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Diese Erfindung bezieht sich auf
ein Substrat für
eine magnetische Platte, das für
eine magnetische Festplatten-Speichervorrichtung verwendet wird,
und insbesondere auf ein Substrat für eine magnetische Platte,
das aus einer Glaskeramik besteht, die zur Verwendung als magnetische
Platte des Kontaktaufzeichnungstyps geeignet ist.
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Es besteht eine zunehmende Tendenz
zur Verwendung eines Personalcomputers für Multimedia-Zwecke, und diese
Tendenz erfordert eine magnetische Festplattenvorrichtung mit einer
größeren Aufzeichnungskapazität. Für diesen
Zweck müssen
die Bit-Zahl und die Spurdichte der magnetischen Platte erhöht werden, und
die Größe einer
Bit-Zelle muss reduziert werden, um die Oberflächen-Aufzeichnungsdichte zu erhöhen. Der
Magnetkopf muss in Übereinstimmung
mit der Größenreduktion
der Bit-Zellen in größerer Nähe zur Oberfläche der
Platte betrieben werden, und zu diesem Zweck wurde das Kontaktaufzeichnungssystem
entwickelt, gemäß dem das
Aufzeichnen so durchgeführt
wird, dass sich der Magnetkopf fast in Kontakt mit der Plattenoberfläche befindet
und der Betrag des Abhebens des Magnetkopfes von der Plattenoberfläche unter
0,025 μm gehalten
wird.
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Bei einem solchen Kontaktaufzeichnungssystem
muss die magnetische Platte eine Oberflächenrauhigkeit (Ra) von 10 Å oder darunter
haben, um den Betrag des Abhebens des Magnetkopfes unter 0,025 μm zu halten.
Daneben muss die magnetische Platte eine Abriebfestigkeit haben,
die ausreichend hoch für
einen Standkontakt mit dem Magnetkopf ist.
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Eine Aluminiumlegierung wird herkömmlicherweise
als Material für
ein Substrat für
eine magnetische Platte verwendet. In dem Aluminiumlegierungssubstrat wird
jedoch im Polierverfahren häufig
eine Substratoberfläche
mit Vorsprüngen
oder punktförmigen
Vorsprüngen
und Vertiefungen gebildet, und zwar aufgrund von Defekten, die dem
Material inhärent
sind. Daher hat das Aluminiumlegierungssubstrat keine ausreichende Ebenheit.
Da eine Aluminiumlegierung weiterhin ein weiches Material ist, kommt
es häufig
zu Verformungen, so dass sie die neueren Anforderungen, die magnetische
Platte dünner
zu machen, und die Anforderung einer Aufzeichnung mit hoher Dichte
nicht erfüllen
kann, da die Platte bei Kontakt mit dem Kopf leicht verformt wird, was
zu einer Beschädigung
des Inhalts der Aufzeichnungen führt.
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Als Material zur Lösung dieses
Problems des Aluminiumlegierungssubstrats sind in der Technik Glassubstrate
für magnetische
Platten bekannt, die aus einem chemisch getemperten Glas, wie einem
Natronkalkglas (SiO2-CaO-Na2O),
und einem Aluminiumsilicatglas (SiO2-Al2O3-Na2O)
bestehen. Dieses Glassubstrat hat jedoch die folgenden Nachteile:
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- (1) Das Polieren erfolgt nach dem chemischen
Tempern, und somit verursacht die getemperte Schicht beim Dünnermachen
des Plattensubstrats leicht eine Instabilität.
- (2) Da der Na2O-Bestandteil als wesentlicher
Bestandteil in dem Glas eingeschlossen ist, werden die Filmbildungseigenschaften
des Glases verschlechtert, mit dem Ergebnis, dass eine Oberflächenbeschichtungsbehandlung
notwendig wird, um eine Elution des Na2O-Bestandteils
zu verhindern. Dies verhindert die Massenproduktion des Produkts
zu wettbewerbsfähigen
Kosten.
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Abgesehen vom Aluminiumlegierungssubstrat
und dem chemischen getemperten Glassubstrat sind in der Technik
einige Substrate bekannt, die aus Glaskeramiken bestehen. Z. B.
offenbart die Japanische Offenlegungsschrift Nr. 6-329440 eine Glaskeramik
eines SiO2-Li2O-MgO-P2O5-Systems, das
Lithiumdisilicat (Li2O·2SiO2)
und α-Quarz
(α-SiO2) als vorherrschende Kristallphasen einschließt. Diese
Glaskeramik ist insofern ein ausgezeichnetes Material, als die Korngröße der kugelförmigen Körner von α-Quarz gesteuert
werden kann, aber die Oberflächenrauigkeit
(Ra) einer polierten Oberfläche
liegt in einem Bereich von 15 Å bis
50 Å. Diese
Glaskeramik kann nicht die oben beschriebene, erwünschte Oberflächenrauigkeit
(Ra) von 10 Å oder darunter
erreichen, so dass sie der oben beschriebenen Tendenz zur Senkung
des Betrags des Abhebens eines Magnetkopfes, die wegen der schnellen
Zunahme der Aufzeichnungskapazität
erforderlich wird, auch nicht ausreichend nachkommen kann.
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Es ist daher ein Ziel der Erfindung,
die oben beschriebenen Nachteile der Substrate des Standes der Technik
zu beseitigen und ein Glaskeramiksubstrat für eine magnetische Platte bereitzustellen,
die zur Verwendung als magnetische Platte des Kontaktaufzeichnungstyps
geeignet ist, welche der Tendenz zu einer höheren Aufzeichnungsdichte einer
magnetischen Festplatte nachkommen kann, indem sie eine Oberflächenrauigkeit
(Ra) von 10 Å oder
darunter und außerdem
eine hohe Abriebfestigkeit hat.
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Ausführliche Untersuchungen und
Experimente, die von den Erfindern der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurden,
um das oben beschriebene Ziel der Erfindung zu erreichen, haben
zu dem Ergebnis geführt,
das zu der vorliegenden Erfindung geführt hat, dass bei einer Glaskeramik,
die α-Cristobalit
(α-SiO2) und Lithiumdisilicat (Li2O·2SiO2) als Hauptkristallphasen umfasst und die
dadurch erhalten wird, dass man ein Basisglas eines SiO2-Li2O-Al2O3-P2O5-Systems, das
MgO und ZnO als wesentliche Bestandteile enthält, einer Wärmebehandlung innerhalb eines
bestimmten Temperaturbereichs unterzieht, indem das Gewichtsverhältnis von α-Cristobaiit
zu Lithiumdisilicat auf einen äußerst schmalen
Bereich von 0,25 bis 0,35 beschränkt
wird, ein ideales Substrat für
eine magnetische Platte für
das Kontaktaufzeichnungssystem bereitgestellt wird, das eine Oberflächenrauigkeit
(Ra) des Substrats nach dem Polieren im Bereich von 2 Å bis 10 Å hat und
der Abriebfestigkeitsindex im Bereich von 5 bis 15 liegt.
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Um das oben beschriebene Ziel der
Erfindung zu erreichen, wird ein Glaskeramiksubstrat für eine magnetische
Platte bereitgestellt, das α-Cristobalit
(α-SiO2) und Lithiumdisilicat (Li2O·2SiO2) als Hauptkristallphasen umfasst und dadurch gekennzeichnet
ist, dass das Gewichtsverhältnis
von «-Cristobalit
zu Lithiumdisilicat im Bereich von 0,25 bis 0,35 liegt, der Korndurchmesser
der Kristallkörner
im Bereich von 0,1 μm
bis 1,0 μm liegt,
die Oberflächenrauigkeit
(Ra) des Substrats nach dem Polieren im Bereich von 2 Å bis 10 Å liegt
und der Abriebfestigkeitsindex (Aa) des Substrats im Bereich von
5 bis 15 liegt.
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In einem Aspekt der Erfindung wird
das Glaskeramiksubstrat gebildet, indem man ein Basisglas, das aus
folgendem besteht, in Gewichtsprozent, einer Wärmebehandlung unterzieht:
| SiO2 | 75
bis 83% |
| Li2O | 7
bis 13% |
| Al2O3 | 1
bis 5% |
| P2O5 | 1
bis 3% |
| MgO | 0,5
bis 3% |
| ZnO | 0,5
bis 3% |
| K2O | 0
bis 5% |
| As2O3 und/oder Sb2O3 | 0
bis 2% |
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Die Erfindung wird im folgenden ausführlich unter
Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen und -photos beschrieben.
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1 ist
eine Graphik, die die Beziehung zwischen dem Verhältnis von α-Cristobalit zu Lithiumdisilicat und
dem Abriebfestigkeitsindex (Aa) zeigt;
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2 ist
eine elektronenmikroskopische Aufnahme, die die Kristallstruktur
einer Ausführungsform
des Glaskeramiksubstrats gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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3 ist
eine elektronenmikroskopische Aufnahme, die die Kristallstruktur
einer Ausführungsform
des Glaskeramiksubstrats von Vergleichsbeispiel 1 zeigt; und
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4 ist
eine elektronenmikroskopische Aufnahme, die die Kristallstruktur
einer Ausführungsform
des Glaskeramiksubstrats von Vergleichsbeispiel 2 zeigt.
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Die Zusammensetzung des Glaskeramiksubstrats
der Erfindung wird auf der Basis der Zusammensetzung von Oxiden
in seinem Basisglas ausgedrückt.
Die oben beschriebenen Gehaltsbereiche der jeweiligen Bestandteile
wurden aus den im folgenden angegebenen Gründen ausgewählt.
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Der SiO2-Bestandteil
ist ein wichtiger Bestandteil, der Lithiumdisilicat (Li2O·2SiO2) und α-Cristobalit (α-SiO2) als Hauptkristallphasen liefert, wenn
das Basisglas einer Wärmebehandlung
unterzogen wird. Wenn die Menge dieses Bestandteils geringer als
75,0% ist, sind die in der Glaskeramik gebildeten Kristalle instabil und
ihre Textur wird häufig
zu rau. Wenn die Menge dieses Bestandteils 83,0% übersteigt,
ergibt sich eine Schwierigkeit beim Schmelzen des Basisglases.
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Der Li2O-Bestandteil
ist ebenfalls ein wichtiger Bestandteil, der bei der Wärmebehandlung
des Basisglases Kristalle aus Lithiumdisilicat (Li2O·2SiO2) als eine der Hauptkristallphasen liefert.
Wenn die Menge dieses Bestandteils kleiner als 7% ist, wird das
Wachstum dieses Kristalls schwierig, und das Schmelzen des Basisglases
wird ebenfalls schwierig. Wenn die Menge dieses Bestandteils 13% übersteigt,
wird der gewachsene Kristall der Glaskeramik instabil, und seine
Textur wird häufig
rau, und daneben werden die chemische Beständigkeit und die Härte der
Glaskeramik verschlechtert.
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Der K2O-Bestandteil
verbessert die Schmelzeigenschaft des Basisglases und kann bis zu
einer Menge von 5% mitverwendet werden.
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Der MgO-Bestandteil ist ein wichtiger
Bestandteil, der den Zustand gewachsener Kristallphasen bestimmt.
Wenn die Menge dieses Bestandteils unter 0,5% liegt, wächst die α-Cristobalit-Phase übermäßig, mit einer
resultierenden Verschlechterung der Abriebfestigkeit. Wenn die menge
dieses Bestandteils 3% überschreitet,
wächst
eine unerwünschte α-Quarz-Kristallphase,
und außerdem
werden die Kristallkörner
zu rau, so dass die gewünschte
Oberflächenrauigkeit
nicht erreicht werden kann. Der ZnO-Bestandteil wird hinzugefügt, weil
er eine äquivalente
Funktion wie der MgO-Bestandteil hat, aber die Menge dieses Bestandteils
ist aus demselben Grund wie beim MgO-Bestandteil auf den Bereich
von 0,5% bis 3% beschränkt.
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Der P2O5-Bestandteil ist als Keimbildner für die Glaskeramik
ein unerlässlicher
Bestandteil. Wenn die Menge dieses Bestandteils unter 1% liegt,
werden die Körner
des Lithiumdisilicats und der alpha-Cristobalit-Kristallphasen zu
rau, so dass die gewünschte
Oberflächenrauigkeit
und Abriebfestigkeit nicht erreicht werden kann. Wenn die Menge
dieses Bestandteils 3% überschreitet,
erfolgt eine Entglasung während
der Bildung des Glases, so dass die Körner der gewachsenen Kristallphasen
zu rau werden.
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Der Al2O3-Bestandteil verbessert die chemische Beständigkeit
der Glaskeramik. Wenn die Menge dieses Bestandteils unter 1% liegt,
kann diese Wirkung nicht erreicht werden, während wenn die Menge dieses Bestandteils
5% überschreitet,
die Schmelzeigenschaft des Glases verschlechtert wird.
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Die As2O3- und/oder Sb2O3-Bestandteile können beim Schmelzen des Basisglases
als Läuterungsmittel
zugegeben werden. Die Zugabe einer Gesamtsumme eines dieser Bestandteile
oder der beiden Bestandteile von bis zu 2% ist ausreichend.
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In der Glaskeramik der vorliegenden
Erfindung kann gegebenenfalls eine kleine Menge eines oder mehrerer
der Oxide B2O3,
CaO, SrO, BaO, TiO2, SnO und ZrO2 in einem solchen Ausmaß hinzugefügt werden, dass die Zugabe
des wahlfreien Bestandteils die gewünschten Eigenschaften der Glaskeramik
nicht beeinträchtigt.
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Was das Verhältnis der Kristallphasen des
Glaskeramiksubstrats gemäß der Erfindung
betrifft, so ist das Verhältnis
von α-Cristobalit/Lithiumdisilicat
auf den Bereich von 0,25 bis 0,35 beschränkt. Dieses Verhältnis wurde
bestimmt, indem man das Verhältnis
der jeweiligen Kristallphasen auf der Basis der Peakhöhen bei der
Röntgenbeugung
beobachtet und die Peakebenen von α-Cristobalit (101) und Lithiumdisilicat
(130) verwendet. Dieses Verhältnis
ist auf den Bereich von 0,25 bis 0,35 beschränkt, da sich als Ergebnisse
von zahlreichen Experimenten gezeigt hat, dass die ideale Oberflächenrauheit
des Glaskeramiksubstrats nach dem Polieren innerhalb des Bereichs
von 2 Å bis
10 Å bei
diesem speziellen Verhältnis
von α-Cristobalit
zu Lithiumdisilicat erhalten werden kann, und da sich außerdem,
wie in 1 eindeutig gezeigt
wird, der Abriebfestigkeitsindex (Aa) scharf verschlechtert, wenn
das Verhältnis
unter 0,25 liegt oder 0,35 überschreitet,
während innerhalb
des Bereichs von 0,25 bis 0,35 eine wünschenswerte Oberflächeneigenschaft
mit einem Abriebfestigkeitsindex (Aa) von etwa 15 oder darunter
erreicht werden kann.
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Das Glaskeramiksubstrat gemäß der Erfindung
hat einen Abriebfestigkeitsindex (Aa) zwischen 5 und 15, vorzugsweise
zwischen 5 und 12, wobei die Abriebfestigkeit ausreichend ist, um
die Kontaktaufzeichnung auszuhalten, bei der der Betrag des Abhebens
des Magnetkopfes unter 0,025 μm
gehalten wird.
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Zur Herstellung des Glaskeramiksubstrats
für eine
magnetische Platte wird das Basisglas, das die oben beschriebene
Zusammensetzung hat, einem Heißformen
und/oder Kaltformen unterzogen, bei einer Temperatur im Bereich
von 400°C
bis 550°C
wärmebehandelt,
um einen Kristallkeim zu bilden, und zur Kristallisation weiterhin
bei einer Temperatur im Bereich von 720°C bis 820°C wärmebehandelt. Danach wird die Glaskeramik,
die in dieser Weise kristallisiert wurde, in wohlbekannter Weise
feingeschliffen und poliert, so dass man eine Oberflächenrauigkeit
(Ra) nach dem Polieren im Bereich von 2 Å bis 10 Å erhält.
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Im folgenden werden bevorzugte Beispiele
für das
Glaskeramiksubstrat gemäß der Erfindung
beschrieben. Die Tabellen 1 bis 6 zeigen Beispiele (Nr. 1 bis Nr.
10) und Vergleichsbeispiele (Vergleichsbeispiele Nr. 1 und Nr. 2)
für die
Zusammensetzung zusammen mit den Messergebnissen der Keimbildungstemperatur, Kristallisationstemperatur,
der Hauptkristallphasen, des Korndurchmessers der Kristallkörner, Oberflächenrauigkeit
(Ra) nach dem Polieren und des Abriebfes tigkeitsindex. Die Zusammensetzungen
der Beispiele und Vergleichsbeispiele sind in Gewichtsprozent ausgedrückt.
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Zur Herstellung der Glaskeramiksubstrate
der oben beschriebenen Beispiele werden Materialien, die Oxide,
Carbonate und Nitrate einschließen,
vermischt und in einer konventionellen Schmelzapparatur bei einer Temperatur
im Bereich von 1350°C
bis 1500°C
geschmolzen. Das geschmolzene Glas wird gerührt, um es zu homogenisieren,
und danach zu einer Scheibenform geformt und getempert, so dass
man ein geformtes Glas erhält.
Dann wird dieses geformte Glas einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur
im Bereich von 400°C bis
550°C unterzogen,
um den Kristallkeim zu bilden, und dann zur Kristallisation weiterhin
1 bis 5 Stunden lang einer Wärmebehandlung
bei einer Temperatur im Bereich von 720°C bis 820°C unterzogen, um die gewünschte Glaskeramik
zu erhalten. Bei der Herstellung eines Teststücks zum Messen der Oberflächenrauigkeit
wird dieses Teststück
hergestellt, indem man die oben beschriebene Glaskeramik etwa 10
min bis 20 min lang mit einem Schleifmittel poliert, das einen mittleren
Korndurchmesser von 9–12 μm aufweist.
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Der in dieser Beschreibung und in
den Ansprüchen
verwendete Abriebfestigkeitsindex wird unter Verwendung eines Verfahrens
gemessen, das von der Japan Optical Glass Industry Association angegeben
wird. Insbesondere wird ein Teststück, das aus einer quadratischen
Glasplatte mit einer Größe von 30 × 30 × 10 mm besteht,
an einer bezeichneten Stelle, die sich in einem Abstand von 80 mm
vom Mittelpunkt befindet, auf eine flache Scheibe mit einem Durchmesser
von 250 mm gelegt, die aus Gusseisen besteht und sich in einer horizontalen
Ebene mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 60 U/min dreht. Während dann
eine vertikale Belastung von 9,8 N (1 kgf) angelegt wird, wird 20
ml Wasser, das mit 10 g Poliermaterial Nr. 800 (Tonerde-A-Schleifmittel)
mit einer mittleren Korngröße von 20 μm versetzt
war, fünf
Minuten lang zugeführt,
um einen Abrieb des Teststücks
zu bewirken. Die Masse des Teststücks vor dem Poliervorgang und
nach dem Poliervorgang werden gemessen, um die Abriebmasse zu erhalten.
Genauso wird die Abriebmasse eines von der Japan Optical Glass Industry
Association angegebenen Referenz-Teststücks gemessen, und ein Wert,
der mit der folgenden Gleichung berechnet wird, wird hier als Abriebfestigkeitsindex
(Aa) verwendet:
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Wie in den Tabellen gezeigt ist,
zeigt die Glaskeramik der Beispiele der vorliegenden Erfindung eine Oberflächenrauigkeit
(Ra) von 10 Å oder
darunter und hat im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen eine verbesserte
Oberflächeneigenschaft.
Außerdem
zeigen die Beispiele der vorliegenden Erfindung einen sehr kleinen
Abriebfestigkeitsindex von 12 oder darunter, was zeigt, dass sie
eine ausgezeichnete Abriebfestigkeit haben.
