DE3789932T2 - Glassubstrat für eine Magnetplatte und Verfahren zu seiner Herstellung. - Google Patents
Glassubstrat für eine Magnetplatte und Verfahren zu seiner Herstellung.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Glassubstrat für eine Magnetplatte und ein Verfahren zu seiner Herstellung.
- Eine Struktur, die ein Substrat für eine Magnetplatte und darauf gebildete magnetische und schützende Schichten durch Verfahren, wie Sputtern, Galvanisieren oder Aufdampfen, umfaßt, wird magnetisches Aufzeichnungsmedium genannt (forthin einfach als Medium bezeichnet).
- Ein Magnetplattenlaufwerk umfaßt als wesentliche Bestandteile ein Medium und einen Magnetkopf zum Lesen und Schreiben von Informationen (forthin einfach als Kopf bezeichnet). Zu Beginn des Betriebes sind Kopf und Medium miteinander in Kontakt. Anschließend wird das Medium mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit gedreht unter Bildung eines Abstandes aus einer Luftschicht zwischen Kopf und Medium und in diesem Zustand werden Schreib- und Lesevorgänge ausgeführt. Am Ende des Betriebes wird das Drehen des Mediums angehalten und Kopf und Medium in den Anfangszustand, bei dem sie miteinander in Kontakt standen, zurückgeführt. Dieses Verfahren wird Kontakt-Start-Stop-Verfahren (CSS) genannt.
- Die zwischen Kopf und Medium hervorgerufene Reibungskraft am Beginn oder bei Beendigung der Betätigung des Magnetplattenlaufwerks verschleißt den Kopf und das Medium und ruft Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften hervor. Wenn die Oberfläche des Mediums glatt ist, ist es wahrscheinlich, daß der Kopf am Medium haftet. Dieses Haftphänomen ist um so wahrscheinlicher unter stark feuchten Bedingungen, wenn das Medium Feuchtigkeit auf seiner Oberfläche absorbiert. Wenn das Magnetplattenlaufwerk unter solchen Bedingungen zum Betrieb gestartet wird, wird eine wesentliche Widerstandskraft zwischen Kopf und Medium aufgebaut, wodurch der Kopf möglicherweise beschädigt wird oder das Medium möglicherweise zerbricht. Dieses Ereignis wird Head-Stick oder Head-Crash genannt.
- Im allgemeinen ist Glas hart und ausgezeichnet in seiner Oberflächenglätte und hat eine starke Verformungsbeständigkeit und nur wenige Oberflächendefekte und wird daher als verwendbar für ein Magnetplattensubstrat, geeignet für hochdichte Aufzeichnungen, erwartungsgemäß angesehen.
- Ein mit einem Glassubstrat gefertigtes Medium weist jedoch hinsichtlich des vorstehend genannten Reibungsverschleißes und Head-Stick aufgrund der Oberflächenglätte von Glas Probleme auf, da das aus einem Glassubstrat gefertigte Medium eine größere Kontaktfläche zwischen Kopf und Medium erkennen läßt, als ein Medium mit einem Substrat, das eine schlechtere Oberflächenglätte besitzt und somit führt dies zu einem höheren Reibungswiderstand, einer Erhöhung des Verschleißes und einer Verstärkung des Haftphänomens.
- Um diese Nachteile zu überwinden, wurde vorgeschlagen, ein Substrat zu verwenden, das eine durch mechanische Mittel fein auf gerauhte Oberfläche aufweist, so daß die Reibungskraft und die Haftkraft zwischen Kopf und Medium dadurch vermindert werden.
- Des weiteren wurde vorgeschlagen, die Oberfläche eines keramischen oder Glassubstrates durch chemisches Ätzen auf zurauhen (Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichungen Nr. 38720/1985 und Nr. 136035/1985).
- Außerdem wurde ein Substratelement für eine Aufzeichnungsplatte vorgeschlagen, wobei ein Glasüberzugsfilm auf einem keramischen Aluminiumoxidgrundmaterial bereitgestellt wird, das Mikroporen von nicht größer 5 um und eine relative theoretische Dichte von nicht weniger als 96% aufweist, wobei der Glasüberzugsfilm eine Oberflächenrauhigkeit von nicht mehr als 8 nm besitzt, im wesentlichen porenfrei und fleckfrei auf der Oberfläche ist und eine Dicke von 0,3 bis 200 um und im thermischen Ausdehnungskoeffizienten einen relativen Unterschied von nicht mehr als 10&supmin;&sup6;/grad, hinsichtlich des Grundmaterials aufweist (JP-A-6148123 und US-A-4690846).
- Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend genannten Probleme, die mit einer Magnetplatte verbunden sind, wie Reibungsverschleiß und Head-Stick, zu lösen.
- Die vorliegende Erfindung wurde daher erstellt, um die Reibungskraft zu vermindern und die Reibungsverschleißbeständigkeit und Beständigkeit gegen Head-Stick zu verbessern, ohne die magnetischen Eigenschaften nachteilig zu beeinflussen und somit die vorstehend genannten Aufgaben zu lösen.
- Die vorliegende Erfindung stellt ein Glassubstrat für eine Magnetplatte bereit mit einer fein und isotrop aufgerauhten Oberfläche, wobei die maximale Höhe Rmax der Oberflächenrauhigkeit im wesentlichen nicht höher als 70 nm (700 Å) bei einer Standardlänge von 250 um und im wesentlichen nicht geringer als 5 nm (50 Å) bei einer Standardlänge von 50 um ist.
- Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Glassubstrat für eine Magnetplatte bereit mit einer fein und isotrop aufgerauhten Oberfläche, auf der eine Magnetschicht durch ein Verfahren, wie Sputtern, Galvanisieren oder Aufdampfen gebildet werden soll, wobei die die Oberflächenrauhigkeit ausmachenden Berge mit einer Höhe innerhalb eines Bereiches von 5 bis 70 nm (50 bis 700 Å) mit Spitzenabständen im Bereich von 0,1 bis 50 um gebildet werden.
- Des weiteren stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren bereit zur Herstellung eines Glassubstrats für eine Magnetplatte, umfassend Anwenden chemischer Ätzbehandlung auf eine Glasoberfläche unter Herstellung einer aufgerauhten Oberfläche und anschließend Anwendung einer mechanischen Polierbehandlung auf die aufgerauhte Oberfläche unter Bereitstellung einer Oberflächenrauhigkeit, wobei die maximale Höhe Rmax der Oberflächenrauhigkeit im wesentlichen nicht höher als 70 nm (700 Å) bei einer Standardlänge von 250 um und im wesentlichen nicht geringer als 5 nm (50 Å) bei einer Standardlänge von 50 um ist. Der Ausdruck "Standardlänge" wird auch als "Bezugslänge" bezeichnet.
- Die in dieser Beschreibung verwendete Oberflächenrauhigkeit folgt dem JIS (Japanischer industrieller Standard) B 0601-1982 "Definitionen und Bezeichnungen der Oberflächenrauhigkeit" und wird durch Messen mit Hilfe von Vorrichtungen zur Messung der Oberflächenrauhigkeit erhalten durch das Grammophonnadelverfahren mit einer ausreichend geringen Abtastgeschwindigkeit unter Verwendung einer Nadel mit einem Radius von 2,5 um und einem Gewicht von 25 mg.
- Die vorliegende Erfindung wird nun in Einzelheiten mit Hinweis auf die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben.
- In den beigefügten Zeichnungen zeigt:
- Fig. 1 ein Querschnittsprofil, das die Oberflächenrauhigkeit eines Beispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
- Fig. 2 und 3 sind schematische Ansichten, die die Höhe der Berge der Oberflächenrauhigkeit und die Zuspitzungen der Berge zeigen, wobei m eine mittlere Linie des Querschnittsprofils ist.
- Fig. 4 ist eine schematische Ansicht des Querschnittsprofils gemäß JIS B 0601-1982.
- Fig. 5 ist eine schematische Ansicht der Maximalhöhe (Rmax) der Oberflächenrauhigkeit.
- Fig. 6 ist eine schematische Ansicht, die die Vorrichtung zur chemischen Ätzbehandlung erläutert, wobei ein Chlorwasserstoff enthaltende s Gas mit der Glasoberfläche in Kontakt gebracht wird.
- Fig. 7 und 8 sind Querschnittsansichten der Oberflächenrauhigkeit des Glassubstrats, aufgenommen im rechten Winkel zur Hauptfläche der Substrate.
- Aus der Untersuchung der Probleme bei der Verwendung von Glas als Substrat für eine Magnetplatte ergab sich für die Autoren der vorliegenden Erfindung das nachstehende Bild.
- (1) Je höher der Grad der Glattheit des Substrats, desto besser sind die magnetischen Eigenschaften der Magnetschicht. Um Modulation, Bitverschiebung oder Defekte für hochdichte Aufzeichnung mit einem Dünnschichtmedium zu überwinden oder um die Flughöhe des Kopfes zu verringern, sollte die maximale Höhe Rmax der Oberflächenrauhigkeit des Substrats so gering wie möglich sein (Rmax und die Standardlänge werden gemäß JIS B 0601 aufgefaßt).
- (2) Wenn das Glassubstrat Mikrorisse oder Kratzer aufweist, die für das unbewaffnete Auge sichtbar sind, so sind derartige Bereiche bei hoher Temperatur und starken Feuchtigkeitsbedingungen in einem Dauertest nach der Herstellung des Mediums korrosionsanfällig.
- (3) Je geringer die Kontaktfläche des Kopfes und des Mediums, desto besser sind die Haftreibungseigenschaften (bewertet als statischer Reibungskoeffizient) als Index für die Reibungseigenschaften. Folglich ist die Oberfläche des Mediums beispielsweise so rauh wie möglich.
- (4) Beim CSS-Test, bei dem Drehen und Stoppen des Mediums wiederholt werden, so daß ein Zyklus von Kontakt-Flug- Kontakt-Vorgängen des Kopfes wiederholt wird, um die Änderung des Reibungskoeffizienten zu ermitteln, sollte die Kontaktfläche von Kopf und Medium besser in einem gewissen Maß groß sein und die CSS-Eigenschaften verschlechtern sich, wenn die Kontaktoberfläche zu klein oder zu groß ist.
- Von der auf der Oberfläche des erfindungsgemäßen Substrates gebildeten Rauhigkeit wird gefordert, daß sie einen Rmax-Wert von nicht mehr als 70 nm (700 Å) als Standardlänge von 250 um aufweist, um den für eine magnetische Platte geforderten magnetischen Eigenschaften zu genügen. Hierbei schließen magnetische Eigenschaften Modulationsfehler, fehlende Bits, Bitverschiebungen und Rauschabstände ein. Im allgemeinen sind diese magnetischen Eigenschaften um so besser, wenn das Substrat glatt ist innerhalb eines Bereiches, bei dem die CSS-Eigenschaften und die statischen Reibungseigenschaften nicht verschlechtert sind. Andererseits, wenn das Substrat zu glatt ist, werden die vorstehend genannten Haftreibungseigenschaften und die Beständigkeit gegen Head-Stick schlecht. Daher wurde von dem Rmax-Wert gefordert, daß er nicht geringer als 5 nm (50 Å) bei einer Standardlänge von 50 um ist.
- Die auf dem Substrat gebildete Rauhigkeit sollte somit in geeigneter Weise einen Rmax-Wert von nicht weniger als 5 nm (50 Å) bei einer Standardlänge von 50 um, vorzugsweise 10 um und nicht höher als 70 nm (700 Å), vorzugsweise nicht höher als 400 Å bei einer Standardlänge von nicht mehr als 250 um, aufweisen.
- Für den Zweck der vorliegenden Erfindung wird die Oberflächenrauhigkeit gemäß JIS B 0601-1982 gemessen. Fig. 4 ist eine schematische Ansicht eines Querschnittsprofils der Oberflächenrauhigkeit. Der schraffierte Bereich gibt einen Berg M wieder, der nur eine Spitze P aufweist. Desgleichen weist Tal V nur einen Grund Q auf. Bezugssymbol m bedeutet eine Mittellinie. Die maximale Höhe (Rmax) der Oberflächenrauhigkeit, die Höhe von jedem Berg und jeder Spitzenabstand der Berge werden aufgrund der Messung bestimmt, die mit Hilfe eines Oberflächenrauhigkeitsmeßgerätes mit einer Nadel, die einen Radius von 2,5 um und eine Nadellast von 25 mg aufweist, bei ausreichend geringer Abtastgeschwindigkeit durchgeführt wird. Die Schärfe der Peaks der Berge der Oberflächenrauhigkeit kann durch mikroskopische Beobachtung der Oberfläche aus einer schrägen Richtung mit Hilfe eines Rasterelektronenmikroskops hoher Auflösung oder durch Messung mit einem Oberflächenrauhigkeitsmeßgerät unter Verwendung eines Elektronenstrahls bestimmt werden.
- Gemäß JIS B 0601-1982 wird die Oberflächenrauhigkeit (Rmax) in einer Weise, wie in Fig. 5 gezeigt, bestimmt, ein Teil der entsprechenden Standardlänge L wird aus dem Querschnittsprofil abgetastet und der abgetastete Teil wird sandwichartig zwischen zwei geraden Linien parallel zur Mittellinie m angeordnet, worauf der Abstand zwischen den zwei geraden Linien in der vertikal vergrößerten Richtung des Querschnittsprofils gemessen wird und die maximale Höhe durch den Meßwert wiedergegeben wird.
- Das erfindungsgemäße Glassubstrat wird nun mit Hinweis auf die Zeichnungen, insbesondere mit Hinweis auf die Höhe der Berge und den Abstand der Berge, beschrieben.
- Fig. 1 ist ein Querschnittsprofil der Oberflächenrauhigkeit eines erfindungsgemäßen Beispiels. Fig. 2 ist eine schematische Ansicht, die das Meßverfahren für die Höhen der Berge und den Spitzenabstand der Berge erläutert. Zunächst wird eine Mittellinie m von dem Querschnittsprofil (eine gerade Linie, um die Summe der Quadrate der Abweichungen zum Querschnittsprofil zu minimieren) gezogen. Mit Bezug auf Berg A gehören zwei Peaks auf den Schultern des Berges zu Berg A und die Höhe des Berges A wird durch Abstand HA zwischen der Spitze des Berges und der geraden Linie, die zwei Talgründe an beiden Seiten von diesem Berg verbinden, wiedergegeben. Die Berge, benachbart zu dem Berg A, sind D und E und die Spitzenabstände von diesen Bergen werden durch w&sub1; bzw. w&sub2; wiedergegeben.
- Die Höhen der Berge sind vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von 5 bis 70 nm (50 bis 700 Å), bevorzugter 10 bis 40 nm (100 bis 400 Å). Die Spitzenabstände der Berge sind vorzugsweise nicht mehr als 50 um und bevorzugter liegen sie im Bereich von 0,1 bis 10 um.
- Die vorstehenden Bereiche der Höhen und Spitzenabstände der Berge liegen innerhalb des Bereiches der Oberflächenrauhigkeit, wobei Rmax gemäß JIS B 0601 gemessen, im wesentlichen nicht höher als 70 nm (700 Å) bei einer Standardlänge von 250 um und im wesentlichen von nicht weniger als 5 nm (50 Å) bei einer Standardlänge von 50 um ist.
- Fig. 3(a) und 3(b) geben die Fälle wieder, bei denen die Abstände zwischen den Spitzen der Berge groß sind. In einem Fall, bei dem ein breites Tal zwischen den Bergen F und G gebildet wird, wie in Fig. 3(a) gezeigt, besteht die Wahrscheinlichkeit, daß der Kopf mit Bergspitzen kollidiert, vermutlich unter Beschädigung der Schutzschicht, da die Stabilität des Kopfes während des Gleitens und Fliegens verschlechtert ist. Die Autoren der vorliegenden Erfindung fanden, daß wenn der Spitzenabstand w&sub3; 50 um übersteigt, eine solche Beschädigung der Schutzschicht in den meisten Fällen beobachtet wird und keine solche Beschädigung wird beobachtet, wenn der Spitzenabstand innerhalb 10 um liegt. In einem Fall, bei dem ein breiter Bereich zwischen den Bergen H und I relativ flach ist, mit beispielsweise nur einem tiefen Tal, das eine Tiefe von 5 nm (50 Å) übersteigt, wie gezeigt in Figur 3(b), wird der Kopf wahrscheinlich an dem Medium haften, die Haftreibung ist groß und die Beständigkeit gegen Head- Stick ist gering. Die Autoren der vorliegenden Erfindung fanden, daß wenn der Spitzenabstand w&sub4; 50 um übersteigt, die Haftreibung mindestens 0,5 wird und ein Head-Crash oder eine Beschädigung der Schutzschicht in den meisten Fällen beobachtet werden und es gibt kein solches Problem, wenn der Spitzenabstand w&sub4; innerhalb 5 um liegt.
- Wenn der Wert Rmax geringer ist als 5 nm (50 Å) bei einer Standardlänge von 50 um, betragen die Spitzenabstände der Berge mehr als 50 um, was, wie vorstehend beschrieben, unerwünscht ist.
- Es wurde ebenfalls gefunden, daß wenn die Spitzenabstände der Berge gering sind und die Höhen der Berge nur ein Ausmaß von 5 nm (50 Å) aufweisen, besonders wenn die Spitzenabstände deutlich unterhalb 0,1 um sind, die Haftreibung zu hoch wird, vermutlich, weil die Gleitoberfläche des Kopfes und die Bergspitzen in engerem Sinne nicht in Punktkontakt, sondern im Oberflächenkontakt stehen, da sie gemeinsam mit absorbierter Feuchtigkeit oder einem dazwischen angeordneten Gleitmittel in Berührung kommen, und wenn die Berghöhen gering sind und die Spitzenabstände der Berge klein sind, die Gesamtkontaktfläche ansteigt.
- Ein wie in Fig. 1 gezeigtes Profil ist in jeder Richtung der Substratoberfläche erhältlich. In der vorliegenden Erfindung ist die Oberflächenrauhigkeit, nämlich isotrop oder zufällig, d. h. ohne Anisotropie. Im Fall eines Aluminiumsubstrats für eine Magnetplatte ist es üblich, daß Anisotropie bereitgestellt wird, so daß die Rauhigkeit weniger in der umlaufenden Richtung vorliegt, während die Rauhigkeit in radialer Richtung größer ist. Im Falle eines Glassubstrats ist es möglich, solche Anisotropie in der Oberflächenrauhigkeit bereitzustellen. Glas unterliegt jedoch schwer elastischer Verformung im Vergleich mit Aluminium und auch nachdem die Oberfläche mit Schleifsand angerauht wurde, sind die Bergspitzen der aufgerauhten Oberfläche fast auf gleicher Höhe. Um die Haftreibung zu vermindern, ist es daher notwendig, ausgiebiges Aufrauhen der Oberfläche anzuwenden, verglichen mit dem Fall eines Aluminiumsubstrats. Es kann sein, daß auch wenn die Oberfläche in radialer Richtung aufgerauht ist, die Oberfläche in umlaufender Richtung flach ist und die Kontaktfläche mit dem Kopf groß ist. Es ist weiterhin unerwünscht, die Rauhigkeit Rmax zu erhöhen, da die magnetischen Eigenschaften dadurch verschlechtert werden. Dagegen fanden die Autoren der vorliegenden Erfindung, daß wenn die Oberflächenrauhigkeit ohne Anisotropie ausgebildet wird, ein ausreichend geringer Haftreibungswert erhalten wird, auch wenn Rmax kleiner ist als jener Wert von einem Aluminiumsubstrat. Zurückzuführen ist dies wahrscheinlich auf die Tatsache, daß mit Oberflächenrauhigkeit ohne Anisotropie die Kontaktoberfläche des Kopfes geringer ist. Andererseits ist es denkbar, daß wenn die Kontaktfläche abnimmt, die Last des Kopfes oder die auf die Bergspitzen ausgeübte Schlagkraft die Oberflächenrauhigkeit erhöht. Trotzdem sind ausgezeichnete CSS-Eigenschaften erhältlich. Es wird angenommen, daß dies zurückzuführen ist auf die Tatsache, daß verglichen mit der Ni-P- Galvanoschicht, die für das Aluminiumsubstrat verwendet wird, Glas schwer deformiert wird und sehr beständig ist gegen die Last- und Schlagkraft.
- Mit einem unter Verwendung eines Glassubstrates der vorliegenden Erfindung hergestellten Medium mit einer Oberflächenrauhigkeit ohne Anisotropie wurde keine wesentliche Erhöhung von Defekten beobachtet, wenn die Spurdichte für hochdichte Aufzeichnungen erhöht wurde. Mit einem Aluminiumsubstrat wird ein wesentlicher Anstieg von Defekten beobachtet, wenn die Spurdichte erhöht wird, wahrscheinlich aufgrund breiter senkenähnlicher Vertiefungen in umlaufender Richtung. Es wird angenommen, daß gute Ergebnisse mit dem Substrat der vorliegenden Erfindung erhalten werden können, weil solche breiten kontinuierlichen Vertiefungen auf dem erfindungsgemäßen Substrat nicht vorliegen.
- Die vor stehend beschriebene Oberflächenrauhigkeit wird gewöhnlich im wesentlichen gleichmäßig über die gesamte Oberfläche des Substrats gebildet. Berge jedoch mit einer Höhe oder einem Spitzenabstand, die die vorstehend genannten Bereiche übersteigen, können vorliegen, solange die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ohne Nachteile gelöst werden kann.
- Des weiteren können einige Bereiche der Oberfläche vorliegen, auf die keine Aufrauhungsbehandlung angewendet wurde.
- Das für die vorliegende Erfindung verwendete Glas ist vorzugsweise ein Silicatglas mit SiO&sub2; als Hauptkomponente. Die Glasplatte wird hier vor der Anwendung der Aufrauhungsbehandlung der Oberfläche als Grundplatte bezeichnet, während ein plattenförmiges Glas mit einer gerauhten Oberfläche, das für ein Medium verwendet werden soll, als Substrat zum Unterschied zur Grundplatte bezeichnet wird.
- Die Grundplatte wird vorzugsweise aus Glas mit SiO&sub2;, wie einem Soda-Kalk-Silicatglas, einem alkalienthaltenden Borsilicatglas, einem alkalienthaltenden Aluminoborsilicatglas, einem Alkali-Aluminosilicatglas, einem alkalifreien Glas, einem luftgekühlten oder flüssiggekühlten physikalisch verfestigen Glas, einem chemisch verfestigten oder kristallisierten Glas gefertigt. Es ist besonders bevorzugt, ein Glas zu verwenden mit mindestens etwa 40% SiO&sub2;, auf das Gewicht der vorliegenden Oxide bezogen.
- Das Verfahren zur Herstellung des Glassubstrats für eine Magnetplatte gemäß vorliegender Erfindung wird nun beschrieben.
- Dieses Verfahren wird mit Hinweis auf Fig. 6 beschrieben. In Fig. 6 wird eine wässerige Lösung 20 von Flußsäure in Tank 21 gefüllt und die Temperatur der wässerigen Lösung wird auf einem konstanten Niveau gehalten. In einem getrennt bereitgestellten Konstanttemperaturwassertank 3 wurde ein Reaktionstank 2 installiert und die Temperatur wurde auf einem konstanten Niveau gehalten.
- Andererseits wurden ein Motor 6 und eine Welle 7 an einem Deckel 4 befestigt. Glasgrundplatte 1 wurde vorher auf einer vorgeschriebenen Temperatur gehalten und wurde auf Welle 7 befestigt mit Klammer 8 und in einer vorbestimmten Stellung in den Reaktionstank eingesetzt. Dann werden Ventile 33 und 34 geöffnet und Stickstoffgas in den Reaktionstank mit einer Geschwindigkeit von 20 l/min über die Rohrleitungen 30 und 31 eingelassen und die Glasgrundplatte 1 wurde für 3 bis 8 Minuten in dem Reaktionstank gehalten bis eine vorbestimmte Temperatur erreicht wurde. Dann wurde die Grundplatte mit einer Geschwindigkeit von etwa 1300 U/min gedreht und danach Ventil 34 geschlossen und die Ventile 35 und 36 geöffnet, um Stickstoffgas in eine Flußsäurelösung 20 einzuleiten und ein Gasgemisch von HF, H&sub2;O und N&sub2;, das so erhalten wurde, wurde in den Reaktionstank eingelassen. Ein Teil dieses Fluorwasserstoff enthaltenden Gasgemisches reagiert auf Glas unter Bildung einer Rauhigkeit auf der Glasoberfläche und bildet durchsichtiges Siliciumtetrafluoridgas SiF&sub4; oder einen Nebel aus Hexafluorokieselsäure H&sub2;SiF&sub6; in Form eines weißen Rauches, der aus dem Reaktionstank über Auslaß 10 gelassen wurde und zu einer Anlage zur Behandlung von Abfallfluorwasserstoffgas geschickt wurde, über eine Haube, die nicht dargestellt ist und nach Ausführen der Reaktion für einen vorbestimmten Zeitraum wurden die Ventile 35 und 36 geschlossen und anschließend Ventil 34 geöffnet, um HF in dem Reaktionstank mit Stickstoffgas auszuspülen. Dann wurde das Glas aus dem Tank durch Öffnen des Deckels am Griff 9 herausgenommen.
- Es werden nun Beispiele angeführt, wobei unter Verwendung der vorstehend genannten Vorrichtung gemäß vorstehend beschriebenem Verfahren Gasgemische mit 0,01 bis 10 Mol-% Fluorwasserstoff in einem Inertgas mit Glasplatten, die auf über Temperaturen von 5 bis 90ºC gehalten wurden, unter Aufrauhen der Glasoberflächen in Kontakt gebracht wurden.
- Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse eines Beispiels, bei dem die Grundplatten mit einem Außendurchmesser von 130 mm aus einer Glasgrundplatte, hergestellt aus Soda-Kalk-Silicatglas mit etwa 71 Gew.-% SiO&sub2;, verwendet wurden. Die Grundplatte wurde vorher von beiden Seiten fein poliert, um sie auf eine Dicke von etwa 1,905 mm zu bringen, gefolgt von Waschen und Trocknen.
- Aus Tabelle 1 wird deutlich, daß es durch geeignete Auswahl der Behandlungsmethoden möglich ist, eine Oberflächenrauhigkeit innerhalb weiter Bereiche der Glastemperatur und HF-Konzentration in dem Gasgemisch herzustellen, die für ein Magnetplattensubstrat geeignet ist. Es wurde jedoch durch die Versuchsergebnisse gefunden, daß wenn die Glastemperatur zu hoch ist, Rmax wenig steigt und dazu neigt, nach dem Ätzen glatt zu werden und wenn die Glastemperatur zu niedrig ist, Rmax dazu neigt, zu hoch zu werden und eine Oberflächenrauhigkeit, die 100 nm (1 000 Å) übersteigt, wahrscheinlich gebildet wird. Es wird angenommen, daß dies auf die Tatsache zurückzuführen ist, daß bei Abnahme der Glastemperatur, die die Adsorption der Umgebungsfeuchtigkeit höher wird. Tabelle 1: Soda-Kalk-Silicatglas (1) Versuche Konzentration in dem Gasgemisch Glastemp. Behandlungszeit Oberflächenrauhigkeit Bergspitzenabstand etwa etwa
- Bemerkung: 1 Å = 0,1 nm
- Als weiteres Beispiel zeigt Tabelle 2 die Ergebnisse von Versuchen, die in gleicher Weise ausgeführt wurden, wie in den vorangehenden Beispielen unter Verwendung von Platten mit einem Außendurchmesser von 130 mm und einer Stärke von etwa 1,905 mm, hergestellt aus einer Grundplatte aus einem Aluminoborsilicatglas, das etwa 72% SiO&sub2; und etwa 7% Alkalimetall enthielt. Es wurde gefunden, daß verglichen mit dem Soda-Kalk-Silicatglas im vorangehenden Beispiel die Glastemperatur nicht höher als etwa 15ºC für dieselbe HF-Konzentration sein sollte, um die vorstehend genannte Oberflächenrauhigkeit erhalten, die für das Magnetplattensubstrat geeignet ist. Tabelle 2 Aluminoborsilicatglas (Alkaligehalt: 7%) Versuche Konzentration in dem Gasgemisch Glastemp. Behandlungszeit Oberflächenrauhigkeit Bergspitzenabstand etwa etwa
- Bemerkung: 1 Å = 0,1 nm
- Als weiteres Beispiel zeigt Tabelle 3 die Ergebnisse von Versuchen, bei denen ein Borsilicatglas mit 55,5 Gew.-% SiO&sub2; und im wesentlichen keinem Alkalimetall als Grundplatte verwendet wurde. Der äußere Durchmesser und die Stärke der Platten waren dieselbe wie in den vorangehenden Beispielen. Mit diesem Glas wurde die Oberflächenrauhigkeit der vorliegenden Erfindung, die für ein Plattensubstrat geeignet ist, bei einer Glastemperatur von 60ºC für eine Behandlungszeit von 3 Minuten erhalten, wenn die HF-Konzentration 0,03 Mol-% betrug. Tabelle 3 Borsilicatglas (Alkaligehalt: 0, 05%) Versuche Konzentration in dem Gasgemisch Glastemp. Behandlungszeit Oberflächenrauhigkeit Bergspitzenabstand etwa etwa
- Bemerkung: 1 Å = 0,1 nm
- Als weiteres Beispiel zeigt Tabelle 4 die Ergebnisse von Versuchen, wobei ein Mischgas, bestehend im wesentlichen aus feuchtigkeitsregulierter Luft und reinem Fluorwasserstoffgas, erhalten aus einer bei einer Temperatur von nicht weniger als 19,5ºC, dem Siedepunkt von Fluorwasserstoff, gelagerten Fluorwasserstoffgasdruckflasche, mit den etwa 72,5 Gew.-% SiO&sub2; enthaltenden Grundplatten aus Soda-Kalk-Silicatglas, in Kontakt gebracht wurde.
- Aus den Ergebnissen wird ersichtlich, daß wenn der Feuchtegehalt in der Luft gering ist, die Änderung bei Rmax unwesentlich ist, auch wenn die Feuchtigkeitskonzentration geändert wird, daß jedoch wenn der Feuchtigkeitsgehalt in der Luft 3 Mol-% beträgt (was einer relativen Luftfeuchtigkeit bei 30ºC von RH = 72% entspricht), in einer Minute der Behandlungszeit unter den Versuchsbedingungen Reif gebildet wurde und es unmöglich ist, eine Oberflächenrauhigkeit auszubilden, die für ein Glassubstrat für eine magnetische Platte geeignet ist. D.h. die Feuchtigkeit in dem Gasgemisch mit dem Fluorwasserstoff sollte nicht höher als etwa 70% relativer Feuchtigkeit sein.
- Selbstverständlich sollte die Feuchtigkeit in dem Fluorwasserstoff enthaltenden Gasgemisch auf einem Niveau von nicht höher als 70% relative Feuchtigkeit eingeregelt werden, auch bei dem vorstehend genannten Verfahren, wobei eine wässerige Flußsäurelösung angewendet wird. In einem solchen Fall kann die Steuerung der relativen Feuchtigkeit durch Einbehalten der Konzentration und der Temperatur der Flußsäure auf vorbeschriebene Werte ausgeführt werden. D.h. die Konzentration liegt vorzugsweise im Bereich von 10 bis 50 Gew.-% und die Temperatur vorzugsweise im Bereich von 5 bis 40ºC. Je höher die Konzentration der Flußsäure und je geringer die Temperatur der Lösung, desto geringer ist die relative Feuchtigkeit in dem Gasgemisch. Umgekehrt, je geringer die Konzentration und die Temperatur der Lösung, um so höher ist die relative Feuchtigkeit. Tabelle 4: Soda-Kalk-Silicatglas (2) Versuche Konzentration in dem Gasgemisch Feuchtegehalt in der Luft Glastemp. Behandlungszeit Bergspitzenabstand etwa etwa
- Bemerkung: 1 Å = 0,1 nm
- Die in Versuch 2 in Tabelle 1 gebildete Oberflächenrauhigkeit hatte einen maximalen Höhenwert Rmax der Berge von etwa 30 nm (300 Å) und einen Spitzenabstand der Berge von etwa 3 um. Eine magnetische Kobaltlegierungsschicht wurde auf diesem Substrat durch Sputtern gebildet und eine Kohlenstoffschutzschicht und eine Gleitschicht wurden des weiteren darauf aufgebracht. Dann wurden die CSS-Eigenschaften, Beständigkeit gegen Head-Stick, der Rauschabstand und fehlende Impulse bewertet.
- Die CSS-Eigenschaften waren auch, nachdem der Test unter dem Bewertungsstandard 70 000 mal wiederholt wurde noch befriedigend, wobei die Eigenschaften nicht annehmbar sind, wenn der statische Reibungskoeffizient nach dem Versuch 0,5 überschreitet und wenn die Ausgangsspannung nach dem Versuch noch unterhalb 90% liegt.
- Die Beständigkeit gegen Head-Stick wurde durch Messen des statischen Reibungskoeffizienten zwischen Kopf und Medium bewertet unter Aufrechterhaltung der gegenseitigen Berührung von Kopf und Medium bei einer hohen Temperatur, hochfeuchter Atmosphäre von 60ºC, bei einer relativen Feuchtigkeit von 90 %, wodurch der statische Reibungskoeffizient so niedrig war wie unter normaler Bedingung und sich somit kein besonderes Problem zeigt.
- Der Rauschabstand (Signal/Rauschverhältnis) war ausgezeichnet bei einem Ausmaß von 35 dB.
- Fehlende Impulse (Absinken der Ausgangsspannung beim Aus lesen beschriebener Information aufgrund kleiner Defekte der Oberfläche des Mediums) waren weniger als 2/Oberfläche bei einem Schwellenwert von 70%.
- Ein Lösungsgemisch von einer wässerigen Kaliumfluoridlösung und Flußsäure wird als chemische Ätzlösung verwendet. Die Konzentration der Flußsäure liegt vorzugsweise im Bereich von 1 bis 20 N, bevorzugter 6 bis 14 N, wobei die Oberflächenrauhigkeit mit guter Reproduzierbarkeit gebildet werden kann. Die Konzentration an wässeriger Kaliumfluoridlösung liegt vorzugsweise im Bereich von 1 bis 10 N, bevorzugter 3 bis 7 N.
- Wenn wässerige Flußsäurelösung, die kein Kaliumfluorid enthält, verwendet wird oder wenn eine Lösung mit Natriumfluorid anstelle von Kaliumfluorid verwendet wird, neigt der Abstand zwischen den Bergen dazu, zu breit zu werden und es kann schwierig werden, gleichförmige Berge von mindestens 5 nm (50 Å) mit einem Spitzenabstand innerhalb von 10 um auszubilden.
- Das chemische Ätzverfahren ist hier ein Verfahren für das chemische Ausbilden einer feinen Rauhigkeit ohne Anisotropie auf einer Glasoberfläche durch Anwenden einer Fluoridlösung oder eines Dampfes auf die Glasoberfläche. Als Fluoridlösung können eine wässerige Lösung mit beispielsweise Flußsäure oder Flußsäure und Kaliumfluorid und als Fluoriddampf, beispielsweise Fluorwasserstoffgas, erwähnt werden.
- Bei dem CSS-Test werden, wenn die Kontaktfläche zwischen Kopf und Medium zu klein ist, die vorstehenden Teile des Mediums durch konzentrierte Belastung zerstört, wodurch Gleitmittel und Schutzschicht leicht abgekratzt werden und eventuell der Kopf direkt in Kontakt mit der Magnetschicht kommt. Ein Medium, das dieses Stadium erreicht, zeigt einen starken Anstieg des Reibungskoeffizienten und eine Erhöhung von fehlenden Impulsen oder eine Abnahme der Ausgangsspannung, d. h. eine Verschlechterung der CSS-Eigenschaften wird aufkommen. Mikroskopisch erscheinen die Höhen der vorstehenden Teile der erhaltenen Fläche des durch chemische geformten Ätzbehandlung Substrates nicht gleichförmig und die Gleitoberfläche des Kopfes wird als mit den vorstehenden Teilen gewöhnlich nur bei einigen bis einigen Zehnfachen der Punkte in Kontakt stehend betrachtet, wodurch es vorkommen kann, daß schlechte Ergebnisse in dem CSS-Test durch den vorstehend beschriebenen Mechanismus erzeugt werden. Dagegen waren unter den durch chemische Ätzbehandlung bearbeiteten Glassubstraten einige, bei denen der Reibungskoeffizient nicht höher als 0,5 war, auch nachdem der CSS-Test 30 000 mal wiederholt wurde und nach gründlicher Prüfung der Oberfläche wurden die Peaks der Berge der auf gerauhten Oberfläche als abgerundete Form, wie bei A in Fig. 7 gezeigt, gefunden. Andererseits wurde bei Platten, bei denen der Reibungskoeffizient 0,5 nachdem der CSS-Test nicht mehr als 1000 mal ausgeführt wurde, überstieg die Peaks der Berge der aufgerauhten Fläche des Substrats als winklig und scharf, wie bei B in Fig. 8 gezeigt, befunden.
- Gemäß den Versuchen, die von den Erfindern ausgeführt wurden, ist der am meisten beeinflussende Faktor der Oberflächenzustand der Grundplatte und die Ergebnisse des CSS-Tests waren mit Medien unter Verwendung der Substrate konstant, die durch chemische Ätzbehandlung erhalten wurden, ausgeführt unter denselben Bedingungen unmittelbar nachdem die Grundplatten poliert wurden, jedoch wurden die CSS-Testergebnisse als inkonsistent mit Proben befunden, die unter den gleichen Bedingungen unter Verwendung der für eine Reihe von Tagen nach dem Polieren belassenen Grundplatten hergestellt wurden. Es kann eine natürliche Konsequenz darstellen, daß bei der chemischen Ätzbehandlung die Form der erhaltenen Oberflächenrauhigkeit durch die Oberflächenbedingung des Glases vor der Behandlung beeinflußt wird. Eine solche Inkonsistenz ist jedoch für eine praktische Produktionsstraße unerwünscht.
- Die Erfinder haben eine gerauhte Oberfläche eines chemisch geätzten Substrats mit winkligen Peaks von Bergen der gerauhten Oberfläche sanft mit leichter Last durch eine Poliermaschine mit einem Polierkissen poliert. Die Durchschnittsform der Oberflächenrauhigkeit, die so erhalten wurde, wird bei einem vergrößerten Maßstab beobachtet, wobei die Peaks der Berge als abgerundet befunden wurden. Der Grad der mechanischen Polierung ist gerade genug, damit Peaks der Berge leicht gerundet vorliegen, so daß keine Anisotropie in der Rauhigkeit durch dieses mechanische Polieren erzeugt wird.
- Gemäß der Untersuchung der Erfinder wurden gute Ergebnisse erhalten, wenn CeO&sub2;, ZrO&sub2; oder kolloidale Kieselsäure mit einem mittleren Durchmesser von nicht mehr als 10 um als Polierteilchen, aufgetragen auf die Poliermaschine, verwendet wurden. D.h. sofern nicht grobe Polierteilchen, wie SiC, Al&sub2;O&sub3; oder Diamant verwendet werden, werden keine Mikrorisse bei der Polierbehandlung gebildet und es wird unwahrscheinlich, daß die Polierbehandlung Korrosion hervorruft.
- Bezüglich eines Substrats, das durch Anwendung einer chemischen Ätzbehandlung erhalten wurde und eines Substrats, das durch Anwendung mechanischer Polierbehandlung, eines solchen Substrats erhalten wurde, wurde eine magnetische Kobaltlegierungsschicht darauf durch Aufsputtern hergestellt und außerdem eine Kohlenstoffschutzschicht und eine Gleitschicht auf der Magnetschicht unter Herstellung von Aufzeichnungsmedien gebildet (diese Aufzeichnungsmedien werden forthin als Glasmedien bezeichnet). Tabelle 5 zeigt die Ergebnisse der Bewertung der CSS-Eigenschaften, die Beständigkeit gegen Head-Stick und des Rauschabstandes der Glasmedien.
- Es ist aus Tabelle 5 ersichtlich, daß das durch chemisches Ätzverfahren, gefolgt von Polieren erhaltene Glasmedium insgesamt, hinsichtlich CSS-Charakteristiken, die Beständigkeit gegen Head-Stick und chemischen Eigenschaften, wie dem Rauschabstand, gegenüber dem Glasmedium, erhalten nur durch chemische Ätzbehandlung, überlegen ist.
- Die CSS-Eigenschaften wurden hier durch ein Verfahren bestimmt, wobei der Kopf mit dem Glassubstrat in einer Stellung 30 mm von der Mitte des Substrats in Berührung gebracht wurde, das Glassubstrat dann mit einer Geschwindigkeit von 3600 U/min gedreht wurde und die Rotation und der Stoppvorgang 20 000 mal wiederholt wurden und anschließend der statische Reibungskoeffizient zwischen Kopf und Medium gemessen wurde. Der Kopfhaftwiderstand wurde durch ein Verfahren bestimmt, bei dem der statische Reibungskoeffizient zwischen Kopf und Medium durch das vorstehend genannte Verfahren gemessen wurde. Tabelle 5 Eigenschaften Beständigkeit gegen Head-Stick Rauschverhältnis fehlende Bits (Zahl/Oberfläche) Modulationsfehler (Zahl/Oberfläche) Glasaufzeichnungsmedium mit angewendeter chemischer Ätzbehandlung, gefolgt von mechanischem Polieren Glasaufzeichnungsmedium lediglich chemiisch ätzbehandelt
- Aus Tabelle 5 ist ersichtlich, daß das magnetische Aufzeichnungsmedium, bei dem das Glassubstrat der vorliegenden Erfindung verwendet wurde, ausgezeichnet ist hinsichtlich CSS-Eigenschaften, Beständigkeit gegen Head-Stick und den magnetischen Eigenschaften, wie dem Rauschverhältnis.
- Die mechanische Polierbehandlung ist eine Art Hochglanzpolieren auf der Substratstufe, wobei Verfärbungen oder größere hervorstehende Teile, die auf der Substratoberfläche vorliegen können, entfernt werden und somit die Verläßlichkeit des Substrats für die Laufwerkhersteller bei deren Bemühung hinsichtlich geringer Flughöhe des Kopfes, d. h. für eine Erhöhung der Aufzeichnungsdichte, erhöht wird.
- Für die Herstellung des Glassubstrates für eine erfindungsgemäße Magnetplatte ist es möglich, andere als die vorstehend genannten Verfahren anzuwenden, ein weiteres Verfahren, bei dem die Glasoberfläche aufgerauht wird durch mechanische Mittel und dann die Oberfläche chemischer Ätzbehandlung unterzogen wird.
- Die nachstehenden Wirkungen können gemäß vorliegender Erfindung erhalten werden.
- (1) Das Glassubstrat für eine Magnetplatte gemäß vorliegender Erfindung liefert eine solche Wirkung, daß aufgrund der geeigneten Rauhigkeit der Oberfläche die Reibungskraft zwischen Medium und Kopf vermindert wird und die CSS-Eigenschaften und die Beständigkeit gegen Head-Stick werden verbessert. Außerdem sind die magnetischen Eigenschaften nicht nachteilig beeinflußt, da die Oberflächenrauhigkeit sehr fein ist.
- (2) Da die Oberflächenrauhigkeit fein und ohne Anisotropie ausgebildet ist, auch wenn die Oberfläche pro Bit vermindert ist, ergibt sich keine wesentliche Verschlechterung des Rauschabstandes oder keine wesentliche Erhöhung von Aussetzern. Folglich werden hohe TPI- (Track per Inch) und hohe BPI- (Bit per Inch)-Werte für mögliche hochdichte Aufzeichnungen erhalten.
- (3) Die Oberflächenrauhigkeit liefert einen Ankereffekt, wodurch die Haftung mit der Magnetschicht und die Dauerhaftigkeit verbessert werden.
- (4) Die Oberflächenrauhigkeit wird fein ausgebildet und ein geringes Schweben des Kopfes wird möglich, was vorteilhaft ist für hochdichte Aufzeichnungen.
- (5) Das Glassubstrat ist weniger anfällig für Verformungen als Ni-P-galvanische Schichten auf einem Aluminiumsubstrat und die vorstehenden Teile der aufgerauhten Oberfläche des Substrat s werden mit geringerer Wahrscheinlichkeit durch Kollision mit dem Magnetkopf beschädigt. Es ist daher möglich, eine Laufwerkseinheit mit hoher Schlagbeständigkeit und Dauerhaftigkeit herzustellen.
Claims (13)
1. Glassubstrat für eine Magnetplatte mit einer fein
und isotrop aufgerauhten Oberfläche, wobei die maximale Höhe
Rmax der Oberflächenrauhigkeit im wesentlichen nicht höher
als 70 nm (700 Å) bei einer Standardlänge von 250 um und im
wesentlichen nicht geringer als 5 nm (50 Å) bei einer
Standardlänge von 50 um ist.
2. Glassubstrat nach Anspruch 1, wobei die Spitzen
der die Oberflächenrauhigkeit ausmachenden Berge gerundet
sind.
3. Glassubstrat nach Anspruch 1, hergestellt aus
Silicatglas, das mindestens 40 Gew.-% SiO&sub2; aufweist.
4. Glassubstrat für eine Magnetplatte mit einer fein
und isotrop aufgerauhten Oberfläche, auf der eine
Magnetschicht durch ein Verfahren, wie Sputtern, Galvanisieren oder
Aufdampfen, gebildet werden soll, wobei die die
Oberflächenrauhigkeit ausmachenden Berge mit einer Höhe innerhalb eines
Bereiches von 5 bis 70 nm (50 bis 700 Å) mit Spitzenabständen
im Bereich von 0,1 bis 50 um gebildet werden.
5. Verfahren zur Herstellung eines Glassubstrats für
eine Magnetplatte, umfassend eine chemische Ätzbehandlung
einer Glasoberfläche unter Bildung einer Oberflächenrauhigkeit,
wobei die maximale Höhe Rmax der Oberflächenrauhigkeit im
wesentlichen nicht höher als 70 nm (700 Å) bei einer
Standardlänge von 250 um und im wesentlichen nicht geringer als 5 nm
(50 Å) bei einer Standardlänge von 50 um ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die chemische
Ätzbehandlung durch Versetzen der Glasoberfläche mit einer
eine Fluorverbindung enthaltenden Lösung ausgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die chemische
Ätzbehandlung durch Versetzen der Glasoberfläche mit einem
Fluorwasserstoff enthaltenden Gas ausgeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die chemische
Ätzbehandlung durch Versetzen der auf eine Temperatur von 5
bis 90ºC gehaltenen Glasoberfläche mit einem 0,01 bis 10
Mol-% Fluorwasserstoff in einem Inertgas enthaltenden Gas
ausgeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das 0,01 bis 10
Mol-% Fluorwasserstoff in einem Inertgas enthaltende Gas eine
relative Feuchtigkeit von nicht mehr als 70% aufweist.
10. Verfahren zur Herstellung eines Glassubstrats für
eine Magnetplatte, umfassend Anwenden chemischer
Ätzbehandlung auf eine Glasoberfläche unter Herstellung einer
aufgerauhten Oberfläche und anschließend Anwendung einer
mechanischen Polierbehandlung auf die aufgerauhte Oberfläche unter
Bereitstellung einer Oberflächenrauhigkeit, wobei die
maximale Höhe Rmax der Oberflächenrauhigkeit im wesentlichen
nicht höher als 70 nm (700 Å) bei einer Standardlänge von 250
um und im wesentlichen nicht geringer als 5 nm (50 Å) bei
einer Standardlänge von 50 um ist.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die chemische
Ätzbehandlung durch Versetzen der Glasoberfläche mit einer
eine Fluorverbindung enthaltenden wässerigen Lösung
ausgeführt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die chemische
Ätzbehandlung der Glasoberfläche mit einem Fluorwasserstoff
enthaltenden Gas ausgeführt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 10, wobei Polieren
ausgeführt wird, um die Spitzen der die Oberflächenrauhigkeit
ausmachenden Berge abzurunden.
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