DE3300146C2

DE3300146C2 -

Info

Publication number: DE3300146C2
Application number: DE19833300146
Authority: DE
Inventors: Kenzaburo Hamamatsu Shizuoka Jp Iijima
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1982-01-06
Filing date: 1983-01-04
Publication date: 1989-10-26
Also published as: JPS58118030A; US4531990A; DE3300146A1; US4495241A

Description

Die Erfindung betrifft ein Magnetband und ein Verfahren zu dessen Herstellung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und 7.

Auf dem Gebiet der Magnetaufzeichnungstechnik ist es bekannt, daß eine geringe Magnetbanddicke in Verbindung mit hoher Koerzitivfeldstärke und großer Remanenz der magnetischen Schicht Grundbedingung für eine Aufzeichnung mit hoher Aufzeichnungsdichte ist, beispielsweise für Aufzeichnungen im Kurzwellenbereich.

Bei einem herkömmlichen Magnetband mit einer Kunststoff-Substratfolie und einer Beschichtung aus ferromagnetischem, kunstharzgebundenem Pulver ist es schwierig, die magnetische Schicht mit einer unterhalb einer gewissen Grenze liegenden Schichtdicke herzustellen. Außerdem lassen sich wegen des Einschlusses einer beträchtlichen Menge des Kunstharzbindemittels in der magnetischen Schicht eine hohe Koerzitivfeldstärke und eine große Remanenz nur schwer erreichen. Aus diesen Gründen sind die herkömmlichen beschichteten Magnetbänder für hohe Aufzeichnungsdichten völlig ungeeignet.

In "Selected topics in solid sate physics", Vol. II, North-Holland Pub. Co., 1968, S. 208-212, sind verschiedene Verfahren zur Herstellung von Magnetbändern aufgezeigt, von welchen die wichtigsten im folgenden beschrieben werden.

Für hochdichte Aufzeichnungen wird statt der herkömmlichen beschichteten Folie eine Folie aus einer ferromagnetischen Legierung zu verwenden. Als derartige ferromagnetische Legierungen haben vergütete Magnetlegierungen wie beispielsweise Al-Ni-Fe- und Al-Ni-Co-Fe-Legierungen und Fe-Cr-Co-Werkstoffe wegen ihrer hohen Koerzitivfeldstärke und ihrer großen Remanenz beträchtliche Bedeutung erlangt.

Gemäß einem Verfahren zur Herstellung einer solchen Magnetlegierungsfolie wird die Folie durch Walzen eines gegossenen Barrens gefertigt. Dazu können natürlich nur zum Walzen geeignete Legierungen gewählt werden, wobei eine extrem große Verformbarkeit des Werkstoffes erforderlich ist, um ihn durch Walzen zu einer Folie mit einer Dicke von nur einigen Mikrometern herunterarbeiten zu können. Selbst wenn der Werkstoff auf diese geringe Dicke heruntergewalzt werden kann, verbleibt noch das Problem der anschließenden Wärmebehandlung wie beispielsweise Vergüten und Lösungsbehandlung.

Zur Herstellung einer Folie der oben beschriebenen Art ist es aus der JP-OS 54-1 45 997 bekannt, eine geschmolzene Magnetlegierung auf eine mit hoher Drehzahl umlaufende Abschreckwalze aufzusprühen, um eine Folie auf der Oberfläche der Abschreckwalze zu bilden. In diesem Fall ist es jedoch nahezu unmöglich, eine gleichmäßige Foliendicke im Bereich einiger Mikrometer zu erreichen, wie es für große Aufzeichnungsdichten notwendig ist. Ferner erfordert dieses Verfahren, obwohl die Notwendigkeit einer Lösungsbehandlung entfällt, immer noch eine nachfolgende Vergütung, die sich kaum durchführen läßt, nachdem die Legierung auf die extrem geringe Foliendicke von nur einigen Mikrometern gebracht worden ist. Aus diesem Grund ist es, obwohl die Verwendung einer vergütungsfähigen Magnetlegierung an sich die Herstellung eines extrem dünnen Magnetbandes mit hoher Koerzitivfeldstärke und großer Remanenz ermöglichen würde, praktisch unmöglich, die Dicke des Magnetbandes unter einen gewissen Grenzwert zu verringern. Diese aus der Schwierigkeit der Wärmebehandlung resultierende Beschränkung setzt natürlich der erzielbaren Aufzeichnungsdichte Grenzen.

Weiter wurde schon vorgeschlagen, eine dünne Schicht magnetischen Materials durch Aufplattieren oder Vakuumaufdampfen auf eine Kunststoffsubstratfolie aufzubringen. Dieses Verfahren läßt zwar beträchtlich dünne Schichtdicken des magnetischen Materials zu, aber da die magnetische Schicht auf eine Substratfolie aus Kunststoff aufgebracht ist, ist es schwierig, die nachfolgenden Wärmebehandlungen gleichmäßig durchzuführen. Infolgedessen ist dieses Verfahren für zu vergütende Magnetlegierungen ungeeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Magnetband sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung aus vergüteten Magnetlegierungen im Hinblick auf eine besondere Eignung für hohe Aufzeichnungsdichten zu finden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Magnetband gemäß dem Kennzeichen von Anspruch 1 und durch ein Verfahren gemäß dem Kennzeichen von Anspruch 7 gelöst.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 6 enthalten.

Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen anhand von Beispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 den Vergütungsvorgang bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Magnetbandes,

Fig. 2 und Fig. 3 jeweils einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Magnetband,

Fig. 4 in einem Diagramm den Zusammenhang zwischen dem Volumenanteil der ferromagnetischen Partikel in der ferromagnetischen Oberflächenschicht und der Koerzitivfeldstärke und der Remanenz,

Fig. 5 in einem Diagramm die Beziehung zwischen dem axialen Durchmesser der ferromagnetischen Partikel in der ferromagnetischen Oberflächenschicht und der Koerzitivfeldstärke,

Fig. 6 in einem Diagramm die Beziehung zwischen dem Achsenverhältnis der ferromagnetischen Partikel und der Koerzitivfeldstärke,

Fig. 7 in einem Diagramm den Zusammenhang zwischen der Dichte der ferromagnetischen Partikel in der ferromagnetischen Schicht und der Koerzitivfeldstärke, und

Fig. 8 in einem Diagramm die Ausgangskennwerte von Magnetbandproben nach der Erfindung.

Bei den vergütbaren Magnetlegierungswerkstoffen findet bei der auf eine Lösungsbehandlung folgenden Vergütung eine Ausscheidung ferromagnetischer Partikel statt. Typischerweise finden zu diesem Zweck Magnetlegierungswerkstoffe des spinodalen Zersetzungstyps Anwendung. Dazu gehören Al-Ni-F- und Al-Ni-Co-Fe-Magnetlegierungen, Fe-Cr-Co-, Pt-Co- (typischerweise mit 50 Mol-% Pt), Au-Fe-Co- und Cu-Ni-Fe-Magnetwerkstoffe. Alle diese Magnetlegierungen sind für die Zwecke der Erfindung gut geeignet.

Bei der Fertigung des erfindungsgemäßen Magnetbandes wird zunächst ein Block aus einer Magnetlegierung der oben angegebenen Art in an sich bekannter Weise zu einer extrem dünnen Folie verarbeitet, beispielsweise durch Walzen eines gegossenen Barrens. Die Dicke dieser dünnen Folie liegt vorzugsweise im Bereich von 2 µm bis 50 µm. Liegt die Dicke unter 2 µm, ist die Folie für die notwendige Wärmebehandlung ungeeignet, liegt sie dagegen oberhalb von 50 µm, ergibt sich wegen der zu großen Banddicke nur eine mäßige Aufzeichnungsdichte, bezogen auf eine Bandspule.

Die erhaltene dünne Folie wird sodann einer Lösungsbehandlung unterzogen. Dabei sollte die Arbeitstemperatur sorgfältig entsprechend dem jeweils verwendeten Material gewählt werden. Beispielsweise ist bei Fe-Cr-Co-Magnetlegierungen eine Temperatur im Bereich von 800°C bis 1200°C zu bevorzugen. Diese Lösungsbehandlung erstreckt sich über die gesamte Dicke der dünnen Folie.

Danach wird nur eine Seite der Folie einer Vergütung unterzogen. Es wird also nur eine Seite der dünne Folie erwärmt, beispielsweise mittels eines Elektronenstrahls, während gleichzeitig die andere Seite der Folie gekühlt wird.

Der Vergütungsvorgang ist in Fig. 1 dargestellt, die ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Vergütung in Seitenansicht zeigt, wobei eine bereits einer Lösungsbehandlung unterzogene dünne Folie kontinuierlich von einer Vorratsrolle 2 abgezogen, über eine wassergekühlte Trommel 3 geführt und auf einer Aufnahmerolle 5 wieder aufgespult wird, während die von der Trommeloberfläche abgewandte Seite des über die wassergekühlte Trommel laufenden Trums der Folie 1 durch einen Elektronenstrahl eines Elektronenstrahlgenerators 4 erwärmt wird, der gegenüber der Trommel 3 angeordnet ist.

Die nach der Vergütung erhaltene Querschnittsstruktur des Magnetbands 10 ist in Fig. 2 dargestellt und weist eine ferromagnetische Oberflächenschicht 11 auf, die nach der Lösungsbehandlung einer Vergütung unterzogen worden ist und ferromagnetische Partikel enthält, und besteht im übrigen aus einer nicht oder wenig magnetischen Basisschicht 12, die nur der Lösungsbehandlung unterzogen wurde und keine ausgeschiedenen ferromagnetischen Partikel enthält.

Die Dicke der ferromagnetischen Schicht liegt vorzugsweise im Bereich von 0,1 µm bis 2 µm. Eine Dicke unter 0,1 µm führt zu unbefriedigenden Eigenschaften des Magnetbands, beispielsweise zu schlechter Informationswiedergabe. Wenn die Dicke dagegen 2 µm übersteigt, wird das Magnetband für eine Kurzwellenaufzeichnung ungeeignet und läßt keine zufriedenstellende Aufzeichnungsdichte mehr zu.

Die Dicke der ferromagnetischen Oberflächenschicht 11 läßt sich durch entsprechende Einstellung der Erwärmungsbedingungen beim Vergüten frei verändern. Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung bedingt eine Verstellung der Ausgangsleistung des Elektronenstrahlgenerators 4 und/oder der Laufgeschwindigkeit der Folie 1 eine entsprechende Änderung der Vergütungstiefe, d. h. der Dicke der ferromagnetischen Oberflächenschicht.

Nach der Vergütung steht das Magnetband 10 ohne irgendwelche weiteren Arbeitsgänge sofort zum Gebrauch als Aufzeichnungsträger zur Verfügung. Eine dünne Ausbildung der ferromagnetischen Oberflächenschicht 11 kann zu niedriger mechanischer Festigkeit des Magnetbands 10 führen. In diesem Fall kann zur Verstärkung eine Kunststoff-Folie, beispielsweise aus Polyester, mit der Basisschicht 12 verbunden sein. Eine Ausführungsform mit einer solchen verstärkenden Kunststoff-Folie 13 ist in Fig. 3 gezeigt.

Wie bereits erwähnt, enthält die ferromagnetische Oberflächenschicht durch die Vergütung ausgeschiedene ferromagnetische Partikel. Hinsichtlich Verteilung und Form dieser ferromagnetischen Partikel sollten vorzugsweise die folgenden Bedingungen erfüllt sein:

Erstens sollte der Volumenanteil der ferromagnetischen Partikel vorzugsweise im Bereich von 15% bis 80% liegen. Der Begriff "Volumenanteil" ist dabei mathematisch als V₁/(V₁+V₂) zu verstehen, wobei V₁ das Gesamtvolumen der ferromagnetischen Partikel in der vergüteten Schicht und V₂ das gesamte Volumen der nichtmagnetischen Substanz in dieser Schicht ist.

Der Zusammenhang zwischen diesem Volumenanteil der ferromagnetischen Partikel in der Oberflächenschicht und der Remanenz Br sowie der Koerzitivfeldstärke Hc eines Magnetbandes mit einer solchen Oberflächenschicht ist in Fig. 4 grafisch dargestellt. Volumenanteile unter 15% bedingen geringe Remanenz und kleine Koerzitivfeldstärke und ein solches Magnetband wäre zur magnetischen Aufzeichnung ungeeignet. Im Falle der im nachfolgenden Beispiel verwendeten Fe-Cr-Co-Magnetlegierung ist die Remanenz kleiner als 2 T und die Koerzitivfeldstärke geringer als 16 000 A/m, wenn der Volumenanteil unter 15% abfällt. Wenn dagegen der Volumenanteil 80% übersteigt, werden die ausgeschiedenen magnetischen Partikel aneinander gebunden, was wiederum zu einer unerwünschten Verringerung der Koerzitivfeldstärke führt. Beispielsweise wird bei der schon erwähnten Fe-Cr-Co-Magnetlegierung die Koerzitivfeldstärke kleiner als 24 000 A/m.

Zweitens sollte der axiale Durchmesser (kurzer Durchmesser) der ferromagnetischen Partikel in der Oberflächenschicht vorzugsweise im Bereich von 0,05 µm bis 1µm liegen. Der Zusammenhang zwischen dem axialen Durchmesser d der magnetischen Partikel und der Koerzitivfeldstärke Hc des Magnetbandes mit solchen Partikeln in der Oberflächenschicht ist in Fig. 5 grafisch dargestellt, die deutlich zeigt, daß die sich ergebende Koerzitivfeldstärke auf für ein Magnetband ungeeignete Werte verringert werden, wenn der axiale Durchmesser außerhalb des angegebenen Bereichs fällt. Beispielsweise bei der im folgenden Beispiel verwendeten Fe-Cr-Co-Magnetlegierung wird die erhaltene Koerzitivfeldstärke kleiner als 16 000 A/m.

Drittens sollte das Achsenverhältnis der ferromagnetischen Partikel in der Oberflächenschicht vorzugsweise 3,0 oder mehr betragen. Hierbei bezeichnet der Begriff "Achsenverhältnis" das Verhältnis der axialen Länge l zum Durchmesser d der ferromagnetischen Partikel. Die Beziehung zwischen diesem Achsenverhältnis l/d der ferromagnetischen Partikel und der Koerzitivfeldstärke Hc des betreffenden Magnetbandes ist in Fig. 6 grafisch dargestellt, die zeigt, daß Achsenverhältniswerte unterhalb von 3,0 Koerzitivfeldstärken ergeben, die für ein Magnetband ungeeignet sind.

Viertens sollte die Dichte der ferromagnetischen Partikel in der Oberflächenschicht vorzugsweise größer als 200 µm² sein. Dabei bezieht sich der Begriff "Dichte" auf die Anzahl von ferromagnetischen Partikeln pro Flächeneinheit der Oberflächenschicht. Der Zusammenhang zwischen der Dichte der ferromagnetischen Partikel in der Oberflächenschicht und der Koerzitivfeldstärke des betreffenden Magnetbandes ist in Fig. 7 grafisch dargestellt. Aus dieser Grafik geht deutlich hervor, daß Dichtewerte unter 200 µm² zu für ein Magnetband unzureichenden Koerzitivfeldstärkewerten führen. Bei der schon angesprochenen Fe-Cr-Co-Magnetlegierung beispielsweise wird die erhaltene Koerzitivfeldstärke kleiner als 24 000 A/m.

Beispiel

Eine Fe-Cr-Co-Legierung mit 44 Gew.-% Fe, 31 Gew.-% Cr und 25 Gew.-% Co wurde durch Walzen zu einer dünnen Folie mit einer Dicke von 5,0 µm verarbeitet. Diese dünne Folie wurde im Vakuum während 1 Stunde zum Lösungsglühen auf 1000°C erhitzt. Danach wurde die Folie mittels der in Fig. 1 gezeigten, in einer Vakuumkammer angeordneten Einrichtung einer Vergütungsbehandlung unterzogen, um Magnetbänder gemäß Fig. 2 zu erhalten. Die dem Elektronenstrahlgenerator zugeführte elektrische Leistung wurde von 1,5 kW bis 6 kW variiert, um unterschiedliche Dicken der ferromagnetischen Oberflächenschicht zu erhalten. Die Laufgeschwindigkeit des Folienbandes war auf 10 m/s eingestellt und die Breite des Folienbandes betrug 100 mm.

Für jedes der so erhaltenen Magnetbänder wurden die magnetischen Kennwerte und die Ausgangskennwerte auf einem Video-Deck mit einer Magnetkopfgeschwindigkeit von 3 m/s gemessen.

Zu Vergleichszwecken wurden entsprechende Messungen an einem γ-Fe₂O₃-Magnetband mit Co-Überzug (Probe G) durchgeführt. Die Meßergebnisse sind in der nachstehenden Tafel angegeben und die Ausgangskennwerte sind in Fig. 8 grafisch dargestellt. Die Symbole A bis G bezeichnen in Fig. 8 jeweils die gleichen Proben wie in der Tafel.

Aus den in Fig. 8 ersichtlichen Versuchsergebnissen geht klar hervor, daß, je dünner die ferromagnetische Schicht ist, der Ausgangsspannungsbereich um so weiter in den Hochfrequenzbereich hineinragt, aber auch der Ausgangsspannungspegel um so niedriger ist. Dagegen ist, je dicker die ferromagnetische Schicht ist, der Ausgangsspannungspegel um so höher, jedoch der Frequenzgang um so schlechter. Insbesondere sinkt der Ausgangsspannungspegel bemerkenswert ab, wenn die Dicke der ferromagnetischen Schicht unter 0,1 µm abfällt (Probe A). Wenn die Dicke der ferromagnetischen Schicht jedoch 2 µm übersteigt (Probe F), verschlechtert sich der Frequenzgang erheblich auf einen für hohe Aufzeichnungsdichten unzureichenden Umfang. Solange die Dicke der ferromagnetischen Oberflächenschicht im Bereich von 0,1 µm bis 2 µm liegt (Proben B, C, D und E), sind der Frequenzgang und der Ausgangsspannungsspegel besser als die Werte des γ-Fe₂O₃-Bands mit Co-Überzug (Vergleichsprobe G).

Gemäß der Erfindung kann unter Verwendung einer vergütbaren Magnetlegierung ein Magnetfeld hergestellt werden, das sich durch hohe Koerzitivfeldstärke und große Remanenz auszeichnet. Die extrem dünne Ausbildung der ferromagnetischen Oberflächenschicht ermöglicht Aufzeichnungen mit höherer Aufzeichnungsdichte als bei herkömmlichen Magnetbändern. Weiter ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht erforderlich, das Magnetband in seiner Gesamtheit dünn genug für eine hohe Aufzeichnungsdichte auszubilden. Vielmehr braucht nur die Oberflächenschicht extrem dünn gemacht zu werden. Infolgedessen kann sich die verfügbare Materialauswahl auch auf solche Werkstoffe erstrecken, die nicht speziell eine hervorragende Duktilität besitzen.

Claims

1. Magnetband mit einer Basisschicht und einer ferromagnetischen Oberflächenschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisschicht durch Lösungsglühen einer vergütbaren Magnetlegierung gebildet ist und die ferromagnetische Oberflächenschicht nur auf einer Bandseite durch Vergüten der Magnetlegierung auf der Basisschicht gebildet ist und eine Dicke im Bereich von 0,1 µm bis 2 µm aufweist.

2. Magnetband nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Volumenanteil der ferromagnetischen Partikel in der Oberflächenschicht im Bereich von 15% bis 80% liegt.

3. Magnetband nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der ferromagnetischen Partikel in der Oberflächenschicht im Bereich von 0,05 µm bis 1 µm liegt.

4. Magnetband nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Länge zu Durchmesser der ferromagnetischen Partikel in der Oberflächenschicht 3,0 oder mehr beträgt.

5. Magnetband nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilungsdichte der ferromagnetischen Partikel in der Oberflächenschicht etwa 200 µm² oder mehr beträgt.

6. Magnetband nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die vergütbare Magnetlegierung ein Werkstoff der Gruppe Al-Ni-Fe, Al-Ni-Co-Fe-, Fe-Cr-Co-, Cu-Ni-Fe-, Pt-Co- und Au-Fe-Co-Magnetlegierungen ist.

7. Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen ferromagnetischen Magnetbandes nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem zunächst eine dünne Folie aus einer vergütbaren Magnetlegierung geformt wird, gekennzeichnet durch die nachfolgenden Schritte:
a) Lösungsglühen der Folie über ihre gesamte Dicke,
b) Vergüten einer Folienseite durch Erhitzen, während gleichzeitig die andere Folienseite gekühlt wird, so lange bis sich auf der erhitzten Folienseite eine Schicht mit ferromagnetischen Partikeln gebildet hat, deren Schichtdicke im Bereich von 0,1 bis 0,2 µm liegt.