DE3346770C2

DE3346770C2 - Magnetischer Aufzeichnungsträger

Info

Publication number: DE3346770C2
Application number: DE3346770A
Authority: DE
Inventors: Osamu Ichikawa Chiba Kohmoto; Masaharu Komoro Nagano Nishimatsu; Hiroshi Saku Nagano Sugihara; Yasufumi Takasugi
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1982-12-25
Filing date: 1983-12-23
Publication date: 1987-02-19
Also published as: JPS59119538A; NL189219B; US4592948A; GB2133315B; NL189219C; GB2133315A; NL8304424A; DE3346770A1; FR2538594B1; FR2538594A1; GB8334186D0

Abstract

Es wird ein Magnetaufzeichnungsmedium für die Verwendung auf dem Videogebiet u. dgl. angegeben, das aus einem Substrat, einer zusammenhängenden, dünnen Magnetschicht aus Kobalt und mindestens einem Bestandteil der Guppe Nickel, Chrom und Sauerstoff, die vorzugsweise schräg auf das Substrat aufgedampft ist, und einer Deckschicht besteht, die auf der Magnetschicht ausgebildet ist und aus einem Monoalkylamin der Formel RNH2 besteht, bei der R eine Alkylgruppe mit 10 bis 22 Kohlenstoffatomen ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen magnetischen Aufzeichnungsträger gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Unter den magnetischen Aufzeichnungsträgern für Video-, Audio- und andere Anwendungen gilt Forschung und Entwicklung besonders den Magnetbändern, die eine magnetische, genauer gesagt magnetisierbare Schicht in Form eines durchgehenden dünnen Filmes tragen, weil diese Aufzeichnungsträger als Bandrollen sehr kompakt sind.
Die bevorzugten Magnetschichten für solche zusammenhängenden filmartigen Träger sind abgeschiedene Filme aus Co, Co-Ni, Co-O, Co-Ni-O und ähnlichen Systemen, die durch das sogenannte Schrägeinfall- Aufdampfverfahren gebildet werden, bei dem Kobalt und wahlweise andere Elemente verdampft und unter einem gegebenen Winkel zur Senkrechten auf das Substrat gerichtet werden, weil derart aufgedampfte Filme überragende Eigenschaften aufweisen. Die aufgedampften Magnetschichten haben jedoch viele Nachteile, wie hohe dynamische Reibung, geringe Filmfestigkeit, groben Kopfkontakt und schlechte Laufeigenschaften (d. h. hinsichtlich der Lebensdauer des Bandes infolge des Reibungskontaktes mit starren Bandführungselementen eines Videogeräts), was nach wiederholten Durchgängen zu einer verminderten Ausgangsleistung führt. Bei Anwendung auf dem Videogebiet haben die aufgedampften Magnetschichten eine kurze Lebensdauer, wenn das Magnetbandgerät im Bildstillstand betrieben wird (nachstehend der Einfachheit halber abgekürzt "Bildstillstand" genannt). Außerdem kommen bei solchen Schichten zahlreiche Aussetzer vor.
Deshalb wurde bisher eine Vielzahl von Deckschichten vorgeschlagen, die die schräg aufgedampften Magnetschichten abdecken. Beispielsweise offenbaren die japanischen Patentanmeldungen Nr. 53-88704 und Nr. 55-93533 solche Deckschichten, die aus geradkettigen gesättigten Fettsäuren und ihren Estern durch Aufdampfen und Beschichtungsverfahren gebildet werden. Diese bekannten Deckschichten sind jedoch dahingehend unzureichend, daß einige von den vorstehend genannten Anforderungen, wie beispielsweise die bezüglich Laufeigenschaften, Bildstillstand und Aussetzern gestellten, nicht erfüllt werden.
Aus der DE-OS 32 06 109 ist auch ein magnetisches Aufzeichnungsmaterial bekannt, das aus einem nichtmagnetischen Träger als Grundlage, einem dünnen auf der Oberfläche des nichtmetallischen Trägers ausgebildeten magnetischen Metallfilm und einer Schicht aus einem Isocyansäureester oder einer Verbindung mit mindestens zwei Isocyanatgruppen im Molekül besteht, die entweder auf der dünnen magnetischen Metallschicht oder auf der der dünnen magnetischen Metallschicht gegenüberliegenden Oberfläche des nichtmagnetischen Trägers oder auf beiden ausgebildet ist, wobei der Isocyansäureester eine Verbindung der Formel RN=C=O mit R = Alkyl mit 8 oder mehr Kohlenstoffatomen sein kann. Ein solches Material ist jedoch ebenfalls in bezug auf Bildstillstand und Aussetzer nicht zufriedenstellend, und der Abfall des Ausgangspegels nach wiederholten Durchläufen ist ebenfalls zu groß.
Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, einen magnetischen Aufzeichnungsträger anzugeben, der eine durchgehende dünne magnetische Schicht aufweist, die von einer neuartigen Schutzschicht bedeckt ist, die verbesserte Eigenschaften in bezug auf niedrige Gleitreibung, hohe Festigkeit und Selbstschmierungseigenschaften, weichen Kopfkontakt, gesteigertes Laufvermögen, verlängerte Lebensdauer und verringerte Aussetzer aufweist. Diese Aufgabe wird durch den magnetischen Aufzeichnungsträger gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst.
Der magnetische Aufzeichnungsträger nach der Erfindung weist auf einem Substrat eine Magnetschicht auf. Die Magnetschicht besteht aus einem zusammenhängenden dünnen Film, der sich über das Substrat erstreckt und gewöhnlich aus Kobalt oder Nickel allein oder aus einem auf diesen Metallen basierenden Material besteht. Bei einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung kann die Magnetschicht Kobalt (Co) als wesentliches Grundmaterial enthalten. Es kann vorzugsweise im wesentlichen aus Kobalt, aus Kobalt und Nickel, aus Kobalt und Sauerstoff oder aus Kobalt, Nickel und Sauerstoff bestehen. Dies bedeutet, daß die Magnetschicht im wesentlichen aus Kobalt allein oder aus einem Gemisch von Kobalt mit Nickel und/oder Sauerstoff bestehen kann.
Wenn die Schicht im wesentlichen aus Kobalt und Nickel besteht, kann das Gewichtsverhältnis von Co/Ni vorzugsweise mindestens 1,5 betragen.
Die Magnetschicht kann außerdem Sauerstoff neben Kobalt oder Kobalt und Nickel enthalten. Die Anwesenheit von Sauerstoff trägt zu einer weiteren Verbesserung der elektromagnetischen und Laufeigenschaften bei. In diesem Fall beträgt das Atomverhältnis von O/Co (bei Abwesenheit von Nickel) oder von O/(Co +Ni) zweckmäßig nicht mehr als 0,45, vorzugsweise 0,15 bis 0,4.
Noch bessere Ergebnisse werden erhalten, wenn die Magnetschicht neben Kobalt, Kobalt und Nickel, Kobalt und Sauerstoff oder Kobalt, Nickel und Sauerstoff noch zusätzlich Chrom enthält. Die Anwesenheit von Chrom trägt zu einer weiteren Verbesserung der elektromagnetischen Eigenschaften, des Ausgangspegels, des Signal-zu-Rausch-(S/N)-Verhältnisses und der Filmfestigkeit bei. In diesem Fall beträgt das Gewichtsverhältnis von Cr/Co (bei Abwesenheit von Nickel) oder von Cr/(Co+Ni) zweckmäßig 0,001 bis 0,1, vorzugsweise 0,005 bis 0,05.
Die Magnetschichten können schließlich auch Spurenelemente, insbesondere Übergangsmetallelemente enthalten, wie beispielsweise Fe, Mn, V, Zr, Nb, Ta, Mo, W, Ti, Cu, Zn usw.
Die Magnetschicht besteht vorzugsweise aus einer Koaleszenz von Teilchen mit säulenförmiger Struktur, die schräg zur Senkrechten des Substrats orientiert sind wegen der verbesserten elektromagnetischen Eigenschaften. Insbesondere sind Teilchen mit säulenförmiger Struktur vorzugsweise in einem Winkel von 20 bis 60° in bezug auf die Senkrechte der Substrathauptfläche orientiert. Jedes säulenförmige Teilchen erstreckt sich gewöhnlich über die gesamte Dicke der Magnetschicht und hat einen Durchmesser in der Größenordnung von 5 bis 50 nm. Kobalt und wahlweise andere Metalle, wie Nickel und Chrom, bilden die Teilchen mit säulenförmiger Struktur von selbst, während Sauerstoff, falls er zugesetzt wird, gewöhnlich an der Oberfläche jedes Teilchens mit säulenförmiger Struktur im wesentlichen in Form von Oxiden vorhanden ist. Die Magnetschicht hat im allgemeinen eine Dicke von 0,05 bis 0,5 µm.
Die magnetische Schicht kann auf dem Träger entweder direkt oder mittels einer darunter liegenden Zwischenschicht aufgebracht werden. Die magnetische Schicht wird gewöhnlich als eine Einzelschicht aufgebracht, in manchen Fällen kann sie jedoch auch aus einer Mehrzahl von übereinanderliegenden Teilschichten mit oder ohne Zwischenschichten aufgebracht werden.
Die magnetische Schicht wird im allgemeinen mit Hilfe des sogenannten Schrägaufdampfungsverfahrens hergestellt. Dieses Verfahren ist bekannt und verwendet zumeist eine Elektronenstrahlquelle, wobei der minimale Auftreffwinkel in Bezug auf die Senkrechte zum Träger vorzugsweise 30° beträgt. Die Aufdampfbedingungen und die Nachbehandlungsschritte sind bekannt und es kann aus den bekannten Verfahren das geeignetste ausgewählt werden. Eine wirksame Nachbehandlung besteht darin, Sauerstoff in die Magnetschicht einzubringen, was ebenfalls bekannt ist. Näheres zu diesem Aufdampfprozeß ist beschrieben in D. E. Speliotis et al. "Hard magnetic films of iron, cobalt and nickel", J. Appl. Phys., 36, 3, 972 (1965) und Y. Maezawa et al. "Metal thin film video tape by vacuum deposition", IERE Conference Proceedings 54 (The Fourth International Conference on Video and Data Recording, The University of Southampton, Hampshire, England, 20-23 April, 1982), Seiten 1 bis 9.
Auf der Magnetschicht ist eine Deckschicht ausgebildet, die aus einem Amin der Formel RNH&sub2; besteht, wobei R eine Alkylgruppe mit 10 bis 22 Kohlenstoffatomen ist.
Die Alkylgruppen R sind vorzugsweise geradkettige, unsubstituierte Alkylgruppen mit 10 bis 22, vorzugsweise 12 bis 22, Kohlenstoffatomen. Wenn die Alkylgruppe R weniger als 10 Kohlenstoffatome aufweist, hat die erhaltene Deckschicht und damit auch der magnetische Aufzeichnungsträger schlechte Laufeigenschaften und Bildstillstand sowie zahlreiche Aussetzer völlig außerhalb der Toleranzgrenze. Wenn andererseits die Alkylgruppe R mehr als 22 Kohlenstoffatome enthält, erhöhen sich die Aussetzer auf Werte außerhalb der Toleranzgrenze.
Beispiele für Alkylgruppen R sind C&sub1;&sub0;H&sub2;&sub1;-, C&sub1;&sub2;H&sub2;&sub5;-, C&sub1;&sub4;H&sub2;&sub9;-, C&sub1;&sub6;H&sub3;&sub3;-, C&sub1;&sub8;H&sub3;&sub7;-, C&sub2;&sub0;H&sub4;&sub1;- und C&sub2;&sub2;H&sub4;&sub5;-.
Die Alkylgruppen R sind gewöhnlich unsubstituiert, obwohl auch durch eine Halogen-, Hydroxyl-, Alkyl-, Aryl-, Alkoxy-, Aryloxy-, Alkoxycarbonyl-, Aryloxycarbonyl-, Acyl-, Acylamino-, Carbamoyl-, Alkylsulfonylamino-, Sulfamoyl-, Sulfonyl- od. dgl. Gruppe substituierte Alkylgruppen eingesetzt werden können. Diese Alkylgruppen sind vorzugsweise geradkettig, obwohl sie auch verzweigt sein können.
Die Alkylamine können auf bekannte Weise hergestellt werden oder handelsüblich sein. Die Verwendung eines Gemisches aus zwei oder mehr Alkylaminen liegt ebenfalls im Bereich der Erfindung.
Die aus einem solchen Monoalkylamin oder einem Gemisch aus solchen bestehende Deckschicht hat eine Dicke im Bereich von einer monomolekularen Schicht bis zu 0,3 µm vorzugsweise von 0,005 bis 0,1 µm.
Die Deckschicht kann vorzugsweise durch Aufdampfen oder Kathodenzerstäubung gebildet sein. Das Aufdampfen, typischerweise durch Widerstandheizung, und die Kathodenzerstäubung, typischerweise Hochfrequenz- oder Gleichstromkathodenzerstäubung, kann auf bekannte Weise erfolgen, beispielsweise bei einer Schmelztemperatur von 80 bis 100°C und einem Betriebsdruck von 1×10^-3 bis 1×10^-1 Pa. Andere Filmbildungsverfahren als das Aufdampfen und die Kathodenzerstäubung können ebenfalls angewendet werden, jedoch ist es mit solchen anderen Verfahren, beispielsweise Tiefdruckbeschichtung oder Kalanderbeschichtung, schwierig, einen einheitlichen Film auszubilden, der so dünn ist, wie es vorstehend beschrieben ist.
Das bei dem erfindungsgemäßen magnetischen Aufzeichnungsträger verwendbare Substrat ist nicht beschränkt, obwohl biegsame Substrate, vorzugsweise aus Polyester, Polyimid, Polypropylen und anderen Harzen, zu bevorzugen sind, üblicherweise in Form von langen Bändern. Die Dicke des Substrates schwankt über einen weiten Bereich und liegt vorzugsweise im Bereich von 5 bis 20 µm. Die Rückseite des Substrats, d. h. die der Magnetschicht abgewandte Seite, kann vorzugsweise eine Oberflächenrauhigkeit oder Höhenunregelmäßigkeit von mehr als 0,05 µm (einschließlich) haben, ausgedrückt durch den quadratischen Mittelwert.
Die magnetischen Aufzeichnungsträger nach der Erfindung sind auf dem Gebiet der Video- und der Audiotechnik sowie auf anderen einschlägigen Gebieten anwendbar.
Der magnetische Aufzeichnungsträger, der eine Deckschicht aus einem Monoalkylamin mit einer 10 bis 22 Kohlenstoffatome enthaltenden Alkylgruppe aufweist, hat eine Reihe von Vorzügen, beispielsweise eine erheblich verminderte Gleitreibung. Außerdem sind Filmfestigkeit, Gleitfähigkeit und Kopfkontakt wesentlich verbessert. Als Folge davon sind Laufeigenschaften und Bildstillstand des Magnetaufzeichzungsmediums wesentlich verbessert und die Aussetzer auf ein Minimum herabgesetzt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels im einzelnen erläutert.

Beispiel

Unter Verwendung von Co-Ni-Legierung mit einem Co/Ni-Verhältnis von 4/1 und einer Co-Ni-Cr-Legierung mit einem Co/Ni/Cr- Verhältnis von 75/20/5 wurden nach dem Schrägeinfall-Aufdampfverfahren Magnetschichten von 0,2 µm Dicke auf Polyäthylenterephthalatfilme von 10 µm Dicke ausgebildet. Die legierungsbeschichteten Filme wurden als Proben A0 und B0 bezeichnet.
Bei der Schrägeinfall-Aufdampfung betrug der Auftreffwinkel in bezug auf die Senkrechte des Films oder Substrats 45°, und die Atmosphäre enthielt Argon und Sauerstoff bei Partialdrücken P _Ar = 2×10^-2 Pa und °KP°k°To&udf53;st2&udf54;2°t = 1×10^-2 Pa.
Die erhaltenen Magnetschichten hatten dieselbe Zusammensetzung wie die entsprechenden Legierungen, mit der Ausnahme, daß Sauerstoff eingeführt worden war, wobei beide ein Atomverhältnis O/(Co+Ni) von 0,2 aufwiesen. Die Schichten bestanden aus einer Koaleszenz von Teilchen mit säulenförmiger Struktur, die in einem Winkel von etwa 40° in bezug auf die Senkrechte der Hauptfläche des Substrats gewachsen waren. Sie erstreckten sich über die gesamte Schichtdicke und hatten einen Durchmesser von 0,01 µm.
Eine elektronenspektroskopische Analyse der Schicht nach Auger mit Ionenzerlegung zeigte, daß der Gehalt an Kobalt (Co) in der Nähe der Oberfläche geringer war und daß Sauerstoff (O) chemisch verschoben war mit einem in der Nähe der Oberfläche angereicherten Profil, was anzeigt, daß der vorhandene Sauerstoff an das Metall an der Oberfläche der Teilchen mit säulenförmiger Struktur gebunden war.
Weiterhin wurden Deckschichten von 0,01 µm Dicke, wie in Tabelle 1 angegeben, auf den Magnetschichten der Proben A0 und B0 ausgebildet unter Verwendung verschiedener organischer Verbindungen zum Aufdampfen bei einer Atmosphäre mit einem Partialdruck von P _Ar = 4×10^-3 Pa. Die so beschichteten Filme werden als Muster A1 bis A11 und B1 bis B8 bezeichnet.
Die Muster wurden auf verschiedene Eigenschaften untersucht. Ein handelsüblicher Videorecorder wurde mit jedem Muster in Form eines Videobandes beschickt.

1) Gleitreibung

Ein Musterband wurde 50mal im Videorecorder laufen gelassen. Der Gleitreibungskoeffizient µ des Musters wurde bei einer Temperatur von 40°C und einer relativen Feuchte von 80% sowohl zu Beginn als auch nach den 50 Läufen gemessen.

2) Laufeigenschaften

Ein Musterband wurde 50mal im Videorecorder laufen gelassen. Die Amplitude des Ausgangssignals des Musters wurde bei 4 MHz sowohl zu Beginn als auch nach den 50 Läufen gemessen. Der Abfall des Ausgangssignals nach den 50 Läufen wurde in dB gemessen.

3) Bildstillstand

Der mit dem Musterband beschickte Videorecorder wurde im Bildstillstand betrieben. Die Stillstands-Lebensdauer (ausgedrückt in min) des Musterbandes wurde gemessen, bis das Bild verschwunden war.

4) Aussetzer

Ein Musterband wurde im Wiedergabebetrieb gespielt. Die Aussetzer wurden als Anzahl pro Minute immer dann gemessen, wenn das Ausgangssignal um mindestens 16 dB abfiel.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengestellt.
Die Werte der Tabelle 1 stellen sicher, daß die Alkylamindeckschichten nach der Erfindung eine verbesserte Leistungsfähigkeit gegenüber den Deckschichten bekannter Art aufweisen und daß die Anzahl der Kohlenstoffatome in der Alkylgruppe kritisch ist. &udf53;ns&udf54;¸&udf50;

Claims

1. Magnetischer Aufzeichnungsträger, bestehend aus einem Substrat, einer zusammenhängenden, dünnen Magnetschicht auf dem Substrat und einer auf der Magnetschicht ausgebildeten Deckschicht, wobei die Verbindung der Deckschicht eine längerkettige Alkylgruppe enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht aus einer Verbindung der Formel
RNH&sub2;
besteht, wobei R eine Alkylgruppe mit 10 bis 22 Kohlenstoffatomen ist.

2. Magnetischer Aufzeichnungsträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Alkylgruppe R geradkettig ist.

3. Magnetischer Aufzeichnungsträger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Alkylgruppe unsubstituiert ist.

4. Magnetischer Aufzeichnungsträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß R eine geradkettige, unsubstituierte Alkylgruppe mit 12 bis 22 Kohlenstoffatomen ist.

5. Magnetischer Aufzeichnungsträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht durch Aufdampfen oder Kathodenzerstäubung aufgebracht ist.

6. Magnetischer Aufzeichnungsträger nach Anspruch 1oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht eine Dicke von nicht mehr als 0,3 µm hat.

7. Magnetischer Aufzeichnungsträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetschicht aus Kobalt und wahlweise mindestens einem Glied der aus Nickel, Chrom und Sauerstoff bestehenden Gruppe besteht.

8. Magnetischer Aufzeichnungsträger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetschicht Nickel enthält und ein Gewichtsverhältnis von Kobalt zu Nickel von mindestens 1,5 aufweist.

9. Magnetischer Aufzeichnungsträger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetschicht Chrom enthält und das Gewichtsverhältnis von Chrom zu Kobalt 0,001 bis 0,1 beträgt.

10. Magnetischer Aufzeichnungsträger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetschicht außerdem Chrom enthält und das Gewichtsverhältnis von Chrom zu der Summe von Kobalt und Nickel 0,001 bis 0,1 beträgt.

11. Magnetischer Aufzeichnungsträger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetschicht Sauerstoff enthält und das Atomverhältnis von Sauerstoff zu Kobalt nicht mehr als 0,45 beträgt.

12. Magnetischer Aufzeichnungsträger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetschicht außerdem Sauerstoff enthält und das Atomverhältnis von Sauerstoff zu der Summe von Kobalt und nicht mehr als 0,45 beträgt.

13. Magnetischer Aufzeichnungsträger nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetschicht aus einer Koaleszenz von schräg zur Senkrechten des Substrats orientierten Teilchen mit säulenförmiger Struktur besteht.

14. Magnetischer Aufzeichnungsträger nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetschicht eine Dicke von 0,05 bis 0,5 µm hat.