DE2459541C3 - Verfahren zum Herstellen von Magnetschichten von Magnetspeicherplatten - Google Patents
Verfahren zum Herstellen von Magnetschichten von MagnetspeicherplattenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur
Herstellung von magnetischen Aufzeichnungsplatten mit sehr dünnen Magnetschichten durch Aufbringen
einer flüssigen Dispersion von magnetischen Materialien in einer Bindemittelmischung auf starre Trägerplatten
nach dem Schleudergußverfahren, wobei durch besondere Maßnahmen das Auftreten von Unebenheiten
und Oberflächenstrukturen während des Abschleuderns der Dispersion vermieden werden.
Magnetische Aufzeichnungsträger in Form von rotierenden Scheiben sind in großem Umfang als
Informationsspeicher, die einen schnellen Zugriff an beliebiger Stelle ermöglichen, im Einsatz. Zwei wichtige
Faktoren bei derartigen Magnetspeicherscheiben sind die auf ihnen speicherbare Informationsmenge, welche
üblicherweise als Bit-Packungsdichte bezeichnet und in Bits pro Inch angegeben wird, und ihre magnetischen
Eigenschaften, die ihrerseits die Ausgangssignale der Magnetplatte beeinflussen. Die erreichbare Bit-Pakkungsdichte
hängt von der Dicke der Magnetschicht ab. Je dünner die Beschichtung ist, desto höher kann die
Bit-Packungsdichte sein. Mit Magnetschichten von 6 um
erreicht man in etwa eine Packungsdichte von 1000 Bits
pro Inch und mit Magnetschichten von 4 um läßt sich eine Packungsdichte von ungefähr 2000 Bits pro Inch
erzielen. Es besteht jedoch ein wachsender Bedarf an Magaetplatten, die eine noch höhere Bit-Packungsdichte
unter Beibehaltung eines brauchbaren Ausgangssignals zulassen. Die Verwendung dieser sehr dünnen
Magnetschichten macht es außerdem nötig, daß die
ίο Magnetköpfe, die auf einer zwischen der Magnetplatte
und dem Magnetkopf befindlichen Luftschicht fliegen, in immer geringerem Abstand zum Aufzeichnungsträger
gebracht werden. Bei der Verwendung von Aufzeichnungsplatten mit einer Magnetschichtdicke von ca. 1 um
is ist die nötige Verringerung des Abstandes des fliegenden Magnetkopfes von der Plattenoberfläche
bereits so groß (Abstand nur noch 0,2 bis 0,6 um), daß
die Aufzeichnungsoberfläche extrem plan sein muß. Ebenso muß bei derartigen Magnetspeicherplatten die
Magnetschichtstärke absolut gleichmäßig sein. Ungleiche Dicke der Magnetschicht sowie Unebenheiten und
Oberflächenstrukturen müssen vermieden werden, denn bereits kleinste Unebenheiten der Magnetschicht
können die Flugbedingunigen stören und zu Pegelinkonstanz bzw. zu Kopfaufprall und damit zu Betriebsstörungen
führen.
Magnetische Speicherplatten werden in bekannter Weise so hergestellt, daß man eine Aluminiurnscheibe
mit einer flüssigen Dispersion, die ein magnetisierbares Material fein verteilt in einem härtbaren Bindemittel
enthält, überzieht und diesen Überzug anschließend trocknet bzw. härtet und gegebenenfalls noch schleift
bzw. nachpoliert Als Beschichtungstechnik hat sich das sogenannte spin-coating-Verfahren besonders bewährt,
bei dem man die Trägerscheibe in Rotation versetzt und die Oberzugsmischung darauf fließen läßt, wie es zum
Beispiel in der US-Patentschrift 31 98 657 beschrieben ist Andere bekannte Möglichkeiten zum Auftragen der
Disperion beruhen auf einem Eintauchen der Träger-
scheibe in die flüssige Überzugsmischung oder auf einem Aufsprühen der Mischung. Um eine dünne
der aufgebrachten Dispersion abgeschleixiert
die Ausbildung von Oberflächenstrukturen. Die zur Herstellung besonders dünner Magnetschichten notwendigen
hohen Schleuderdrehzahlen begünstigen das Auftreten schaufelradähnlicher Schleuderstrukturen. Es
ist üblich, die Oberfläche der Magnetschicht nach dem Aushärten fein zu polieren, um dadurch Unebenheiten
auszugleichen und um eine gleichmäßige Dicke der Magnetschicht zu erreichen. Es hat sich jedoch gezeigt,
daß sich diese Abschleuderstrukturen selbst durch intensivste Polierbehandlung nicht in dem Maße
entfernen läßt, daß eine brauchbare Speicherplatte entsteht
Die Aufgabe der Erfindung bestand daher in der Bereitstellung eines Verfahrens zur verbesserten Herstellung
von Magnetspeicherplatten mit dünnen Magnetschichten, bei dem die Beschichtung der Trägerplatten
nach dem Schleudergußverfahren erfolgt, ohne daß jedoch die bei der Ausbildung dünner Schichten
üblichen Oberflächenstrukturen auftreten.
Es wurde nun gefunden, daß sich dünne, oberflächen-
Es wurde nun gefunden, daß sich dünne, oberflächen-
b5 strukturfreie Magnetschichten von Magnetspeicherplatten
durch Aufbringen einer gießfähigen Dispersion von feinteiligem Magnetpigment in einer Lösung eines
organischen Bindemittels in einem flüchtigen Lösungs-
mittel auf eine rotierende, starre Trägerscheibe, verteilen der Dispersion zu einer dünnen Schicht durch
Rotation der Trägerscheibe und Trocknen bzw. Härten der Schicht herstellen lassen, wenn während der zur
Ausbildung einer dünnen und gleichmäßigen Dispersionsschicht durchgeführten Rotation der Trägerscheibe
gegenüber der beschichteten Fläche der Trägerscheibe eine Einrichtung angeordnet wird, welche eine der
Rotation der Trägerscheibe angleichbare Umdrehungsgeschwindigkeit der zwischen dieser Einrichtung und
der beschichteten Fläche der Trägerscheibe befindlichen Luftsäule bewirkt und durch welche die aerodynamische
Grenzschicht, die sich während der Rotation an der mit der Dispersion versehenen Trägerscheibe bildet,
vergrößert wird und sich stabilisiert
Insbesondere wurde gefunden, daß sich die Aufgabe sehr vorteilhaft lösen läßt, wenn während der zur
Ausbildung einer dünnen und gleichmäßigen Dispersionsschicht durchgeführten Rotation der Trägerscheibe
gegenüber der beschichteten Fläche der Trägerscheibe ein starres Abdeckelement mit einer mindestens der
zu beschichtenden Trägerscheibe entsprechenden Fläche in einem Abstand von bis zu 20 mm über der
Schichtoberfläche gleichsinnig mit der Trägerscheibe umlaufend angeordnet ist, wodurch die aerodynamische
Grenzschicht, die sich während der Rotation an der mit der Dispersion versehenen Trägerscheibe bildet, vergrößert
wird und sich stabilisiert
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung stellt das Abdeckelement eine ebenfalls zu beschichtende
Trägerscheibe dar und beide gegenüberliegenden Flächen der beiden Trägerscheiben werden in Rotation
gleichzeitig mit einer Dispersionsschicht versehen.
Bei der Herstellung von Magnetschichten für Magnetspeicherplatten hat es sich als zweckmäßig 3s
erwiesen, die das Magnetpigment enthaltende Dispersion auf eine sich langsam drehende Trägerscheibe
radial aufzugießen und daran anschließend durch Zentrifugieren eine Verteilung der Dispersion auf der
Trägerplatte zu erreichen.
Geeignete Magnetdispersionen sind an sich bekannt sie enthalten üblicherweise neben den feinteiligen
Magnetpigmenten, wie Gamma-Eisen(IH)oxid, feinteiliger
Magnetit oder ferromagnetische Metallpigmente, die Teilchengrößen von etwa 0,2 bis 1 um aufweisen,
Bindemittel und insbesondere hitzehärtbare Bindemittel, wie Epoxidharze, Phenoxyharze, Aminoplast-Vorkondensate,
Polyesterharze, Polyurethane oder Polyurethanbildner und Mischungen solcher Bindemittel
miteinander als auch mit anderen Bindemitteln, wie
Polycarbonaten oder Vinylpolymeren, z. B. Vinylchlorid-
oder Vinylidenchlorid-Copolymere oder hitzehärtbarc Acrylat- oder Methacrylat-Copolymere. Im allgemeinen
enthalten die Magnetdispersionen ferner flüchtige Lösungsmittel zur Einstellung einer gut
gießfähigen oder durch Düsen aufspritzbaren Dispersion, z.B. Tetrahydrofuran, Toluol, Methylethylketon
usw, wobei die Art des verwandten Lösungsmittels von dem angewandten Bindemittel mitbestimmt wird.
Geeignete Magnetdispersionen für das erfindungsge- bo
mäße Verfahren haben zweckmäßigerweise Viskositäten von etwa 40 bis 20OcP, bevorzugt 60 bis 15OcP
(gemessen im Rheomat 15/Tyρ RM 15 C/01 der Firma
Contraves, Z Inch). Das Verhältnis von Magnetpigment
zu Bindemittel liegt dabei im allgemeinen zwischen 2 bis hr>
10 und insbesondere 3 bis 5 Gewichtsteilen Magnetpigment zu 1 Teil Binder. Die Herstellung der Magnetdispersionen
kann in an sich bekannter Weise unter Mitverwendung üblicher Zusätze, wie Dispergier- oder
Gleitmitte· wfolgen.
Das \urtragen bzw. Aufspritzen aus Düsen der Magnetdispersion führt man zweckmäßig nach dem
Reinigen der Trägerplatten bzw. Scheiben mit Lösungsmittel nach dem sogenannten spin-coating-Verfahren
durch, wobei die Magnetdispersion durch parallel zur Scheibe über den Radius der Scheibe bewegbare Düsen
unter Bewegung der Düsen von der Innenkante zur Außenkante der Scheibe und bevorzugt ucter Bewegung
der Düsen von der Außenkante zur Innenkante und anschließend von der Innenkante zur Außenkante
der Scheibe im Oberschuß aufgespritzt wird. Nach bekannten Verfahren rotieren bei der Beschichtung die
Scheiben mit einer Umdrehungszahl von 400 bis 3500 U/min, wobei die im Einzelfall gewählte Umdrehungszahl
u. a. von der Viskosität der Magnetdispersion und der gewünschten Dicke der resultierenden Magnetschichten
abhängt Die Dicken der fertigen getrockneten Magnetschichten liegen dabei im Bereich von 1 bis
10 und insbesondere von 1 bis 3μητ, wobei zur
Herstellung dünnerer Magnetschichten zumindest im Schleudergang hohe Umdrehungszahlen der Scheiben
und/oder niedrige Viskositäten der Magnetdispersionen gewählt werden.
Wegen dieser Verfahrensbedingungen bei der Herstellung sehr dünner Magnetschichten ist die Ausbildung
von Oberflächenstrukturen dabei nicht zu vermeiden, die meist ein schaufelradähnliches Aussehen
haben. Derartige Strukturen lassen sich bei den angestrebten Schichtstärken auch durch eine intensive
Polierbehandlung nicht so weit entfernen, daß die Aufzeichnungsempfindlichkeit die geforderte Gleichmäßigkeit
aufweist
Es ist bekannt, daß bei einer in einem stationären Luft- oder Gasraum sich drehenden Scheibe auf beiden
Seiten eine Luftströmung entsteht deren radiale, tangential und axiale Komponenten mit Hilfe der
Navier-Stokes-GIeichungen ermittelt werden können. Ebenso ist bekannt daß sich unmittelbar über der
Oberfläche der rotierenden Scheibe im Luftraum eine Grenzschicht bildet innerhalb der die Luft sich
weitgehend stationär zur Oberfläche der rotierenden Scheibe verhält
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kommen nun Einrichtungen zur Anwendung, welche die über der
rotierenden Einheit aus Trägerscheibe und Dispersionsschicht sich bildende Grenzschicht im Luftraum in ihrer
Ausdehnung in axialer Richtung vergrößert Diese Grenzschicht wird durch die Maßnahmen gemäß der
Erfindung nicht nur in axialer Richtung vergrößert, sondern sie bewirken auch, daß die Grenzschicht
gleichmäßiger mit Trägerscheibe und Dispersionsschicht rotiert und in sich stabilisiert wird. Auf diese
Weise wird gewährleistet daß die Schichtoberfläche im nassen bzw. langsam trocknenden Zustand nicht durch
Luftströmungen negativ beeinflußt wird und auch bei sehr dünnen Magnetschichten extrem gleichmäßige
Schichtstärken und Oberflächen erhältlich sind.
Die mathematischen Zusammenhänge bei dreidimensionalen Grenzschichten sind im einzelnen ausgeführt in
»Advances in Applied Mechanics«, Vol. IV, Academic Press, 1956, Seiten 159 bis 228.
Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sei beispielhaft anhand der folgenden Figuren
erläutert. Dabei zeigen die F i g. 1 bis 3 bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.
Rotation der Trägerscheibe angleichbare Umdrehungsgeschwindigkeit der zwischen dieser Einrichtung und
der beschichteten Fläche der Trägerscheibe befindlichen Luftsäule bewirken, sind z. B. Ventilatoren oder
Pumpen mit geeigneter Rotorform oder auch Strömungsrohre mit Innengewinde-ähnlichen Lamellen.
In F i g. 1 ist die zu beschichtende Trägerplatte 1 mittels einer Halterung 2 und 2' auf der Antriebswelle 3
eines regelbaren Elektromotors befestigt. Die Dispersion 4 wird auf die sich langsam drehende Trägerplatte
gegossen. Daran anschließend wird ein Abdeckelement 5 über der Trägerplatte angeordnet und rotiert nunmehr
in Verbindung mit der Halterung 2-2', wobei nach Erhöhen der Motordrehzahl die Dispersion auf der
Trägerplatte gleichmäßig verteilt und die überschüssige Dispersion abgeschleudert wird.
Eine andere zweckmäßige Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt F i g. 2.
Hier wird die Trägerplatte 1 durch eine Halterung, bestehend aus dem auf der Antriebsachse 3 befestigten
Element 2 und durch das als Abdeckelement 5 ausgebildete Gegenstück gehalten. Die Dispersion wird
bei dieser Ausgestaltung durch eine senkrecht zur Drehachse der Platte verschiebbare Düse 6 auf die
Trägerplatte aufgebracht Die gleichmäßige Verteilung der Dispersion geschieht in bekannter Weise.
Als besonders vorteilhaft hat sich die Durchführung, wie in F i g. 3 abgebildet, erwiesen. Dabei werden zwei
zu beschichtende Trägerplatten 1 und 1' auf der Achse 3 mittels der Elemente 2 und 7 und des Abstandselements
8 so gehalten, daß jede Trägerplatte für die andere als Abdeckelement wirkt Besonders wirtschaftlich wird
diese Ausführungsform dadurch, daß die Dispersion über die radial bewegliche Doppeldüse 9 gleichzeitig auf
zwei Trägerplattenseiten aufgetragen werden kann.
Die durch diese Figuren dargestellten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens stellen nur
einige der Möglichkeiten dar. Es ist naheliegend und manchmal sogar zweckmäßig, die Rotationsebene nicht
horizontal, wie dargestellt, sondern in einem Winkel
schräg zur Vertikalebene anzuordnen, wie es z. B. in der
DT-PS 21 57 650 beschrieben ist Auch braucht das starre Abdeckelement in dem erfindungsgemäßen
Verfahren nicht die Form einer planen Scheibe zu haben, sondern es kann in seiner Ebene ein Profil
aufweisen. Ebenfalls sind Einrichtungen zur Anwendung gelangt, die über der zu beschichtenden Plattenseite
eine sich drehende Luftsäule erzeugen, die einer Ausdehnung der aerodynamischen Grenzschicht in
axialer Richtung von mehreren Größenordnungen entspricht
Anhand des folgenden Beispiels und eines Vergleichsversuches soll die vorteilhafte Wirkung des erfindungsgemäßen
Verfahrens veranschaulicht werden. Die darin genannten Teile und Prozente beziehen sich, soweit
nicht anders angegeben, auf das Gewicht Volumenteile verhalten sich zu Teilen wie Liter zu Kilogramm.
In einer mit 18 000 Teilen Steatitkugeln gefüllten Porzellankugelmühle von 30000 Volumteilen Inhalt
wird eine Mischung von 35 000 Teilen stäbchenförmigen
Gamma-Eisen(IlI)oxid mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 0,2 bis 1 μπτ, 4200 Teilen einer
50%igen Lösung eines handelsüblichen Polykondensates aus 2^-(HydroxyphenyI)-propan und Epichlorhydrin
mit einem Schmelzpunkt von etwa 125 bis 135° C und
einem Epoxyäquivalentgewicht von etwa 1900 bis 2500 in einem Gemisch aus 70% Cyclohexanon und 30<H
Xylol, 85 Teile eines handelsüblichen Polysiloxans in Lösung, 3000 Teile Toluol und 260 Teile Anon 40
Stunden vordispergiert Nach Zugabe von 700 Teiler eines handelsüblichen, härtbaren Allyloxibenzol-Formaldehyd-Kondensates
mit einem Molekulargewicht von etwa 320, 640 Teile Luwipal 030 als Melaminformaldehydkondensat
in Form einer 55%igen Lösung in gleichen Teilen n-Butanol und Xylol, 500 Teile einer
to 70%igen toluolischen Lösung von Polyvinylmethylähter
und 6000 Teilen eines Gemisches aus gleichen Teilen von Anon, Toluol und Butyrolacton wird die Mischung
weitere 15 Stunden dispergiert Kurz vor Beendigung der Dispergierung werden noch 660 Teile Elektrokorundpaste
zugemischt und die Dispersion durch ein 5 μ Papierfilter filtriert
Zur Herstellung der Magnetschicht wird die Dispersion nach dem in der DT-PS 21 57 650 angegebenen
Verfahren beidseitig auf zuvor gereinigte, in Schrägstellung rotierende Aluminiumscheiben, an welchen gemäß
vorliegender Erfindung beidseitig mitrotierende, plane Abdeckscheiben angebracht sind, aufgetragen. Der
Durchmesser der Abdeckvorrichtung entspricht dem der Trägerplatte, der Abstand zur Trägerplatte ist
jeweils 4 mm. Die Dispersionszufühning erfolgt, ähnlich wie in F i g. 2 abgebildet durch 2 röhrchenförmige
Düsen. Durch Erhöhen der Umdrehungszahl der Scheibe und der mit ihr verbundenen Abdeckvorrichtung
auf ca. 2000 U/min während einer Dauer von 5 Sekunden wird die überschüssige Magnetdispersion
abgeschleudert, und man erhält einen homogenen, strukturfreien Oberzug auf beiden Seiten der Trägerplatte.
Die Schichten werden dann in einer Wärmezone bei 2200C gehärtet und anschließend poliert Die
resultierenden Magnetschichten sind ca. 1,6 μίτι stark.
Zum Vergleich wird mit der im Beispiel angegebener Dispersion eine Aluminiumträgerplatte nach dem
herkömmlichen Beschichtungsverfahren ohne Abdeckplatte beschichtet und in der gleichen Weise, wie im
Beispiel dargelegt weiterverarbeitet
Die nach dem Beispiel und nach dem Vergleichsversuch gefertigten Platten wurden folgenden Prüfungen
unterzogen.
Die nach dem Beispiel hergestellte Platte zeigt eine völlig homogene, strukturlose Oberfläche, während die
im Vergleichsversuch hergestellte Platte nicht zu übersehende schaufelradförmige Oberflächenstrukturen
erkennen läßt
Das Flugverhalten wird mittels einer üblichen Prüfanordnung gemessen. Die zu untersuchende Magnetplatte
rotiert auf einem Prüflaufwerk mil 3600 Upm. Ober der Platte »fliegt« ein mit einem
piezoelektrischen Sensor ausgerüsteter Prüfkopf in ca 0,75 μ Höhe, der während der Prüfung in radialei
Richtung über die Oberfläche der Platte geschober wird. Jede Unebenheit der Plattenoberfläche führt zu
einer Auslenkung des Prüfkopfes aus seiner stabiler Flugbahn. Die damit verbundenen Beschleunigunger
ei erzeugen elektrische Signale, die über der Prüfstrecke
integriert und als Flugkennzahl ausgewiesen werden Eine strukturfreie Oberfläche hat demgemäß eine
niedere Flugkennzahl zur Folge.
Bei der nach dem Beispiel gefertigten Magnetplatte ergab die Flugprüfung die relative Kennzahl 1, während
die nach dem Vergleichsversuch hergestellte Magnetplatte die Kennzahl 2,5 aufwies.
Pegelkonstanz
Zur Bestimmung der Pegelkonstanz wird eine sogenannte Hüllkurve aufgenommen. Auf einem Prüflaufwerk
mit fliegendem Magnetkopf rotiert die Magnetscheibe mit 3600 Upm. Mit einer Aufzeichnungsfrequenz
von 3,2MHz wird die besonders kritische Außenspur des Datenbereiches beschrieben
und die Wiedergabesignale (Lesespannung Ua) als Funktion der Aufzeichnungsstrecke S auf einer Spur
aufgezeichnet. Für die Anwendung der Magnetplatte ist eine modulationsfreie Hüllkurve erwünscht, da daraus
gleichmäßige elektromagnetische Eigenschaften über den gesamten Spurumfang resultieren.
Fig.4 zeigt die Hüllkurve einer mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Magnetspeicherplatte,
während F i g. 5 eine solche einer Magnetspeicherplatte nach dem Stande der Technik
zeigt.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 80S 635/319
Claims (3)
1. Verfahren zum Herstellen von Magnetschichten von Magnetspeicherplatten durch Aufbringen einer
gießfähigen Dispersion von feinteiligem Magnetpigment in einer Lösung eines organischen Bindemittels
in einem flüchtigen Lösungsmittel auf eine rotierende, starre Trägerscheibe, Verteilen der Dispersion zu
einer dünnen Schicht durch Rotation der Trägerscheibe und Trocknen bzw. Härten der Schicht,
dadurch gekennzeichnet, daß während der zur Ausbildung einer dünnen und gleichmäßigen
Dispersionsschicht durchgeführten Roution der Trägerscheibe gegenüber der beschichteten Fläche
der Trägerscheibe eine Einrichtung angeordnet wird, weiche eine der Rotation der Trägerscheibe
angleichbare Umdrehungsgeschwindigkeit der zwischen dieser Einrichtung und der beschichteten
Fläche der Trägerscheibe befindlichen Luftsäule bewirkt und durch weiche die aerodynamische
Grenzschicht, die sich während der Rotation an der mit der Dispersion versehenen Trägerscheibe bildet,
vergrößert wird und sich stabilisiert
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der zur Ausbildung einer
dünnen und gleichmäßigen Dispersionsschicht durchgeführten Roution der Trägerscheibe gegenüber
der beschichteten Fläche der Trägerscheibe ein starres Abdeckelement mit einer mindestens der zu
beschichtenden Trägerscheibe entsprechenden Fläche in einem Abstand von bis zu 20 mm über der
Schichtoberfläche gleichsinnig mit der Trägerscheibe umlaufend angeordnet ist, wodurch die aerodynamische
Grenzschicht, die sich während der Rotation an der mit der Dispersion versehenen Trägerscheibe
bildet, vergrößert wird und sich stabilisiert
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Abdeckelement eine ebenfalls zu beschichtende Trägerscheibe ist und die beiden
gegenüberliegenden Flächen der beiden Trägerscheiben gleichzeitig in Rotation mit einer Dispersionsschicht
versehen werden.
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |