Herstellen eines Schichtm gnetogrammträgers,
insbesondere zum Speichern digitaler Informationen in Datenverarbeitungsanlagen,
durch elektrophoretisches
Auftragen
der Magnetschicht
Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Schichtmagnetogrammträgers als speicherndes
magnetisches Bauelement für größere Datenmengen. Derartige magnetische Bauelemente
sind als Trommelspeicher, Bandspeicher oder als Plattenspeicher bekanntgeworden.
Sie enthalten als magnetisierbare Substanz pulverförmige, ferromagnetische Eisenoxyde.
In der Regel wird bei den genannten bekannten Bauelementen braunes Gamma-Fe203 als
magnetisierbare Substanz verwendet, während in früheren Zeiten gelegentlich auch
das schwarze Eisenoxyd Fe 304 (Magnetit) eingesetzt wurde. Zur Steigerung der Koerzitivkraft
ist der Einbau von Fremdmetallionen, insbesondere von Kobaltkationen in das Kristallgitter
des Eisenoxydes bekanntgeworden. Die Koerzitivkraft ist bereits durch einen geringfügigen
Kobaltzusatz erheblich erhöht. Als Trägerunterlage werden beim nichtstarren, bekannten
Magnetband
Kunststoffolien! in selteneren Pälieri :Stähl'bän-' " der, eingesetzt. Das Aufbringen
der Magnetschicht erfolgt hier in einem BeguBvorgang, indem die Gießlösung,'bestehend
aus einem Gemisch von Eisenoxyd und einer Lacklbsurig, gleich. mäßig auf die Trägeroberfläche
verteilt*wird. Zur Herstellung dieser Gießlösung wird das Eisenoxyd zusammen mit
einer Lacklösung über mehrere Stunden gemahlen, um eine Aufteilung in die etwa 0,1
bis lju
m großen Primärteilchen ,des Eisenoxydes und eine völlige Dispersion
zwischen Lack und Oxyd zu erreichen. Durch geeignete Zusätze wie Phenol- oder Siliconharze
kann, wie bekannt, die Dispersion verbessert werden. Man erhält dadurch glattere
Oberflächen. Es hat sich beim Magnetband gezeigt,.daB durch Polymerisationslacke
die Haftfähigkeit und dieYIAbriebfestigkeit erheblich verbessert werden kann. Die
richtige Lackzusammensetzung bestimmt über-
| hauet maßgebend die.Schichteigenschaften des fertigen Ban-. |
| des. Die Verbesserung der -a.ftfähigkeit .bereitet bsr.,; a@ |
| einem Plattenspeicher mit dünnen Schichtdicken noch
Schrie- |
rigkeiten.
| Der von Noyes und Dickinson (vg1..IBM Journ. Res. Dev. 1, |
| 1957, Seite 72 -75 und Proc. Western Joint Computer Gonference, |
| San Francisco 7.-9.Febr.l956, Seite 42-44) bekanntgewordene |
| Plattenspeicher, auch"Scheibenspeioher,genan@t,-,besteht aus, |
| 50 Platten von je 60cm Durchmesser und je.295 .Dicke.
Diese |
| Platten sind auf einer senkrechten, 50. cm langen,.drehberen |
| Achse angebracht. Sie sind beidseitig mit einer Eisenoxyd- |
schicht überzogen, und die Impulse werden auf kreisförmigen
Jede Plattenseite enthält 100 Spuren mit je 3500 Bits. Durch weitere Verbesserung
in der Qualität der Magnetschicht lassen sich diese Werte noch erheblich erhöhen.
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Diese dünnen Leichtmetallscheiben beim Scheibenspeicher rotieren im
Gebrauch ständig mit 20 bis 60 Umdrehungen gemeinsam um eine Achse. Beide Seiten
aller@Scheiben bilden die kreisförmigen Speicherträger. Die Schicht wird hier, nachdem
der Schichtträger frei von Schmutz, Fett und Staub sorgfältig gereinigt und getrocknet
ist, durch Spritzen oder Tauchen oder durch einen Druckvorgang aufgebracht.
Wie beim Magnetband sind auch beim bekannten Magnetscheibenspeicher die Scheiben
mit einer Eisenoaydschicht belegt.
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Ein durch die deutsche Patentschrift 743 511 bekanntgewordenes Verfahren
zum Herstellen eines Magnetogramaträgers, bei dem eine nichtmagnetisierbare Unterlage
eine Schicht magnetisierbarer Teilchen in feinster Verteilung trägt, ist dadurch
gekennzeichnet, daß die magnetisierbaren Teilchen auf elektrophoretischen Wege aufgebracht
werden. Von dieser bekannten Aufbringungsart geht auch das Verfahren nach der Erfindung
aus.
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Bei dem erwähnten bekannten Verfahren wird im Speziellen eine Elektrolyse
von Organosolen oder von hochdisperaen Metallverteilungen in Alkoholen oder anderen
organischen Lösungsmitteln
benutzt. Die elektrophoretisch aufgebrachten,
magnetisierbaren Teilchen bestehen beim-Bekannten aus Eisen! Nickel, Kobalt
bz w. deren binären oder ternären.hegierungen, gegebenenfalls unter Beifügung
weiterer zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaften dienender Vergütungskomponenten,
Wie Chrom, Wolfram, Aluminium. Gleichzeitig Werden bei der bekannten elektrophoretischen
Abscheidung der magnetisierbaren Teilchen auch organische Körper Wie Gellulosederivate,
Thermoplaateg Kunstharze bzw. Zack verschiedener Art abgeschieden.' Bei dem bekannten
Verfahren zum elektrophoretischen Aufbringen der Magnetschicht auf die Unterlage
ist letztere eine elektrisch isolierende Unterlage, welche als Membran vor einer
Gegenelektrode angeordnet Wird. Beim Herstellen einer magnetisierbaren Schicht auf
einer metallischen Scheibe als Schichtträger stößt man auf besondere Schwierigkeiten.
Diese sind in der amerikanischen Patentschrift 3 058 844 eingehend beschrieben.
Nach dem durch die amerikanische Patentschrift 3 058 844 bekanntgewordenen Verfahren
sind Epoxydharze unter den in Frage kommenden Kunstharzen als Bindemittel für magnetisierbare
Teilchen, z. B. aus Eisenoxyd@besonders günstig. Unter Einsatz von Epoxydharzen
lassen sich entsprechende mechanische und chemische Festigkeiten der Magnetschicht
erzielen.
Es wird jedoch eingeräumt, daß bei Anwendungen konventioneller
Beschichtungsmethoden auf der alleinigen Basis von Epoxydbinder keine ausreichende
Haftfestigkeit der Schicht auf der Unterlage erzielt werden konnte. Das bekannte
Verfahren nach der USP 3 058 844 sieht deshalb ein Gemisch von Epoxydharz, Methylol-Phenoläther,
Polyphenylmethyläther und einem Bäureantürdrid-Katalysator (Hexahydrophthalsäureanhydrid)
in einem geeigneten organischen Lösungsmittel vor. Das Aufbringen dieser
Masse auf die Aluminium-Trägerplatte geschieht nach dem bekannten Spritzverfahren.
Es hat sich nun gezeigt, daß das bekannte Verfahren nach der genannten amerikanischen
Patentschrift für die relativ großen Schichtstärken der Magnetplatten vom Typ 1316
mit der erwähn-
ten Mischung noch gut einsetzbar ist. Bei der Herstellung
der praktisch um die Hälfte dünneren Magnetschichten des Magnetplattentyps 2316
müssen jedoch bei Anwendung der bisher bekannten Verfahren eine Reihe von Schwierigkeiten
in Kauf genommen werden. Diese Schwierigkeiten, die bei abnehmenden Schichtstärken
noch zunehmen, zu beheben, ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe. Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist dabei noch, gegenüber dem Bekannten Verbesserungen
hinsichtlich Rationalisierung und Stoffkosteneraparnis zu erreichen.
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Für ein Verfahren
zum Herstellen eines Schichtmagnetogrammträgers,
insbesondere zum Speichern digitaler Informationen
| in Datenverarbeitungsanlagen, durch e1etpb.aretis.Ghe:e: @"ü:f=-
; |
| tragen einer Schicht von in einem harzhalt.gexi- Bi;ett. |
| dispergierten, magnetisierbaren Par"tiken ausisexo;
be- |
| steht danach die Erfindung darin, daß e.i "wchtgteil Eit-- |
| oxyd und zwei bis drei Gewichtsteile in wäiger ulsiou |
| befindliches Kunst- oder Naturharz in vier bis fünf- wic#ta- |
| teilen destillierten Wasser suspendiert werden, da:8 dies |
| Buspension auf einen bestim"ten pH-Bereich um den Neutral.» |
| punkt eingestellt wird, daB diese Guspens.i.on im Uektrophore- |
| sebad bei einer Temperatur von etwa 22° bis 24e' G
im; Tiklsu |
| gehalten wird, daß der in das Elektrophpreae'eingebrachte ! |
| elektrisch leitende Träger als Anode und die "ahne
-al* |
| Kathode geschaltet wird und das die Beschichtung des
elek-@ |
| trisch leitenden Trägers bei einer Elektrodenspannung von |
etwa 90 bis 120 Volt betrieben wird.
| Der in das Blektrophoresebad eingebrachte, elektrisch leiten- |
| de Träger ist vorteilhaft eine kreisförmige,scheibe aus
Alu- |
| miniuni, aus der dann im Herstellungsverfahren die Magnet4#ei- |
| cherplatte entsteht. lach einer besonderen Ausführungsfoxs. |
| des Verfahrens nach der Erfindung liegt in vorteilhafter |
| Weide der Magnetogrammträger in Form von Magnetplatten
Vor." |
Weiterhin ist es bei der Durchführung des Verfahrens nach
| der Erfindung vorteilhaft, die Suspension auf einen I)eat3- |
| ten heitfähigkeitsbereich einzustellen. |
| Nach einer weiteren vorteilhaften dusführungeform des
Yevw» |
fahrens nach der Erfindung wird als Bindemittel ein von anderer.
Zusätzen freies Epoxydharz in wäßriger Emulsion verwendet. Damit entfallen die bei
den bekannten Verfahren benutzten organischen Lösungsmittel,
was eine Preisreduzierung
einerseits und eine Erhöhung der Sicherheit des Verfahrens andererseits darstellt.
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Das Verfahren nach der Erfindung wird vorteilhaft so betriebep, daß
das Kunstharz allein durch Temperaturanwendung ausgehärtet wird, d. h. der Einsatz
eines geeigneten Härters entfällt.
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Bei der Erfindung können natürlich die gleichen Trägermaterialien
zum Einsatz gelangen wie bei den bekannten Herstellungsverfahren. Darüber hinaus
lassen sich auch alle anderen Trägermaterialien, die auf eine geeignete Weise leitfähig
gemacht werden können, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren beschichten.
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Die nach der Erfindung gewälte Formulierung der Bestandteile führt
zu einem Festkörpergehalt von 50 bis 6096 und wird wie
folgt gemischt: Die
Rohstoffe werden in eine Porzellan-Kugelmühle oder noch besser in eine Korund Kugelmühle
eingebracht und 24 Stunden lang gemahlen. Nach dem Leeren der Kugelmühle
wird der Ansatz unter Rühren auf einen Festkörpergehalt von 9 bis l196 gebracht.
Die
Erfindung sei nachstehend an Hand der schematischen Zeichnung für eine beispielsweise
Ausführungsform näher erläutert. Fig. 1 ist eine Seitenansicht einer Anlage zur
Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung. Fig. 2 ist die zugehörige Draufsicht
einer Anlage zum elektrophoretischen Beschichten von magnetischen Speicherplatten.
In den Zeichnungen bezeichnet l'die Umwälzpumpe, 2 ein Filter, 3 das elektrophoretische
Bad und 4 ein elektrisches oder pneumatisches Rührwerk. Als Schaumsammler ist eine
Überlauftasche 5 vorgesehen. Die innere Beckenwand 4 ist als Kathode geschaltet
und besteht aus V4A-Stahl. Aus dem gleichen Material ist die verstellbar eingerichtete
Zwischenkathode 6a hergestellt. Die Halterung 7 der zu beschichtenden kreisrunden
metallischen Trägerplatten 8 ist als Anode geschaltet. Die Trägerplatten 8 bestehen
vorzugsweise aus A1Mg5. Die in den Zeichnungen schematisch dargestellte Anordnung
zur elektrophoretischen Beschichtung der Platten 8 enthält schließlich noch einen
Wärmeaustauscher 9, die äußere Ummantelung 10 und die aus Hart-PVC hergestellten
Leitungsrohre 11. Das Elektrophoresebad wird durch die Umwälzanlage 1 sowie durch
das Rührwerk 4 dauernd in Bewegung gehalten, um einem Sedimentierendes Eisenoxyds
entgegenzuwirken. Der Wärmeaustauscher 9 sorgt für eine Arbeitstemperatur von
22
bis 24°C. Die Filtereinheit 2 dient zur Einhaltung eines ausreichend sauberen Badansatzes.
Zur Einstellung des pH-Wertes, der vorteilhaft hier zwischen 7,5 und 8 liegen soll,
wird zweckmäßig Dimethylamin verwendet.
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Die zur Beschichtung kommenden Substrate 8 werden vorher im Ultraschallbad
von anhaftendem Fett und anderen Verschmutzungen gereinigt.
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An die als Anode geschalteten Substrate 8 wird eine Spannung von 90
bis 120 V über die Dauer von 40 bis 60 Sekunden angelegt. Danach werden die beschichteten
Platten 8 unter einem harten Wasserstrahl abgespült und bei einer Te7-_peratur von
200°C über die Dauer von 20 bis 30 Minuten ausgehärtet. Die Platten 8 werden sodann
poliert und anschließend geprüft. Wie bereits erwähnt, lassen sich bei der Erfindung
neben Epoxydharzen auch andere Kunstharze in wäßriger Emulsion verwenden. Ein vorteilhaftes
Beispiel einer solchen Formulierung is t 1 Gewichtsteil Eisenoxyd 2 Gewichtsteile
Kunstharz auf Melaminbasis (in wässr. Emulsion) 3 Gewichtsteile destilliertes Wasser.
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Ein wesentlicher Nachteil des bekannten Spritzverfahrens ist sein
starker Rohstoffverschleiß. Dieser rührt vor allem daher, daß das überschüssig aufgespritzte
Beschichtungsmaterial durch die Zentrifugalkraft der rotierenden Platte abgeschleudert
wird
und danach bereits so stark gealtert ist, daß es für eine neue Beschichtung nicht
mehr einsetzbar ist. Ein weiterer Nachteil des bekannten Verfahrens ist die von
der Plattenmitte zum Plattenrand infolge der bei der Beschichtung einwirkenden Zentrifugalkräfte
zunehmende Schichtdicke.
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Diese Nachteile lassen sich beim Verfahren nach der Erfindung völlig
ausschalten, und man benötigt nur die jeweils erforderliche Substanzmenge, um die
gewünschte Schichtdicke herzustellen. Außerdem erhält man bei der Erfindung über
die gesamte Plattenbreite eine gleichmäßige Schichtdicke.
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Bei der Elektrophorese werden im Falle der Erfindung sowohl die Harz-
als auch die Eisenoxydteilchen der oben erwähnten Zusammensetzung negativ aufgeladen.
Man kann deshalb den Plattenträger 7 als Anode schalten, während die Bad-Wanne 6
die Kathode bildet.
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Ein vorteilhafter Gesichtspunkt bei dem elektrophoretischen Beschichtungsverfahren
zur Herstellung von Magnetplatten nach der Erfindung besteht darin, daß die Dielektrizitätskonstanten
des Eisenoxyds und des Harzes so aufeinander abgestimmt sind, daß beide Teilchen
praktisch die gleiche Wanderungsgeschwindigkeit v in der Suspension beim Anlegen
des elektrischen Feldes besitzen.
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Für die Elektrophorese gilt bekanntlich die Beziehung
In dieser Formel ist :C die Dielektrizitätskonstante des Dispersionsmittels,
p ist das elektrokinetische Potential der Teilchen, F ist die elektrische Feldstärke,
und /u ist die Viskosität der Flüssigkeit.
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Das Verfahren nach der Erfindung- ermöglicht die Erzielung einer besonders
glatten Oberfläche der Magnetschicht und zudem ein gleichzeitiges beidseitiges Beschichten
der Trägerplatte B. Beim bekannten Verfahren zur Beschichtung einer Speicherplatte
ist nur ein aufeinanderfolgendes Beschichten jeder Plattenseite möglich. Ein besonderer
Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, daß mehrere Platten 8 in
einem einzigen Arbeitsgang gleichzeitig beschichtet werden (vgl. hierzu Fig. 2).
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Die bei der Erfindung erzielte Haftfähigkeit der elektrophoretisch
aufgebrachten Magnetschicht ist so groß, daß die dem Bad entnommene Platte 8 ohne
weiteres mit einem kräftigen Wasserstrahl von dem überflüssigen Rohmaterial abgespült
werden kann, ohne daß die Magnetschicht darunter leidet. Nach dem bereits erwähnten
Aushärteverfahren bei der Erfindung genügen sowohl die Haftfestigkeit als auch die
mechanischen, chemischen und thermischen Eigenschaften der Magnetschicht den vorgeschriebenen,
hohen Anforderungen.
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Während das eingangs erörterte bekannte elektrophoretische Verfahren
nach der deutschen Patentschrift 743 511 nur in organischen Lösungsmitteln (Organosolen)
arbeitet, erfolgt die Abscheidung bei dem elektrophoretischen Verfahren nach
der
Erfindung in wäßriger Suspension. Hierin liegt ein sehr wesentlicher Unterschied
der beiden Verfahren. Außerdem werden bei dem bekannten Verfahren nach der deutschen
Patentschrift 743 511 hochdisperse Metalle als Träger der magnetischen Eigenschaften
abgeschieden, während das Verfahren nach der Erfindung mit Gamma-Eisenoxpd.arbeitet.
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Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, enthält das 'als Kathode geschaltete
Bad-Gefäß 6 für jede der zu beschichtenden Scheiben 8 getrennte Kammern, die durch
Trennwände 6a gebildet sind. Jede dieser Trennwände 6a besteht aus V4A-Stahl und
ist durchlöchert. Alle Trennwände 6a bilden als verstellbare Zwischenkathoden in
Verbindung mit@Hauptkathode 6 und an den Pluspol angeschlossenen Trägerplatten $
eine für die Elektrophorese des vorliegenden Falles besonders günstige Feldkonfiguration.