DE69108874T2

DE69108874T2 - Unmagnetisches Substrat eines Magnetkopfs, Magnetkopf- und Substratherstellungsverfahren.

Info

Publication number: DE69108874T2
Application number: DE69108874T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Hosaka; Hifumi Nagai; Ryuichi Nagase; Ryo Suzuki
Original assignee: Japan Energy Corp
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 1990-12-12
Filing date: 1991-12-10
Publication date: 1995-08-24
Anticipated expiration: 2011-12-11
Also published as: US5242865A; EP0490345B1; DE69108874D1; EP0490345A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Bereich der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein nichtmagnetisches Substrat eines Magnetkopfes, auf den eine metallische magnetische Schicht aufgedampft wird. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf einen Magnetkopf, in dem das oben genannte Substrat verwendet wird. Das erfindungsgemäße nichtmagnetische Substrat ist geeignet für die Herstellung von Magnetköpfen, in denen dünne Schichten aus Fe-Si-Al-Legierungen benutzt werden. Solche Magnetköpfe sind für den Einsatz bei hoher Frequenz und als Köpfe mit hoher Aufnahmedichte, wie beispielsweise Videoköpfe und Digitalköpfe geeignet, bei denen ein hohes S/N-Verhältnis benötigt wird. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf das Verfahren zur Herstellung des nichtmagnetischen Substrates von Magnetköpfen.

2. Beschreibung der damit in Zusammenhang stehenden Technik

Der jüngste Anstieg der Aufnahmedichte auf dem Gebiet der Magnetaufnahmetechnik ist außerordentlich. In diesem Zusammenhang werden nicht nur elektromagnetische Transducer benötigt, um eine zunehmend engere Spurbreite zu liefern, sondern auch das Kernmaterial der Magnetköpfe muß ein zunehmend höheres Niveau an Sättigungsmagnetisierung und Permeabilität im hohen Frequenzbereich aufweisen. In den vergangenen Jahren wurde die Aufmerksamkeit zunehmend auf einen Magnetkopf des dünnschichtlaminierten Typs gerichtet, bei dem dünne magnetische Schichten aus Fe-Si-Al-Legierung laminiert sind, und der die oben genannten Erfordernisse in dem Bereich der Magnetaufnahme erfüllen konnte.
Ein Beispiel der Magnetköpfe wird in den Fig. 1 und 2 veranschaulicht. Ihre Struktur wird im folgenden kurz beschrieben.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Aufrißansicht eines Magnetkopfes des dünnschichtlaminierten Typs.
Fig. 2 ist eine Teilquerschnittsfrontansicht der Schichten des Magnetkopfes.
Fig. 3 ist eine schematische Ansicht, die die Struktur eines Sputtering-Apparates für die Herstellung eines Magnetkopfes des dünnschichtlaminierten Typs zeigt.
In Bezug auf Fig. 2 besteht das Substrat 11 aus einem nichtmagnetischen Material. Eine Fe-Si-Al-Legierung wird als eine magnetische Legierungsschicht 12 mit einer Dicke von 1 bis 20 um auf das Substrat 11 aufgebracht. Auf die magnetische Legierungsschicht 12 wird dann eine nichtmagnetische Schicht, bestehend aus SiO&sub2;, als Zwischenisolierschicht 13 mit einer Dicke von 0,03 bis 0,5 um aufgebracht.
Die magnetischen Legierungsschichten 12 und die Zwischenisolierschichten 13 werden aufeinander geschichtet, bis eine erforderliche Anzahl an Schichten erreicht ist. Die Dicke und Anzahl der magnetischen Legierungsschichten 12 und der Zwischenisolierschichten 13 werden entsprechend festgelegt, um eine magnetische Schichtstruktur 14 mit einer Spurbreite w (Fig. 2) zu liefern.
Eine Glasschicht 15 wird auf der magnetischen Schichtstruktur 14ausgebildet, und das andere nichtmagnetische Substrat 16 wird auf die Glasschicht 15 geschichtet. Ein SiO&sub2;-B&sub2;O&sub3;- ZnO-Serien-Bindungsglas wird als Glasschicht verwendet. Das nichtmagnetische Substrat 16 wird unter Benützung des gleichen Materials wie in dem oben erwähnten Substrat 11 hergestellt.
Eine, wie oben beschrieben produzierte, laminierte Schichtstruktur 17 wird dann durch die laminierte Struktur geschnitten. So wird ein Paar von Blöcken, d.h. Kernhälften 18, 19 hergestellt. An mindestens einer der Kernhälften, d.h. der Kernhälfte 18 in dem vorliegenden Beispiel, wird eine Aussparung für die Wicklung 20 eingebracht.
Um die Bindung der Stirnflächen der beiden Kernhälftenblöcke 18 und 19 zu stärken, werden Fasen 22 geformt. In dem vorliegenden Beispiel werden die Fasen 22 am oberen und unteren Ende der Stirnfläche der Kernhälfte 19 eingebracht, wobei eine gegenüber dem Windungskanal 20 liegt. An der Kernhälfte 18 wird an der dem Kanal 20 gegenüberliegenden Stirnseite eine Aushöhlung 23 eingebracht. Die Stirnseiten der beiden Kernhälften 18, 19 werden poliert, und anschließend wird ein nichtmagnetisches Spaltabstandsstück 21, bestehend aus SiO&sub2;, zwischen die beiden Kernhälften eingebracht.
Dann werden die beiden Kernhälften 18 und 19 mit den Stirnflächen zusammengebracht. In die Fasen 22 und Aushöhlung 23 wird dann PbO-B&sub2;O&sub3;-Serien-Formglas gefüllt, um die Kernhälften 18 und 19 zu binden.
Schließlich werden beide Kernhälften 18 und 19 einer Bearbeitung, wie Polieren zum Herstellen einer abgerundeten Oberfläche, auf der das Band gleiten soll, unterworfen. Um die Kernhälften wird dann ein Draht gewunden, wodurch die Herstellung eines Magnetkopfes 10 abgeschlossen wird.
Die magnetische Legierungsschicht, bestehend aus Pe-Si-Al- Serienlegierung, wird während der Herstellung des Magnetkopfes 10 bis zu einer Stärke von einigen um bis zu einigen Zehnteln um mittels der bekannten physikalischen Aufdampfungsmethoden, wie Vakuumabscheidung, Sputtern, Ionenplattieren, und dergleichen, auf das nichtmagnetische Substrat aufgebracht. Die magnetischen Legierungsschichten werden dann bei 500 bis 700ºC unter Vakuum wärmebehandelt, um die magnetischen Eigenschaften zu verbessern.
Üblicherweise werden für den Gebrauch als nichtmagnetisches Substrat des oben beschriebenen Magnetkopftypes Bariumtitanat, Calciumtitanat, Aluminiumoxid und dergleichen verwendet. Da jedoch der thermische Ausdehnungskoeffizient sehr unterschiedlich zu dem der metallischen Magnetschichtstruktur ist, unterliegt diese einem Abschälen von dem nichtmagnetischen Substrat, auf dem erstgenanntes aufgebracht ist. Zusätzlich wird aufgrund der Differenz des thermischen Ausdehnungskoeffizienten eine extrem hohe Zugoder Druckspannung in denen mit Formglas gefüllten Fasen 22 und dergleichen erzeugt, mit dem Resultat, daß das Formglas gelegentlich bricht.
Um die obigen Nachteile zu eliminieren, haben die vorliegenden Erfinder eine Studie von Oxidkeramik durchgeführt und herausgefunden, daß die Oxide, die im wesentlichen aus CoO und NiO zusammengesetzt sind, effektiv sind. Die Oxidverbindungen werden in den ungeprüften japanischen Patentveröffentlichungen Nr. 1-287,811 und 2- 168,602 und der japanischen Patentanmeldung Nr. 1-214,207 offenbart.
Die vorliegenden Erfinder haben weiterhin die Additive untersucht, die die Härte und Dichte der Basisverbindung von CoO oder NiO verbessern können. Des weiteren bestätigten die vorliegenden Erfinder die Effektivität der folgenden Verbindungen als Substrat eines Magnetkopfes. Eine der Verbindungen ist eine Basisverbindung mit 0,1 bis 5 Gew.-% eines Additives, bestehend aus MnO, TiO2, Al&sub2;O&sub3; und CaO. Die andere Verbindung ist eine Basisverbindung, wobei eines der Additive aus 1 bis 5 Gew.-% Y&sub2;O&sub3;, 0,1 bis 1 Gew.-% TiN und 1 bis 5 Gew.-% SiO&sub2; besteht. Es wurde auch bestätigt, daß diese Additive die beabsichtigten Funktionen realisieren. Die diesbezügliche Offenbarung ist in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2-94,408 und den japanischen Patentanmeldungen Nr. 1-159,622 und 1- 214,206 gemacht.
In der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2-154,307 wird ein nichtmagnetisches Substrat für die Verwendung in einem Magnetkopf offenbart, dessen Basisverbindung NiO und CoO oder NiO ist. Das nichtmagnetische Substrat besteht aus 25 bis 80 Mol.--% CoO, 0 bis 50 Mol.-% MO und 5 bis 20 Mol.-% XO&sub2; (wobei M mindestens Ni und/oder Mn ist, und X Ti, Zr und/oder Hf ist) . Der thermische Ausdehnungskoeffizient dieses nichtmagnetischen Materials ist auf ein Niveau im Bereich von 10,0 bis 12,5 um/mºC herabgesetzt, da die Additivmenge von ZrO&sub2; 5 Mol.-% (8 Gew.-%) überschreitet. Dieser thermische Ausdehnungskoeffizient ist wesentlich geringer als der der metallischen Magnetschicht. Daraus resultiert, daß solche Probleme auftreten, wie daß sich das nichtmagnetische Substrat und der metallische Magnetfilm aufgrund der Differenz ihrer thermischen Ausdehnungskoeffizienten verformen oder brechen. Daher entsteht die Notwendigkeit, daß der Koeffizient des nichtmagnetischen Substrates so hoch ist, daß er nahe dem der magnetischen Schichtstruktur liegt.
Der vorliegende Anmelder hat in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2-94,407 ein Verfahren offenbart, das geeignet ist für die Herstellung eines nichtmagnetischen Substrates für den Einsatz in einem Magnetkopf, dessen Basisverbindung CoO und NiO oder NiO ist. Das Herstellungsverfahren besteht aus den Schritten: (1) Verschneiden und anschließendes Sieben des Ausgangsmaterialpulvers; (2) CIP (isostatisches Kaltpressen)-Formen des gemischten Pulvers, Kalzinieren des gleichen, Zerkleinern und anschließendes Sieben; (3) feines Mahlen des kalzinierten Pulvers auf eine Größe feiner als 1 um oder weniger; (4) Granulieren des feinen Pulvers zu einer kugeligen Form mit einer Größe von 20 um oder mehr; (5) CIP-Formen des granulierten Pulvers zur Bildung eines Grünlings; (6) Sintern des Grünlings; und (7) HIP (isostatisches Heißpressen)- Verdichten des gesinterten Preßkörpers.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Material für ein nichtmagnetisches Substrat zu liefern, das praktisch denselben thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie die metallische Magnetschicht, speziell von 12,5 bis 15,0 um/mºC, besitzt und eine große Vickers-Härte hat.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Material für ein nichtmagnetisches Substrat zu liefern, das nicht nur den gewünschten thermischen Ausdehnungskoeffizienten und eine große Vickers-Härte, sondern auch eine dichte gesinterte Struktur besitzt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, einen Magnetkopf zu schaffen, der eine verbesserte Verschleißbeständigkeit besitzt und bei dem Abplatzen verhindert wird, welches auftritt, wenn die metallische Magnetschicht auf das nichtmagnetische Substrat aufgebracht wird.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren für die Herstellung eines nichtmagnetischen Substrates, bei dem ein Abplatzen während der Herstellung vermieden wird.
Die vorliegenden Erfinder haben weiterhin Additive getestet, die der Basisverbindung aus CoO und NiO oder NiO zugegeben wurden, und dabei herausgefunden, daß der gewünschte thermische Ausdehnungskoeffizient und Härte durch Zugabe von 0,1 bis 7 Gew.-% ZrO&sub2; und/oder HfO&sub2; zu der Basisverbindung erreicht werden können. Es wurde auch festgestellt, daß entweder nichtstabilisierte oder teilstabilisierte Zirkonerde (ZrO&sub2;) die gewünschten Eigenschaften erreichen, daß sie aber durch die letztere wesentlich besser als durch die erstgenannte erreicht werden.
Erfindungsgemäß wird daher ein nichtmagnetisches Substrat für den Einsatz in einem Magnetkopfgeschaffen, wobei dieses Substrat aus der Basisverbindung, bestehend aus CoO und NiO oder NiO, und aus 0,1 bis 7 Gew.-% Additiv, bezogen auf 100% der Basisverbindung, umfaßt wird. Dabei ist das genannte Additive ZrO&sub2; und/oder HfO&sub2;.
Es wurde bei der obigen NiO(-CoO)-ZrO&sub2;-Verbindung mit einem ZrO&sub2;-Gehalt von 0,1 bis 7 Gew.-% festgestellt, daß das zugesetzte ZrO&sub2; das Kristallwachstum von NiO(-CoO) unterdrückt und dadurch die Kristallstruktur verfeinert. Andererseits unterdrückt das ZrO&sub2; das Sintern; d.h. das Sintern um die ZrO&sub2;-Partikel wird nicht beschleunigt, wodurch sich die Fehlstellen in den Korngrenzen erhöhen. Das erhaltene Sinterformteil würde nicht die für die Verwendung im nichtmagnetischen Substrat gewünschte dichte Struktur haben.
Erfindungsgemäß wird daher ein nichtmagnetisches Substrat für den Einsatz in einem Magnetkopf geliefert, wobei dieses Substrat einen kleinen Durchmesser der Kristallkörner und eine dichte Sinterstruktur aufweist. Das Substrat umf aßt die Basisverbindung, bestehend aus CoO und NiO oder NiO, und weiterhin, bezogen auf 100% der Basisverbindung, 0,1 bis 7 Gew.-% ZrO&sub2; und 0,1 bis 2 Gew.-% Al&sub2;O&sub3;. Das ZrO&sub2; wird bevorzugt teilstabilisiert, kann aber auch nichtstabilisiert sein.
Erfindungsgemäß wird ein Magnetkopf geliefert, der umfaßt: eine magnetische Schichtstruktur, bestehend aus einer Vielzahl von metallischen Magnetschichten und nichtmagnetischen Isolierschichten, die zwischen die Magnetschichten zwischengelegt sind; und nichtmagnetische Substrate, zwischen die die magnetische Schichtstruktur zwischengelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtmagnetische Substrat für den Einsatz in einem Magnetkopf die Basisverbindung, bestehend aus CoO und NiO oder NiO, und 0,1 bis 7 Gew.-% eines Additives, bezogen auf 100% der Basisverbindung, umfaßt, wobei genanntes Additiv mindestens ZrO&sub2; und/oder HfO&sub2; ist.
Ein anderer erfindungsgemäßer Magnetkopf umfaßt: eine magnetische Schichtstruktur, bestehend aus einer Vielzahl metallischer Magnetschichten und nichtmagnetischer Isolierschichten, die zwischen die Magnetschichten zwischengelegt sind; und nichtmagnetische Substrate, zwischen die die Magnetschichtstruktur zwischengelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtmagnetische Substrat für den Einsatz in einem Magnetkopf die Basisverbindung, bestehend aus CoO und NiO oder NiO, und, bezogen auf 100% der Basisverbindung, 0,1 bis 7 Gew.-% ZrO&sub2; und 0,1 bis 2 Gew.-% Al&sub2;O&sub3; umfaßt.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines nichtmagnetischen Substrates umfaßt (1) Kalzinieren (a) eines Rohmaterials, das die Basisverbindung, bestehend aus CoO und NiO oder NiO, und 0,1 bis 7 Gew.-% eine Additivs, bezogen auf 100% der Basisverbindung, umfaßt oder (b) eines Rohmaterials, das die Basisverbindung, bestehend aus CoO und NiO oder NiO und, bezogen auf 100% der Basisverbindung, 0,1 bis 7 Gew.-% ZrO&sub2; und 0,1 bis 2 Gew.-% Al&sub2;O&sub3; umfaßt, (2) Zerkleinern des kalzinierten Preßkörpers, (3) CIP- Formen des kalzinierten Pulvers, wodurch ein Grünling erhalten wird, (4) Sintern des Grünlings und (5) HIP- Verdichten des gesinterten Preßkörpers. Wenn nötig kann das CIP-Formen des Rohmaterials vor dem Kalzinieren des Rohmaterials durchgeführt werden und/oder das kalzinierte Pulver kann zu kugeligem Pulver granuliert werden, welches dann der CIP-Behandlung unterworfen wird.
Die vorliegende Erfindung wird im folgenden genau und im Detail beschrieben, um deren Verständnis zu vereinfachen.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die Basisverbindung besteht aus NiO-Oxid alleine oder aus dem zusammengesetzten Oxid von NiO und CoO. Das zusammengesetzte Oxid ist zum Beispiel CoO/NiO(Molverhältnis) = 0/100-80/20, aber bevorzugterweise CoO/NiO(Molverhältnis) = 3/97-60/40.
ZrO&sub2; und HfO&sub2; sind Materialien, die das Kornwachstum des Kristalls der Basisverbindung erheblich unterdrückt haben. Die Vergröberung der Kristalle wird daher durch diese Materialien verhindert. Wenn die zugesetzte Menge dieser Materialien 0,1 Gew.-% oder mehr beträgt, nimmt der Durchmesser der Kristalle der Basisverbindung ab und die Härte wird verbessert. Da aber der thermische Ausdehnungskoeffizient von ZrO&sub2; und HfO&sub2; geringer ist als der von NiO und CoO, sollte die zugegebene Menge des erstgenannten Materials 7 Gew.-% oder weniger betragen. Die bevorzugte Zugabemenge beträgt 1 bis weniger als 3 Gew.-%.
Das als Additiv verwendete ZrO&sub2; ist vorzugsweise teilstabilisiert, da eine Änderung seiner Eigenschaften aufgrund der Phasenumwandlung für zum Beispiel Verschleißbeständigkeit nicht erwünscht ist. Bei einer Temperaturerhöhung tritt die Martensitumwandlung von monoklinem zum kubischen System von ZrO&sub2; bei ungefähr 1170ºC auf, während die umgekehrte Umwandlung bei 900 bis 1000ºC bei Temperaturerniedrigung auftritt. Während der Umwandlung von monokliem zum kubischen System erfährt ZrO&sub2; eine große Volumenänderung, die einen erheblichen Einfluß auf die Sinterbarkeit von ZrO&sub2; ausübt.
Um seine Umwandlung zu unterdrücken, wird dem ZrO&sub2; ein Stabilisierungsmittel zugesetzt. Teilstabilisiertes ZrO&sub2; wird dem vollstabilisierten ZrO&sub2; gegenüber bevorzugt, da die Menge des Stabilisierungsmittels gering ist und eine zu große Menge eines Stabilisierungsmittels die Eigenschaften eines nichtmagnetischen Substrates beeinträchtigen kann.
Bevorzugte Stabilisierungsmittel sind Yttriumoxid, Calciumoxid, Magnesiumoxid und Ceroxid. Die bevorzugte Menge von mindestens einem der Stabilisierungsmittel liegt zwischen 1 und 17 Mol.-%, bezogen auf die Summe von ZrO&sub2; und dem/der Stabilisierungsmittel.
Die Verbindung, bestehend aus der Basiskomponente, d.h. NiO(-CoO), und 0,1 bis 7 Gew.-% ZrO&sub2;, d.h. dem Additiv der Basisverbindung, hat eine geringere Korngröße als die Verbindung frei vom Additiv, und hat daher eine wesentlich höhere Ablenkungsstärke und Verschleißbeständigkeit als die Verbindungen, die frei vom Zusatz sind. Allerdings kann ein dichter gesinterter Preßkörper, d.h. mit hoher Dichte, nur erhalten werden, wenn bei hohen Temperaturen gesintert wird. Einer der Gründe hierfür ist, daß das ZrO&sub2; schwierig zu sintern ist im Vergleich zu NiO und CoO der Basisverbindung, wodurch die Sinterreaktion an seinen Grenzflächen behindert wird und die Fehlordnungen zunehmen. Die vorliegenden Erfinder haben entdeckt, daß Al&sub2;O&sub3;, das zu der obigen Basis-NiO(-CoO)-Verbindung als Reaktionsbeschleuniger zugegeben wird, die Sinterreaktion beschleunigt, ohne daß ein Nachteil aus dem Additiv, d.h. Beeinträchtigung der Feinung der Kristallkörner, erwächst. Wenn eine Menge von weniger als 0,1 Gew.-% Al&sub2;O&sub3; zugegeben wird, ist seine Wirkung als Mineralisator zu klein, um einen dichten gesinterten Preßkörper zu erhalten. Wenn die Additivmenge mehr als 2 Gew.-% beträgt, wird eine Reaktion zwischen ZrO&sub2; und Al&sub2;O&sub3; gefördert, wodurch eine niedrigschmelzende Verbindung entsteht, mit dem Ergebnis, daß die Kristallkörner von ZrO&sub2; vergröbert werden. Wenn der so gesinterte Preßkörper durch Pressen bearbeitet wird, tritt eine große Menge unerwünschten Abplatzens auf. Die Additivmenge von Al&sub2;O&sub3; liegt daher in dem Bereich von 0,1 bis 2 Gew.-%.
Ein Verfahren zur Herstellung des nichtmagnetischen Substrats wird im folgenden beschrieben.
Als Rohmaterial werden kommerziell erhältliche Cxide verwendet, die gewogen werden, um die gewünschte Zusammensetzung zu liefern, und dann mit einer Kugelmühle verschnitten werden. Das Verschneiden wird in einer Naßkugelmühle während 10 bis 30 Stunden durchgeführt. Als flüssiges Medium in der Kugelmühle wird zum Beispiel Ethanol verwendet. Nach dem Trocknen wird das verschnittene Pulver CIP-geformt, um einen Grünling zu erhalten. Dieser wird dann bei einer Temperatur von 850 bis 1100ºC kalziniert, z.B. in einer Ar-Atmosphäre. Das kalzinierte Pulver wird mit einem Brecher grob zerkleinert und anschließend mit einer Maschenzahl von 100-200 um gesiebt. Das kalzinierte und anschließend gesiebte Pulver wird während 20-72 Stunden in einer Naßkugelmühle mit Ethanol als flüssigem Medium behandelt, so daß das Pulver auf 1 um oder weniger feingemahlen wird. Das feine Pulver wird granuliert und anschließend CIP-geformt. Das Sintern wird dann zum Beispiel bei 1230 bis 1400ºC in einer O&sub2;-Atomsphäre durchgeführt. Anschließend wird das HIP-Verdichten durchgeführt. Die HIP-Bedingung ist wünschenswerterweise bei einem Druck von 80 bis 120 MPa, einer Temperatur von 1200-1350ºC und einer Behandlungszeit von 1-2 Stunden.
Der durch den oben beschriebenen Prozeß hergestellte gesinterte Preßkörper ist dicht und hat eine Steinsalzstruktur. Seine Eigenschaften sind gegenüber dem konventionellen verbessert, was zu einer Herabsetzung des Verschleiß und der Risse am Rand des Substrates, aufgrund des Gleitens eines magnetischen Aufnahmebandes, führt.
Im folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung eines dünnschichtlaminierten Magnetkopfes unter Verwendung des Substrats, das wie oben beschrieben hergestellt wurde, beschrieben.
Der erfindungsgemäße Magnetkopf, der eine Struktur besitzt, die in Fig. 1 gezeigt wird, wird hergestellt mittels dem in Fig. 3 schematisch gezeigten Gleichstrom-(DC)- Magnetronsputtering-Apparat und unter Verwendung einer Hochfrequenz-Vorspannung-(RF) betrieben.
Der DC-Magnetronsputtering-Apparat 30 ist ausgestattet mit einer Kathode 32, die mit einer Hochspannungsgleichstromquelle 31 verbunden ist, und einem Substrathalter 34, der mit einer Hochfrequenz-Vorspannungsstromquelle 33 verbunden ist. Ein Target 35 ist auf der Kathode 32 und ein Substrat 11 auf dem Substrathalter 34 angebracht. Eine Vakuumpumpe (hier nicht gezeigt) wird geliefert, um durch eine der Öffnungen 36 der Kammer zu saugen, um ein Vakuum zu erzielen, während Ar-Gas durch die andere Öffnung 37 zugeführt wird.
Als Target 35 wird eine magnetische Legierung wie besipeilsweise eine Fe-Si-Al-Legierung verwendet.
Das Substrat 11 wird an beiden Oberflächen hochglanzpoliert. Auf den hochglanzpolierten Oberflächen wird durch die Sputtermethode eine magnetische Legierungsschicht (Sendust-Schicht) gebildet.
Anschließend wird auf jeder dieser magnetischen Legierungsschichten 12 (Fig. 2) eine Zwischenisolierschicht 13 gebildet. Für die Herstellung der Zwischenisoliertschichten wird der Magnetronsputtering-Apparat verwendet. Dieser wird auch für die Herstellung der magnetischen Legierungsschichten aus Fe-Si-Al-Legierung, und an die die RF-Vormagnetisierung angebracht wird, verwendet. Auf den magnetischen Film wird ein SiO&sub2;-Film (13) mit einer Dicke von zum Beispiel 0,3 um durch Sputtern des SiO&sub2;-Targets in dem Ar-Gas gebildet.
Um die magnetische Schicht struktur 14 zu erhalten, wird auf diese Zwischenisolierschicht 13 die Bildung magnetischer Legierungsschichten und Zwischenisolierschichten durch das oben beschriebene Verfahren mehrmals wiederholt. Die Gesamtdicke der magnetischen Schichtstruktur beträgt 5-40 um.
Weiterhin wird ein Glasfilm 15 auf der magnetischen Schichtstruktur 14 durch gewöhnliches Sputtern gebildet. Eine Anzahl geschnittener Plättchen wird aufeinandergestapelt, um eine laminierte Schichtstruktur 17 herzustellen. Das Substrat 16, dessen Material das gleiche ist, wie das des Substrates 11, wird auf den Glasfilm 15 laminiert, wodurch eine laminierte Schichtstruktur hergestellt wird.
Die laminierte Schichtstruktur wird bei zum Beispiel 650ºC während 15 Minuten schmelzgebunden. Die Herstellung von Magnetköpfen wird anschließend, wie in der Beschreibung verwandter Technik mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben, durchgeführt.
Wie oben beschrieben ermöglichen die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Zusammensetzung die Bereitstellung eines nichtmagnetischen Substrates, welches sowohl einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten als auch eine Härte aufweist, die Praktisch gleich mit der der magnetischen Schichtstruktur sind. Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen nichtmagnetischen Substrates in einem Magnetkopf können Abschälen und Rißbildung der magnetischen Schichtstruktur daher in hohem Maße vermieden werden. Zusätzlich können, da das erfindungsgemäße nichtmagnetische Substrat hart ist, eine Verkürzung der Lebensdauer des Magnetkopfes und das Auftreten einer Verformung, wie Abplatzungen vom Substrat, vermieden werden. Des weiteren werden die Verschleißbeständigkeit und die Haltbarkeit eines Magnetkopfes verbessert.
Da Al&sub2;O&sub3; das Sintern unterstützt, wird zusätzlich ständig eine hohe Ablenkstärke erhalten, selbst wenn die Bedingungen des Rohmaterials und die Sinterbedingungen etwas variieren. Weiterhin kann ein großes Maß an Abplatzungen während spanender Formgebung vermieden werden und daher die Ausbeute des nichtmagnetischen Substrates verbessert werden.
Die vorliegende Erfindung wird im folgenden in Bezug auf die Beispiele beschrieben.

Beispiel 1

CoO und NiO wurden als Rohmaterialien abgewogen und verschnitten, wodurch eine CoNiO&sub2;-Verbindung, CoO/NiO(Molverhältnis)=50/50, geliefert wurde. Diese wurde bei 1000ºC in einer Argon-Atmosphäre kalziniert und dann während 22 Stunden in einer Naßkugelmühle unter Benützung von Ethanol gebrochen.
Zu diesem gebrochenen Pulver wurde ZrO&sub2; in dem in Tabelle 1 gegebenen Verhältnis zugesetzt, welches durch Yttriumoxid (3 Mol.-% Yttriumoxid) stabilisiert wurde. Dieses wurde verschnitten, CIP-geformt, und dann bei 1350ºC in der O&sub2;- Atmosphäre gesintert. Der erhaltene Grünling wurde unter den Bedingungen von 1250ºC, 100 MPa und einer Zeit von 1 Stunde HIP-behandelt. Die relative Dichte des HIP-behandelten gesinterten Preßkörpers überschreitet 99%.
Die Vickers-Härte (Hv) und der thermische Ausdehnungskoeffizient (α:um/mºC - gemessen in dem Temperaturbereich von 100 bis 400ºC) sind in Tabelle 1 gezeigt. Die Eigenschaften von Bariumtitanat und der Verbindung mit 8 Gew.-% oder mehr ZrO&sub2; und ohne ZrO&sub2; sind zusätzlich als vergleichende Beispiele erwähnt. Es bestätigt sich, daß der thermische Ausdehnungskoeffizient sehr niedrig ist, wenn die Additivmenge von ZrO&sub2; 8 Gew.-% oder mehr beträgt. Wenn kein ZrO&sub2; zugegeben wird, beträgt die Härte (Hv) 650 und ist unerwünscht niedrig. Es wurde bestätigt, daß der thermische Ausdehnungskoeffizient von Bariumtitanat sehr niedrig ist. Tabelle 1 Nr. Additivmenge (Gew. -%) Die vergleichenden Beispiele sind mit * gekennzeichnet. Nr. 10 ist Bariumtitanat.

Beispiel 2

CoO und NiO wurden als Rohmaterialien gewogen und verschnitten, wodurch CoO/NiO (Molverhältnis) =35/65 geliefert wurde.
Zu dieser Verbindung (100 Gew.-%) wurden 2 Gew.-% ZrO&sub2;, das mit Yttriumoxid (3 Mol.-% Yttrium) stabilisiert wurde, zugesetzt. Dieses wurde während 20 Stunden in einer Kugelmühle unter der Verwendung von Ethanol verschnitten. Das verschnittene Pulver wurde bei 1000ºC in einem Argongas kalziniert und dann während 40 Stunden in einer Naßkugelmühle unter der Verwendung von Ethanol gemahlen. Das gemahlene Pulver wurde CIP-geformt und anschließend bei 1350ºC in der O&sub2;-Atmosphäre gesintert. Der erhaltene Grünling wurde unter den Bedingungen von 1250ºC, 100 MPa und einer Zeit von 1 Stunde HIP-behandelt. Die relative Dichte des HIP-behandelten gesinterten Preßkörpers überschreitet 99%.
Vergleichende Beispiele ohne das yttriumoxidstabilisierte ZrO&sub2; wurden durchgeführt. In diesen vergleichenden Beispielen wurden anstelle des yttriumoxidstabilisierten ZrO&sub2; 2 Gew.-% Aluminiumoxid bzw. 2 Gew.-% Yttriumoxid zu der Basisverbindung des obigen Beispiels (100 Gew.-%) zugefügt. Die Sinter- und HIP-Behandlung wurden unter den gleichen Bedingungen wie oben beschrieben durchgeführt. Jeder der so hergestellten gesinterten Preßkörper hatte eine relative Dichte, die 99% überschritt.
Die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Basisverbindung mit den Additiven Aluminiumoxid, Yttriumoxid bzw. yttriumoxidstabilisierten Zirkoniumdioxid betrugen 13,8, 14,2 bzw. 14,4 (um/mºC).
Anschließend wurden die oben erwähnten gesinterten Preßkörper zu der Form eines Magnetkopfes spanend bearbeitet, ohne diese mit der magnetischen Schichtstruktur zu binden. Ein Testvideodeck wurde hergestellt, indem ein Videodeck für geschäftliche Nutzung zu einem für die Benützung mit einem kommerziellen Video-Bandaufnahmegerät (VTR)-Band modifiziert wurde. Die gesinterten Preßkörper wurden in das Testvideogerät montiert. Der Verschleißtest wurde durch Wiedergeben eines VTR-Bandes über eine lange Zeitdauer ausgeführt, wobei das Test-Videogerät in einem klimatisierten Raum bei 23ºC benutzt wurde. Der Betrag des Verschleißes wurde nach 300 Stunden Testen gemessen. Es wurde bestätigt, daß die Verschleißbeständigkeit mit der Yttriumoxidzugabe am schlechtesten, mit der Aluminiumoxidzugabe besser und am besten mit der yttriumoxidstabilisierten Zirkoniumdioxidzugabe war. Als der Test 1000 Stunden lang durchgeführt wurde, waren die Anzeichen von Verschleiß bei dem zirkoniumdioxidzugesetzten Material halb so hoch wie die des aluminiumoxidzugesetzten Materials. Das heißt, das Material, dem yttriumoxidstabilisiertes Zirkoniumdioxid zugesetzt wurde, weist gegenüber den Materialien mit Yttriumoxid- und Aluminiumoxidzusätzen eine bessere Verschleißbeständigkeit auf. Zusätzlich besitzt das Material, dem yttriumoxidstabilisiertes Zirkoniumdioxid zugesetzt wurde, einen hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten.

Beispiel 3

CoO und NiO wurden als Rohmaterial gewogen und verschnitten, um ein Molverhältnis CoO/NiO=35/65 zu liefern. Zu dieser Basisverbindung (100 Gew.-%) wurden 2 Gew.-% ZrO&sub2; zugegeben, das nicht stabilisiert worden war. Diese Mischung wurde dann CIP-geformt, bei 1000ºC kalziniert und während 40 Stunden in einer Kugelmühle unter Benützung von Ethanol gemahlen. Dieses Pulver wurde CIP-geformt und anschließend bei 1350ºC in der O&sub2;-Atmosphäre gesintert. Der erhaltene gesinterte Preßkörper wurde unter den Bedingungen von 1250ºC, 100 MPa und einer Zeit von 1 Stunde HIP-behandelt. Die relative Dichte des HIP-behandelten gesinterten Preßkörpers überschritt 98%, welche niedriger ist, als die des Beispiels 2 unter Verwendung des yttriumoxidstabilisierten ZrO&sub2;.
Der HIP-behandelte gesinterte Preßkörper hatte eine Härte von Hv 660 und einen durchschnittlichen Korndurchmesser von 6,5 um. Diese Werte sind geringer als die aus Beispiel 2 unter Verwendung von yttriumoxidstabilisiertem Zirkoniumdioxid (Hv=700 und 5,7 um).

Beispiel 4

CoO und NiO wurden als Rohmaterialien gewogen und verschnitten, um ein Molverhältnis CoO/NiO=50/50 zu liefern. Zu dieser Basisverbindung (100 Gew.-%) wurden 2 Gew.-% ZrO&sub2; und 0,1, 0,4, 1 oder 2 Gew.-% Al&sub2;O&sub3; zugefügt. Dies wurde während 20 Stunden in einer Kugelmühle unter Benützung von Ethanol verschnitten. Das verschnittene Pulver wurde bei 850ºC in der N&sub2;-Gasatmosphäre kalziniert. Das kalzinierte Pulver wurde in einer Zerkleinerungsmaschine grob gebrochen und anschließend mit einer Maschenzahl von 150 um gesiebt. Das so erhaltene kalzinierte Pulver wurde während 40 Stunden in einer Naßkugelmühle unter der Benützung von Ethanol gemahlen. Dieses Pulver wurde CIP-geformt und anschließend bei 1250ºC während 10 Stunden in der O&sub2;-Atmosphäre gesintert. Der erhaltene gesinterte Preßkörper wurde unter den Bedingungen von 1250ºC, 100 MPa und einer Zeit von 1 Stunde HIP-behandelt.
Die physikalischen Eigenschaften des gesinterten Preßkörpers (unterNormaldruck) und des HIP-behandelten gesinterten Preßkörpers sind in Tabelle 2 gegeben. Wie aus Tabelle 2 offensichtlich ist, beträgt die relative Dichte jedes der gesinterten Preßkörper (unter Normaldruck) 98% oder mehr, und die relative Dichte jedes HIP-behandelten gesinterten Preßkörpers 99,8% oder mehr. Die durchschnittliche Korngröße des gesinterten Preßkörpers betrug sowohl vor als auch nach der HIP-Behandlung 4-5 um. Tabelle 2 Zusatzmenge Al&sub2;O&sub3; (Gew.-%) Dichte des gesinterten Preßkörpers (unter Normaldruck) (%) Dichte nach HIP (%) Korngröße nach HIP (um) Beispiel vergleichendes Beispiel

Beispiel 5

Zu der Basisverbindung aus Beispiel 1 wurden ZrO&sub2; in einer Menge von 7 Gew.-% und Al&sub2;O&sub3; in einer Menge von 0,05 und 3 Gew.-% zugegeben. Die gesinterten Preßkörper wurden durch das gleiche Sintern und die gleiche HIP-Behandlung wie in Beispiel 4 hergestellt. Die physikalischen Eigenschaften der gesinterten Preßkörper sind in Tabelle 3 gegeben. Wie aus dieser Tabelle ersichtlich wird, ist die relative Dichte des gesinterten Preßkörpers (unter Normaldruck), dem 0,05 Gew.-% Al&sub2;O&sub3; zugegeben wurden, weniger als 95%, und die relative Dichte ist durch die HIP-Behandlung nicht maßgeblich angestiegen.
Die relative Dichte des gesinterten Preßkörpers (unter Normaldruck) mit 3 Gew.-% zugesetztem Al&sub2;O&sub3; beträgt mehr als 99%, aber die durchschnittliche Korngröße betrug 7 um und anormale Körner mit 50 um oder mehr wurden nachgewiesen. Die gesinterten Preßkörper konnten daher keine gleichbleibende hohe Ablenkstärke und Verschleißbeständigkeit aufweisen und waren nicht geeignet als nichtmagnetisches Substrat für den Einsatz in einem Magnetkopf. Tabelle 3 Zusatzmenge Al&sub2;O&sub3; (Gew.-%) Dichte des gesinterten Preßkörpers (unter Normaldruck) (%) Dichte nach HIP (%) Korngröße nach HIP (um) Beispiel vergleichendes Beispiel

Claims

1. Ein nichtmagnetisches Substrat für den Einsatz in einem Magnetkopf, wobei genanntes Substrat (11) die Basisverbindung, bestehend aus CoO und NiO oder NiO, und 0,1 bis 7 Gew.-% eines Additives, bezogen auf 100% der Basisverbindung, umfaßt, wobei genanntes Additiv ZrO&sub2; und/oder HfO&sub2; ist.

2. Ein nichtmagnetisches Substrat für den Einsatz in einem Magnetkopf, wobei genanntes Substrat (11) die Basisverbindung, bestehend aus CoO und NiO oder NiO, umfaßt und weiterhin, bezogen auf 100% der Basisverbindung, 0,1 bis 7 Gew.-% ZrO&sub2; und 0,1 bis 2 Gew.-% Al&sub2;O&sub3; umfaßt.

3. Ein nichtmagnetisches Substrat gemäß Anspruch 1 oder 2, worin das ZrO&sub2; teilstabilisiert ist.

4. Ein nichtmagnetisches Substrat gemäß Anspruch 1 oder 2, das eine relative Dichte hat, die 99% überschreitet.

5. Ein Magnetkopf, welcher umfaßt: eine magnetische Schichtstruktur, bestehend aus einer Vielzahl von metallischen Magnetschichten und nichtmagnetischen Isolierschichten (13) , die zwischen die Magnetschichten (12) zwischengelegt sind; und nichtmagnetische Substrate (11) , zwischen die die magnetische Schichtstruktur zwischengelegt ist, dadurch gekennzeichnet , daß das nichtmagnetische Substrat (11) für den Einsatz in einem Magnetkopf (10) die Basisverbindung, bestehend aus CoO und NiO oder NiO, und 0,1 bis 7 Gew.-% eines Additives, bezogen auf 100% der Basisverbindung, umfaßt, wobei genanntes Additiv ZrO&sub2; und/oder HfO&sub2; ist.

6. Ein Magnetkopf, der umfaßt: eine magnetische Schichtstruktur, bestehend aus einer Vielzahl metallischer Magnetschichten (12) und nichtmagnetischer Isolierschichten (13), die zwischen die Magnetschichten (12) zwischengelegt sind; und nichtmagnetische Substrate (11), zwischen die die magnetische Schichtstruktur zwischengelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtmagnetische Substrat (11) für den Einsatz in einem Magnetkopf (10) die Basisverbindung, bestehend aus CoO und NiO oder NiO, umfaßt und weiterhin, bezogen auf 100% der Basisverbindung, 0,1 bis 7 Gew.-% ZrO&sub2; und 0,1 bis 2 Gew.-% Al&sub2;O&sub3; umfaßt.

7. Ein Verfahren zur Herstellung eines nichtmagnetischen Substrates (11), das folgende Schritte umfaßt: (1) Vorbereitung des Rohmaterials, das eine Basisverbindung, bestehend aus CoO und NiO oder NiO, umfaßt und weiterhin 0,1 bis 7 Gew.-% eines Additives, bezogen auf 100% der Basisverbindung, umfaßt, wobei das Additiv mindestens eins ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus ZrO&sub2; und HfO&sub2; ist; (2) Brechen des kalzinierten Preßkörpers, (3) CIP-Formen des kalzinierten Pulvers, wodurch ein Grünling erhalten wird, (4) Sintern des Grünlings und (5) HIP-Formen des gesinterten Preßkörpers.

8. Ein Verfahren gemäß Anspruch 7, das weiterhin einen Schritt des CIP-Formens des Rohmaterials vor dem Kalzinationsschritt des Rohmaterials umfaßt.

9. Ein Verfahren gemäß Anspruch 7 oder 8, das weiterhin einen Schritt des Granulierens des kalzinierten Pulvers zu einem kugeligen Pulver, das dann der CIP-Behandlung unterworfen wird, umfaßt.

10. Ein Verfahren zur Herstellung eines nichtmagnetischen Substrates, das die Schritte umfaßt: (1) Vorbereitung des Rohmaterials, das die Basisverbindung, bestehend aus CoO und NiO oder NiO, umfaßt und weiterhin, bezogen auf 100% der Basisverbindung, 0,1 bis 7 Gew.-% ZrO&sub2; und 0,1 bis 2 Gew.-% Al&sub2;O&sub3; umfaßt; (2) Brechen des kalzinierten Preßkörpers, (3) CIP-Formen des kalzinierten Pulvers, wodurch ein Grünling erhalten wird, (4) Sintern des Grünlings und (5) HIP-Formen des gesinterten Preßkörpers.

11. Ein Verfahren gemäß Anspruch 10, das weiterhin einen Schritt des CIP-Formens des Rohmaterials vor dem Kalzinationsschritt des Rohmaterials umfaßt.

12. Ein Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 11, das weiterhin einen Schritt des Granulierens des kalzinierten Pulvers zu einem kugeligen Pulver, das dann der CIP-Behandlung unterworfen wird, umfaßt.