DE4219139C2

DE4219139C2 - Hochfestes Targetmaterial

Info

Publication number: DE4219139C2
Application number: DE4219139A
Authority: DE
Inventors: Kenichi Hijikata; Shozo Komiyama; Hitoshi Maruyama
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1991-06-12
Filing date: 1992-06-11
Publication date: 1995-03-09
Anticipated expiration: 2012-06-12
Also published as: GB2257159B; KR100259319B1; JPH04365860A; GB9212136D0; DE4219139A1; GB2257159A; US5338331A; KR930000701A; JP2988021B2

Description

Die Erfindung betrifft ein hochfestes Targetmaterial, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine Anzahl von Targetmaterialien werden herkömmlich verwendet bei der Bildung dünner magnetooptischer Aufzeichnungsfilme durch ein Magnetron-Zerstäubungs verfahren. Aus diesen vielen Targetmaterialien ist bei dem einem, das in der japanischen Patentveröf fentlichung Nr. 1 19 648/1986 beschrieben ist, bekannt, daß es eine hohe Festigkeit besitzt, und dieses hat die folgende Struktur:
25-60% (alle hier aufgeführten Prozentangaben sind flächenbezogen) einer Eisengruppe-Metallphase, die zusammengesetzt ist aus wenigstens einem aus Fe, Ni und Co ausgewählten Metall,
10-45% einer Seltene-Erde-Metallphase, die zusam mengesetzt ist aus wenigstens einem aus Tb, Gd, Dy, Ho und Er ausgewählten Metall,
und der Rest ist eine intermetallische Verbundphase, die zusammengesetzt ist aus der Reaktionsphase zwi schen der Eisengruppe-Metallphase und der Seltene- Erde-Metallphase.

Dieses bekannte Targetmaterial hat jedoch eine relativ hohe Permeabilität.

Die DE 35 37 191 C2 offenbart ein Targetmaterial, das aus 30 bis 50 Gew.-% Seltene-Erde-Metallen und zum restlichen Anteil aus Übergangsmetallen der Gruppe Fe, Co, Ni besteht. Die Struktur dieses Materials ist derart, daß eine Seltene-Erde-Metall-Phase, eine Übergangsmetallphase und im Grenzbereich zwischen diesen eine intermetallische Verbindungsphase aus den Seltenen-Erde-Metallen und den Übergangsmetallen vorliegen.

In der EP 03 08 201 A1 wird ein Targetmaterial zum Aufstäuben magnetisch-optischer Schichten beschrieben, das eine Phase aus Übergangsmetall(en), eine Phase aus Seltene-Erde-Metall(en) und eine Legierungsphase aus Seltene-Erde- und Übergangsmetall(en) enthält.

Aus der JP-A 63-274 763 ist ein Targetmaterial aus wenigstens einem Seltene-Erde-Metall und wenigstens einem Übergangsmetall, die zumindest drei Arten von intermetallischen Verbindungen bilden, bekannt.

Weiterhin beschreibt die JP-A 01-198 870 ein Targetmaterial aus einer Legierungsphase aus einem Seltene- Erde-Metall und einem Übergangsmetall und einer Übergangsmetallphase.

Ausgehend von dem Stand der Technik nach der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 1 19 648/1986 ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein hochfestes Targetmaterial zu schaffen, das auch eine relativ geringe Permeabilität aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die in kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Targetmaterials ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Das in der genannten japanischen Patentveröffentlichung Nr. 1 19 648/1986 beschriebene hochfeste Targetmaterial intensiven Untersuchungen unterzogen mit dem Ziel, seine Permeabilität weiter zu verringern. Im Ergebnis wurde gefunden, daß, wenn die Eisengruppe- Metallphase dieses bekannten hochfesten Targetmaterials durch eine komplexe Phase ersetzt wurde, in der ein kristallisiertes Eisengruppe-Metall fein und gleichförmig in einer dendritischen, Nadel- oder Blockform in einem Ver hältnis von 5-40% (der Gesamtphase) in einer Ma trix dispergiert wurde, die aus einem intermetalli schen Verbund eines Seltene-Erde-Metalls und eines Eisengruppe-Metalls zusammengesetzt war, die Permea bilität des Targetmaterials weiter gesenkt wurde, ohne daß dessen Festigkeit beeinträchtigt wurde, wo durch erfolgreich eine deutliche Verbesserung des Ausnutzungsfaktors erzielt wurde.

Die vorliegende Erfindung wurde auf der Grundlage dieser Erkenntnis realisiert, und sie stellt ein hochfestes Targetmaterial zur Verfügung, das eine Struktur aufweist, bestehend aus:
20-75% einer komplexen Phase, in der ein kristal lisiertes Eisengruppe-Metall fein und gleichförmig in einer dendritischen, Nadel- oder Blockform in einem Verhältnis von 5-40% (der Gesamtphase) in einer Matrix dispergiert ist, die aus einem intermetalli schen Verbindung von wenigstens einem vorzugsweise aus Tb, Gd, Dy, No, Tm und Er ausgewählten Seltene- Erde-Metall und wenigstens einem aus Fe, Ni und Co ausgewählten Eisengruppe-Metall zusammengesetzt ist,
15-40% einer Seltene-Erde-Metallphase, die vorzugsweise zusammengesetzt ist aus wenigstens einem aus Tb, Gd, Dy, No, Tm und Er ausgewählten Metall, und
der Rest einer intermetallischen Verbindungsphase, die zusammengesetzt ist aus der Reaktionsphase zwischen der komplexen Phase und der Seltene-Erde-Metallphase.

Ein erfindungsgemäßes Targetmaterial dieser Struktur hat eine niedrige Permeabilität und besitzt daher einen hohen Ausnutzungsfaktor, wenn es für die Bil dung dünner magnetooptischer Aufzeichnungsfilme durch ein Magnetron-Zerstäubungsverfahren eingesetzt wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Fotografie der Mikrostruktur der Probe 1 eines hochfesten Targetmaterials nach der Erfindung, aufgenommen mit einem metallur gischen Mikroskop,

Fig. 1-a und 1-b Fotografien der Mikrostruktur der Probe 1 des Beispiels 1 des hochfesten Tar getmaterials, aufgenommen mit einem metal lurgischen Mikroskop,

Fig. 2 die Fotografie der Mikrostruktur der Probe A eines hochfesten Targetmaterials nach der Erfindung, aufgenommen mit einem metallur gischen Mikroskop,

Fig. 2-a und 2-b Fotografien der Mikrostruktur der Probe A des Beispiels 2 des hochfesten Tar getmaterials, aufgenommen mit einem metal lurgischen Mikroskop, und

Fig. 3 die Fotografie der Mikrostruktur der Probe 1 eines hochfesten Targetmaterials nach dem Stand der Technik, aufgenommen mit einem metallurgischen Mikroskop.

Die Bedeutung des Verhältnisses der zusammengesetzten Phasen im hochfesten Targetmaterial nach der Erfin dung wird nachfolgend beschrieben.

a) Kristallisiertes Eisengruppe-Metall

Das kristallisierte Eisengruppe-Metall wird disper giert und verteilt in einer dendritischen oder in Nadelform (wenn ein zerstäubtes Pulver als Ausgangs pulver verwendet wird) oder in Blockform (wenn das Ausgangspulver durch Zerstäuben eines gegossenen Blockes hergestellt wird), so daß es die Permeabili tät des Targetmaterials verbessern kann, ohne seine Festigkeit herabzusetzen. Wenn das Verhältnis des kristallisierten Eisengruppe-Metalls weniger als 5% beträgt, ist es nicht in der Lage, die gewünschte hohe Festigkeit des Targetmaterials sicherzustellen. Wenn das Verhältnis des kristallisierten Eisengruppe-Metalls 40% übersteigt, hat die Permeabilität des Targetmaterials die Tendenz, eher anzusteigen als abzusinken. Das wird das Verhältnis des kristalli sierten Eisengruppe-Metalls so bestimmt, daß es im Bereich von 5-40% liegt.

b) Komplexe Phase

Wenn das Verhältnis der komplexen Phase weniger als 20% beträgt, wird das relative Verhältnis der inter metallischen Verbundphase zu hoch, so daß es schwie rig wird, die gewünschte hohe Festigkeit des Target materials sicherzustellen. Zusätzlich wird das Zusam mensetzungsprofil innerhalb der Ebene in der Masse des dünnen Filmes ungleichmäßig. Wenn das Verhältnis der komplexen Phase 75% übersteigt, wird das relati ve Verhältnis der intermetallischen Verbindung, die die komplexe Phase bildet, zu hoch und das Zusammen setzungsprofil innerhalb der Ebene in der Masse des dünnen Filmes wird ungleichmäßig. Daher wird das Ver hältnis der komplexen Phase so bestimmt, daß es im Bereich von 20 bis 75% liegt.

c) Seltene-Erde-Metallphase

Wenn das Verhältnis der Seltene-Erde-Metallphase nie driger als 15% oder höher als 40% ist, wird es schwierig, in einem dünnen Film die gewünschten ma gnetischen Eigenschaften mit einem gleichmäßigen Kon zentrationsprofil auszubilden. Daher wird das Ver hältnis der Seltene-Erde-Metallphase so bestimmt, daß es im Bereich von 15-40% liegt.

Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Illustra tion des hochfesten Targetmaterials nach der Erfin dung, ihnen soll jedoch in keinem Falle eine ein schränkende Wirkung zuerkannt werden.

Beispiel 1

Schmelzen mit den in den Tabellen 1 und 2 aufgeführ ten Zusammensetzungen wurden in einem gewöhnlichen Hochfrequenz-Schmelzofen hergestellt und mit einem hochreinen Ar-Gas mit einem Taupunkt von -25°C zer stäubt (die Abkühlgeschwindigkeit variierte von 10 bis 10⁴°C/s), um die komplexe Phase bildende Pulver herzustellen. Diese Pulver wurden klassifiziert, um Teilchengrößen von im Durchschnitt 100 µm zu erhalten, und mit den ge trennt geschaffenen Pulvern verschiedenen Seltene- Erde-Metalle mit einer durchschnittlichen Teilchen größe von 100 µm gemischt. Die Mischverhältnisse der beiden Pulver sind auch in den Tabellen 1 und 2 auf geführt. Alle Durchläufe der Mischungen wurden in Stahldosen eingefüllt, deren Innenabmessun gen 125 mm⌀×5 mm Höhe bei einer Wandstärke von 1,2 mm betrugen und die auf einen Druck von 1 mPa evakuiert wurden. Danach wurden die Dosen durch drei Kaliber bei einer Temperatur von 600°C warmgewalzt mit einer Abnahme von 10% für jedes Kaliber. Nach dem Warmwalzen wurden die Dosen für 15 Stunden einer Wärmebehandlung bei einer vorgegebenen Temperatur im Bereich von 600 bis 800°C unterzogen, wodurch Proben 1 bis 12 des hochfesten Targetmaterials nach der Er findung hergestellt wurden; jede Probe hatte einen Durchmesser von 127 mm und eine Dicke von 3 mm. Die Verhältnisse der Phasen, die die Strukturen der Pro ben 1 bis 12 ergeben, sind in den Tabellen 1 und 2 aufgeführt. Fig. 1 stellt ein Paar von Fotografien dar, die die Mikrostruktur der Probe 1, aufgenommen mit einem metallurgischen Mikroskop, zeigen (X100 für Fig. 1-a und X600 für Fig. 1-b).

Beispiel 2

Schmelzen mit den in den Tabellen 3 und 4 aufgeführ ten Zusammensetzungen wurden in einem gewöhnlichen Hochfrequenz-Schmelzofen hergestellt und in Kupfer formen gegossen zur Bildung von Stäben mit den Abmes sungen 15 mm⌀×200 mm Länge (die Abkühlgeschwindigkeit variierte von 10 bis 10³°C/s). Diese Stäbe wurden mit einer Pochmühle in einer AR-Atmosphäre pulverisiert und klassifiziert zur Herstellung von die komplexe Phase bildenden Pulvern mit Teilchengrößen im Bereich von -150 bis +325 mesh (im Durchschnitt 100 µm) sowie gemischt mit den getrennt geschaffenen Pulvern ver schiedener Seltene-Erde-Metalle mit einer durch schnittlichen Teilchengröße von 100 µm. Die Mischver hältnisse der beiden Pulver sind ebenfalls in den Tabellen 3 und 4 aufgeführt. Durch nachfolgende Be handlung unter den gleichen Bedingungen wie im Bei spiel 1 wurden Proben A bis L des hochfesten Target materials nach der Erfindung hergestellt. Die Ver hältnisse der Phasen, die die Strukturen dieser Pro ben ergeben, sind in den Tabellen 3 und 4 aufgeführt. Fig. 2 stellt ein Paar von Fotografien dar, die die Mikrostruktur der Probe A, aufgenommen mit einem me tallurgischen Mikroskop zeigen (X50 für Fig. 2-a und X400 für Fig. 2-b).

Vergleichsbeispiele

Verschiedene Eisengruppe-Metallpulver und Seltene- Erde-Metallpulver mit jeweils einer durchschnittli chen Teilchengröße von 100 µm werden als Ausgangspul ver verwendet und in den in den Tabellen 5 und 6 auf geführten Verhältnissen gemischt. Durch nachfolgende Behandlungen unter den gleichen Bedingungen wie im Beispiel 1 wurden hochfeste Targetmaterialien 1 bis 12 nach dem Stand der Technik hergestellt. Die Ver hältnisse der Phasen, die die Strukturen dieser Pro ben bilden, sind in den Tabellen 5 und 6 angegeben. Fig. 3 zeigt eine Fotografie der Mikrostruktur der Probe 1 nach dem Stand der Technik, die mit einem metallurgischen Mikroskop aufgenommen wurde (X100).

Als nächstes wurden alle Proben der hochfesten Tar getmaterialien hinsichtlich ihrer Permeabilität und Ablenkfestigkeit sowie ihres Ausnutzungsfaktors ge messen. Die Ergebnisse der Messungen sind in den Ta bellen 1 bis 6 wiedergegeben.

Der Ausnutzungsfaktor jedes Targetmaterials wurde bestimmt durch Bildung dünner magnetooptischer Auf zeichnungsfilme auf der Oberfläche eines Substrats mit einem gewöhnlichen Magnetron-Zerstäubungsapparat unter den folgenden Bedingungen:

Druck der Ar-Atmosphäre:
4 mbar
Hochfrequenz-Ausgang:	200 W
Abstand zwischen Target und Substrat:	70 mm
Substrat-Temperatur:	Umgebungstemperatur
Filmdicke:	0,5 µm

Es wurde angenommen, daß die Nutzdauer des Targetma terials in dem Zeitpunkt beendet war, in dem die Tie fe der in der zerstäubten Oberfläche gebildeten Kra ter seine untere Oberfläche erreicht hat, und der Ausnutzungsfaktor wurde ausgedrückt als prozentuale Gewichtsabnahme des Targetmaterials zu diesem Zeit punkt.

In den Fig. 1 und 2, die die Mikrostrukturen der Proben 1 und A des hochfesten Targetmaterials nach der Erfindung zeigen, bedeuten die weißen Flächen die Seltene-Erde-Metallphase, die schwarzen Flächen die komplexe Phase und die grauen Flächen zwischen den weißen und schwarzen Flächen die intermetallische Verbindungsphase, die aus der Reaktionsphase zwischen der komplexen und der Seltene-Erde-Metallphase zusammen gesetzt ist. Die kristallisierte Eisengruppe-Metall phase wird dargestellt durch die sehr dunklen Flä chen, die entweder nadelförmig oder in dendritischer Form (Fig. 1) oder in einer unregelmäßigen Blockform (Fig. 2) in der durch die schwarzen Flächen wiederge gebenen komplexen Phase dispergiert und verteilt sind.

Somit unterscheidet sich das hochfeste Targetmaterial der Erfindung in der Mikrostruktur von dem nach dem Stand der Technik dadurch, daß in dem ersten die kri stallisierte Eisengruppe-Metallphase in der aus einer aus einem intermetallischen Verbindung eines Seltene- Erde-Metalls und eines Eisengruppe-Metalls zusammen gesetzten Matrix dispergiert und verteilt ist, wäh rend in dem zweiten keine derartige kristallisierte Eisengruppe-Metallphase vorhanden ist. Dieser Unter schied wird durch die Tatsache wiedergegeben, daß bei vergleichbaren hohen Festigkeitswerten das Targetma terial nach der Erfindung eine geringere Permeabili tät aufweist als das nach dem Stand der Technik, wo durch sich ein höherer Ausnutzungsfaktor bei der Bil dung von dünnen Filmen durch Magnetron-Zerstäubung ergibt.

Wie beschrieben wurde, behält das Targetmaterial nach der Erfindung eine hohe Festigkeit und zeigt doch eine niedrige Permeabilität; wenn daher dieses Mate rial verwendet wird zur Herstellung dünner magnetoop tischer Aufzeichnungsfilme durch ein Magnetron-Zer stäubungsverfahren, dann erstreckt sich die Bildung von Kratern in der zerstäubten Oberfläche breit in zweidimensionaler Richtung und in flacher Weise, was zu einer merklichen Verbesserung des Ausnutzungsfak tors des Targetmaterials führt. Demgemäß bietet die vorliegende Erfindung, wie erläutert, einen indu striellen Nutzen durch den potentiellen Beitrag zu der Bildung dünner magnetooptischer Aufzeichnungsfil me mit reduziertem Personalaufwand und Fabrikautoma tisierung.

Claims

1. Hochfestes Targetmaterial mit niedriger Permeabilität zur Bildung von dünnen magnetooptischen Aufzeichnungsfilmen, gekennzeichnet durch die Struktur, bestehend aus:
20-75% einer komplexen Phase, in der ein kristallisiertes Eisengruppe-Metall fein und gleichmäßig in einer dendritischen, Nadel- oder Blockform in einem Verhältnis von 5 bis 40% (der Gesamtphase) in einer Matrix dispergiert ist, die aus einer intermetallischen Verbindung eines Seltene-Erde-Metalls und eines Eisengruppe-Metalls zusammengesetzt ist;
15-40% einer Seltene-Erde-Metallphase; und
als Rest einer intermetallischen Verbindungsphase, die zusammengesetzt ist aus der Reaktionsphase zwischen der komplexen Phase und der Seltene-Erde-Metallphase,
wobei alle Prozentangaben flächenbezogen sind.

2. Targetmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Seltene-Erde- Metall wenigstens eines aus der Gruppe Tb, Gd, Dy, Ho, Tm, und Er ist.

3. Targetmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Eisengruppe-Me tall wenigstens eines aus der Gruppe Fe, Ni und Co ist.

4. Targetmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das kristallisierte Eisengruppe-Metall eine dendritische, Nadel- oder Blockform aufweist.