DE69934625T2

DE69934625T2 - Glaskeramisches Trägermaterial für magnetisches Aufzeichnungsmedium

Info

Publication number: DE69934625T2
Application number: DE69934625T
Authority: DE
Inventors: Junko c/o K. K. Ohara Sagamihara-shi Ishioka; Naoyuki c/o K. K. Ohara Sagamihara-shi Goto; Yasuyuki c/o K. K. Ohara Sagamihara-shi Kawashima
Original assignee: Ohara Inc
Current assignee: Ohara Inc
Priority date: 1998-03-23
Filing date: 1999-03-04
Publication date: 2007-10-25
Anticipated expiration: 2019-03-05
Also published as: DE69934625D1; SG72933A1; US6383645B1; EP0945855A2; JP4462724B2; TW584612B; EP0945855B1; SG72930A1; US6174827B1; CN1237545A; MY126492A; KR19990078120A; KR100329004B1; US20020031670A1; EP0945855A3; KR19990078112A; CN1196114C; CN1100732C; TW565538B; EP0945856A2

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Glaskeramiksubstrat für ein Informationsspeichermedium und insbesondere auf ein Glaskeramiksubstrat für ein Informationsspeichermedium wie eine Magnetplatte, die aus einer Glaskeramik besteht, welche eine verbesserte Superglattheit der Substratoberfläche, einen hohen Youngschen Modul und eine geringe relative Dichte hat, mit der sie gut mit Hochgeschwindigkeitsrotation zurechtkommt, und einen Bereich des Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, der zu den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Elemente passt, aus denen das Informationsspeichermedium zusammengesetzt ist. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung desselben und auch auf ein Informationsspeichermedium, bei dem dieses Glaskeramiksubstrat verwendet wird. In dieser Beschreibung bedeutet der Ausdruck "Informationsspeichermedium" ein Informationsspeichermedium in Form einer Platte und umfasst Festplatten vom fixierten Typ, Festplatten vom entfernbaren Typ und Festplatten vom Kartentyp, die entsprechend als sogenannte "Festplatten" für Personalcomputer und zur Informationsspeicherung in einem Netzwerk verwendet werden, und ein anderes Informationsspeichermedium in Form einer Platte, die zur Speicherung von Daten zum Beispiel in digitalen Videokameras und Digitalkameras verwendet werden kann.
Die kürzlich erfolgte Entwicklung von Personalcomputern für Multimediazwecke und digitale Videokameras und Digitalkameras, die die Handhabung einer großen Datenmenge erfordern, erfordert eine magnetische Informationsspeichervorrichtung mit einer großen Aufzeichnungskapazität. Folglich gibt es zur Erhöhung der Aufzeichnungsdichte eine zunehmende Tendenz bei einem magnetischen Informationsspeichermedium in Richtung auf eine Erhöhung der Bit- und Spurdichte und eine Reduktion der Größe einer Bitzelle. In Übereinstimmung mit der Reduktion der Größe einer Bitzelle erfolgt der Betrieb eines Magnetkopfs in einer größeren Nähe zur Oberfläche einer Platte. Wenn die Funktion des Magnetkopfs in einem Fastkontakt-Zustand oder Kontaktzustand mit der Plattenoberfläche erfolgt, ist die technische Entwicklung eines Landungszonensystems als Technik zum Starten und Stoppen eines Magnetkopfs wichtig. Gemäß diesem System erfolgt in einer speziellen Zone einer Platte (z.B. einem radial nach innen oder nach außen gerichteten Teil einer Platte, wo keine Aufzeichnung erfolgt) eine Verarbeitung zur Verhinderung des Klebenbleibens, wie eine Texturierung, und das Starten und Stoppen des Magnetkopfs erfolgen in dieser Zone, die "Landungszone" genannt wird.
In der derzeitigen magnetischen Informationsspeichervorrichtung wird im Allgemeinen das CSS(Kontakt-Start-Stop)-System eingesetzt, gemäß dem der Magnetkopf vor dem Start mit der Oberfläche des magnetischen Informationsspeichermediums in Kontakt ist und von der Oberfläche des Mediums abgehoben wird, wenn der Kopf seinen Betrieb aufgenommen hat. Wenn die Oberfläche des Mediums, mit der der Magnetkopf in Kontakt kommt, in übermäßiger Weise einer Spiegelfläche entspricht, erfolgt ein Klebenbleiben zwischen der Oberfläche des Mediums und dem Magnetkopf, so dass es aufgrund einer erhöhten Reibung und des Auftretens von Schäden an der Oberfläche des Mediums schwierig ist, die Rotation des Mediums glatt zu starten. Ein Substrat für ein magnetisches Informationsspeichermedium muss also zwei einander widersprechende Anforderungen erfüllen, eine geringere Gleithöhe des Magnetkopfs, die mit einer erhöhten Speicherkapazität einhergeht, und die Verhinderung des Klebenbleibens des Magnetkopfs auf der Oberfläche des Mediums. Um diese einander widersprechenden Anforderungen zu erfüllen, wurde das Landungszonensystem entwickelt, und neben dem Landungszonensystem wird gerade ein Rampenladesystem entwickelt, gemäß dem sich ein Magnetkopf vollständig mit der Oberfläche des Mediums in Kontakt befindet, außer beim Starten und Stoppen des Magnetkopfs, wenn der Magnetkopf von der Oberfläche des Mediums wegbewegt wird. Dementsprechend ist eine derzeitige Anforderung für ein Substrat für ein magnetisches Informationsspeichermedium eine glattere Oberfläche.
Zur Zeit erfolgt eine technische Entwicklung zu einer Informationsübertragung mit höherer Geschwindigkeit durch eine mit höherer Geschwindigkeit erfolgende Rotation des magnetischen Informationsspeichermediums, das für eine magnetische Informationsspeichervorrichtung verwendet wird. Mit zunehmender Drehzahl eines Mediums kommt es zu einer Durchbiegung und Verformung des Mediums, und dies führt zur Anforderung eines höheren Youngschen Moduls. Weiterhin wurden neben den herkömmlichen Festplatten des fixierten Typs auch Informationsspeichermedien wie Festplatten des entfernbaren Typs und Festplatten des Kartentyps vorgeschlagen und der Praxis zugeführt, und mit ihrer Anwendung bei digitalen Videokameras und Digitalkameras für verschiedene Verwendungen wurde begonnen.
Eine Aluminiumlegierung ist in der Technik der Magnetplatten-Substratmaterialien bekannt. Das Aluminiumlegierungssubstrat weist jedoch aufgrund von verschiedenen Defekten des Materials beim Polieren Erhebungen oder punktförmige Erhebungen und Vertiefungen auf der Substratoberfläche auf, und daher ist es als Substrat für ein Speichermedium mit hoher Aufzeichnungsdichte in Bezug auf Flachheit und Glätte nicht ausreichend. Da eine Aluminiumlegierung weiterhin ein weiches Material ist und einen niedrigen Youngschen Modul und eine geringe Oberflächenhärte hat, findet während der Hochgeschwindigkeitsrotation des Mediums eine Schwingung des Substrats mit einer resultierenden Verformung des Mediums statt. Zu Schwierigkeiten kommt es auch, wenn man das Informationsspeichermedium dünner machen möchte. Weiterhin kann es zu einer Beschädigung des Mediums durch Kontakt mit einem Kopf kommen. Das Aluminiumlegierungssubstrat kann also die Anforderungen für eine Hochgeschwindigkeitsaufzeichnung nicht erfüllen.
Als Materialien zur Überwindung der obigen Probleme mit dem Aluminiumlegierungssubstrat sind in der Technik chemisch getemperte Gläser, wie Natronkalkglas (SiO₂-CaO-Na₂O) und Aluminiumsilicatglas (SiO₂-Al₂O₃-Na₂O), bekannt. Diese Materialien haben jedoch die folgenden Nachteile: (1) Da das Polieren nach dem Verfahren des chemischen Temperns erfolgt, ist die chemisch getemperte Schicht ernsthaft instabil, wenn man die Platte dünner macht. (2) Da das Glas Na₂O als wesentlichen Bestandteil enthält, hat das Glas das Problem, dass die Filmbildungseigenschaften des Mediums verschlechtert werden, und um eine Diffusion von Na₂O zu verhindern; wird es notwendig, eine Sperrbeschichtung über die gesamte Oberfläche aufzutragen. Dies verhindert die stabile Produktion des Produkts zu wettbewerbsfähigen Kosten.
Abgesehen vom Aluminiumlegierungssubstrat und dem chemischen getemperten Glassubstrat sind in der Technik einige Glaskeramiksubstrate bekannt. Zum Beispiel ist die Glaskeramik eines SiO₂-Li₂O-MgO-P₂O₅-Systems, das im US-Patent Nr. 5,626,935 offenbart ist und Lithiumdisilicat (Li₂O·2SiO₂) und α-Quarz (α-SiO₂) als Hauptkristallphasen enthält, ein ausgezeichnetes Material als Material, das über die gesamte Oberfläche texturiert ist und bei dem durch Steuern des Korndurchmessers von globulären Kristallkörnern von α-Quarz das herkömmliche mechanische Texturieren oder chemische Texturieren entfallen kann und die Oberflächenrauigkeit nach dem Polieren (Ra) innerhalb eines Bereichs von 15 Å bis 50 Å gesteuert werden kann. Diese Glaskeramik kann jedoch nicht die Anforderung für die geringe Gleithöhe erfüllen, die durch die schnell zunehmende Aufzeichnungsdichte notwendig wird und eine Oberflächenrauigkeit (Ra) von 9 Å oder darunter, vorzugsweise 6 Å oder darunter, erfordert. Weiterhin erfolgt in diesem Patent keine Diskussion oder ein Vorschlag über einen Wärmeausdehnungskoeffizienten.
Die Japanische Offenlegungsschrift Nr. Hei 9-35234 offenbart ein Magnetplattensubstrat aus einer Glaskeramik eines SiO₂-Al₂O₃-Li2_O-Systems mit vorherrschenden Kristallphasen aus Lithiumdisilicat (Li₂O·2SiO₂) und β-Spodumen (Li₂O·Al₂O₃·4SiO₂). Diese Glaskeramik hat eine Zusammensetzung, die eine relativ große Menge an Al₂O₃-Bestandteil enthält und bei der das Wachstum von SiO₂-Kristallen, wie α-Quarz (α-SiO₂) und α-Cristobalit (α-SiO₂), extrem eingeschränkt ist. Die mediane Oberflächenrauigkeit dieser Glaskeramik nach dem Polieren ist als 20 Å, oder weniger definiert, aber die in den Beispielen offenbarte mediane Oberflächenrauigkeit ist grob und beträgt 12 Å bis 17 Å, was die oben beschriebene gewünschte Oberflächenrauigkeit nicht erreicht, und daher kann diese Glaskeramik die Anforderung einer niedrigen Gleithöhe des Magnetkopfs nicht erfüllen. Da diese Glaskeramik weiterhin eine hohe Temperatur von 820 °C bis 920 °C für die Kristallisation erfordert, wird eine in großem Maßstab erfolgende Produktion des Produkts zu wettbewerbsfähigen Kosten verhindert.
Die internationale Veröffentlichung WO 97/01164, die die oben beschriebene Japanische Offenlegungsschrift Nr. Hei 9-35234 beinhaltet, offenbart eine Glaskeramik für eine Magnetplatte, bei der die Untergrenze für den Al₂O₃-Bestandteil gesenkt ist und die Temperatur für die Kristallisation gesenkt ist (680 °C bis 770 °C). Eine ausreichende Verbesserung kann jedoch nicht erreicht werden, indem man lediglich die Untergrenze für den Al₂O₃-Bestandteil senkt. Außerdem handelt es sich bei den in allen Beispielen gewachsenen Kristallen um β-Eucryptit (Li₂O-Al₂O₃-2SiO₂).
Es ist daher ein Ziel der Erfindung, die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und ein Glaskeramiksubstrat für ein Informationsspeichermedium mit ausgezeichneten Oberflächeneigenschaften bereitzustellen, das mit dem Rampenladesystem (d.h. Kontaktaufzeichnung des Magnetkopfs) für eine Aufzeichnung mit hoher Dichte zurechtkommt, eine verbesserte Beziehung zwischen dem Youngschen Modul und der relativen Dichte hat, wodurch das Medium eine Hochgeschwindigkeitsrotation aushalten kann, ohne eine Schwingung zu verursachen, und das einen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, der zu den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Bestandteile des Mediums passt.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung des Glaskeramiksubstrats anzugeben.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Informationsspeichermedium bereitzustellen, bei dem dieses Glaskeramiksubstrat eingesetzt wird.
Intensive Studien und Experimente, die von den Erfindern der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurden, um die oben beschriebenen Ziele der Erfindung zu erreichen, führten zu dem Ergebnis, das zur vorliegenden Erfindung führte, nämlich dass in Glaskeramiken, die als vorherrschende Kristallphasen Lithiumdisilicat (Li₂O·2SiO₂) und α-Quarz (α-SiO₂) aufweisen, eine Glaskeramik erhalten werden kann, die gegenüber den Glaskeramiken für ein Informationsspeichermedium des Standes der Technik insofern vorteilhaft ist, als sie feine globuläre Kristallkörner aufweist und daher eine ausgezeichnete Verarbeitbarkeit hat, eine glattere Oberfläche nach dem Polieren hat, einen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, der zu den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Bestandteile des Mediums passt, und einen hohen Youngschen Modul und eine geringe relative Dichte hat, mit der sie mit einer Hochgeschwindigkeitsrotation des Mediums zurechtkommen kann. Es hat sich gezeigt, dass das Glaskeramiksubstrat für ein Informationsspeichermedium, das das Ziel der Erfindung erreicht, aufgrund seiner Superflachheit besonders gut für das Rampenladesystem geeignet ist.
Um das oben beschriebene Ziel der Erfindung zu erreichen, wird eine Glaskeramik bereitgestellt, wobei die vorherrschenden Kristallphasen (a) Lithiumdisilicat (Li₂O·2SiO₂) und (b) α-Quarz (α-SiO₂) sind, wobei die Glaskeramik einen Youngschen Modul (GPa) im Bereich von 95 bis 120 und eine relative Dichte im Bereich von 2,4 bis 2,6 hat, wobei das Verhältnis von Youngschem Modul (GPa) zu Dichte 37 GPa·cm³/g oder mehr beträgt, wobei die Glaskeramik 0 bis weniger als 10 Gew.-% (ausgedrückt auf Oxidbasis) Al₂O₃ umfasst.
In einem Aspekt der Erfindung liegt der Wärmeausdehnungskoeffizient im Bereich von 65 × 10^–7/°C bis 130 × 10^–7/°C in einem Temperaturbereich von –50 °C bis +70 °C.
In einem anderen Aspekt der Erfindung beträgt die Oberflächenrauigkeit Ra (arithmetischer Mittenrauwert) nach dem Polieren 9 Å oder weniger.
In einem anderen Aspekt der Erfindung sind die vorherrschenden Kristallphasen Lithiumdisilicat (Li₂O·2SiO₂) und α-Quarz (α-SiO₂).
In einem anderen Aspekt der Erfindung ist das Glaskeramiksubstrat im Wesentlichen frei von Na₂O und PbO.
In einem anderen Aspekt der Erfindung sind die Kristallkörner der Kristallphasen feine globuläre Körner.
In einem anderen Aspekt der Erfindung beträgt der mittlere Durchmesser der Kristallkörner der Kristallphasen 0,30 μm oder weniger.
In einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst das Glaskeramiksubstrat 0,3 Gew.-% oder mehr (ausgedrückt auf der Basis der Zusammensetzung des Oxids) MgO.

In einem anderen Aspekt der Erfindung hat das Glaskeramiksubstrat eine Zusammensetzung, die aus Folgendem besteht, in Gew.-%, ausgedrückt auf der Basis der Zusammensetzung der Oxide:

SiO₂	71 bis 81%
Li₂O	8 bis 11%
K₂O	0 bis 3%
MgO	0,3 bis 2%
ZnO	0 bis 1%
P₂O₅	1 bis 3%
ZrO₂	0,5 bis 5%
TiO₂	0 bis 3%
Al₂O₃	4 bis 8%
Sb₂O₃	0,1 bis 0,5%
SnO₂	0 bis 5%
MoO₃	0 bis 3%
NiO	0 bis 2%
CoO	0 bis 3%
Cr₂O₃	0 bis 3%

und die als vorherrschende Kristallphasen Lithiumdisilicat (Li₂O·2SiO₂) und α-Quarz (α-SiO₂) aufweist.

In einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Glaskeramiksubstrat für ein Informationsspeichermedium bereitgestellt, das als vorherrschende Kristallphasen Lithiumdisilicat (Li₂O·2SiO₂) und α-Quarz (α-SiO₂), die feine globuläre Kristallkörner haben, aufweist und eine Oberflächenrauigkeit Ra (arithmetischer Mittenrauwert) nach dem Polieren von 9 Å oder weniger hat.
In einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Glaskeramiksubstrats für ein Informationsspeichermedium angegeben, das die folgenden Schritte umfasst: Schmelzen von Glasmaterialien, Formen des geschmolzenen Glases, Glühen des geformten Glases und dann Wärmebehandeln des geformten Glases zur Keimbildung unter einer Keimbildungstemperatur im Bereich von 550 °C bis 650 °C während einer bis zwölf Stunden und weiterhin Wärmebehandeln des geformten Glases zur Kristallisation unter einer Kristallisationstemperatur im Bereich von 680 °C bis 800 °C während einer bis zwölf Stunden und Polieren der Glaskeramik bis zu einer Oberflächenrauigkeit (Ra) von 9 Å oder weniger.
In noch einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Informationsspeichermedium bereitgestellt, das durch Bilden eines Magnetfilms und gegebenenfalls weiterer Schichten einschließlich einer Untergrundschicht, einer Schutzschicht und einer Gleitschicht auf dem oben beschriebenen Glaskeramiksubstrat erhalten wird.
Es werden jetzt die Gründe für die Beschränkung der physikalischen Eigenschaften, Oberflächenmerkmale, vorherrschenden Kristallphasen und des Kristallkorndurchmessers sowie der Zusammensetzung beschrieben. Die Zusammensetzung der Glaskeramik wird auf der Basis der Zusammensetzung der Oxide in ihrem Basisglas ausgedrückt.
Zuerst erfolgt eine Beschreibung über den Youngschen Modul und die relative Dichte.
Wie oben beschrieben, gibt es eine zunehmende Tendenz zu einer Hochgeschwindigkeitsrotation eines Informationsspeichermediums zur Verbesserung der Aufzeichnungsdichte und der Datenübertragungsgeschwindigkeit. Um dieser Tendenz gerecht zu werden, muss ein Substratmaterial eine hohe Steifigkeit und eine geringe relative Dichte aufweisen, um eine durch ein Durchbiegen während der Hochgeschwindigkeitsrotation verursachte Schwingung der Platte zu verhindern. Weiterhin muss das Substratmaterial in dem Fall, dass das Medium für Anwendungen verwendet wird, bei denen ein Magnetkopf mit dem Medium in Kontakt kommt, oder dass das Medium für eine Vorrichtung des tragbaren Typs, wie eine Speichervorrichtung des entfernbaren Typs, verwendet wird, eine ausreichende mechanische Festigkeit, einen ausreichenden Youngschen Modul und eine ausreichende Oberflächenhärte haben, um für solche Verwendungen angepasst zu sein.
Es hat sich Folgendes gezeigt: Wenn ein Substrat eine hohe Steifigkeit, aber eine große relative Dichte hat, kommt es während einer Hochgeschwindigkeitsrotation aufgrund ihres großen Gewichts zu einem Durchbiegen der Platte, mit dem Ergebnis, dass eine Schwingung der Platte auftritt. Wenn das Substrat umgekehrt eine geringe relative Dichte, aber eine niedrige Steifigkeit hat, kommt es ebenfalls zu einer Schwingung der Platte. Dementsprechend muss es eine Ausgewogenheit zwischen den scheinbar widersprüchlichen Eigenschaften einer hohen Steifigkeit und einer geringen relativen Dichte geben. Es hat sich gezeigt, dass der geeignete Bereich für das Verhältnis von Youngschem Modul (GPa) zur relativen Dichte 37 oder mehr, vorzugsweise 39 oder mehr, besonders bevorzugt 41 oder mehr und am meisten bevorzugt 43 oder mehr entspricht. Es hat sich auch gezeigt, dass es einen bevorzugten Bereich für die Steifigkeit gibt. Auch wenn das obige Verhältnis mit einer geringen relativen Dichte erfüllt wird, ist ein Youngscher Modul von wenigstens 95 GPa im Hinblick auf die Verhinderung der Schwingung der Platte zu bevorzugen. Im Hinblick auf die Verarbeitbarkeit des Substrats und die Erhöhung des Gewichts des Substrats beträgt die Obergrenze des Youngschen Moduls des Substrats vorzugsweise 120 GPa. Was die relative Dichte betrifft, sollte das Substrat im Hinblick auf die Verhinderung der Schwingung vorzugsweise eine relative Dichte von 2,6 oder weniger haben, auch wenn das Substrat eine hohe Steifigkeit hat. Wenn die relative Dichte kleiner als 2,4 ist, kann in Glaskeramiken dieses Glassystems im Wesentlichen kein Substrat mit einer gewünschten Steifigkeit erhalten werden. Dementsprechend beträgt das Verhältnis Youngscher Modul (GPa)/relative Dichte vorzugsweise 50 oder weniger.
Es erfolgt jetzt eine Beschreibung über den Wärmeausdehnungskoeffizienten. Mit zunehmender Aufzeichnungsdichte erfordert die Positionierung des Magnetkopfs relativ zum Informationsspeichermedium eine hohe Genauigkeit, und daher ist eine hohe Größengenauigkeit für das Substrat und die jeweiligen Bestandteile des Mediums erforderlich. Daher kann der Einfluss der Differenz zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Substrats und der Bestandteile des Mediums nicht ignoriert werden, und die Differenz zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten muss soweit wie möglich reduziert werden. Als Bestandteile für ein kleines magnetisches Informationsspeichermedium werden häufig solche mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten im Bereich von +90 × 10^–7/°C bis 100 × 10^–7/°C verwendet, so dass das Substrat einen Wärmeausdehnungskoeffizienten in derselben Größenordnung haben muss. Es gibt jedoch einen Fall, in dem ein Laufwerkshersteller einen Bestandteil verwendet, der aus einem Material besteht, das einen Wärmeausdehnungskoeffizienten außerhalb des oben beschriebenen Bereichs hat, d.h. einen Wärmeausdehnungskoeffizienten im Bereich von +70 × 10^–7/°C bis etwa +125 × 10^–7/°C. Aus diesem Grund wurde im Kristallsystem der vorliegenden Erfindung ein Bereich des Wärmeausdehnungskoeffizienten so bestimmt, dass das Substrat auf so viele Materialien von Bestandteilen wie möglich angewendet werden kann, während die Festigkeit des Substrats ausreichend berücksichtigt wird. Es hat sich gezeigt, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient vorzugsweise im Bereich von +65 × 10^–7/°C bis +130 × 10^–7/°C in einem Temperaturbereich von –50 °C bis +70 °C liegen sollte. Ein besonders bevorzugter Bereich des Wärmeausdehnungskoeffizienten innerhalb desselben Temperaturbereichs ist +95 × 10^–7/°C bis +110 × 10^–7/°C.
Es erfolgt jetzt eine Beschreibung über den Kristallkorndurchmesser der vorherrschenden Kristallphasen und die Oberflächenmerkmale des Substrats.
Wie bereits beschrieben, wird mit zunehmender Aufzeichnungsdichte des Informationsspeichermediums die Gleithöhe des Magnetkopfs auf 0,025 μm oder weniger extrem reduziert, und das Fast-Kontakt-Aufzeichnungssystem oder das Kontakt-Aufzeichnungssystem wurden entwickelt. Um mit dieser Tendenz fertigzuwerden, muss das Medium eine flachere Oberfläche haben als die Platten des Standes der Technik. Wenn man versucht, eine Eingabe und Ausgabe von Informationen mit hoher Aufzeichnungsdichte auf einem magnetischen Informationsspeichermedium durchzuführen, das eine Oberfläche mit der Flachheit des Standes der Technik hat, kann keine richtige Eingabe und Ausgabe eines magnetischen Signals erreicht werden, da der Abstand zwischen dem Magnetkopf und dem Medium zu groß ist. Wenn dieser Abstand reduziert wird, erfolgt eine Kollision des Magnetkopfs gegen die Oberfläche des Mediums mit der daraus folgenden Beschädigung des Kopfs oder Mediums. Um eine Beschädigung des Kopfs oder Mediums trotz der äußerst geringen Gleithöhe oder der Kontaktaufzeichnung zu verhindern, sollte die Oberflächenrauigkeit (Ra) des Substrats vorzugsweise 9 Å oder weniger und besonders bevorzugt 6 Å oder weniger betragen. Aus demselben Grund sollte die maximale Oberflächenrauigkeit (Rmax) des Substrats vorzugsweise 100 Å oder weniger und besonders bevorzugt 72 Å oder weniger betragen.
Um ein Glaskeramiksubstrat mit einer solchen Flachheit zu erhalten, werden die Form und der Durchmesser der gewachsenen Kristallkörner zu wichtigen Faktoren. Wegen der Verarbeitbarkeit und der Oberflächenrauigkeit des Substrats sollten die gewachsenen Kristallkörner vorzugsweise feine globuläre Körner sein. Insbesondere sollte die Kristallkörner vorzugsweise einen mittleren Durchmesser von 0,30 μm oder weniger oder besonders bevorzugt 0,2 μm oder weniger haben, um die gewünschte Oberflächenrauigkeit zu erreichen. Um den gewünschten Youngschen Modul zu erhalten, sollten die Kristallkörner vorzugsweise einen mittleren Durchmesser von 0,05 μm oder mehr haben.
Um die oben beschriebenen physikalischen Eigenschaften, den Wärmeausdehnungskoeffizienten und die Oberflächenrauigkeit, zu realisieren, hat sich gezeigt, dass die Kombination von Lithiumdisilicat (Li₂O·2SiO₂) und α-Quarz (α-SiO₂) als vorherrschende Kristallphasen die beste Kombination ist.
Wenn das Substrat Na₂O als Bestandteil enthält, erfolgt eine Diffusion des Na-Ions in den magnetischen Film während des Filmbildungsvorgangs, und dadurch werden die magnetischen Filmkörner grob und wird die Orientierung verschlechtert. Das Substrat muss daher im Wesentlichen frei von diesem Bestandteil sein. Das Substrat sollte auch frei von PbO sein, das unter dem Gesichtspunkt des Umweltschutzes unerwünscht ist.
Außerdem muss das Substrat für ein Informationsspeichermedium frei von Defekten wie Kristallanisotropie, Fremdsubstanzen und Verunreinigungen sein und eine feine und gleichmäßige Textur haben. Diese Anforderungen werden erfüllt, indem man die vorherrschenden Kristallphasen (Lithiumdisilicat und α-Quarz) bereitstellt, die die oben beschriebene Kristallform und den oben beschriebenen Durchmesser haben.
Es werden jetzt Gründe für die Beschränkung des Zusammensetzungsbereichs des in den Ansprüchen definierten Basisglases beschrieben.
Der SiO₂-Bestandteil ist ein sehr wichtiger Bestandteil, damit Lithiumdisilicat (Li₂O·2SiO₂) und α-Quarz (α-SiO₂) als vorherrschende Kristallphasen wachsen, wenn man das Basisglas einer Wärmebehandlung unterzieht. Wenn die Menge dieses Bestandteils geringer als 71% ist, sind die gewachsenen Kristalle der Glaskeramik instabil, und ihre Textur wird häufig grob. Wenn die Menge dieses Bestandteils 81% übersteigt, ergibt sich eine Schwierigkeit beim Schmelzen und Formen des Glases.
Der Li₂O-Bestandteil ist ein sehr wichtiger Bestandteil, damit Lithiumdisilicat (Li₂O·2SiO₂) als vorherrschende Kristallphase wächst, wenn man das Basisglas einer Wärmebehandlung unterzieht. Wenn die Menge dieses Bestandteils kleiner als 8% ist, ergeben sich Schwierigkeiten beim Wachsen dieser Kristallphase und auch beim Schmelzen des Basisglases. Wenn die Menge dieses Bestandteils 11% übersteigt, ist der gewachsene Kristall instabil, und seine Textur wird häufig grob, und seine chemische Beständigkeit wird verschlechtert.
Der K₂O-Bestandteil verbessert die Schmelzeigenschaft des Glases und verhindert, dass der gewachsene Kristall zu grob wird. Eine Menge von bis zu 3% dieses Bestandteils wird genügen.
Der MgO- und der ZnO-Bestandteil bewirken eine Stabilisierung des Vorgangs des Wachstums des Lithiumdisilicat(Li₂O·2SiO₂)-Kristalls, der als vorherrschende Kristallphase wächst und das Wachstum von α-Cristobalit(α-SiO₂)-Kristall verhindert, der die mechanischen und thermischen Eigenschaften der Glaskeramik der vorliegenden Erfindung beeinträchtigt. Wenn die Menge des MgO-Bestandteils unter 0,3% liegt, können diese Wirkungen nicht erreicht werden. Wenn die Menge des MgO-Bestandteils 2% übersteigt oder die Menge des ZnO-Bestandteils 1% übersteigt, ist das erhaltene Produkt instabil, und seine Textur wird zu grob.
Der P₂O₅-Bestandteil ist als Keimbildner unverzichtbar. Wenn die Menge dieses Bestandteils unter 1% liegt, ist das Wachstum des Keims unzureichend, was zu einem abnormen Wachstum von Kristallen führt. Wenn die Menge dieses Bestandteils 3% überschreitet, erfolgt eine Entglasung im Basisglas, das dabei undurchsichtig wird.
Der ZrO₂- und der TiO₂-Bestandteil sind wichtige Bestandteile, die neben ihrer Funktion als Keimbildner wie der P₂O₅-Bestandteil dafür sorgen, dass die gewachsenen Kristalle fein sind, die mechanische Festigkeit verbessern und die chemische Beständigkeit verbessern. Wenn die Menge des ZrO₂-Bestandteils unter 0,5% liegt, können diese Wirkungen nicht erzielt werden. Wenn die Menge des ZrO₂-Bestandteils 5% überschreitet oder die Menge des TiO₂-Bestandteils 3% überschreitet, ergeben sich Schwierigkeiten beim Schmelzen des Basisglases, und ZrSiO₄ und ähnliche Schlacken bleiben ungeschmolzen zurück.
Der Al₂O₃-Bestandteil bewirkt eine Verbesserung der chemischen Beständigkeit und mechanischen Festigkeit der Glaskeramik. Die Art des gewachsenen Kristalls ist je nach den Bedingungen der Wärmebehandlung unterschiedlich. Im Hinblick auf verschiedene Bedingungen der Wärmebehandlung, sollte die Menge dieses Bestandteils unter 10% liegen, damit Lithiumdisilicat (Li₂O·2SiO₂) und α-Quarz (α-SiO₂) wachsen. Ein bevorzugter Bereich für diesen Bestandteil ist 4–8%.
Der Sb₂O₃-Bestandteil wird beim Schmelzen des Glases als Läuterungsmittel zugegeben. Wenn die Menge dieses Bestandteils unter 0,1% liegt, kann diese Wirkung nicht erreicht werden. Eine Zugabe dieses Bestandteils von bis zu 0,5% ist ausreichend.
Der SnO₂- und der MoO₃-Bestandteil sind als Färbemittel der Glaskeramik wirksam. Diese Bestandteile sind zum Nachweis von Oberflächenfehlern der Produkte besonders wirksam. Diese Bestandteile können auch hinzugefügt werden, um die Absorption von LD-angeregtem Laser (Nd:YAG und andere) zu erleichtern, der verwendet wird, um die Landungszone auf einer Platte zu texturieren. Diese Bestandteile haben im Glaszustand eine ausgezeichnete Transluzenz, und daher erleichtert die Zugabe dieser Bestandteile die Untersuchung von Materialien vor der Kristallisation. Die Bestandteile färben auch die Glaskeramik in ihrem Kristallisationsvorgang. Es reicht aus, wenn eine Menge des SnO₂-Bestandteils von bis zu 5% hinzugefügt wird und eine Menge des MoO₃-Bestandteils von bis zu 3% hinzugefügt wird.
Der NiO-, der CoO- und der Cr₂O₃-Bestandteil bewirken wie der SnO₂- und der MoO₃-Bestandteil eine Verbesserung der Absorption von LD-angeregtem Laser (Nd:YAG und andere), der verwendet wird, um die Landungszone auf einer Platte zu texturieren. Diese Bestandteile haben jedoch im Glaszustand keine Transluzenz wie der SnO₂- und der MoO₃-Bestandteil. Es reicht aus, wenn eine Menge des NiO-Bestandteils von bis zu 2%, eine Menge des CoO-Bestandteils von bis zu 3% und eine Menge des Cr₂O₃-Bestandteils von bis zu 3% hinzugefügt wird.
Zur Herstellung des Glaskeramiksubstrats für ein Informationsspeichermedium gemäß der Erfindung werden Glasmaterialien der oben beschriebenen Zusammensetzung geschmolzen und einem Heiß- oder Kaltformverfahren unterzogen. Das geformte Glas wird zur Keimbildung eine bis zwölf Stunden lang einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur im Bereich von 550 °C bis 650 °C unterzogen und dann zur Kristallisation eine bis zwölf Stunden lang einer weiteren Wärmebehandlung bei einer Temperatur im Bereich von 680 °C bis 800 °C unterzogen.
Die vorherrschenden Kristallphasen der durch die Wärmebehandlungen erhaltenen Glaskeramik sind Lithiumdisilicat (Li₂O·2SiO₂) und α-Quarz (α-SiO₂), die globuläre Kristallkörner mit einem Korndurchmesser von 0,05 μm oder mehr und 0,30 μm oder weniger haben.
Dann wird die Glaskeramik in herkömmlicher Weise feingeschliffen und poliert, und das Glaskeramiksubstrat für ein Informationsspeichermedium mit einer Oberflächenrauigkeit (Ra) von 3 Å bis 9 Å und einem Rmax von 100 Å oder weniger wird erhalten.
Im folgenden werden Beispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Die Tabellen 1 bis 6 zeigen Beispiele (Nr. 1 bis Nr. 30) für Zusammensetzungen des gemäß der Erfindung hergestellten Glaskeramiksubstrats für ein Informationsspeichermedium zusammen mit der Keimbildungstemperatur, der Kristallisationstemperatur, den vorherrschenden Kristallphasen, dem Kristallkorndurchmesser (Mittelwert), der Oberflächenrauigkeit (Ra) nach dem Polieren, Rmax, dem Youngschen Modul, der relativen Dichte, dem Verhältnis von Youngschem Modul (GPa)/relativer Dichte und dem Wärmeausdehnungskoeffizienten. Tabelle 7 zeigt Zusammensetzungen und die obigen Eigenschaften der Glaskeramik des SiO₂-Li₂O-MgO-P₂O₅-Systems des Standes der Technik, die im US-Patent Nr. 5,626,935 offenbart ist (Vergleichsbeispiel 1), und von Glaskeramiken des SiO₂-Al₂O₃-Li₂O-Systems des Standes der Technik, die in der Japanischen Offenle gungsschrift Nr. Hei 9-35234 (Vergleichsbeispiel 2) und der Internationalen Patentschrift Nr. WO 97/01164 (Vergleichsbeispiel 3) offenbart sind. Tabelle 1
Tabelle 2
Tabelle 3
Tabelle 4
Tabelle 5
Tabelle 6
Tabelle 7
Zur Herstellung des Glaskeramiksubstrats 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 etwa 1450 °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 das geformte Glas etwa eine bis zwölf Stunden lang einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur im Bereich von 550 °C bis 650 °C unterzogen, um den Kristallkeim zu bilden, und dann zur Kristallisation weiterhin etwa eine bis zwölf Stunden lang einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur im Bereich von 680 °C bis 800 °C unterzogen. Dann wird diese Glaskeramik mit Feinschleifkörnern mit einem mittleren Korndurchmesser im Bereich von 5 μm bis 30 μm etwa 10 Minuten bis 60 Minuten lang feingeschliffen und dann mit Ceroxid mit einem Korndurchmesser im Bereich von 0,5 μm bis 2 μm etwa 30 Minuten bis 60 Minuten lang endpoliert.
Wie in den Tabellen 1 bis 7 gezeigt ist, unterscheiden sich die Glaskeramiken der vorliegenden Erfindung von den Vergleichsbeispielen der Glaskeramiken des Standes der Technik in Bezug auf die vorherrschenden Kristallphasen und den Kristallkorndurchmesser (Mittelwert) voneinander. In den Glaskeramiken der vorliegenden Erfindung sind Kristallkörner aus Lithiumdisilicat (Li₂O × 2SiO₂) und α-Quarz (α-SiO₂) feine globuläre Körner, während die Glaskeramiken der Vergleichsbeispiele 1, 2 und 3 einen großen Korndurchmesser (Mittelwert) von 0,5 μm oder mehr haben. Im Hinblick auf die gegenwärtige Tendenz hin zu einer Superflachheit verursachen die Glaskeramiken der Vergleichsbeispiele mit diesem Korndurchmesser Schwierigkeiten, die sich aus der Oberflächenrauigkeit nach dem Polieren und dem Ablösen von Kristallkörnern von der Oberfläche des Mediums ergeben.
Was den Youngschen Modul, die relative Dichte und das Verhältnis von Youngschem Modul/relativer Dichte betrifft, haben die Glaskeramiken der vorliegenden Erfindung ein ausgezeichnetes Verhältnis von Youngschem Modul/relativer Dichte von 39 oder mehr, während die Glaskeramiken der Vergleichsbeispiele 1, 2 und 3 ein Verhältnis von Youngschem Modul/relativer Dichte von weniger als 37 haben und daher nicht in ausreichender Weise mit einem Laufwerk mit Hochgeschwindigkeitsrotation zurechtkommen. Was weiterhin den Wärmeausdehnungskoeffizienten betrifft, haben die Glaskeramiken der vorliegenden Erfindung einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 95 × 10^–7/°C oder mehr, während die Glaskeramiken der Vergleichsbeispiele 1, 2 und 3 einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 64 × 10^–7/°C oder weniger haben. Insbesondere enthalten die Glaskeramiken der Vergleichsbeispiele 2 und 3 β-Spodumen und β-Cristobalit, bei denen es sich um Kristallphasen mit einem negativen Wärmeausdehnungscharakteristik handelt, und daher wird der Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen diesen Glaskeramiken und den Bestandteilen der Laufwerksvorrichtung so groß, dass diese Glaskeramiken als Substrat für ein Informationsspeichermedium nicht geeignet sind.
Auf den Glaskeramiksubstraten der oben beschriebenen Beispiele werden durch Gleichstrom-Sputtern Filme einer Cr-Mittelschicht (80 nm), einer Co-Cr-Magnetschicht (50 nm) und eine SiC-Schutzschicht (10 nm) gebildet. Dann wird ein Perfluorpolyether-Gleitmittel (5 nm) auf den gebildeten Film aufgetragen, was ein Informationsspeichermedium ergibt. Das so erhaltene Informationsspeichermedium kann aufgrund seiner ausgezeichneten Superflachheit die Gleithöhe im Vergleich zu dem Informationsspeichermedium des Standes der Technik reduzieren. Weiterhin kann das Informationsspeichermedium der Erfindung für eine Informationsspeichervorrichtung des Rampenladesystems verwendet werden, bei dem der Magnetkopf das Ein- und Auslesen von Signalen in Kontakt mit der Oberfläche des Informationsspeichermediums durchführt, ohne den Kopf oder das Medium zu beschädigen.
Wie oben beschrieben, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Glaskeramiksubstrat bereitgestellt, das für ein Informationsspeichermedium geeignet ist, bei dem die Nachteile der Substrate des Standes der Technik beseitigt sind und das eine flache Oberfläche hat, die mit einer hohen Aufzeichnungsdichte zurechtkommen kann, eine ausgezeichnete Ausgewogenheit zwischen einem hohen Youngschen Modul und einer geringen relativen Dichte hat, die für Hochgeschwindigkeitsrotation geeignet ist, und eine Wärmeausdehnungscharakteristik hat, die für eine Informationsspeichermedium-Laufwerksvorrichtung geeignet ist.
Gemäß der Erfindung werden auch ein Verfahren zur Herstellung des Glaskeramiksubstrats und ein Informationsspeichermedium, bei dem dieses Substrat verwendet wird, bereitgestellt.

Claims

Glaskeramik, wobei die vorherrschenden Kristallphasen (a) Lithiumdisilicat (Li₂O·2SiO₂) und (b) α-Quarz (α-SiO₂) sind, wobei die Glaskeramik einen Youngschen Modul (GPa) im Bereich von 95 bis 120 und eine relative Dichte im Bereich von 2,4 bis 2,6 hat, wobei das Verhältnis von Youngschem Modul (GPa) zu Dichte 37 GPa·cm³/g oder mehr beträgt, wobei die Glaskeramik 0 bis weniger als 10 Gew.-% (ausgedrückt auf Oxidbasis) Al₂O₃ umfasst.
Glaskeramik gemäß Anspruch 1, wobei der Wärmeausdehnungskoeffizient im Bereich von 65 × 10^–7/°C bis 130 × 10^–7/°C in einem Temperaturbereich von –50 °C bis +70 °C beträgt.
Glaskeramik gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Oberflächenrauigkeit Ra (arithmetischer Mittenrauwert) nach dem Polieren 9 Å oder weniger beträgt.
Glaskeramik gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die vorherrschenden Kristallphasen Lithiumdisilicat (Li₂O·2SiO₂) und α-Quarz (α-SiO₂) sind.
Glaskeramik gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, die im Wesentlichen frei von Na₂O und PbO ist.
Glaskeramik gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Kristallkörner der Kristallphasen feine globuläre Körner sind, wobei der mittlere Durch messer der Kristallkörner der Kristallphasen 0,30 μm oder weniger beträgt.
Glaskeramik gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, die 0,3 Gew.-% oder mehr (ausgedrückt auf der Basis der Zusammensetzung des Oxids) MgO umfasst.
Glaskeramik gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 mit einer Zusammensetzung, die Folgendes umfasst, in Gew.-%, ausgedrückt auf der Basis der Zusammensetzung der Oxide: SiO₂ 71 bis 81% Li₂O 8 bis 11% K₂O 0 bis 3% MgO 0,3 bis 2% ZnO 0 bis 1% P₂O₅ 1 bis 3% ZrO₂ 0,5 bis 5% TiO₂ 0 bis 3% Al₂O₃ 4 bis 8% Sb₂O₃ 0,1 bis 0,5% SnO₂ 0 bis 5% MoO₃ 0 bis 3% NiO 0 bis 2% CoO 0 bis 3% Cr₂O₃ 0 bis 3%

und die als vorherrschende Kristallphasen (a) Lithiumdisilicat (Li₂O·2SiO₂) und (b) α-Quarz (α-SiO₂) aufweist.
Glaskeramik gemäß Anspruch 8 mit einer Zusammensetzung, die aus Folgendem besteht, in Gew.-%, ausgedrückt auf der Basis der Zusammensetzung der Oxide: SiO₂ 71 bis 81% Li₂O 8 bis 11% K₂O 0 bis 3% MgO 0,3 bis 2% ZnO 0 bis 1% P₂O₅ 1 bis 3% ZrO₂ 0,5 bis 5% TiO₂ 0 bis 3% Al₂O₃ 4 bis 8% Sb₂O₃ 0,1 bis 0,5% SnO₂ 0 bis 5% MoO₃ 0 bis 3% NiO 0 bis 2% CoO 0 bis 3% Cr₂O₃ 0 bis 3%

und die als vorherrschende Kristallphasen Lithiumdisilicat (Li₂O·2SiO₂) und α-Quarz (α-SiO₂) aufweist.
Glaskeramik gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, die erhalten wird durch Schmelzen von Glasmaterialien, Formen des geschmolzenen Glases, Glühen des geformten Glases und dann Wärmebehandeln des geformten Glases zur Keimbildung unter einer Keimbildungstemperatur im Bereich von 550 °C bis 650 °C während einer bis zwölf Stunden und weiterhin Wärmebehandeln des geformten Glases zur Kristallisation unter einer Kristallisationstemperatur im Bereich von 680 °C bis 800 °C während einer bis zwölf Stunden.
Glaskeramik gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 als Glaskeramiksubstrat für ein Informationsspeichermedium.
Verfahren zur Herstellung eines Glaskeramiksubstrats gemäß Anspruch 11, das die folgenden Schritte umfasst: Schmelzen von Glasmaterialien, Formen des geschmolzenen Glases, Glühen des geformten Glases und dann Wärmebehandeln des geformten Glases zur Keimbildung unter einer Keimbildungstemperatur im Bereich von 550 °C bis 650 °C während einer bis zwölf Stunden und weiterhin Wärmebehandeln des geformten Glases zur Kristallisation unter einer Kristallisationstemperatur im Bereich von 680 °C bis 800 °C während einer bis zwölf Stunden und Polieren der Glaskeramik bis zu einer Oberflächenrauigkeit (Ra) von 9 Å oder weniger.
Informationsspeichermedium, das erhalten wird durch Bilden eines Magnetfilms und gegebenenfalls weiterer Schichten einschließlich einer Untergrundschicht, einer Schutzschicht und einer Gleitschicht auf einem Glaskeramiksubstrat gemäß Anspruch 11.