DE2840604A1

DE2840604A1 - Magnetkopf und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2840604A1
Application number: DE19782840604
Authority: DE
Inventors: Ryuji Nishiyama; Kazuo Yokoyama; Taketoshi Yonezawa
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1977-09-19
Filing date: 1978-09-18
Publication date: 1979-04-12
Also published as: FR2403615B1; NL7809470A; US4170032A; JPS5446021A; DE2840604C2; GB2005896B; GB2005896A; NL182351C; US4238215A; JPS5827565B2; FR2403615A1

Description

'/·■' S 28A0604

18. September 1978

Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., Osaka, Japan

Magnetkopf und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Magnetkopf und ein Verfahren zu seiner Herstellung, insbesondere auf ein Verfahren, das die Ausbildung des Betriebsspalts ohne Notwendigkeit des Schmelzens der den Spalt bildenden Teile im Magnetkopf zuläßt und somit die Herstellung eines Magnetkopfes hoher Spaltlängenpräzision, mit wenig Fehlern im Spalt und ausgezeichneten elektromagnetischen ümwandlungsmerkmalen ermöglicht.

Bislang wurde bei der Herstellung des Magnetkopfes der nichtmagnetische Abstandshalter für den Betriebsspalt aus Glasmaterial hoher Härte und Abriebfestigkeit hergestellt, um die mechanische Spaltverformung durch Gleitkontakt mit der Magnetoberfläche des Aufzeichnungsmediums minimal zu halten und dabei zugleich zu starke Abnutzung des Betriebsspaltabschnitts

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im Vergleich mit der Abnutzungsgeschwindigkeit des Magnetkopfkerns zu verhindern* Mehrere Verfahren zur Herstellung eines solchen Glasspalts sind bekannte Beispielsweise wird ein Magnetkopf-Kernraaterial zuerst in eine Mischlösung fein vermahlenen Glases eingetaucht und dann herausgenommen und zentrifugiertj so daß eine homogene Schicht des pulverisier= ten Glases auf den dem Spalt gegenüberliegenden Oberflächen der Kernteile abgeschieden wird, und dann werden nach dem Ausbilden eines Glasfilms auf den Kernoberflächen durch Ein= brennen die beiden dem Spalt gegenüberliegenden Flächen mit dem dazwischenliegenden Glasfilm aneinandergefügt und durch eine Wärmebehandlung zusammengeschmolzen, um so den gewünsch·= ten Betriebsspalt zu bilden,. Nach einem anderen Verfahren v/erden die beiden dem Spalt zugewandten Flächen und Dazwischenlegen eines hochschmelzenden Abstandhalters mit vorbestimmter Spaltlänge aneinandergefügt, wobei ein freier Raum aufrechterhalten wird, der der vorbestimmten Spaltlänge zwischen den einander gegenüberliegenden Flächen entspricht, und dann wird das geschmolzene Glasmaterial in diesen Raum gebrachte

In jüngerer Zeit wurde das Hochfrequenz-Aufdampfverfahren als neue Technik zur direkten Aufbringung des Glasfilms entwickelt„ Diese Hochfrequenz-Zerstäubungs- oder Aufbringtechnik hat zahl= reiche Vorteile gegenüber herkömmlichen Verfahren» Erstens unterliegen die herkömmlichen Verfahren bestimmten Beschränkungen in der Präzision der Dicke des Glasfilms, da die Steuerung der Spaltlänge von der Steuerung der Dicke des eingebrannten Glasfilms oder der Einstellung des die Spaltbreite haltenden Abstandsgliedes abhingj, während die Abscheidungsmethode des Zerstäubens eine Kontrolle der Dicke des Glasfilms durch das Abscheidungsverfahren selbst ermöglicht, was zu einer weitaus höheren Präzision der Dicke des Films führt _o Nach dem Abscheidungsverfahren des Zerstäubens kann die Filmdicke mit einer Genauigkeit von ± O₅02 um gesteuert werden,, wenn die Dicke des Glasfilms < 1 um ist_o Zweitens unterliegt

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nach den herkömmlichen Verfahren, "bei denen ein Glasmaterial zur Bildung des Spalts im Magnetkopf geschmolzen wird, die Grenzfläche zwischen dem Magnetkopf-Kernteil und dem Spaltteil der Erosion und Diffusion, während die Grenzfläche zwischen dem durch Aufdampfen abgeschiedenen Glas und dem Magnetkopf-Kernteil minimal erodiert. Werden geeignete Maßnahmen zur Verhinderung der Verschlechterung der Grenzfläche bei einer Wärmebehandlung nach der Aufdampfabscheidung ergriffen, kann Schärfe des Magnetstreufeldes an der Hinterkante (der aufzeichnenden Kante) des Betriebsspalts im Magnetkopf erzielt werden, und dies ermöglicht einen Magnetkopf, der hohe Aufnahme- und Wiedergabeleistungen bei der Aufzeichnung von Hochfrequenzsignalen zuläßt. Auch wird die Oberflächenrauhigkeit des Films beträchtlich verbessert, verglichen mit dem Glasfilm, der durch Einbrennen pulverisierten Glases erhalten wird, d.h., die Oberflächenrauhigkeit des durch Aufdampfen abgeschiedenen Glasfilms ist < etwa ± 0,02 um, was hohe Oberflächenglätte und hohe Adhäsion bei der Spaltbildung gewährleistet.

So hat der durch aufdampfendes Aufbringen gebildete Glasfilm viele Vorteile, aber der reine Ersatz der herkömmlichen Verfahren durch diese Aufdampftechnik nur zur Bildung des nichtmagnetischen Spaltteils vermag die meisten dieser Vorteile zur Verbesserung der Qualität des fertigen Matnetkopfs nicht hervorzubringen. Bei dem üblichen Verfahren wird das Spaltteil geschmolzen, um es mit dem Magnetkopf-Kernteil zu verbinden, so daß unvermeidlich eine Ungleichheit zwischen Filmdicke und Spaltlänge im fertigen Magnetkopf auftritt, ganz gleich, wie weit die Präzision bei der Filmdicke verbessert wird. Auch variiert der Zusammenhang zwischen diesen Faktoren in Abhängigkeit von den Bedingungen der Wärmebehandlung (Temperatur, Verweilzeit, Druckkraft auf den Kern usw.) und unterliegt einer großen Schwankungsbreite. Weiter erfährt die Grenzfläche mit dem Magnetkopfkern eine Erosion

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•und Diffusion während des Sciimelzens des Spaltteils, und dies kann die Ausnutzung des zweiten Vorteils des Aufdampffilms vereiteln. Die Erfindung soll daher einen Magnetkopf liefern, der von den genannten Nachteilen und Mängeln, wie sie dem Stand der Technik eigen sind, frei ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Magnetkopfs, wobei das Spaltteil im Zeitpunkt seiner Bildung ohne geschmolzen werden zu müssen gebunden werden kann, um so die Vorteile des aufgedampften Spaltteils zur Verbesserung der Qualität des fertigen Kopfes optimal zu nutzen.

Nachfolgend wird die Erfindung im einzelnen beschrieben. Das Glas-Spaltteil, das bei der Herstellung des Magnetkopfs gemäß der Erfindung unter Zerstäuben aufgedampft wird, ist Borsilikatglas mit einer Zusammensetzung von 65 bis 85 Mol% SiO₂ und 8 bis 30 mi% B₂O₅. Es enthält auch 2 bis 15 M0I96 Alkalimetalloxide, ETa₂O und K₂O, und 0,1 bis 5 Mol% Al₂O₅, und das Molverhältnis von Boroxid zu Alkalimetalloxiden wird durch folgende Beziehung festgelegt;

,. , JTa₉O + K_o0

0,05 /22 /0,4

^NB0 + NaO + KO^N

Das Spaltglas dieser Zusammensetzung wird auf den dem Spalt gegenüberliegenden Flächen von zwei Magnetkernteilen durch Hochfrequenz-Zerstäubungs/Aufdampftechnik abgeschieden, und dann werden die dem Spalt gegenüberliegenden bzw. zugewandten Flächen mit der Glasabscheidung dazwischen gegeneinandergedrückt und miteinander verbunden,, indem auf eine Nichtschmelz» temperatur erhitzt wirds, die über dem Übergangspunkt liegt, aber unter der Fließgrenze des aufgebrachten Glasfilms. Das Binden bei Nichtschmelztemperatur im Bereich vom Übergangspunkt bis zur Fließgrenze des durch Zerstäuben bzw. Aufdampfen aufgebrachten Glasfilms ist eine neue Technik, und sein Mechanismus wird nachfolgend beschriebene Der Magnetkopf mit dem

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Glas-Spaltteil oder -Abstandsglied der genannten Zusammensetzung hat die folgenden Eigenschaften.

Da das Spaltteil beim Herstellungsverfahren nicht schmilzt, kann ein Magnetkopf einer Spaltlänge erhalten werden, die der Spaltfilmdicke praktisch gleich ist. Daher kann die Spaltlänge durch Steuern der Filmdicke gesteuert werden, und auch extreme Hochpräzisionssteuerung ist möglich, weil die Filmdickensteuerung beim Zerstäubungsaufbringen erfolgt. Bei einer versuchsweisen Herstellung eines Magnetkopfes mit einer Spaltlänge von 0,25 - 2 um gemäß der Erfindung konnte die so aufgebrachte Spaltglasfilmdicke innerhalb des Bereichs von 0,25 - 1 um mit einer Toleranz von + 0,02 um durch Messung der Fimdieke mittels Laser-Interferometrie während des Betriebs, während der Zerstäubungsabscheidung, gesteuert werden. Was die Spaltlänge des fertigen Magnetkopfes betrifft, so konnte das Erzeugnis mit 100 % Ausbeute mit einer Toleranz der Abmessung von i 0,05 um erhalten werden.

Ferner ist, da kein Schmelzen des Spaltglasteils beim Herstellungsverfahren notwendig ist, das Erzeugnis frei von den Spaltmängeln, die gewöhnlich bei schmelzgebundenen Magnetköpfen zu sehen sind. Der durch Schmelzen des zerstäubungsaufgedampften Glasfilms gebildete Film ist nicht immer ein homogener, rein glasartiger Film, sondern neigt zur Reaktion mit dem Basis(kern)teil, wobei das Reaktionsprodukt mit den organischen Substanzen auf der Basisoberfläche bleibt, und andere Fremdmaterialien, wie Luftblasen, und verschiedene, von solchen Einschlüssen herstammende Defekte wurden in dem Spalt des fertigen Magnetkopfs auftreten. Der erfindungsgemäße Magnetkopf hat grundsätzlich keine solche Mangel, da der Spalt ohne die Notwendigkeit zum Schmelzen des Spaltteils gebildet werden kann. Ferner erfährt, wenn die erfindungsgemäß zum Aufbringen bestimmte Glasmasse allein als Spaltteil verwendet wird, die Grenzfläche zwischen der dem Spalt gegenüberliegenden Fläche eines jeden Magnetkerns und dem Spalt-

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teil keine Erosion und gegenseitige Diffusion während der Wärmebehandlung zur Spaltbildung, weil das Spaltteil nicht geschmolzen wird, so daß es möglich ist, den Aufzeichnungsstreufluß scharf zvl gestalten, was dem Erzeugnis ausgezeichnete elektromagnetische Umwandlungseigenschaften verleiht.

Weitere Vorteile, Merkmale und Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Figuren; Ton ihnen zeigen

Fig. 1 a bis f Darstellungen des erfindungsgemäßen Magnetkopf-Herstellungsverfahrens,, Dabei bedeutet 1 Apex; 2 eine Ausnehmung für die Wicklung; 3 die dem Spalt gegenüberliegen= de vordere Fläche; 4 die dem Spalt gegenüberliegende hintere Fläche; 5 den einseitigen Kern; 6 die dem Spalt gegenüberliegende oder zugewandte Fläche; 7 einen einseitigen Kern; 8 den Spalt-Film; 9 gebundenes G-las; 10 ein Schnitteil; 11 einen Stab? 12 ein G-ehäuse ; 13 den Betriebsspalt; 14 die Gleitfläche des Aufzeichnungsmediums und 15 die Wicklung.

Fig. 2 veranschaulicht die Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Alkaliborsilikat-Glases*

Fig. 3a ist eine Fotografie einer zwangsweise abgelösten Fläche im Spaltteil eines erfindungsgemäßen Magnetkopfes_o

Fig. 3b zeigt die Daten der Messung der Unebenheit entlang dem Abschnitt X-X in der Struktur der Fig_o 3a„

Fig. 4a und b sind Flachenschaubilder;, die die Streuung der Spaltlänge bei herkömmlichen Magnetköpfen (a) und bei erfindungsgemäßen Magnetköpfen (b) zeigen₀

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels weiter beschrieben.

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Beispiel

Pig. 1a Ms f veranschaulichen das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Magnetkopfs. Ein geeignetes Material wird geschnitten und maschinell bearbeitet (a), um ein einseitiges Kernteil 5 mit einer Ausnehmung zur Aufnahme einer Wicklung mit einem Apex 1 sowie einer dem Spalt zugewandten vorderen Fläche 3 und einer dem Spalt zugewandten hinteren Fläche 4 sowie ein weiteres einseitiges Kernteil 7 mit einer dem Spalt zugewandten Fläche 6 herzustellen, dann werden die dem Spalt zugewandten Flächen 3, 4 und 6 der Kernteile durch Läppen hochglanzpoliert (b), und dann werden die hochglanzpolierten, dem Spalt zugewandten Flächen weiter der Zerstäubungsaufdampfung zur Bildung eines dünnen Films 8 unterworfen, der als Spaltabstandsstück dienen soll.

Der Film 8 für das Spaltabstandsstück wird durch Zerstäuben aufgebracht, und gewünschtenfalls kann er als vielschichtige Struktur ausgebildet werden. Im Fall einer Doppelschichtstruktur wird ein geeignetes Material, wie z.B. SiOp, als erste Filmlage abgeschieden, die direkt mit den dem Spalt gegenüberliegenden Flächen eines jeden Kernteils verbunden ist, und dann wird ein Glasfilm obiger Zusammensetzung dazwischen als zweite Filmlage hergestellt.

Dann werden die beiden einseitigen Kernteile 5 und 7 mit dem Spaltabstandshalter 8 dazwischen aneinandergefügt und Bindeglas 9 wird am Apex 1 der Ausnehmung 2 angeordnet, worauf eine Wärmebehandlung zum Verbinden des Spalts erfolgt (d). Dieses Verbinden erfolgt unter Verwendung einer speziellen spaltbildenden Vorrichtung, die so gestaltet ist, daß auf jedes Kernteil ein Gegendruck durch eine Federeinrichtung mit hoher Wärmebeständigkeit ausgeübt wird, um die geeignete Aneinanderfügung der dem Spalt zugewandten Flächen

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während der Wärmebehandlung beizubehalten. Nach dem Verbinden werden die hinteren Spaltteile der verbundenen Kernteile herausgeschnitten (e) und die geschnittenen Teile 10 werden hochglanzpoliert, und dann wird ein getrennt hergestellter I-förmiger Stab 11 mit einer Wicklung darum an die Teile angefügt und verbunden, um so eine fertige Magnetkopfspitze zu bilden. Die fertige Magnetkopfspitze wird in einem geeigneten Gehäuse 12 zu einem fertigen Magnetkopf eingekapselt (f). So hat die Magnetkopfspitze einen Betriebsspalt 13 in ihrer Fläche 14, an der das Aufzeichnungsmedium gleitend ■vorbeiläuft, und eine Wicklung 15 ist in dessen Magnetbahn angeordnet. Der in diesem Beispiel verwendete Kern ist ein Mn-Zn-Ferrit-Kern (mit 53 Gewichtsprozent Pe₂O,, 28,0 Gewichtsprozent MnO und 19,0 Gewichtsprozent ZnO), hergestellt durch Warmpressen.

Als den Spalt bildende Materialien wurden in diesem Beispiel SiOp als erste Schicht und ein alkaliarmes Borsilikat-Glas mit der Zusammensetzung 80 % SiOp₅ 13 % BpO^, 4 % Ua₂O und K₂O und 2 % Al₂O₅ oder der Zusammensetzung 67 % SiO₂, 22 % B₂O₅, 6,5 % Wa₂O und K₂O und 2,0 % Al₂O^ als zweite Schicht verwendet. Die Dicke des Films war 0,02 um in der ersten Schicht und 0,13 um in der zweiten Schicht, insgesamt 0,15 um (Spaltlänge 0,3 um) oder 0,08 um in der ersten Schicht und 0,42 um in der zweiten Schicht, insgesamt 0,5 um (Spaltlänge 1 um). Im Falle alkaliarmen Borsilikat-Glases ist bekannt, daß, wenn kein Hemmstoff für die Phasentrennung, wie AIpO., _p enthalten ist, bei geeigneter Wärmebehandlung eine Phasen= trennung eintritt, wenn das Glas bestimmte, spezielle Zusam·= mensetzungen hat. Pig. 2 zeigt den Bereich der Zusammensetzung, in dem eine solche Phasentrennung in dem Alkaliborsilikat-Glas mit liapO als Alkalimetalloxid stattfindet. Die Phasentrennung tritt bei normaler Temperatur oder bei einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen dem Übergangspunkt und der Fließgrenze auf, wenn die Glaszusammensetzung innerhalb des

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durch die Linie Σ-Χ in der Figur festgelegten Bereichs liegt. Der hier verwendete Begriff "Phasentrennung" "bedeutet eine Erscheinung, daß sich die Glasstruktur in zwei Schichten trennt, d.h. die Schicht mit der Hochtemperatur-Glaskomponente mit hohem Schmelzpunkt und hohem SiOp-Gehalt und die Schicht mit tiefschmelzender Glaskomponente löslichen Borsilikat-Glases. In gewöhnlichem Gebrauchsglas ist ein Hemmstoff für die Phasen trennung, wie AIpCU, in. geringer Menge zugesetzt, um ein solches Phänomen zu hemmen. Die gestrichelte Linie S-D¹ in der Figur bedeutet die Zusammensetzung Na₂O-SBpO^, und nach der Theorie der Glasstruktur wird der Bereich S-D'-B auf der (l\Ta₂O)alkaliarmen Seite der Linie Akkumulierungsbereich und die alkalireiche Seite Schnittbereich genannt. Im Akkumulierungsbereich wird das dekorative Oxid ITa₂O, das in das Ausgangsmaterial mit tetraedrischen SiO,- und dreieckigen B0~-Strukturen gelangt ist, lediglich akkumuliert und die Säuerstoffbrücke wird nicht aufgebrochen, aber im Bereich jenseits dieser Grenze wird die Sauerstoffbrücke aufgebrochen. Eine Phasentrennung erfolgt in dem Bereich um diese Grenze herum. Das Glas mit Phasentrennung zeigt typischerweise einen niederen Übergangspunkt und eine hohe Fließgrenze, d.h., es besitzt einen weiten Temperaturbereich für den "anomalen Expansionsbereich" zwischen Übergangspunkt und Fließgrenze, so daß die Phasentrennung induziert werden kann, wenn ein solches Glas lange in einem solchen Temperaturbereich gehalten wird. Der durch Zerstäubung abgeschiedene Glasfilm einer Zusammensetzung im Phasentrennbereich und mit einer geringen Menge an die Phasentrennung inhibirendem Material wird beim Erhitzen auf eine Temperatur zwischen dem Übergangspunkt und der Fließgrenze in nichtgeschmolzenem Zustand gebunden. Unter diesen Umständen tritt keine Phasentrennung im gewöhnlichen Sinne ein, aber es wird angenommen, daß mikroskopisch eine Erscheinung eintritt, die der Phasentrennung gleichwertig ist, und daß die Tieftemperaturkomponente am Binden teil hat. Tatsächlich weist das Glas

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mit einer Zusammensetzung in diesem Bereich eine höhere Wasserlöslichkeit auf als Glas anderer Zusammensetzung und führt zu höherer Alkali-Elutionsrate, und dies führt vermutlich zur Entstehung eines Zustande, der eine leichte Wanderung von Alkalimetall an der haftenden Grenzfläche ermöglicht.

Der Wärmeausdehnungskoeffizient im normalen Temperaturbereich neigt im allgemeinen dazu, entlang der Linie S-D¹ am niedrigsten zu werden, wenn SiOp als konstant angenommen wird (die tatsächlichen Messungen weichen geringfügig von dieser Tendenz ah), und Glas dieses Zusammensetzungsbereichs weist im allgemeinen einen kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Dies ist ein wichtiger technischer Vorteil auf dem Gebiet der Zerstäubungsabscheidung. Ist der Wärmeausdehnungskoeffizient zu groß, kann das Target durch Überhitzung funktionsunfähig werden, die durch das Auftreffen der positiven Ionen ausgelöst wird. Eine Lösung dieses Problems ist die Verwendung fein gebrochenen Glases als Target, aber die Verwendung eines solchen pulverförmigen Glases bei dem Verfahren zur Abscheidung oder Aufbringung extrem dünnen Films ist unerwünscht_s da die Streuung pulverförmigen Glases zu verringerter Ausbeute führt. Das Glas mit dem erfindungsgemäßen Zusammensetzungsbereich ist klein genug, um als festes Glastarget zu dienen_e

Der durch Zerstäubung aufgebrachte Glasfilm setztsich zusammen aus einem SiO₂-B₂O₅-K₂O-Ua₂O-Al₂O₃-SyStBmS, und insbesondere weist die Zusammensetzung 65 - 85 Mo1% SiO₂, 8-50 Mol% B₂O₅, 2-15 MoI^ Wa₂O + K₂O und 0₉1 - 5 M0I96 Al₂O₅ auf und ist durch das folgende Molverhältnis festgelegt:

Die Festlegung des SiO₂-&ehalts innerhalb des Bereichs von 65 - 85 Mol% beruht auf der Überlegung, daß, wenn der SiO₂ Gehalt < 65 Mol% ist, das sich ergebende Glassystem eine

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Vickers-Härte < 500 hat und folglich zur Verwendung als Glas für den Spalt ungeeignet ist, während, wenn der SiO₂~Gehalt > 85 M0I96 ist, der Schmelzpunkt des Glaserzeugnisses etwa 1 000⁰C beträgt, was zu schwierigerem Schmelzen führt. Die Festlegung des Alkalimetalloxid(Na₂O + K₂O)-Gehalts auf 2 15 Mol% beruht auf der Tatsache, daß ein höherer Gehalt als 15 Möl% dieser Oxide zu einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von>70 χ 10 /⁰C führt, was für die Zerstäubungsabscheidung unter Verwendung eines festen Targets nachteilig ist, während ein Gehalt von < 2 Mol%keinen wesentlichen Zusatzeffekt der dekorativen Oxide liefert. Die Festlegung des Molverhältnisses von Boroxid (BpO^) zu Alkalimetalloxiden (Na₂O + K₂O) auf 0.05 . ^la2°^{+ K}2° _<0.4.

B₂O₅ + Na₂O + K₂O

ist der Tatsache zuzuschreiben, daß sowohl die untere als · auch die obere Grenze der S-D'-Linie beim Molverhältnis 0,167 den Phasentrennbereich umfassen und auch innerhalb des Bereichs liegen, in dem eine Bindung beim Temperaturbereich vom Übergangspunkt bis zur Fließgrenze möglich ist. Der Zusatz von Al₂O^ in einer Menge von 0,1 bis 5 Mol% soll die Phasentrennung steuern. Andere Zahlenfestlegungen ergeben sich fast automatisch aus den obigen Festlegungen. 8-30 Mol% BgO^-Gehalt sind dadurch festgelegt, daß weniger als 8 Mol% B₂0,-Gehalt zu einem zu hohen Schmelzpunkt des Glaserzeugnisses führt, während mehr als 30 Mol% zu einer Vickers-Härte von < 500 führen. Der durch Zerstäubung aufgebrachte Film obiger Zusammensetzung kann durch Zerstäubungsabs ehe i dung mit Targetglas praktischer gleicher Zusammensetzung erhalten werden. Bei einem Vergleich der Zusammensetzungen des Targets und des Films mit Hilfe eines Elektronensondenmikroanalysators und eines Sekundärionenmassenspektrometers war nahezu kein Unterschied in den SiO₂- und B₂O,-Gehalten zu sehen, jedoch eine geringe Abnahme an Al₂O, und eine abnehmende Tendenz für Na₂O und K₂O zu bemerken. Dies legt die Verwendung eines Targetmaterials nahe, das die Al-

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kalimetalloxide Ka₂O und K₂O in geringfügig größerer Menge als oben erwähnt enthält. Eine geringe Abnahme an Al₂(X oder dem Hemmstoff für die Phasentrennung in der Zusammensetzung ist ein Anzeichen für die Tendenz einer Zunahme der Tieftemperaturhaftung im Rahmen der Erfindung.

Nachfolgend werden die charakteristischen Merkmale des Spaltteils mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung beschrieben, wie sie bei der Untersuchung eines zwangsweise abgeschälten Teils des Spaltteils eines gemäß dem Beispiel dieser Erfindung hergestellten Magnetkopfes ermittelt wurden. Die Bandgleitfläche des fertigen Spaltstabes, wie in Pig. 1e dargestellt, wurde auf eine Spalttiefe von 0,5 mm geläppt, und dann wurden 25 Stücke Spitzen mit 1 mm Kerndicke von dem Spaltstab mit einer vollen länge von 31 mm abgeschnitten. Diese Spitzen wurden so belastet, daß ein Abschälen des Spalts erfolgte, und der abgeschälte Bereich wurde betrachtet. Der Film des Spaltteils wurde gebildet, indem durch Zerstäubungsabscheidung SiO₂ (4000 A) als erste Schicht und alkaliarmes Borsilikat-G-las (500 A) einer Zusammensetzung von 67 % SiO₂, 22 % B₂O₃, 6,5 % Wa₂O + K₂O und 2,0 % Al₂O₅ als zweite Schicht (Gesamtfilmdicke 9000 A) aufgebracht wurde, worauf eine einstündige Wärmebehandlung bei 700⁰C folgte. 75 % der gebrochenen Kernspitzen waren im Ferritteil gebrochen, aber die restlichen 25 % zeigten Ablösung im Spaltteil-Filmanteil. Ein Beispiel für solche abgelösten Bereiche ist in Fig. 3a wiedergegeben. Der Filminterferenzfarbe ist zu entnehmen, daß die Oberfläche des durch Zerstäubung aufgebrachten Films teilweise im abgelösten Bereich bleibt, was einen deutlichen Unterschied zu dem herkömmlichen Schmelzverbinden anzeigt. Mg. 3 zeigt die Ergebnisse von Messungen der Unebenheit entlang dem Schnitt X-X in Fig. 3a und die Unebenheit an der entsprechenden Stelle der gegenüberliegenden abgelösten Fläche unter Verwendung eines Tonabnehmernadel-Oberflächenmeßinstruments. Die beiden Muster der Unebenheit in Fig. 3b zeigen eine annähernd ineinander-

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greifende Beziehung, und im Hinblick auf die Tatsache, daß die Dicke der ersten Schicht 4000 A und die der zweiten Schicht 500 A ist, ist festzustellen, daß das Ablösen in dem gebundenen Teil meist in der ersten Schicht stattfindet. Ein Ablösen tritt teilweise auch an der Grenzfläche der ersten und der zweiten Schicht ein. So ist eines der herausragenden Merkmale des Spaltteils im erfindungsgemäßen Magnetkopf, dass wegen des Nichtschmelzens des Spaltteils zum ■Verbinden ein Ablösen im Spaltteilbereich erfolgen und eine Interferenzfarbe am abgelösten Bereich entstehen könnte (keine Ablösung tritt ein, wenn das Spaltteil fest gebunden ist, wie zuvor erwähnt). Wie sich aus den obigen Beobachtungsergebnissen ergibt, ist das Spaltteil für den erfindungsgemäßen Magnetkopf in nichtgeschmolzenem Zustand gebunden, was es möglich macht, einen Magnetkopf mit einer Spaltlänge zu erhalten, die der Dicke des durch Zerstäubung abgeschiedenen Films gleich ist.

Als Beispiel für die Erfindung wurde hier vorstehend eine Ausführungsform eines fixierten Magnetkopfes beschrieben. Nachfolgend sind die Ergebnisse einer Untersuchung der Spaltlängengenauigkeit bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wiedergegeben, die für einen rotierenden Magnetkopf des schraubenförmig abtastenden Typs vorgesehen ist. In dem oben beschriebenen Beispiel ist der durch Zerstäubung abgeschiedene PiIm auf den einander gegenüberliegenden Flächen zweier einseitiger magnetischer Kernteile ausgebildet, so daß eine Verbindung in einem Zustand bewirkt wird, in dem zwei Glasfilme erfindungsgemäßer Zusammensetzungen aneinandergefügt sind, aber der durch Zerstäubung abgeschiedene Glasfilm erfindungsgemäßer Zusammensetzung kann ebenso verbunden werden, wenn er einer Wärmebehandlung in einem Zustand unterworfen wird, in dem er an die dem Spalt zugewandten Flächen des Magnetkopfs gefügt wird. Daher ist bei der nachfolgend beschriebenen Ausführungsform der dop-

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pelschichtige Film auf den dem Spalt zugewandten Flächen nur eines einseitigen Magnetkernteils abgeschieden.

Fig. 4a ist eine Fläehenschaubild-Darstellung der Streuung der Spaltlänge in herkömmlichen Magnetköpfen, d.h. Magnetköpfen des Typs, bei dem der Spalt durch Sehmelzverbinden von Spalt-Glas gebildet wurde, und Fig. 4b ist eine ähnliche Flächensehaubild-Darstellung für die erfindungsgemäßen Magnetköpfe. Das verwendete Magnetkernmaterial ist ein Ferrit des Mh-Zn-Systems (53 Gewichtsprozent Fe₃O₅, 28 _s O Gewichtsprozent MnO und 19>0 Gewichtsprozent ZnO)₉ hergestellt durch Brennen unter Druck. Das Spaltteil für Magnetköpfe herkömmlicher Art wurde durch Aufbringen von Borsilikatglas einer Zusammensetzung von 69,8 % SiO₂, 10 % B₂O₃, 9,9 % Na₂O und 4 % K₂O und einer geringen überschußmenge an Alkalimetall auf die dem Spalt zugewandten Flächen der einseitigen Magnet-

ο α

kernteile bis zu einer Filmdicke von 900 A I 100 A durch Hochfrequenz-Zerstäubungsabseheidung hergestellt₅ darauf folgte eine 10-minütige Wärmebehandlung bei 710⁰C zur Bildung des Spalts. Im Falle dieses Glases kann keine Verbin= dung bei einer Temperatur unter 700⁰C erfolgen, und folglich liegt die Temperatur der obigen Wärmebehandlung etwa bei der unteren Grenz temp era tür für das Verbinden,, Das Diagramm ist ein Flächenschaubild der Spaltlänge in den hergestellten Magnetköpfen bei probenweiser Entnahme aus 135 Spitzen in je= der Menge. Die durchschnittliche Spaltlänge ist O₅31 um. Ver~ mutlich beruht die kleine Spaltlänge 0,24 - 0,29 μπι im Ver» gleich zu der Filmdicke 2 900 A auf dem Erweichen des Films durch die Wärmebehandlung und die große Spaltlänge O₅29 0,42 um im Vergleich mit der Filmdicke auf der Bildung von Schaum in dem Film durch die Wärmebehandlung»

Im Falle der erfindungsgemäßen Magnetköpfe wurde SiO_? bis zu einer Dicke von 2 600 ί 50 A als erste Schicht und alkaliar= mes Borsilikatglas einer Zusammensetzung von 67 % SiO₂, 22 % B₂O₅, 6„5 % ITa₂O und 2,0 % Al₂O₅ bis zu einer Dicke von 200 A

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als zweite Schicht aufgebracht (die Abscheidung erfolgte dabei nur auf den einseitigen Magnetkernen), und dem schloß sich eine einstündige Wärmebehandlung bei 65O⁰C an, einer Temperatur, die über dem Übergangspunkt der zweiten Glasschicht, aber unter der Fließgrenze liegt, um so den Spalt zu bilden. Das Diagramm zeigt in Form eines Flächenschaubilds die Streuung der Spaltlänge in den unter einer Menge von 269 Spitzen ausgewählten Magnetköpfen. Die durchschnittliche Spaltlänge ist 0,28 um. Der Durchschnittswert der Spaltlänge steht erkennbar in Übereinstimmung mit der FiIm-

dicke von 2 800 A (Summe der Dicke der ersten und der zweiten Schicht), und der Streuungsgrad der Spaltlänge ist wesentlich geringer als bei herkömmlichen Magnetköpfen. So wurde bestätigt, daß die Erfindung zu Magnetköpfen mit gleichförmiger Spaltlänge, die praktisch gleich der Dicke des Films ist, zu führen vermag.

Wenngleich die Haftfestigkeit des durch Zerstäubung aufgebrachten Films in der vorstehenden Beschreibung nicht besonders erwähnt wurde, variiert die Haftfestigkeit von Glas zu Glas mit den erfindungsgemäß festgelegten Zusammensetzungen. Im Falle der Zusammensetzung von 80 % SiO₂, 13 % BpO,, 4 % Na₂O + K₂O und 2 % Al₂O, bei der vorstehenden Ausführungsform trat Ablösung vom Träger ein, wenn die Abscheidungsgeschwindigkeit über 1 300 i/h stieg (Träger: Mn-Zn-Ferrit, Träger-Temperatur: 15O⁰C, Filmdicke 0,5 um). Obgleich bei den extrem dünnen Filmen für enge Spalte kein Problem auftritt, ist eine geringere Abscheidungsgeschwindigkeit als dieser Wert unerwünscht im Hinblick auf die Leistungsfähigkeit des Verfahrens im Falle dicker Filme. Im allgemeinen weist Glas mit hohem Kieselsäuregehalt, geringem Borsäuregehalt und niederem Alkaligehalt hohe Haftfestigkeit auf, sie wird aber durch den Grad der Reinigung des Trägers stark beeinflußt. Daß die Abscheidungsgeschwindigkeit gering ist, bedeutet, daß die Haftfestigkeit so stark streut, und dies war eine große Schwierig-

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keit beim Herstellungsverfahren. Um erfindungsgemäß die Haftfestigkeit zu verbessern, wird zunächst ein Material anderer Zusammensetzung mit höherer Haftfestigkeit durch Aufdampfen auf die dem Spalt zugewandten Flächen des Magnetkerns abgeschieden, und dann wird G-las mit der erfindungsgemäß festgelegten Zusammensetzung darauf aufgebracht. Wenn SiOp und ein keramisches Material (Forsterit, Steatit und Spinell) in der angegebenen Ausführungsform als Primärschicht aufgebracht werden, kann eine stabilisierte Zerstäubungsabs cheidung mit G-las zusammensetzungen in dem erfindungsgemäß festgelegten Bereich erfolgen. Bei einem Vergleichsversuch unter Ausbildung der Doppelsehicht-Filmstruktur mit einer ersten Schicht (SiO₂) "von 0,1 um Dicke und einer zweiten Schicht von 0,4 um Dicke und mit einer ersten Schicht (SiO₂) von 0,4 um Dicke und einer zweiten Schicht von 0,1 um Dicke zeigte sich der erfindungsgemäße Effekt in beiden Fällen, was die Herstellung eines fehlerfreien Hochpräzisionsspalts durch Verbinden bei tiefer Temperatur ermöglicht. Im ersteren !all kann die erste Schicht als Kontaktmaterial angesehen werden, aber im letzteren Fall, bei dem die erste Schicht den wesentlichen Anteil des Spaltteils ausmacht, kann die zweite Schicht als Haftschicht für das Verbinden bei tiefer Temperatur betrachtet werden.

Da bei der Zweischichtenstruktur das Grenzflächen- oder Nahtstellenproblem in der ersten Schicht liegt, kann eine Verschlechterung dieser Nahtstelle oder G-renzfläche während der Wärmebehandlung durch Aufbringen eines hochschmelzenden Materials als erster Schicht weiter aufgehalten werden. Auch können Spaltfehler vollkommen ausgeschlossen werden, die sich aus den restlichen Verunreinigungen an der Grenzfläche ergeben, und zwar durch Verwendung hochschmelzenden Glases.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wurde Mn-Zn-Ferrit als Kernmaterial verwendet, wurde aber die Zweischich-

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ten-Filmstruktur unter Verwendung von Sen-Staub und Permalloy als Kernmaterial und unter Abscheidung von SiO_? als erster Schicht hergestellt, konnte die zweite Filmschicht trotz großen Unterschieds des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem magnetischen Metallkernmaterial und dem Spalt-G-lasmaterial mit hoher Stabilität durch Zerstäubung aufgebracht werden, und es konnte auch ein fehlerfreier Hochpräzisionsspalt ausgebildet werden. Die Verwendung von G-las als spaltbildendes Material in dem metallischen Magnetkopf wurde allgemein als schwierig angesehen, aufgrund des sich aus dem Unterschied des Wärmeausdehnungskoeffizienten ergebenden Problems, erfindungsgemäß ist es aber möglich, einen ausgezeichneten Magnetkopf unter Verwendung eines Magnetmetallmaterials, wie Sen-Staub oder Permalloy, für den Magnetkern zu erhalten.

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Claims

Patentansprüche

1. Magnetkopf mit einem durch Zerstäubung aufgebrachten Glasfilm als spalfbildendem Bereich des Magnetkerns aus Borsilikatglas einer Zusammensetzung von 65 - 85 Mol% SiO₂, 8-30 Mol# B₂O₅ und mit 2-15 Mol# der Alkalimetalloxide Na₂O und K₂O und 0,1-5 Μο1# Al₂O₃ bei einem Molverhältnis von Boroxid zu Alkalimetalloxiden gemäß folgender Beziehung:

₀₎₀₅ _Ja₂0j_L^₂0_ B₂O₅ + Na₂O + K₂O

2. Magnetkopf nach Anspruch 1 mit einer Schicht anderer Zusammensetzung als der des durch Zerstäubung abgeschiedenen Glasfilms zwischen diesem und der spaltbildenden Fläche des Magnetkerns.

3. Magnetkopf nach Anspruch 2, dessen Schicht anderer Zusammensetzung eine SiO₂-Schicht ist.

4. Magnetkopf nach Anspruch 2, dessen Schicht anderer Zusammensetzung eine keramische Schicht ist.

5. Verfahren zur Herstellung eines Magnetkopfs nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Glasfilm durch Zerstäubung auf den dem Spalt zugewandten Flächen wenigstens eines der beiden einseitigen Magnetkernteile aus einem Borsilikatglas einer Zusammensetzung von 65 - 85 Moltf SiO₂, 8-30 Mol# B₂O₅ und mit 2-15 Mol# der Alkalimetalloxide Na₂O und K₃O und mit 0,1-5 Mol% Al₂O₃ bei einem Molverhältnis von Boroxid zu Alkalimetall-

90981B/0721

ORIGINAL INSPECTED

oxiden gemäß folgender Beziehung

0,05 / ^Na2° ^{+ K}2° / Q₁A.

aufgebracht wird und dann die beiden einseitigen Magnetkernteile mit dem dazwischenliegenden, durch Zerstäubung aufgebrachten Glasfilm aneinandergefügt und durch Erhitzen auf eine Temperatur über dem übergangspunkt des durch Zerstäubung aufgebrachten G-lasfilms und unter dessen Fließgrenze miteinander verbunden werden.

6. Verfahren zur Herstellung eines Magnetkopfes nach Anspruch

5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Schichten dünner Filme mit unterschiedlichen Zusammensetzungen durch Zerstäubungsabscheidung auf den dem Spalt zugewandten Flächen wenigstens eines der beiden einseitigen Magnetkernteile gebildet wird, wobei der Film der zweiten Schicht aus Borsilikatglas der Zusammensetzung 65 - 85 M0I96 SiO₂, 8-30 Mo 1% B₂O^ und mit 2-15 Mol% der Alkalimetalloxide Na₂O und K₃O und mit 0,1 5 Mol% AIpO., bei einem Molverhältnis von Boroxid zu Alkalimetalloxiden gemäß folgender Beziehung:

0.05 χ Ua₂O ₊ K₂O _Λ B₂O₃ + Na₂O + K₂O^

hergestellt wird, und dass dann die beiden einseitigen Magnetkernteile mit den dazwischenliegenden Filmen aneinandergefügt und durch Erhitzen auf eine Temperatur über dem Übergangspunkt des durch Zerstäubung aufgebrachten G-lasfilms der zweiten Schicht und unter deren Fließgrenze miteinander verbunden werden.

7. Verfahren zur Herstellung eines Magnetkopfes nach Anspruch

6, dadurch gekennzeichnet, daß der Film der ersten Schicht aus SiO₂ hergestellt wird.

§0981 B/0721