DE2366049A1 - Schichtwerkstoff hoher permeabilitaet fuer magnetische aufzeichnungs- und wiedergabekoepfe - Google Patents

Schichtwerkstoff hoher permeabilitaet fuer magnetische aufzeichnungs- und wiedergabekoepfe

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DE2366049A1 DE19732366049 DE2366049A DE2366049A1 DE 2366049 A1 DE2366049 A1 DE 2366049A1 DE 19732366049 DE19732366049 DE 19732366049 DE 2366049 A DE2366049 A DE 2366049A DE 2366049 A1 DE2366049 A1 DE 2366049A1
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Description

München, den 28. Januar 1977 Änwaltsaktenz.: 33 - Pat. 9 A 2
Dr. Clayton N. Whetstone, 1100 Penn Center Blvd., Apt. 1117, Pittsburgh, Pennsylvania 15^35 ι Vereinigte Staaten von Amerika
Schichtwerkstoff hoher Permeabilität für magnetische Aufzeichnungs- und Wiedergabeköpfe.
Die Erfindung bezieht sich auf einen Schichtwerkstoff hoher Permeabilität für magnetische Aufzeichnungs- und Wiedergabeköpfe mit einer Mehrzahl von Lagen aus magnetisch weichem Material, die durch Zwischenlagen voneinander getrennt sind, welche eine relativ zu den Leiteigenschaften des magnetisch weichen Materials isolierende, anorganische Schicht aufweisen.
Allgemein bekannte Schichtwerkstoffe werden aus verhältnismäßig dünnen Lagen magnetisierbaren Werkstoffes unter Zwischenschaltung von Isolierschichten aus organischen Verbindungen aufgebaut, um Wirbelstromverluste zu vermindern. Die Handhabung der außerordentlich dünnen Schichten aus magnetisierbarem Werkstoff zun» Aufbau des Schichtwerkstoffes bereitet aber Schwierigkeiten, wobei es zu einer Verbiegung und Verformung des zunächst magnetisch weichen Materials, etwa beim Abziehen von einer Vorratsrolle oder beim Aufeinanderlegen zu dem geschichteten Verband, kommen kann, so daß aufgrund der sodann dem magnetisierbaren WErkstoff innewohnenden Spannungen die magnetischen Eigenschaf-
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ten verändert werden. Das wiederum kann zur Folge haben, daß aus dem betreffenden. Schichtwerkstoff hergestellte Werkstücke sich nach einer Prüfung der elektrischen und magnetischen Eigenschaften als Ausschuß erweisen. Diese Schwierigkeiten haben mitunter dazu geführt, daß man die einzelnen Schichten aus magnetisierbarem Werkstoff nur begrenzt dünn ausführen konnte, so daß die Qualität entsprechender Werkstücke bezüglich des Frequenzverhaltens ebenfalls begrenzt war.
Bin Schichtwerkstoff der eingangs kurz beschriebenen Art und ein Verfahren zu seiner Herstellung sind der schweizerischen Patentschrift 503 359 zu entnehmen. Die Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften des Schichtwerkstoffs aufgrund einer Verformung der zunächst magnetisch weichen Materialschichten während der Verarbeitung wird bei diesem bekannten Schichtwerkstoff bzw. gemäß dem bekannten Verfahren dadurch beseitigt, daß anorganische Zwischenlagen verwendet werden und der gesamte Schichtenverband zum Zwecke des Weichglühens der magnetisch aktiven Schichten erhitzt wird. Durch den bzw. einen Wärmebehandlungsvorgang entstehen zwischen den Lagen aus magnetisch aktivem Werkstoff durch die anorganischen Zwischenlagen hindurchgewachsene,, nadelartige Metallbrücken, welche die feste Verbindung des gesamten Schichtenverbandes bewirken.
Nachteilig ist jedoch, daß die die anorganischen Zwischenlagen durchdringenden Metallbrücken die Permeabilität des Schichtwerk— stoffes insbesondere im Bereich hoher Frequenzen ganz wesentlich verschlechtern, daß ferner die Dickenbemessung der anorganischen Zwischenlagen bei der Herstellung genau gesteuert werden muß, da es anderenfalls nicht zu der Bildung der die Zwischenlagen durchdringenden Metallbrücken kommt und daß schließlich der bekannte Schichtwerkstoff eine ungenügende Verschleißfestigkeit und Ab— riebfestigkeit besitzt, was insbesondere bei Verwendung des Schichtwerkstoffes in magnetischen Aufzeichnungsköpfen oder dergleichen von Bedeutung ist.
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Durch die Erfindung soll also die Aufgabe gelöst werden, einen Schichtwerkstoff der eingangs kurz beschriebenen Art so auszubilden, daß er eine optimale Permeabilität, insbesondere bei hohen Frequenzen, aufweist, wobei die Herstellung vereinfacht und reproduzierbare Eigenschaften des Schichtwerkstoffes erzielt werden sollen.
Die vorstehend angegebene Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die genannte Schicht eine aus einen im wesentlichen isolierenden Halbleiter gebildete oder einen solchen enthaltende Trennschicht ist.
Es ergibt sich, daß ein aus einem solchen Schichtwerkstoff hergestellter magnetischer Aufnahme- oder Wiedergabekopf in einem weiten Frequenzbereich sehr gute Betriebseigenschaften besitzt und eine außerordentlich hohe Lebensdauer aufweist, welche in bestimmten Fällen ein Vielfaches der Lebensdauer vergleichbarer bekannter Aufnahme- oder Wiedergabeköpfe ist.
Aus der US-Patentschrift 2 8O3 570 ist es zwar bekannt, Magnetkerne in der Weise herzustellen, daß Metalloxid-Halbleiterschichten zwischen den Schichten aus magnetisch aktivem Werkstoff angeordnet wurden, doch hat man' bisher nicht erkannt, daß man durch Verwendung von Halbleiter-Trennschichten zwischen den Lagen aus magnetisch weichem Metall durch eine Wärmebehandlung einen Schichtwerkstoff erzeugen kann, dessen Schichten innig miteinander verbunden sind und welcher sich für die Herstellung von magnetischen Aufzeichnungs- und Wiedergabeköpfen hervorragend eignet.
Durch die Erfindung wird auch ein Verfahren zur Herstellung des soeben angegebenen Schichtwerkstoffes vorgeschlagen. Gemäß einer besonderen Form dieses Verfahrens kommen bei der Herstellung der festen Verbindung zwischen den Lagen des Schichtwerkstoffes ein erhöhter Druck und eine erhöhte Temperatur zur Anwendung und als Zwischenlage wird ein Werkstoff verwendet, welcher bei Einwirkung des Druckes und der Temperatur eine Diffusionsverbindung mit den
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angrenzenden Lagen aus magnetisch weichem Werkstoff bzw. aus dem verwendeten magnetischen Werkstoff ausbildet.
Bedeutsam ist, daß gemäß einer vorteilhaften Form des hier angegebenen Verfahrens bei der Bildung der festen Verbindung zwischen den Lagen des Schichtwerkstoffes oder auch bei einem späteren Verfahrensschritt eine Wärmebehandlung in solcher Weise vorgesehen wird, daß die Weichglühtemperatur für den magnetisch weichen Werkstoff erreicht wird.
Die Formgebung der Werkstücke, welche aus dem Schichtwerkstoff, beispielsweise durch Ausstanzen, hergestellt werden sollen, erfolgt vor der Wärmebehandlung. Auf diese Weise können bei der Wärmebehandlung diejenigen Spannungen beseitigt werden, die während der Formgebung des Schichtwerkstoffes in diesen eingebracht worden sind. Dauer und Temperatur werden bei der Wärmebehandlung vorteilhaft so eingestellt, daß eine geringe Menge des zwischen den Lagen aus magnetisch weichem Werkstoff befindlichen Materials in den magnetisch weichen Werkstoff selbst hineindiffundieren kann. Hierdurch können die Eigenschaften des betreffenden Aufzeichnungs- und Wiedergabekopfes bezüglich des Frequenzverhaltens noch verbessert werden.
Beim Aufbau mehrspuriger Magnet-Aufzeichnungsköpfe können Schichten aus hochleitfähigem Abschirmwerkstoff, beispielsweise aus Kupfer, zwischen benachbarte Lagen aus magnetisch weichem Werkstoff eingeschaltet werden, etwa, um eine Abschirmung oder eine Konzentration elektrischer Felder zu erzeugen.
Im übrigen bilden zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen des angegebenen'Schichtwerkstoffes bzw. des Verfahrens zu seiner Herstellung Gegenstand der anliegenden Ansprüche, auf welche hier zur Vereinfachung und Verkürzung der Beschreibung ausdrücklich hingewiesen wird.
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Nachfolgend sollen einige Ausführungsbeispiele im einzelnen erläutert werden.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel wurde Arsen in einer Stär ke von etwa 0,0127 mm auf einer Aluminiumfolie von 0,0178 mm Stärke abgelagert. Hierauf wurde ein Schichtwerkstoff unter Verwendung eines magnetisch weichen Materials in Gestalt einer Nickel-Eisen-Molybdän-Lagierung und der arsenbeschichteten Folie aufgebaut. Danach wurde der geschichtete Konstruktionsverband ge preßt und einer Wärmebehandlung bis zur Weichglühtemperatur des magnetisch weichen Metalls unterzogen. Hierbei reagierten das Ar sen und das Aluminium unter Bildung eines Halbleiters bzw. einer im wesentlichen elektrisch isolierenden Schicht, welche sich zwi schen den Schichten aus magnetisch weichem Metall befand.
Eine andere Ausführungsform wiederum sah vor, auf einer Aluminiumfolie von 0,0178 mm Stärke eine Antimonschicht von 0,0l60 mm Stärke abzulagern, welche dann mit den Lagen aus magnetisch weichem Werkstoff zu einem geschichteten Verband zusammengefügt wurde. Dieser Schichtwerkstoff wurde dann auf die Weichglühtemperatur des magnetisch weichen Materials erhitzt. Dabei ergab sich eine Diffusionsverbindung zwischen dem Antimon und dem magnetisch weichen Metall, und das Aluminium reagierte mit dem Antimon unter Bildung eines Halbleiters oder im wesentlichen einer elektrisch isolierenden Trennschicht. Die Lagen aus magnetisch weichem Material, welche eine Stärke von etwa 0,025 m aufwiesen, wurden in der Dicke nicht weiter reduziert, so daß das Hochfrequenzverhalten des Werkstoffes insgesamt nicht wesentlich verbessert wurde, doch ergab sich immerhin eine gewisse Erhöhung der Hochfrequenzqualitäten, da das magnetisch weiche Metall nach Aufbau des Schichtwerkstoffes weichgeglüht werden konnte, um die während der Fertigung eingebrachten Spannungen zu beseitigen.
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Gemäß einer wiederum anderen Form der Herstellung des Sch.ich.twerkstoffes kann der Werkstoff hohen Widerstandes selbst unmittelbar auf die Lagen aus magnetisch weichem Metall aufgebracht werden, so daß keine Notwendigkeit besteht, die beiden Schichten miteinander reagieren zu lassen, um die Trennschicht hohen Widerstandes zu erzeugen. Beispielsweise kann Selen auf das magnetisch weiche Metall aufgedampft werden, wonach die Lagen zur Bildung eines Schichtwerkstoffes in der oben beschriebenen Weise aufeinandergelegt werden und sich ähnliche Eigenschaften ergeben, wie zuvor im Zusammenhäng mit dem Ausführungsbeispiel beschrieben, bei welchem Arsen-Aluminiumschichten vorgesehen waren. Entsprechende Ergebnisse lassen sich auch mit Siliziummonoxid erzielen. Kommt es auf die guten Eigenschaften bei hohen Frequenzen nicht so wesentlich an, so ist es nicht einmal notwendig, den geschichteten Konstruktionsverband auf die Weichglühtemperatur des magnetisch weichen Metalls zu erhitzen. Es ist nur erforderlich, den Schichtwerkstoff so weit zu erhitzen, daß sich eine ausreichende Verbindung ergibt, und die gewünschte hohe Verschleißfestigkeit der Halbleiterschichten oder anderer Schichten hohen Widerstandes erzeugt wird.
Die Schicht zwischen den Lagen aus magnetisch weichem Metall kann durch auf Blei, Zinn oder Hafnium abgelagertes Selen gebildet sein. Andere Beispiele sind Kadmiumsulfid, Bleisulfid, Kadmiumöxid, Zinksulfid, Zinkoxid, Nickeloxid, Germaniumsulfid, Zinnsulfid und andere Verbindungen, welche ähnliche Sprünge in den Energieniveaus oder verbotene Bänder besitzen, wobei etwa noch Beispiele der Veröffentlichung "Handbook of Chemistry and Physics" zu entnehmen sind. Xn der 53· Ausgabe von 1972 und 1973 sind entsprechende Halbleiterwerkstoffe auf den Seiten E 89 bis E 92 angegeben.
Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen mit Halbleitertrennschichten hohen Widerstandes kann eine bandförmige oder platt-
förmige Ausbildung derselben vorgesehen werden. Die hohen Widerstand aufweisenden Lagert können gebildet werden, indem Plafnium-
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pulver oder Molybdänpulver mit Selenpulver und einem flüchtigen Bindemittel gemischt werden, so daß ein Band oder eine Folie hergestellt werden kann, wie dies in US-Patentschrift 3 293 072 angegeben ist. Erfolgt die Erhitzung in der oben angegebenen Weise, so verflüchtigt sich das organische Bindemittel, und das Selen reagiert mit dem Metall, um die gewünschte Schicht hohen Widerstandes auszubilden. Eine ähnliche bandartige Lage kann auch gebildet werden, indem Aluminiumpulver mit Antimonpulver oder Arsenpulver gemischt wird, so daß die resultierende, hohen Widerstand aufweisende Schicht ein.Halbleiter ist.
In den soeben angeführten Beispielen ist der Kpe^ifische Widerstand der Molybdän-Selen-Verbindung etwa 4000 Sei cm und derjenige der Hafnium-Selen-Verbindung ist etwa Λθ 000 β cm.
Viele andere Elemente und Werkstoffe können auch in eine bandartige oder blattartige Form gebracht werden, um geschichtet und zur Reaktion gebracht werden zu können, so daß die hohen Widerstand aufweisende, anorganische Schicht entsteht. Zwei Metalle können zur Bildung eines Halbleiters miteinander zur Reaktion gebracht werden. Ein Metall, beispielsweise Molybdän oder Hafnium, kann mit einem Nichtmetall reagieren, beispielsweise mit Schwefel, um auf diese Weise zu der anorganischen Schicht höhen Widerstandes zu gelangen. Schließlich kann die blattartige Lage auch einen pulverisierten Halbleiter, beispielsweise Selen, enthalten.
Die oben beschriebenen Isolationslagen sind außerordentlich hart, so daß der resultierende SchichtwBrkstoff außerordentlich verschleißfest ist, was ein wesentlicher Vorteil bei der Verwendung in magnetischen Aufzeichnungsköpfen ist. Die Härte der Isola— tionslagen kann weiter durch Erwärmen des Schichtstoffes in einer mit einem bestimmten Gas angereicherten Atmosphäre verbessert werden, wobei das Gas in die Isolationsschichten hineindiffundiert. Es ist aber auch möglich, das Gas in anderer Weise in die Isolationsschichten einzubringen.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des zuletzt angegebenen Gedankens wird der im übrigen bereits fertig bearbeitete und behandelte Schichtwerkstoff in einer mit Wasserstoff angereicherten Atmosphäre erhitzt, so daß der Wasserstoff in die Isolationslagen hineindiffundiert, um Metallhydride zu bilden, welche härter sind als die Isolationslagen vor der Wasserstoffdiffusion. Gleichzeitig bewirkt das Weichglühen die optimalen magnetischen Eigenschaften des magnetischen Werkstoffs. Viele Beispiele für geeignete Metallhydride finden sich in der Veröffentlichung "Metal Hydrides" von Muller, Blackledge und Libowitz, Academic Press, New York, 19-68.
Auch können andere Gase in die Metallagen hineindiffundieren oder in anderer Weise in diese Schichten eingebracht werden, wobei sich vorteilhafte Ergebnisse einstellen. Sauerstoff und Stickstoff können beispielsweise mit den Isolationslagen durch Diffusion oder in anderer Weise vereinigt werden, doch ist die Handhabung etwas schwieriger als bei Wasserstoff.
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Claims (22)

  1. Patentansprüche
    IJ Schichtwerkstoff hoher Permeabilität für magnetische Aufzeichnungs- und Wiedergabeköpfe, mit einer Mehrzahl von Lagen aus magnetisch weichem Material, die durch Zwischenlagen voneinander getrennt sind, welche eine relativ zu den Leiteigenschaften des magnetisch weichen Materials isolierende, anorganische Schicht aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß diese Schicht eine aus einem im wesentlichen isolierenden Halbleiter gebildete oder einen solchen enthaltende Trennschicht ist.
  2. 2. Schichtwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial auf einer der Zwischenlage angehörenden Metallschicht abgelagert ist.
  3. 3· Schichtwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlage aus einer Halbleiterpulver-Metallpulvermischung gebildet ist.
  4. k. Schichtwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3j dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleitermaterial Selen verwendet ist.
  5. 5. Schichtwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial durch Reaktion eines Elementes der dritten Gruppe mit einem Element der fünften Gruppe des periodischen Systems der Elemente gebildet ist.
  6. 6. Schichtwerkstoff nach Anspruch 2 oder 3) dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter durch Reaktion von Aluminium und Arsen gebildet ist und in Aluminiumarsenid besteht.
  7. 7. Schichtwerkstoff nach Anspruch 2 oder 3> dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter durch Reaktion von Aluminium und Antimon
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    gebildet ist und in Aluminiumantimonid besteht.
  8. 8. Schichtwerkstoff nach Anspruch 6 oder 7> dadurch gekennzeichnet, daß das Arsen bzw. das Antimon auf einer der Zwischenlage angehörenden Aluminiumfolie abgelagert ist.
  9. 9. Schichtwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische Widerstand der Trennschicht über 10 Ohmzentimeter beträgt.
  10. 10. Schichtwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen aus magnetisch weichem Material vollständig weichgeglüht sind.
  11. 11. Schichtwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial mindestens ein Gas enthält.
  12. 12. Schichtwerkstoff nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas Wasserstoff zur Bildung von Hydriden ist.
  13. 13. Verfahren zur Herstellung eines Schichtwerkstoffes nach einem der Ansprüche 1 bis 12. dadurch gekennzeichnet, daß ein mehrlagiger Verband aus Lagen von magnetisch weichem Werkstoff und von die Halbleiter-Trennschicht enthaltenden Zwischenlagen zur Herstellung einer festen Verbindung zwischen den Lagen einer Wärmebehandlung unterzogen wird.
  14. ,14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß auf den mehrlagigen Verband sowohl erhöhter Druck als auch erhöhte Temperatur einwirken.
  15. 15· Verfahren nach Anspruch lk, dadurch gekennzeichnet, daß unter der Druck- und Temperatureinwirkung eine Diffusionsverbindung zwischen den Halbleiter-Trennschichten und den angrenzenden Lagen aus magnetisch weichem Werkstoff erzeugt wird.
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  16. l6. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlagen mindestens schichtweise aus einem Metall der dritten Gruppe und einem Metall der fünften
    Gruppe des periodischen Systems der Elemente gebildet werden
    und daß die Temperatur während der Wärmebehandlung so gewählt
    wird, daß das Metall der dritten Gruppe mit dem Element der
    fünften Gruppe zur Bildung einer anorganischen Halbleiterschieht hohen Widerstandes reagiert.
  17. 17· Verfahren nach Anspruch l6, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall der dritten Gruppe der periodischen Systems der Elemente in Form einer Folie und das Element der fünften Gruppe des periodischen Systems der Elemente in Form einer darauf abgelagerten Schicht vorgesehen wird.
  18. l8. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall der dritten Gruppe Aluminium und das Element der fünften Gruppe des periodischen Systems der Elemente Arsen ist, derart, daß sich bei der Wärmebehandlung Aluminiumarsenid bildet.
  19. 19· Verfahren nach Ansprach l6 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall der dritten Gruppe Aluminium und das Element der fünften Gruppe des periodischen Systems der Elemente Antimon ist, derart, daß sich bei der Wärmebehandlung Aluminiumantimonid bildet.
  20. 20." Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19j dadurch gekennzeichnet, daß dem in der Zwischenlage enthaltenen Werkstoff ein Gas beigefügt wird.
  21. 21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hineindiffundieren des Gases in den Werkstoff der Zwischenlagen vorgesehen ist.
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  22. 22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung von Hydriden Wasserstoff als Gas verwendet wird.
    23« Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Schichtenverband erhitzt wird, um den Wasserstoff aus einer wasserstoffreichen Atmosphäre in die Zwischenlagen hLneindiffundieren zu lassen.
    - 12 -
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DE19732366049 1973-05-03 1973-07-26 Verfahren zur Herstellung eines Schichtwerkstoffes hoher Permeabilität für magnetische Aufzeichnungs- und Wiedergabeköpfe Expired DE2366049C2 (de)

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