DE2102997A1 - Keramikmaterial fur Ferrit Magnet köpfe - Google Patents

Keramikmaterial fur Ferrit Magnet köpfe

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DE2102997A1 DE19712102997 DE2102997A DE2102997A1 DE 2102997 A1 DE2102997 A1 DE 2102997A1 DE 19712102997 DE19712102997 DE 19712102997 DE 2102997 A DE2102997 A DE 2102997A DE 2102997 A1 DE2102997 A1 DE 2102997A1
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Description

Priorität? 29. Jane 1970; V.St.A. Nr. 6865
Die Erfindung betrifft einen Magnetkopf, wie er für Aufnahmen in Magnetplatten o. ä. verwendet wird. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine keramische Zusammensetzung, die bei der Herstellung eines solchen Magnetkopfes verwendet wird.
Bei einer bekannten Ausführungsfora eines derartigen Magnetkopfes besteht dieser aus einem glasgefügten Ferritkopf, der mit Epoxy in einem Aluminiumoxid-Gleit'kontakt verklebt ist. Der Kopf wird aus zwei Ferritteilen geformt, die durch einen Spalt getrennt sind, der mit nichtmagnetischem Material, typischerweise einem anorganischen Material wie Epoxy, gefüllt ist, welches die beiden Teile zusammenhält. Der Kopf ist auf sein gewünschtes Breitenendmaß bearbeitet und in dem Schlitz einer Befestigungsstruktur angeordnet, die ein Aluminiumoxidgleiter ist, wobei er mit Epoxy in seiner Stellung gehalten und in einen herkömmlichen Ofen gesetzt wird
Bayerische Vereinsbank Mündien 820 993
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zum Aushärten des Epoxymaterials und zum Verkleben des Kopfes mit dem Gleitschutz. Anschließend findet eine Endbearbeitung und Polieren zum Erzielen der gewünschten Spalthöhe und Glätte statt.
Ein anderer Typ eines solchen Hagnetkopfes, der den Gegenstand der US-Patentanmeldung Serial-Nr. 709 457 vom 29. Februar 1968 bildet, umfaßt einen Ferritkopf mit einem Glas-Zwischenraum, der in einem Keramikgleiter mit einem Glas verbunden ist. Dieser Magnetkopf wird gebildet durch anfängliches Einsetzen des Kopfes in einen Schlitz in dem Gleiter in eine Stellung, die generell übereinstimmt mit der gewünschten Endstellung, in einer solchen Weise, daß ein erster Bereich dabei für den Empfang des Klebematerials gebildet wird. Niedrigtemperaturglas wird oben auf dem Gleiter über dem Schlitz angeordnet. Das Glas fließt heiß in den Bereich zwischen Kopf und Gleiter. Es wird weiter erwärmt, bis der Bereich zwischen Kopf und Gleiter gefüllt ist. Dann wird die Anordnung gekühlt.
Beim nächsten Bearbeitungsvorgang wird der Kopf mit einem Diamantsägeblatt mit kleinem Durchmesser in dem Schlitzbereich auf seine gewünschte Endposition und Endbreite bearbeitet, wobei die erste Glasmasse den Kopf während dieses Schrittes trägt. Dieser Bearbeitungsgang ist nicht wesentlich, wenn beispielsweise der Kopf schon innerhalb bestimmter Soleranzgrenzen liegt. Wenn jedoch Epoxy anstelle von Glas verwendet wird, ist dieser Arbeitsgang nicht möglich wegen der Instabilität des Epoxymaterials gegenüber Maschinenbeanspruchungen. Eine zweite Glasmasse wird dann heiß zwischen den Kopf und die erste Glasmasse gegossen, ohne daß dabei die zwischen der ersten Glasmasse und dem Gleiter ge-
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bildete Verbindung zerstört wird. Schließlich wird nach dem Abkühlen das überstehende Glas und der Ferritkopf geschliffen und poliert, um die gewünschte Höhe und Glätte zu erhalten.
Der sog. Gleiter ist die tragende Konstruktion, in der der Ferritkopf mit glasgefülltem Schlitz mit dem Glas verklebt wird, wie es in der obengenannten US-Patentanmeldung ausgeführt ist. Es ist auch möglich, eine große Anzahl von Ferritköpfen mit Glasschlitz in jedem KeramilgLeiter zu verkleben und dadurch das magnetische lesen oder Schreiben in einer großen Anzahl von Kanälen gleichzeitig zu ermöglichen. Zur Herstellung geeigneter Ferritköpfe hat sich die Notwendigkeit herausgestellt, ein Gleitermaterial mit hohem Expansionskoeffizienten zu entwickeln. Das Gleitermaterial muß auch ausgezeichnete Abschliff- und Poliereigenschaften haben. Diese letztere Eigenschaft ist nötig, da der Gleiter sich auf einem Luftfilm in geringem Abstand zu der Oxidoberfläche des Aufnahmemediums, wie etwa einer Magnetscheibe, bewegt, und die Relativgeschwindigkeit zwischen den beiden sehr hoch ist. Es ist kein solches Material und auch nicht die Verwendung eines'derartigen Materials bekannt.
Dementsprechend ist es Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Ferritkopf für Aufnahmen zu schaffen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Gleitermaterials für die Verwendung in der Herstellung von Ferritkopfaufnahmeanordnungen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Material mit hohem Ausdehnungskoeffizienten und guter Polier- und Abriebeigenschaft zu schaffen.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Trägermaterials, das aus einem speziell für Glaseinschmelzung in komplizierten Formen geeigneten Material besteht.
Gemäß der Erfindung werden diese Aufgaben gelöst durch ein Gleitkontaktmaterial, das sich dadurch kennzeichnet, daß es ' im wesentlichen aus dem Reaktionsprodukt von Titandioxid (TioJj/Bariumtitanat (BaTiO,) besteht. In einer Ferritkopf-
P anordnung des in der genannten US-Patentanmeldung 709 457 beschriebenen Typs haben der Ferritkopf und das Glasverbindungsmaterial schon einen großen Ausdehnungskoeffizienten. In Übereinstimmung mit dieser Erfindung wird das Gleitkontaktmaterial aus Keramik von ursprünglich ungefähr 80 Gew.# Titandioxid und ungefähr 20 Gew.$ von Bariumtitanat hergestellt und ergibt ein Gleitkontaktmaterial mit einem hohen Ausdehnungskoeffizienten von 90 χ 10" cm/cm/°C, welcher dem vorhergehenden angepaßten Ferritkopf und Glasverbindungsmaterial gleichkommt. Das Keramikgleitmaterial kann leicht dotiert werden mit einem Zusatz, welcher ein Material liefert, das im Infrarotbereich stärker absorbiert. Eine
fe Kupfer enthaltende Substanz wie Kupferoxid ist ein geeigneter Zusatz. Das hier offenbarte Keramikgleitmaterial hat zusätzliche Vorteile, da es hochpolierbar und in hohem Grad abriebfest ist. Diese letztere Eigenschaft ist notwendig, da das Gleitmaterial eng an der Oxidoberfläche des Aufnahmemediums, wie etwa einer Magnetscheibe, sich vorbeibewegt.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit den Figuren. Von den Figuren zeigen:
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Figuren aufeinanderfolgende vergrößerte Ausschnitte, 1-6 die die Herstellung eines Ferritkopfes mit einem glasgefüllten Spalt zeigen, der durch Pressen auf den erfindungsgemäßen Keramikgleitkontakt aufgebracht wirdj
Figur 7 eine teilweise gebrochene Darstellung einer Aufsicht auf einen mit dem erfindungsgemäßen Keramikgleitkontaktmaterial hergestellten vollständigen Magnetkopf.
In Fig. 1 ist ein Anfangsschritt in der Fabrikation des Magnetkopfes mit dem erfindungsgemäßen Gleitkontaktmaterial gezeigt.Der Ferritkopf 15, der in dem Schlitz 13 einer Tragerstruktur oder des Gleitkontaktes 11 fest zu verbinden ist, wird zeitweise durch gestrichelt dargestellte Klemmen 17 in seiner Stellung gehalten. Der Kopf 15 dient zum Lesen und Löschen von Information auf Magnetaufnahmeflächen, wie etwa Platten. Das Kopfmaterial ist ein Ferrit, wie etwa eine Ni-Zn-Verbindung, mit einem Koeffizienten der thermisehen Ausdehnung in der Größenordnung von 90 χ 10" cm/cm/°C, Das Glasbindungsmaterial 19 und das Keramikgleitkontaktmaterial 11 müssen denselben Ausdehnungskoeffizienten haben, der nahe dem des Ferritkopfes 15 ist, weil eine grobe Abweichung ein Zerbrechen des kompletten Magnetkopfes oder des Glasbindematerials zur Folge hätte. Das Material des Keramikgleitkontaktes 11 muß auch frei von Mikrosprüngen und Mikroporen sein, damit ein richtiges Gleiten über das jeweilige Aufnahmemedium erfolgt. Es wurde herausgefunden, daß für die Herstellung eines geeigneten Magnetkopfes der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient der drei Elemente, also des Ferritkopfes 15, des Glases 19 und des Gleitkontaktes 11, innerhalb enger Toleranzen des nominalen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Ferritkopfes 15 sein muß, der in diesem Ausführungsbeispiel 90 χ 10 om/cm/°C beträgt. Ea ist wichtig, daß der Ausdehnungskoeffizient gut paßt linear
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durch den speziellen Temperaturbereich, so daß verzögerte Spannungen minimalisiert werden.
Es ist herausgefunden worden, daß zur Schaffung eines geeigneten Materials für einen Gleitkontakt 11 ein Gemisch aus ungefähr 80 Gew.# TiO2 und 20 Gew.# BaTiO5 ein Gleitkontaktmaterial liefert, dessen Wert für den Ausdehnungskoeffizienten innerhalb der gegebenen Toleranzgrenzen liegt und das geeignete Abrieb- und Poliereigenschaften aufweist. Die Ausführung der Oberfläche des Keramikgleitkontaktmaterials muß so gut sein wie bei den meisten Gläsern. In diesem Fall hat die Ausführung der Oberfläche (Ebenheit) eine CL.A.-Güte (C.L.A. rating) von 10,16 χ 10" cm. Es wurde herausgefunden, daß eine Abwandlung dieser Zusammensetzung von 70 TiO2 und 30 Gew.<fi BaTiO5 auf 85 Gew.^ TiO2 und 15 BaTiQ* einen paseenden Bereich für den Ausdehnungskoeffi-
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zienten von 84 χ 10 bis 93 x 10 cm/cm/ C ohne normwidrige Beeinflussung der Polier- und Abriebeigenschaften ergibt. Weiter bewirkt das Zusetzen eines Farbmittels, wie etwa Kobalt, Chrom oder Kupfer, ein Anwachsen der Infrarotabsorption des Keramikgleitkontaktmaterials, so daß die Infrarotabsorptionseigenschaften des Kopfes, des Glases und de3 Gleitkontaktmaterials im wesentlichen zusammenpassen.
Das Keramikgleitkontaktmaterial gemäß der Erfindung v/ird her gestellt aus TiOp besonderer Güte; und zwar ist dies eine reine Qualität von TiO2 mit stabilen Charakteristiken und sehr gut reproduzierbaren keramischen Eigenschaften. Diese Qualität des TiOp wurde gewählt, da andere Qualitäten von Schmelze zu Schmelze in ihren keramischen Eigenschaften, wie etwa dem Schrumpfen, variieren können. Das TiO2 wird mit BaTiO, gemischt und durch bekannte Keramikverarbeitungs-
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Prozesse, wie Kugelmahlen, Trocknen, Pulverisation, Mischen mit einem Bindemittel usw., vorbereitet. Das sich daraus ergebende Material wird dann in Bleche gegossen oder in die gewünschte Form gepreßt und für etwa drei Stunden auf ungefähr 135O0C erhitzt. Der Ausdehnungskoeffizient des sich ergebenden Materials liegt in der Größenordnung von
90 χ 10" cm/cm/°C. Bei "einer bevorzugten Ausführungsform, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, wird das Material für den Keramikgleitkontakt 11 in die spezielle gezeigte Form mittels Hochdruckformen gepreßt. Erhitzen auf die angegebene Temperatur während der Dauer der angegebenen Zeit verdichtet das Material und stellt sicher, daß die Toleranzen besser gewahrt werden.
In Fig. 2 ist gezeigt, wie das Glas 19 in den Bereich zwischen Ferritkopf 15 und Gleitkontakt 11 durch Anwendung von Wärme von einer Wärmequelle, wie etwa einer Infrarotquelle 21, hineinfließt. Die Quelle 21 erhitzt die Glaskugel bzw. Glasscheibe 19, den Ferritkopf 15 und den Gleitkontakt 11 in dem Bereich, in dem ein Verkleben gewünscht wird, ohne daß dabei die Befestigungsvorrichtung 17 oder damit verbundene Teile wesentlich erhitzt werden, da die Intensität mit wachsender Entfernung von der Brennebene abnimmt. Da die hohe Temperatur auf einen bestimmten Bereich beschränkt bleibt, wird das Werkzeug nicht dieser hohen Temperatur ausgesetzt. Das verhindert eine Beschädigung des Werkzeugs wie auch eine Ausdehnung desselben, die sonst eine Fehlerquelle beim Halten der verschiedenen Teile bilden würde. Die Absorption des Glases 19 paßt entsprechend zu der Absorption des Keramikgleitkontaktes 11, so daß ein übermäßiger Temperaturgradient vermieden wird. Ein zu stark absorbierendes Glas schmilzt, ehe der Gleitkontakt aufgeheizt ist, was eine Kaltlötstelle zur Folge haben kann. Deshalb sollen in der
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Regel das Glas und der Gleitkontakt gleichmäßig aufgeheizt werden.
Beim nächsten, in Fig. 3 dargestellten Schritt wird der Kopf 15 bearbeitet mit einem Diamantsägerad, das in gestrichelten Linien bei 25 gezeigt ist, um den Ferritkopf 15 auf die gewünschte Breite zu bringen. Dieser Arbeitsgang bewirkt auch einen absolut präzisen Abstand von dem Ansatz 27 des Magnetkopfes 15. Wie bereits ausgeführt wurde, ist dieser Bearbeitungsvorgang nicht zwingend nötig, wenn der Kopf bereits innerhalb bestimmter Toleranzgrenzen liegt. Dieser Bearbeitungsgang ist sogar nicht möglich, wenn anstelle von Glas Epoxy verwendet würde, und zwar wegen der Instabilität des Epoxy bezüglich Bearbeitungsspannungen. Wie in Fig. 4 und 5 gezeigt ist, fließt durch Erhitzen eine neue Glasschicht in den sich ergebenden Hohlraum. Die gesamte Anordnung wird dann bearbeitet/eine hochgradig polierte glatte Oberfläche erzeugt, wie sie in den Fig. 6 und 7 zu sehen ist. Bezüglich einer detaillierteren Beschreibung der Herstellung der kompletten Magnetkopfanordnung wird auf die bereits genannte US-Patentanmeldung Nr. 709 457 verwiesen»
Es ist also ein Keramikmaterial aus 70-85 Gewe# TiO2 und 30-15 Gew.$ BaTiO.* beschrieben worden, das einen sehr hohen Ausdehnungskoeffizienten in der Größenordnung von
■ 90 χ 10"" cm/cm/°C hat. Zusätzlich zu dem hohen Ausdehnungskoeffizienten weist das Material außerordentlich gute Polier- und Abriebeigenschaften auf, welche es speziell für die Verwendung als Gleitkontaktmaterial in Magnetkopfanordnungen geeignet machen. Durch den Zusatz einer geringen Menge von Farbagens, wie beispielsweise Kupfer, wird die Infrarotabsorptionsfähigkeit in dem Gleitkontaktmaterial vergrößert und wird dadurch vergleichbar derjenigen des verbindenden Glases.
Patentansprüche: 109832/1535

Claims (5)

  1. ID 2824
    Patentansprüche
    Keramikmaterial mit einem hohen Ausdehnungskoeffizienten in der Größenordnung von 90χ 1O~ cm/cm/°C und mit verbesserten Polier- und Abriebeigenschaften, dadurch gekennzeichnet , daß 70-85 Gew.^ TiOp und 30-15 Gew.$> BaTiO5 enthalten sind.
  2. 2. Keramikmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein geringer Zusatz vorgesehen ist, der das Material infrarotabsorbierend macht.
  3. 3. Keramikmaterial nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Zusatz Kupfer enthält.
  4. 4. Ferritkopfanordnung mit einem Ferritkopf mit einem Paar von Ferritelementen und einem Spalt dazwischen, der mit die Elemente zusammenbindendem Glasmaterial gefüllt ist, einem Keramikgleitkontakt mit einem Schlitz, einem abdichtenden Glas, das den Kopf mit dem Gleitkontakt in dem Schlitz mechanisch verbindet und verklebt, dadurch gekennzeichnet, daß das dien Keramikgleitkontakt in der Ferritkopfanordnung bildende Keramikmaterial eine Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1-3 hat.
  5. 5. Verfahren zur Herstellung einer Ferritkopfanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Material für einen Keramikgleitkontakt hergestellt wird, welches 70-85 Gew.# TiO2 und 30-15 Gew.# BaTiO5 enthält, wobei die Kombination dieser beiden Elemente ein Material
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    ID 2824 - \-
    Ad
    mit einem Ausdehnungskoeffizienten von im wesentlichen
    90 χ 10" em/cm/°C hat, daß die Stellung eines Ferritkopfes relativ zum Keramikgleitkontaktmaterial festgelegt wird, daß eine erste Glasmasse ganz nahe sowohl an das Keramikgleitkontaktmaterial als auch an den Ferritkopf gebracht wird, daß die erste Glasmasse wenigstens bis zum Erweichungspunkt (softening point) erhitzt wird und dadurch einen Bereich zwischen Keramikgleitkontaktmaterial und Ferritkopf ausfüllt, daß abgekühlt wird, bis die erste Glas-
    ψ masse erstarrt und dadurch eine Dichtung zwischen Keramikgleitkontaktmaterial und Ferritkopf bildet, daß der Ferritkopf bearbeitet wird, während er durch die erstarrte erste Glasmasse gehalten wird, so daß er seine gewünschte Endgröße und -stellung annimmt, wobei gleichzeitig ein Hohlraum zwischem dem Ferritkopf und dem Keramikgleitkontaktmaterial geschaffen wird, daß eine zweite Glasmasse in den Hohlraum eingeführt wird, daß die zweite Glasmasse bis zum Erweichungspunkt erhitzt wird durch Bestrahlung mit einer Infrarotstrahlungsquelle und dadurch den Hohlraum ausfüllt ohne Zerstörung der Dichtung zwischen dem Ferritkopf und dem Keramikgleitkontaktmaterial sowie der ersten erstarrten
    ^ Glasmasse und daß abgekühlt wird, bis die zweite Glasmasse erstarrt und eine Dichtung zwischen der ersten Glasmasse und dem Ferritkopf bildet.
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