DE69815492T2

DE69815492T2 - Glaskeramisches Trägermaterial hoher Steifigkeit für magnetisches Informationsaufzeichnungsmedium

Info

Publication number: DE69815492T2
Application number: DE69815492T
Authority: DE
Inventors: Naoyuki Sagamihara-shi Goto; Kousuke/o Kabushiki Kaisha Ohara Sagamihara-shi Nakajima; Junkko/o Kabushiki Kaisha Ohara Sagamihara-shi Ishioka
Original assignee: Ohara Inc
Current assignee: Ohara Inc
Priority date: 1998-02-26
Filing date: 1998-12-03
Publication date: 2004-05-19
Anticipated expiration: 2018-12-04
Also published as: EP0939395A1; DE69815491D1; KR100329001B1; EP0939395B1; MY120241A; KR19990072857A; EP0939396B1; CN1228396A; EP0939396A1; US20010016552A1; US6245411B1; KR100329000B1; US6344423B2; TW579370B; CN1228395A; DE69815492D1; DE69815491T2; CN1138716C; TW498059B; KR19990072858A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein glaskeramisches Substrat für ein magnetisches Informationsspeichermedium, das in einer Informationsspeichervorrichtung verwendet wird, und insbesondere auf ein glaskeramisches Substrat für ein magnetisches Informationsspeichermedium wie ein Magnetplatten-Substrat, das eine äußerst glatte Substratoberfläche hat, die zur Verwendung in einer Nahkontakt-Aufzeichnung oder einer Kontakt-Aufzeichnung geeignet ist, die hauptsächlich im Rampenladungssystem verwendet wird, und das auch einen hohen Youngschen Modul (Elastizitätsmodul) und ein geringes spezifisches Gewicht hat, um die Hochgeschwindigkeitsrotation des Speichermediums auszuhalten. Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung dieses glaskeramischen Substrats für ein magnetisches Informationsspeichermedium. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein magnetisches Informationsspeichermedium, das durch Bildung eines Films auf einem solchen glaskeramischen Substrat für ein magnetisches Informationsspeichermedium hergestellt wird. In dieser Patentschrift schließt der Begriff "magnetisches Informationsspeichermedium" Hartplatten vom fixierten Typ, Hartplatten vom entfernbaren Typ und Hartplatten vom Kartentyp ein, die entsprechend verwendet werden, wie sogenannte Hartplatten für Personalcomputer und ein anderes magnetisches Informationsspeichermedium in Form einer Platte, die zur Speicherung von Daten verwendet werden kann und die auch in digitalen Videokameras und digitalen Kameras verwendet werden kann.
Im Gegensatz zu konventionellen magnetischen Informationsspeichervorrichtungen vom fixierten Typ wurde kürzlich eine magnetische Informationsspeichervorrichtung eines entfernbaren Typs oder eines Kartentyps vorgeschlagen und in die Praxis umgesetzt, und Entwicklungen von Anwendungen derselben für digitale Videokameras und digitale Kameras wurden begonnen. Eine solche Tendenz bezieht sich auf die Verwendung von Personalcomputern für Multimedia-Zwecke und überwiegend auf digitale Videokameras und digitale Kameras, und um eine große Menge solcher Daten wie Daten eines sich bewegenden Bildes oder einer Stimme zu handhaben, besteht ein zunehmender Bedarf an einer magnetischen Informationsspeichervorrichtung mit einer größeren Speicherkapazität. Um diesen Bedarf zu befriedigen, ist ein magnetisches Informationsspeichermedium notwendig, bei dem die Bit- und Spurdichte erhöht ist und die Oberflächenaufzeichnungsdichte durch Reduktion der Größe der Bitzelle erhöht ist. Andererseits besteht – wie bei einem Magnetkopf – eine zunehmende dahingehende Neigung, das Nahkontakt-Aufzeichnungssystem und weiterhin das Kontakt-Aufzeichnungssystem einzuführen, gemäß dem der Magnetkopf in Übereinstimmung mit der Reduktion der Bitzellengröße in größerer Nähe zur Plattenoberfläche arbeitet.
Aluminiumlegierung wird herkömmlicherweise als Material eines Substrats eines magnetischen Informationsspeichermediums verwendet. Das Aluminiumlegierungssubstrat neigt jedoch dazu, eine Substratoberfläche mit Vorsprüngen oder punktförmigen Vorsprüngen und Vertiefungen während des Polierverfahrens zu erzeugen, und zwar aufgrund von Defekten, die dem Material innewohnen. Als Ergebnis weist das Aluminiumlegierungssubstrat eine unzureichende Ebenheit und Glätte auf, wie das oben beschriebene Substrat des magnetischen Informationsspeichermediums mit hoher Aufzeichnungsdichte. Da weiterhin die Aluminiumlegierung ein weiches Material ist, sind sein Elastizitätsmodul und seine Ober flächenhärte gering, wodurch sich ergibt, dass ein beträchtlicher Schwingungsgrad während der Drehung der Platteneinheit mit hoher Umdrehungsgeschwindigkeit erfolgt, was zu einer Deformation der Platte führt, und somit ist es schwierig, die Anforderung an die Herstellung einer dünneren Platte zu erfüllen. Weiterhin wird die Platte aufgrund des Kontakts mit dem Magnetkopf häufig verformt, wodurch sich eine Beschädigung der Inhaltsstoffe der Platte ergibt. Somit kann die Aluminiumlegierung nicht in ausreichendem Maße die Anforderung an ein Aufzeichnen mit hoher Aufzeichnungsdichte erfüllen.
Als Material zum Lösen der obigen Probleme des Aluminiumlegierungssubstrats sind in der Technik chemisch getemperte Gläser bekannt, wie Aluminosilicat-Gläser (SiO₂-Al₂O₃-Na₂O), die in der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. Hei 8-48537 und der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. Hei 5-32431 offenbart werden. Dieses Material hat jedoch die folgenden Nachteile:

(1) Da das Polieren nach dem chemischen Temperungsverfahren erfolgt, ist die chemisch getemperte Schicht sehr instabil, wenn man die Platte dünner macht. Weiterhin bewirkt die chemisch getemperte Schicht eine Veränderung im Laufe der Zeit nach der Verwendung während einer langen Zeitspanne, wodurch sich eine Verschlechterung der magnetischen Eigenschaft der Platte ergibt.
(2) Da das chemisch getemperte Glas Na₂O und K₂O als seine wesentlichen Bestandteile enthält, wird die filmbildende Eigenschaft des Glases beeinträchtigt, und es wird eine Sperrschicht auf der gesamten Oberfläche des Glases notwendig, um die Elution von Na₂O- und K₂O-Bestandteilen zu verhindern, und dies verhindert eine stabile Produktion des Produkts zu wettbewerbsfähigen Kosten.
(3) Das chemische Tempern wird durchgeführt, um die mechanische Festigkeit des Glases zu verbessern, dabei wird aber grundsätzlich eine Verstärkungsspannung in der Oberflächenschicht und in der Innenschicht des Glases verwendet, und somit ist sein Elastizitätsmodul etwa 83 GPa oder weniger, was gewöhnlichem amorphen Glas in etwa gleichwertig ist. Daher ist die Verwendung des Glases für eine Platte mit hoher Umdrehungsgeschwindigkeit eingeschränkt, und somit ist es für ein Substrat eines magnetischen Informationsspeichermediums nicht ausreichend.

Abgesehen vom Aluminiumlegierungssubstrat und dem chemisch getemperten Glassubstrat sind in der Technik einige glaskeramische Substrate bekannt. Z. B. offenbaren die Japanische Offenlegungsschrift Nr. Hei 9-35234 und EP-0 781 731 A1 glaskeramische Substrate für eine Magnetplatte, die aus einer Li₂O-SiO₂-System-Zusammensetzung bestehen, die Kristallphasen aus Lithiumdisilicat und (β-Spondumen hat oder Kristallphasen aus Lithiumdisilicat und (β-Cristobalit hat. In diesen Veröffentlichungen wird jedoch die Beziehung zwischen Elastizitätsmodul und spezifischem Gewicht im Hinblick auf die Hochgeschwindigkeitsrotation nicht berücksichtigt oder überhaupt erwähnt. Die obere Grenze des Elastizitätsmoduls dieser Glaskeramiken ist nicht größer als 100 GPa.
Um den Elastizitätsmodul zu verbessern, offenbart die Japanische Offenlegungsschrift Nr. Hei 9-77531 eine Glaskeramik aus einem SiO₂-Al₂O₃-MgO-ZnO-TiO₂-System, das eine große Menge an Spinell-Kristall als vorherrschende Kristallphase und MgTi₂O₅ und einige andere Kristalle als untergeordnete Kristallphasen enthält, und das einen Elastizitätsmodul von 93,4 bis 160,11 GPa hat, und ein Substrat für eine Magnetplatte hoher Steifigkeit, die aus dieser Glaskeramik hergestellt wird. Die Glaskeramik weist als ihre vorherrschende Kristallphase Spinell-Kristall, dargestellt durch (Mg/Zn)Al₂O₃ und/oder (Mn/Zn)₂TiO₄, der eine große Menge Al₂O₃ enthält, und verschiedene andere wahlweise Kristalle als untergeordnete Kristallphasen aufweist. Diese Glaskeramik unterscheidet sich beträchtlich von der Glaskeramik der vorliegenden Erfindung, die – wie später beschrieben wird – eine relativ kleine Menge an Al₂O₃ enthält und einen hohen Elastizitätsmodul und ein geringes spezifisches Gewicht hat. Die Zugabe einer derartig großen Menge an Al₂O₃ ist vom Standpunkt der Herstellung aus gesehen unerwünscht, weil sie die Schmelzeigenschaft des Grundglases verschlechtert und auch die Entglasungsbeständigkeit verschlechtert. Weiterhin werden in der Veröffentlichung die Beziehung von Elastizitätsmodul (GPa)/spezifischem Gewicht und der Wert des spezifischen Gewichts an sich, die für die Hochgeschwindigkeitsrotation notwendig sind, nicht berücksichtigt oder überhaupt nicht erwähnt. Insbesondere hat das spezifische Gewicht in dieser Veröffentlichung einen hohen Wert von 2,87 oder darüber. Diese Veröffentlichung schlägt daher nur ein glaskeramisches Substrat vor, das aus einem steifen Material besteht. Darüber hinaus hat die Glaskeramik dieses Systems den schwerwiegenden Nachteil, dass die Verarbeitbarkeit schlecht ist, und es daher für eine großtechnische Produktion nicht geeignet ist, da es zu hart ist, und somit ist die Verbesserung dieser Glaskeramik als Substrat eines magnetischen Informationsspeichermediums hoher Aufzeichnungsdichte noch nicht ausreichend.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, die oben beschriebenen Nachteile der Materialien des Standes der Technik zu eliminieren und ein glaskeramisches Sub strat für ein magnetisches Informationsspeichermedium bereitzustellen, das befähigt ist, der Tendenz hin zu einer Aufzeichnung mit hoher Aufzeichnungsdichte zu genügen, d. h. das eine ausgezeichnete Schmelzeigenschaft, eine ausgezeichnete Entglasungsbeständigkeit und eine ausgezeichnete Verarbeitbarkeit, eine ausgezeichnete Glätte der Oberfläche des Substrats, die für eine Kontaktaufzeichnung mit hoher Aufzeichnungsdichte ausreichend ist, und einen hohen Wert des Elastizitätsmoduls und einen geringen Wert des spezifischen Gewichts hat, die für eine Hochgeschwindigkeitsrotation der Platte ausreichend sind.
Eine andere Aufgabe der Endung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung des glaskeramischen Substrats bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein magnetisches Informationsspeichermedium bereitzustellen, das durch Bildung eines Films eines magnetischen Mediums auf diesem glaskeramischen Substrat hergestellt wird.
Ausführliche Untersuchungen und Versuche, die von den Erfindern der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurden, um die oben beschriebenen Aufgaben der Erfindung zu lösen, resultierten in dem Ergebnis, das zu der vorliegenden Erfindung geführt hat, dass – um dem Antrieb der Platte mit einer hohen Rotationsgeschwindigkeit gewachsen zu sein – ein Substrat eines magnetischen Informationsspeichermediums eine hohe Steifigkeit und ein niedriges spezifisches Gewicht haben muss, um ein Schwingen der Platte, das durch ein Durchbiegen verursacht wird, zu verhindern, und dass ein optimales Verhältnis von Elastizitätsmodul zu spezifischem Gewicht des Substrats folgendes ist:
Elastizitätsmodul (GPa)/spezifisches Gewicht = 37 bis 63 × 10⁶ Nm/kg
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben auch gefunden, dass ein glaskeramisches Substrat für ein magnetisches Informationsspeichermedium hergestellt werden kann, das eine vorherrschende Kristallphase hat, die auf ein oder mehrere Kristalle, die aus der Gruppe ausgewählt sind, bestehend aus β-Quarz, fester β-Quarz-Lösung, Enstatit, fester Enstatit-Lösung, Forsterit und fester Forsterit- Lösung, beschränkt ist und das gewachsene Kristallkörner hat, die ein feines globuläres Korn aufweisen, das eine ausgezeichnete Schmelzeigenschaft, eine ausgezeichnete Entglasungsbeständigkeit und eine ausgezeichnete Polier-Verarbeitbarkeit, eine überlegene Ebenheit und Glätte der Oberfläche nach dem Polieren und einen hohen Wert des Elastizitätsmoduls und einen niedrigen Wert des spezifischen Gewichts hat, die geeignet sind, dem Antreiben der Platte mit einer hohen Rotationsgeschwindigkeit zu genügen.
Um die oben beschriebene Aufgabe der Erfindung zu lösen, wird ein glaskeramisches Substrat mit hoher Steifigkeit für ein magnetisches Informationsspeichermedium bereitgestellt, das ein Verhältnis von Elastizitätsmodul zu spezifischem Gewicht im Bereich von 37 bis 63 hat und Al₂O₃ in einem Bereich von 10% bis weniger als 20% umfasst, und das eine vorherrschende Kristallphase aufweist, die aus einem oder mehreren Kristallen besteht, die aus der aus β-Quarz, fester β-Quarz-Lösung, Enstatit, fester Enstatit-Lösung, Forsterit und fester Forsterit-Lösung bestehenden Gruppe ausgewählt sind.
In einem Aspekt der Erfindung ist das glaskeramische Substrat hoher Steifigkeit im Wesentlichen frei von Na₂O, K₂O und PbO.
In einem anderen Aspekt der Erfindung wird dieses Substrat durch Wärmebehandlung eines Grundglases bereitgestellt, das eine Zusammensetzung aufweist, die auf der Zusammensetzungsbasis von Oxiden ausgedrückt wird, und das in

Gew.-%:

SiO₂ 40 bis 60%

MgO 10 bis 20%

Al₂O₃ 10 bis weniger als 20%

P₂O₅ 0,5 bis 2,5%

B₂O₃ 1 bis 4%

Li₂O 0,5 bis 4%

CaO 0,5 bis 4%

ZrO₂ 0,5 bis 5%

TiO₂ 2,5 bis 8%

Sb₂O₃ 0,01 bis 0,5%

As₂O₃ 0 bis 0,5%

SnO₂ 0 bis 5%

MoO₃ 0 bis 3%

CeO 0 bis 5%

Fe₂O₃ 0 bis 5%

besteht.
In einem anderen Aspekt der Erfindung liegt der Korn-Durchmesser der entsprechenden vorherrschenden Kristallphasen in einem Bereich von 0,05 μm bis 0,30 μm.
In einem anderen Aspekt der Erfindung liegt der Wärmeausdehnungskoeffizient in einem Bereich von –50°C bis +70°C im Bereich von 30 × 10^–7/°C bis 50 × 10^–7/°C.
In einem anderen Aspekt der Erfindung hat die Oberfläche des Substrats nach dem Polieren eine Oberflächenrauigkeit (Ra) von 3 Å bis 9 Å und eine maximale Oberflächenrauigkeit (R_max) von 100 Å oder weniger.
In einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung des glaskeramischen Substrats hoher Steifigkeit bereitgestellt, umfassend die Schritte des Schmelzens des Grundglases, des Formens des geschmolzenen Glases zu einer vorher bestimmten Form, des Temperns des geformten Glases und danach der Wärmebehandlung des Glases bei einer Keimbildungstemperatur im Bereich von 650°C bis 750°C und einer Kristallisationstemperatur im Bereich von 750°C bis 1050°C.
In einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine magnetische Informationsspeicherplatte bereitgestellt, die einen Film eines magnetischen Mediums aufweist, der auf dem glaskeramischen Substrat hoher Steifigkeit gebildet wurde.
In dieser Patentschrift bedeutet der Ausdruck "feste Lösung" jeden der oben beschriebenen Kristalle, bei denen ein Teil durch einen anderen Bestandteil substituiert ist, oder in denen ein anderer Bestandteil eingemischt wurde. Der Ausdruck "feste β-Quarz-Lösung" bedeutet β-Quarz-Kristall, bei dem ein Teil durch ein Element substituiert wurde, das von Si verschieden ist, oder in den ein Element, das von Si verschieden ist, eingemischt wurde. Feste β-Quarz-Lösung schließt folgendes ein: β-Eucryptit (β-Li₂O·Al₂O₃·2SiO₂), in dem Si durch Li und Al im Verhältnis von 1 : 1 teilweise ersetzt wird, feste β-Eucryptit-Lösung, die ein β-Eucryptit-Kristall ist, bei dem ein Teil durch ein anderes Element ersetzt ist, oder in dem ein anderes Element eingemischt wurde, und eine Mischung derselben.
Es werden nun Gründe für das Beschränken der physikalischen Eigenschaften, der vorherrschenden Kristallphasen und des Kristallkorn-Durchmessers, der Oberflächeneigenschaften und der Zusammensetzung der Glaskeramiken der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Zusammensetzung der Glaskeramiken wird auf der Zusammensetzungsbasis von Oxiden wie in ihrem Grundglas ausgedrückt.
Der Elastizitätsmodul und das spezifische Gewicht werden zuerst beschrieben. Wie oben beschrieben wurde, besteht eine zunehmende Tendenz dahingehend, ein magnetisches Informationsspeichermedium mit einer hohen Rotationsgeschwindigkeit anzutreiben, um die Aufzeichnungsdichte und die Datenübertragungsrate zu verbessern. Durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung wurde gefunden, dass, um einer derartigen Tendenz in ausreichendem Maße zu genügen, ein Material für ein magnetisches Informationsspeichermedium eine hohe Steifigkeit und ein geringes spezifisches Gewicht haben muss, um ein durch ein Durchbiegen der Platte verursachtes Schwingen zu verhindern, das während der Rotation der Platte mit hoher Geschwindigkeit, z. B. 10 000 U/min oder darüber, erfolgt. Eine Platte mit hoher Steifigkeit, aber einem hohem spezifischen Gewicht bewirkt ein Durchbiegen während der Rotation mit hoher Geschwindigkeit, wodurch sich ein Schwingen der Platte ergibt. Es wurde gefunden, dass ein offensichtlich sich widersprechendes Gleichgewicht von physikalischen Eigenschaften des Materials eingeführt werden muss, d. h. hohe Steifigkeit und geringes spezifisches Gewicht, und es wurde gefunden, dass dieses Gleichgewicht in dem Verhältnis von Elastizitätsmodul (GPa) zu spezifischem Gewicht im Bereich von 37 × 10⁶ Nm/kg bis 63 × 10⁶ Nm/kg existiert. Ein bevorzugter Bereich von Elastizitätsmodul/spezifischem Gewicht ist 40 × 10⁶ Nm/kg bis 63 × 10⁶ Nm/kg, ein mehr bevorzugter Bereich ist 47 × 10⁶ Nm/kg bis 63 × 10⁶ Nm/kg, und der am meisten bevorzugte Bereich ist 50 × 10⁶ Nm/kg bis 63 × 10⁶ Nm/kg. Es wurde auch gefunden, dass es einen bevorzugten Bereich der Steifigkeit gibt. D. h. vom Standpunkt der Verhinderung des Schwingens aus gesehen sollte das Material vorzugsweise eine Steifigkeit von wenigstens 120 GPa haben, selbst wenn es ein niedriges spezifisches Gewicht hat, im Hinblick auf die Verarbeitbarkeit und die Zunahme des spezifischen Gewichts sollte die obere Grenze der Steifigkeit aber vorzugsweise 150 GPa sein. Das gleiche gilt für das spezifische Gewicht. D. h. vom Standpunkt der Verhinderung des Schwingens ausgesehen, sollte das Material vorzugsweise ein spezifisches Gewicht von 3,50 oder weniger haben, selbst wenn es eine hohe Steifigkeit aufweist, weil sonst aufgrund seines Gewichts häufig ein Schwingen während einer Hochgeschwindigkeitsrotation auftritt, aber vorzugsweise sollte das Material ein spezifisches Gewicht von 2,3 oder darüber haben, da es sonst schwierig ist, ein Substrat mit der erwünschten Steifigkeit zu erhalten. Von diesen Gesichtspunkten aus gesehen ist ein mehr bevorzugter Bereich des spezifischen Gewichts 2,5 bis 3,3.
Wenn ein Material für ein Substrat Na₂O oder K₂O enthält, diffundiert ein Na-Ion oder K-Ion dieser Inhaltsstoffe in einen magnetischen Film während des filmbildenden Verfahrens, wenn die Temperatur des Substrats auf eine hohe Temperatur ansteigt (dieses Phänomen ist in einem senkrechten magnetischen Bariumferrit-Film besonders bemerkenswert), und verursacht dadurch ein anormales Wachstum von Körnern des magnetischen Films und eine Verschlechterung der Orientierung des magnetischen Films. Daher ist es wichtig, dass das Material des Substrats im Wesentlichen frei von solchen Inhaltsstoffen ist. Das Material des Substrats sollte auch im Wesentlichen frei von PbO sein, das aufgrund der Umweltprobleme nicht erwünscht ist.
Eine vorherrschende Phase des Substrats besteht aus einem oder mehreren Kristallen, die aus der Gruppe ausgewählt sind, bestehend aus β-Quarz, fester β-Quarz-Lösung, Enstatit, fester Enstatit-Lösung, Forsterit und fester Forsterit-Lösung. Dies ist deshalb so, weil diese Kristallphasen dahingehend von Vorteil sind, dass sie eine ausgezeichnete Verarbeitbarkeit haben, zur Erhöhung der Steifigkeit und zur Verringerung des spezifischen Gewichts beitragen und einen sehr kleinen Korndurchmesser des gewachsenen Kristalls haben können. Wachstum und Gehaltsanteil von β-Quarz, Enstatit und Forsterit werden durch den Gehaltsanteil an MgO und SiO₂ bestimmt. Wachstum und Gehaltsanteil dieser drei Kristallphasen und der festen Lösungen dieser drei Kristallphasen werden durch den Gehaltsanteil an MgO, SiO₂ und anderer Inhaltsstoffe bestimmt.
Nun erfolgt die Beschreibung des Kristallkorn-Durchmessers des gewachsenen Kristalls und der Oberflächenrauigkeit. Wie oben beschrieben wurde, muss, um dem Nahkontakt-Aufzeichnungssystem und dem Kontaktaufzeichnungssystem zu genügen – um die Aufzeichnungsdichte zu erhöhen – die Glätte der Oberfläche des magnetischen Informationsspeichermediums gegenüber dem konventionellen magnetischen Medium verbessert sein. Wenn man versucht, die Eingabe und Ausgabe von Informationen hoher Dichte mit dem magnetischen Medium durchzuführen, das den herkömmlichen Glättegrad aufweist, ist der Abstand zwischen dem Magnetkopf und der Oberfläche des magnetischen Mediums so groß, dass die Eingabe und Ausgabe von magnetischen Signalen nicht erreicht werden kann. Wenn man versucht, diesen Abstand zu reduzieren, kollidiert der Magnetkopf mit Vorsprüngen des magnetischen Mediums, was eine Beschädigung des Magnetkopfs oder des magnetischen Mediums ergibt. Es wurde gefunden, dass, um dem Nahkontakt-Aufzeichnungssystem und dem Kontaktaufzeichnungssystem zu genügen, das Substrat eine Glätte – ausgedrückt in Form der Oberflächenrauigkeit (Ra) – von 3 Å bis 9 Å und eine maximale Oberflächenrauigkeit (R_max) von 100 Å oder weniger haben sollte. Vorzugsweise sollte die Oberflächenrauigkeit (Ra) 3 Å bis 7 Å betragen, und die maximale Oberflächenrauigkeit (R_max) sollte 95 Å oder weniger betragen. Mehr bevorzugt sollte die Oberflächenrauigkeit (Ra) 3 Å bis 6 Å betragen, und die maximale Oberflächenrauigkeit (R_max) sollte 90 Å oder weniger betragen.
Um ein glaskeramisches Substrat zu erhalten, das ein hohe Steifigkeit und eine große Ebenheit (3 Å bis 9 Å im Datenbereich) hat, wie in der vorliegenden Erfindung, sind der Kristallkorn-Durchmesser und die Kristallkornform wichtige Faktoren. Es wurde gefunden, dass ein Substrat mit einem Korndurchmesser, der größer oder kleiner ist als der Durchmesserbereich, der in den Ansprüchen definiert wird, nicht die erwünschte Festigkeit und Oberflächenrauigkeit erreichen kann.
Bei der Zunahme der Bitzahl und der Spurdichte und der Reduktion der Größe der Bitzelle wirkt sich der Unterschied des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem magnetischen Film und dem Substrat in beträchtlichem Maße auf das Erreichen dieser Ziele aus. Aus diesem Grund wurde gefunden, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient in einem Temperaturbereich von –50°C bis +70°C vorzugsweise im Bereich von 30 × 10^–7/°C bis 50 × 10^–7/°C liegen sollte.
In dem glaskeramischen Substrat gemäß der Erfindung wurden die oben beschriebenen Gehaltsbereiche der entsprechenden Inhaltsstoffe wegen der nachstehend aufgeführten Gründe ausgewählt.
Der SiO₂-Bestandteil ist ein sehr wichtiger Bestandteil, der durch Erwärmen eines Grundglases Kristalle von β-Quarz, fester β-Quarz-Lösung, Enstatit, fester Enstatit-Lösung, Forsterit, fester Forsterit-Lösung als vorherrschende Kristallphasen bildet. Wenn die Menge dieses Bestandteils geringer als 40% ist, sind die in der Glaskeramik gewachsenen Kristallphasen instabil und ihre Struktur wird häufig zu rau, während, wenn die Menge dieses Bestandteils 60% übersteigt, sich die Schwierigkeit ergibt, das Grundglas zu schmelzen und zu formen. Für das Wachstum der Kristallphasen sind die Wärmebehandlungsbedingungen auch wichtige Faktoren. Ein bevorzugter Bereich dieses Bestandteils, der ausgedehnte Wärmebehandlungsbedingungen ermöglicht, ist 48,5–58,5%.
Der MgO-Bestandteil ist auch ein sehr wichtiger Bestandteil, der durch Erwärmen eines Grundglases β-Quarz, feste β-Quarz-Lösung, Enstatit, feste Enstatit-Lösung, Forsterit und feste Forsterit-Lösung als vorherrschende Kristallphasen bildet. Wenn die Menge dieses Bestandteils geringer als 10% ist, sind die gewachsenen Kristalle der erhaltenen Glaskeramik instabil und ihre Struktur ist zu rau und die Schmelzeigenschaft verschlechtert sich. Wenn die Menge dieses Bestandteils 20% übersteigt, werden die Schmelzeigenschaft und die Entglasungsbeständigkeit reduziert. Aus dem gleichen Grund wie bei dem Si₂-Bestandteil ist ein bevorzugter Bereich dieses Bestandteils 12% bis 18%.
Der Al₂O₃-Bestandteil ist ein sehr wichtiger Bestandteil, der durch Erwärmen eines Grundglases feste β-Quarz-Lösung als vorherrschende Kristallphase bildet. Wenn die Menge dieses Bestandteils geringer als 10% ist, sind die gewachsenen Kristalle der erhaltenen Glaskeramik instabil und ihre Struktur ist zu rau, während, wenn die Menge dieses Bestandteils 20% oder mehr übersteigt, sich die Schmelzeigenschaft des Grundglases und die Entglasungsbeständigkeit verschlechtern. Aus dem gleichen wie oben angegebenen Grund ist ein bevorzugter Bereich dieses Bestandteils 12% bis 18%.
Der P₂O₅-Bestandteil fungiert als Keimbildungsmittel für das Glas und ist auch wirksam, und die Schmelzeigenschaft des Grundglases und die Entglasungsbeständigkeit zu verbessern. Wenn die Menge dieses Bestandteils kleiner als 0,5% ist, können diese Wirkungen nicht erhalten werden, während, wenn die Menge dieses Bestandteils 2,5% übersteigt, die Entglasungsbeständigkeit reduziert ist. Ein bevorzugter Bereich dieses Bestandteils ist 1% bis 2%.
Der B₂O₃-Bestandteil ist zur Steuerung der Viskosität während des Schmelzens und Formens des Grundglases wirksam. Wenn die Menge dieses Bestandteils kleiner als 1% ist, kann dieser Effekt nicht erhalten werden, während, wenn die Menge dieses Bestandteils 4% übersteigt, sich die Schmelzeigenschaft des Grundglases verschlechtert und die gewachsenen Kristalle der Glaskeramik instabil sind und die Textur rau wird. Eine bevorzugter Bereich dieses Bestandteils ist 1% bis 3%.
Der Li₂O-Bestandteil ist ein sehr wichtiger Bestandteil, der durch Erwärmen eines Grundglases feste β-Quarz-Lösung als vorherrschende Kristallphase bildet und die Schmelzeigenschaft des Grundglases verbessert. Wenn die Menge dieses Bestandteils geringer als 0,5% ist, können diese Effekte nicht erreicht werden, während, wenn die Menge dieses Bestandteils 4% übersteigt, die gewachsenen Kristalle dieser Glaskeramik instabil sind und ihre Textur rau wird. Ein bevorzugter Bereich dieses Bestandteils ist 1% bis 3%.
Der CaO-Bestandteil verbessert die Schmelzeigenschaft des Glases und verhindert, dass gewachsene Kristalle zu rau werden. Wenn die Menge dieses Bestandteils geringer als 0,5% ist, können diese Wirkungen nicht erreicht werden, während, wenn die Menge dieses Bestandteils 4% übersteigt, kann ein erwünschter Kristall nicht erhalten werden und die gewachsenen Kristalle der Glaskeramik werden zu rau, und darüber hinaus verschlechtert sich die chemische Beständigkeit. Ein bevorzugter Bereich dieses Bestandteils ist 1% bis 3%.
Die ZrO₂- und TiO₂-Bestandteile sind sehr wichtige Bestandteile, die als Keimbildner für das Glas fungieren und auch wirksam sind, um die gewachsenen Kristallkörner feiner zu machen und die mechanische Festigkeit und die chemische Beständigkeit des Materials zu verbessern. Wenn die Menge des ZrO₂-Bestandteils kleiner als 0,5% ist, und die Menge des TiO₂-Bestandteils 2,5% ist, können die obigen Effekte nicht erhalten werden. Wenn die Menge des ZrO₂-Bestandteils 5% übersteigt, und die Menge des TiO₂-Bestandteils 8% übersteigt, ergeben sich Schwierigkeiten bezüglich des Schmelzens des Grundglases und Verunreinigungen wie ZrSiO₄ werden gebildet, die im nicht geschmolzenen Zustand zurückbleiben, und darüber hinaus verschlechtert sich die Entglasungsbeständigkeit. Als Ergebnis tritt ein anormales Wachstum von Kristallkörnern in dem Kristallisationsverfahren auf. Ein bevorzugter Bereich des ZrO₂-Bestandteils ist 1% bis 4% und ein bevorzugter Bereich von TiO₂ ist 3% bis 7,5%. Die Gesamtmenge der ZrO₂- und TiO₂-Bestandteile sollte vorzugsweise 9% nicht übersteigen. Ein mehr bevorzugter Bereich der Gesamtmenge der ZrO₂- und TiO₂-Bestandteile ist 3% bis 8%.
Die Sb₂O₃- und/oder As₂O₃-Bestandteile können als Läuterungsmittel bei Schmelzen des Glases zugegeben werden. Es genügt, wenn einer dieser Bestandteile oder beide Bestandteile in einer Gesamtmenge von 2% zugegeben werden.
Die SnO₂-, MoO₃-, CeO₂ und Fe₂O₃-Bestandteile können bis zu einer Gesamtmenge von 5% als Färbemittel oder zur Verbesserung der Empfindlichkeit des Nachweises von Defekten auf der Oberfläche des Substrats gegeben werden, indem man das Substrat anfärbt, und auch um die Laserabsorptionseigenschaften für einen LD-angeregten Laser zu verbessern. Bezüglich des MoO₃ genügt es, wenn der MoO₃-Bestandteil mit bis zu 3% zugegeben wird. Die SnO₂- und MoO₃-Bestandteile sind dahingehend wichtig, dass sie vor der Wärmebehandlung eine spezifische Lichtdurchlässigkeit im Glaszustand haben und nach der Kristallisationsverarbeitung die Färbeeigenschaft aufweisen.
Zur Herstellung des glaskeramischen Substrats für ein magnetisches Informationsspeichermedium gemäß der Erfindung wird das Grundglas der oben beschriebenen Zusammensetzung geschmolzen, es wird einer Wärmebehandlung und/oder einem Kaltformen unterzogen, es wird etwa 1 bis 12 Stunden lang bei einer Temperatur im Bereich von 650°C bis 750°C wärmebehandelt, um einen Kristallkeim zu erzeugen, und es wird für die Kristallisation weiterhin etwa 1 bis 12 Stunden lang bei einer Temperatur im Bereich von 750°C bis 1050°C wärmebehandelt.
Beispiele der vorliegenden Erfindung werden nun beschrieben.
Die Tabellen 1 bis 6 zeigen Beispiele (Nr. 1 bis Nr. 14) von Zusammensetzungen des glaskeramischen Substrats für ein magnetisches Informationsspeichermedium, die gemäß der Erfindung hergestellt wurden, und drei Vergleichsbeispiele, d. h. chemisch getempertes Aluminosilicat-Glas gemäß dem Stand der Technik (Japanische Offenlegungsschrift Nr. Hei 8-48537), Vergleichsbeispiel Nr. 1, die Li₂O-SiO₂-Glaskeramiken (Japanische Offenlegungsschrift Nr. Hei 9-35234), Vergleichsbeispiel Nr. 2, und die SiO₂-Al₂O₃-MgO-ZnO-TiO₂-Glaskeramiken (Japanische Offenlegungsschrift Nr. Hei 9-77531), Vergleichsbeispiel Nr. 3, zusammen mit der Keimbildungstemperatur, der Kristallisationstemperatur, der Kristallphase, dem Kristallkorn-Durchmesser, des Elastizitätsmoduls, dem spezifischen Gewicht, dem Verhältnis von Elastizitätsmodul (GPa)/spezifischem Gewicht, der Oberflächenrauigkeit (Ra) nach dem Polieren, der maximalen Oberflächenrauigkeit (R_max) nach dem Polieren und dem Wärmeausdehnungskoeffizienten im Bereich von –50°C bis +70°C. Die feste β-Quarz-Lösung wird als "β-Quarz SS" ausgedrückt. Die Mengen der entsprechenden Bestandteile werden in Gew.-% ausgedrückt.
Tabelle 1
Tabelle 2
Tabelle 3
Tabelle 4
Tabelle 4
Tabelle 6
Zur Herstellung des glaskeramischen Substrats der oben beschriebenen Beispiele werden Materialien, die Oxide, Carbonate und Nitrate einschließen, vermischt und in einer herkömmlichen Schmelzapparatur bei einer Temperatur im Bereich von etwa 1350°C bis etwa 1450°C geschmolzen. Das geschmolzene Glas wird gerührt, um es zu homogenisieren, und danach zu einer Platte geformt und getempert, um ein geformtes Glas bereitzustellen. Dann wird das geformte Glas während einer Zeitspanne von 1 bis 12 Stunden einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur im Bereich von 650°C bis 750°C unterzogen, um den Kristallkeim zu bilden, und dann wird es zur Kristallisation einer weiteren Wärmebehandlung während einer Zeitspanne von 1 bis 12 Stunden bei einer Temperatur im Bereich von 750°C bis 1050°C unterzogen, um die erwünschte Glaskeramik herzustellen. Dann wird diese Glaskeramik während einer Zeitspanne von etwa 10 Minuten bis 60 Minuten mit Läppkörnern eines durchschnittlichen Korndurchmessers im Bereich von 5 μm bis 30 μm poliert und schließlich etwa 30 Minuten bis 60 Minuten lang mit Ceroxid eines durchschnittlichen Korndurchmessers im Bereich von 0,5 μm bis 2 μm poliert.
Wie in den Tabellen 1 bis 6 gezeigt wird, unterscheidet sich die Glaskeramik der vorliegenden Erfindung in ihrer vorherrschenden Kristallphase von den Vergleichsbeispielen des Standes der Technik: dem chemisch getemperten Aluminosilicat-Glas, den Li₂O-SiO₂-Glaskeramiken und den SiO₂-Al₂O₃-MgO-ZnO-TiO₂-Glaskeramiken. Bezüglich des Elastizitätsmoduls und des spezifischen Gewichts hat die Glaskeramik der vorliegenden Erfindung eine höhere Steifigkeit oder ein geringeres spezifisches Gewicht als das chemisch getemperte Aluminosilicat-Glas und die Li₂O-SiO₂-Glaskeramiken. Die SiO₂-Al₂O₃-MgO-ZnO-TiO₂-Glaskeramiken des Vergleichsbeispiels Nr. 3, die eine relativ hohe Steifigkeit und ein geringes spezifisches Gewicht aufweisen, sind so hart, dass eine erwünschte Oberflächenrauigkeit nicht erhalten werden kann. Demgegenüber hat die Glaskeramik der vorliegenden Erfindung eine ausgezeichnete Verarbeitbarkeit und die erwünschte Glätte. Darüber hinaus ist die Glaskeramik der vorliegenden Erfindung frei von solchen Defekten wie anisotropen Kristallen, Fremdmaterialien und Verunreinigungen und hat eine feine und homogene Struktur und eine ausreichende chemische Beständigkeit gegenüber dem Spülen oder Ätzen mit Chemikalien oder Wasser.
Wie oben beschrieben wurde, wird gemäß der Erfindung ein glaskeramisches Substrat für ein magnetisches Informationsspeichermedium bereitgestellt, bei dem die Nachteile von Materialien des Standes der Technik eliminiert sind, und das eine ausgezeichnete Schmelzeigenschaft, eine ausgezeichnete Entglasungsbeständigkeit und eine ausgezeichnete Verarbeitbarkeit und eine ausreichende Glätte aufweist, um der Kontaktaufzeichnung mit hoher Aufzeichnungsdichte gewachsen zu sein, und das auch Eigenschaften wie einen hohen Elastizitätsmodul und ein niedriges spezifisches Gewicht hat, die es ermöglichen, dass es dem Antrieb der Platte mit einer hohen Rotationsgeschwindigkeit gewachsen ist. Gemäß der Erfindung wird auch ein Verfahren zur Herstellung dieser Glaskeramik und eine magnetische Informationsspeicherplatte mit einem Film eines magnetischen Mediums, der auf dem glaskeramischen Substrat ausgebildet ist, bereitgestellt.

Claims

Glaskeramisches Substrat hoher Steifigkeit für ein magnetisches Informationsspeichermedium mit einem Verhältnis von Youngschem Elastizitätsmodul zu spezifischem Gewicht im Bereich von 37 bis 63 × 10⁶ Nm/kg, das durch Wärmebehandlung eines Grundglases einer Zusammensetzung bereitgestellt wird, die auf der Zusammensetzungsbasis von Oxiden, die frei von Na₂O, K₂O und PbO sind, ausgedrückt wird, und das in Gew.-%: SiO₂ 40 bis 60% MgO 10 bis 20% Al₂O₃ 10 bis weniger als 20% P₂O₅ 0,5 bis 2,5% B₂O₃ 1 bis 4% Li₂O 0,5 bis 4% CaO 0,5 bis 4% ZrO₂ 0,5 bis 5% TiO₂ 2,5 bis 8% Sb₂O₃ 0,01 bis 0,5% As₂O₃ 0 bis 0,5% SnO₂ 0 bis 5% MoO₃ 0 bis 3% CeO 0 bis 5% Fe₂O₃ 0 bis 5%

umfasst, wobei das glaskeramische Substrat eine vorherrschende Kristall phase hat, die aus einem oder mehreren Kristallen besteht, die aus der aus β-Quarz, fester β-Quarz-Lösung, Enstatit, fester Enstatit-Lösung, Forsterit und fester Forsterit-Lösung bestehenden Gruppe ausgewählt sind.
Glaskeramisches Substrat hoher Steifigkeit gemäß Anspruch 1, wobei ein Kristallkorn-Durchmesser der entsprechenden vorherrschenden Kristallphasen im Bereich von 0,05 μm bis 0,30 μm liegt.
Glaskeramisches Substrat hoher Steifigkeit gemäß den Ansprüchen 1 oder 2, wobei der Wärmeausdehnungskoeffizient im Bereich von –50°C bis +70°C im Bereich von 30 × 10^–7/°C bis 50 × 10^–7/°C liegt.
Glaskeramisches Substrat hoher Steifigkeit gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Oberfläche des Substrats nach dem Polieren eine Oberflächenrauigkeit (Ra) von 3 Å bis 9 Å und eine maximale Oberflächenrauigkeit (R_maX) von 100 Å oder weniger aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines glaskeramischen Substrats hoher Steifigkeit für ein magnetisches Informationsspeichermedium gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend die Schritte des Schmelzens des Grundglases, des Formens des geschmolzenen Glases zu einer vorher bestimmten Form, des Temperns des geformten Glases und danach der Wärmebehandlung des Glases bei einer Keimbildungstemperatur im Bereich von 650°C bis 750°C und einer Kristallisationstemperatur im Bereich von 750°C bis 1050°C.
Magnetische Informationsspeicherplatte, die einen Film eines magnetischen Mediums aufweist, der auf dem glaskeramischen Substrat hoher Steifigkeit gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5 gebildet wurde.