JP2005532916A - スライダの製造に使用するラッピングキャリヤ - Google Patents
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Abstract
Description
着色
低い結晶粒生成
調整可能なESD特性
高い腐食耐性
所望の磁気特性。
Saint-Gobain Ceramics & Plastics(SGC&P)から入手可能な約2.8mol%のイットリア(YZ110)を含むY−TZP粉末を、Y−TZP摩砕媒質と共にジャー摩砕機内でZinc Corporation of Americaから入手可能な可変量の酸化亜鉛と水中で混合した。YZ110及びZnOの表面積は、摩砕前でそれぞれ7及び20m2/gであった。摩砕された粉末を実験室方法により圧縮可能な粉末となるまで造粒した。粉末を40MPaで鋼製金型内に一軸加圧成形し、次に、207MPaで冷間等静圧圧縮成形(又は「CIP処理」)して成形体を形成した。
第1表は、無圧力焼結されたサンプルのY−TZP中のZnOの体積%の関数としての体積抵抗率を要約している。ESD散逸についての抵抗率(103<RV<1012オーム−cm)は、15〜35体積%のZnO及び85〜65体積%のY−TZPを伴う複合材料によって達成できるという点に留意されたい。これらの焼結済み材料は、空気中で1〜2時間1400〜1450℃で99%より大きいTDまで調製され得る。
驚くべきことに、45分間1350℃/207MPaで熱間等静圧圧縮成形処理した後のサンプルNo.8の抵抗率は、7×1011〜5×103オーム−cmの有意な減少を示した。サンプルNo.9〜14は、単純な熱処理により抵抗率の整調可能性を示す熱間等静圧圧縮成形処理された20体積%のZnO/YZ110複合材の抵抗率に対する空気中の熱処理(焼なまし)の効果を示している。これらの結果はさらに、さまざまなESD散逸性利用分野のための広い抵抗率範囲を網羅するためにさまざまな組成物を調製する必要がないことをさらに表わしている。異なる雰囲気での焼なまし(サンプルNo.5)も同様に、この組成物で調整可能な抵抗率を達成するための付加的な手段を提供する。
2%及び25%のZnO/YZ110という組成のサンプルを調製し、600〜650℃の範囲内の温度で空気中で熱処理して、以下に示す抵抗率値を得た。
Zirconia Sales of Americaから入手可能な約3mol%のイットリアを含むY−TZP粉末(HSY3.0)を、Y−TZP摩砕媒質を用いたジャー摩砕機内でSGC&Pから入手可能な可変量の酸化錫(SnO2、T1186)18と混合した。粉末は、導電率を改善するため1%のSb2O3と0.5%のCuOの公称ドーパントを有する。混合に先立ち、ドープされた酸化錫を、最高15m2/gの表面積まで摩砕した。Y−TZPの表面積は、摩砕に先立ち7m2/gであった。12m2/gの表面積まで摩砕したもう1つの市販の酸化錫粉末(Alfa Aesar, Ward Hill, MAより入手可)も使用した。摩砕した粉末を実験室方法により圧縮成形可能な粉末へと造粒した。粉末を40MPaで鋼製金型の中に一軸圧縮成形し、次に207MPaでCIP処理して成形体を形成した。成形体を2℃/分で所望の焼結温度(1400〜1500℃)まで1時間焼結して、95%TDまでより大きい焼結密度を達成した。焼結中2つの位相の間で全く反応がないことを仮定して、組成に基づいて混合法則により理論的密度を計算した。最高密度を達成するべく45分間1400℃でAr中で一部の焼結体を熱間等静圧圧縮成形(HIP)処理した。
LaMnO3のバッチを、空気中で2時間1400℃でLa2O3とMn2O3の等モル粉末混合物の固相反応によって調製した。反応により形成された粉末のXRDは、充分に発達したLaMnO3つまりペロブスカイト族を示した。反応により形成された粉末を、15m2/gのBET表面積までY−TZP摩砕媒質と共にプラスチックジャー摩砕機内で摩砕した。LaMnO3及びY−TZP(YZ110、SGC&P、Worcester、 MA)の混合物を用いて30体積%のLaMnO3/3Y−TZPのバッチを処理し、その後、例1に記述したものと同じ調製方法を行なった。
LaCrO3のバッチを空気中で4時間1400℃でLa2O3とMn2O3の等モル粉末混合物の固体状態反応によって調製した。反応により形成された粉末のXRDは、充分に発達したLaMnO3を示した。反応により形成された粉末を、15m2/gのBET表面積までY−TZP摩砕媒質と共にプラスチックジャー摩砕機内で摩砕した。LaMnO3及びY−TZP(HSY-3.0、Zirconia Sales of America,Atlanta)の混合物を用いて30体積%のLaCrO3/3Y−TZPのバッチを処理し、その後、例1に記述したものと同じ調製方法を行なった。1450〜1500℃で97%TD以上まで空気中でサンプルを焼結し、これは、9×103オーム−cmの体積低効率で暗緑色を示した。焼結されたサンプルを、最高密度まで207Maのアルゴンにて1450℃で熱間等静圧圧縮成形(HIP)処理した。処理したサンプルの色は、焼結されただけのものよりもわずかに明るくなった。
同様にして、ZrCをY−TZPと混合して、第10表に列挙されている通りの高密度で半絶縁性のESD散逸性セラミクスを調製することができる。この半絶縁性組成物は、Y−YZP(HSY3.0)中で10〜20体積%のZrCを混合することにより調製された。ZrCは、黒鉛ダイを用いたアルゴン中20MPa、155℃での熱間圧縮成形の間、ZrO2と反応しない。熱間圧縮成形されたZrCの色は黒であった。得られた複合材はZrO2よりも高い剛性及び硬度を有している。従って、Y−TZPよりわずかに高い剛性及び硬度をもつZrCを伴う半絶縁性材料を、ZrCを用いて調製することができる。
この例は、静電気散逸に適したものとなるように熱処理可能なもう1つのセラミクス材料(窒化アルミニウム)を示す。SGCP(カーボランダム)から12×12×1mm平方の窒化アルミニウムを入手した。表面抵抗を測定すると1010オームより大であった。これは、高過ぎて電荷を有効に散逸できない。次に20分間、900℃でアルゴン中でサンプルを熱処理し、10℃/分以上の速度で急速に室温まで冷却した。表面抵抗を両側で再度測定した。約2×109オームであり、これは、静電気を散逸させるのに適当な範囲内のものである。
例えばバリウムヘキサフェライト(BaO6Fe2O3)のような複合酸化物化合物をY−TZP(YZ110)と混合して高密度の半絶縁性ESD散逸性セラミクスを調製することもできる。この半絶縁性組成物は、Y−YZP(YZ110)内に25体積%のBaO6Fe3O3(BaFe12O19)を混合することによって調製した。98%TD以上になるまで空気中で1時間1300〜1400℃で組成物を焼結させることができる。焼結されたディスクの体積抵抗率は2×107オーム−cmであった。バリウムヘキサフェライトは、強磁性材料として知られている。焼結複合材は、細かいジルコニアマトリクス内でのBaO6Fe2O3相の優れた保持可能性を示す永久磁石により容易に引きつけられた。
Y−TZP低温分解(LTD)挙動は、低温領域(150〜300℃)での一部の摩耗耐性利用分野にとって非常に大きな制約となっている。正方晶ジルコニア多結晶体(TZP)は、単斜晶系ジルコニア多結晶体へと変態して、結果として低温領域での体積膨張及び微小亀裂をもたらす。かかる変態は、特に平衡蒸気圧下では、湿気の存在下で最悪になりうる。その番号を参照したことにより本書にその内容を包含したものとする米国特許第6,069,103号に記述されている通り、Y−TZPのLTD挙動を決定するために加速試験が使用されている。
石英又は炭化珪素媒質で72時間10面摩砕機内で転動させることによって、ディスク(円板)及び正方形形状の20ZnO/YZ110サンプルをタンブル仕上げした。一部のサンプルをより平滑な表面仕上げまでラッピングするか研磨して、結晶粒生成に対する表面仕上げの効果を見極めた。このタンブル仕上げ処理の後、白色光干渉顕微鏡Zygo New View100を用いて表面粗度(Ra)を測定した。
色測定は、2つの別々の方法を用いて行なわれた。第1に、白から黒までの範囲の16レベルのグレースケールを用いて色の明度が判断された。バージニア州RestonのHunter Associates Laboratory製のHunterlab Miniscan XLE比色計でも同じく測定を行なった。この計器は、乱反射照明でサンプル標的を照明し、分光光度計が400〜700nmの範囲をカバーしている状態で8度の角度で反射光を観察する。比色計からの出力をCIE1976L*a*b*尺度を用いて提示した。ここで
L*は明度を評価し、0〜100の間で変動する(100は白、1は黒である);
a*は、正である場合赤色、ゼロである場合灰色、負である場合緑色を評価する;
b*は、正である場合黄色、ゼロである場合灰色、負である場合青色を評価する。
本発明者らは、グレースケール上の50%点が50以上のL*の値に対応していることに注意した。
Claims (59)
- 複数個の磁気抵抗素子の列を機械加工するためのラッピングキャリヤであって、
複数個の可動要素を含み、
前記可動要素が、磁気抵抗素子列のための一般的に平面の取付け表面を形成するべく外部表面で終端しており、その際、
前記ラッピングキャリヤがセラミクス材料を含み、かつ前記セラミクス材料が理論的密度の少なくとも95%の密度をもつ静電気放電散逸性材料を含んでいる、ラッピングキャリヤ。 - 前記密度が理論的密度の少なくとも97%である、請求項1に記載のラッピングキャリヤ。
- 前記密度が理論的密度の少なくとも98%である、請求項1に記載のラッピングキャリヤ。
- 前記密度が理論的密度の少なくとも99%である、請求項1に記載のラッピングキャリヤ。
- 前記ラッピングキャリヤが熱間等静圧圧縮成形によって形成される、請求項1に記載のラッピングキャリヤ。
- 前記熱間等静圧圧縮成形が、非酸化性の環境で実施される、請求項5に記載のラッピングキャリヤ。
- 前記熱間等静圧圧縮成形が、本質的に不活性ガスからなる環境で実施される、請求項6に記載のラッピングキャリヤ。
- 前記熱間等静圧圧縮成形が、−10-2トール未満の酸素の酸素分圧を有する環境で実施される、請求項6に記載のラッピングキャリヤ。
- 各々の可動要素が一般的に取付け表面の平面に対して垂直な方向に偏向し移動するように適合されている、請求項1に記載のラッピングキャリヤ。
- 各々の可動要素が独立して可動である、請求項9に記載のラッピングキャリヤ。
- 少なくとも前記可動要素が前記セラミクス材料を含む、請求項1に記載のラッピングキャリヤ。
- 前記ラッピングキャリヤが、ニヤネットシェープのセラミクスの成形体を形成するための成形プロセス及び高密度化されたセラミクス素地を形成するべくセラミクス成形体を熱処理することによって形成される、請求項1に記載のラッピングキャリヤ。
- 前記高密度化セラミクス素地が最終的寸法まで機械加工される、請求項12に記載のラッピングキャリヤ。
- 前記機械加工が、ワイヤーソー加工により可動要素を形成する工程を含む、請求項13に記載のラッピングキャリヤ。
- 前記ラッピングキャリヤの少なくとも一部が、前記セラミクス材料で形成されたモノリシック素地を含む、請求項1に記載のラッピングキャリヤ。
- 前記ラッピングキャリヤが、個別に製造したサブコンポーネントをボンディングしたもので構成されている、請求項1に記載のラッピングキャリヤ。
- 前記サブコンポーネントが、ボンディングに先立って熱処理され高密度化されている、請求項16に記載のラッピングキャリヤ。
- 前記可動要素が主素地部分にボンディングされている、請求項17に記載のラッピングキャリヤ。
- 前記ボンディングがろう付けによって実施されている、請求項18に記載のラッピングキャリヤ。
- 前記キャリヤがさらにろう材を包含する、請求項19に記載のラッピングキャリヤ。
- 前記セラミクスが約103〜1011オーム−cmの範囲内の抵抗率を有する、請求項1に記載のラッピングキャリヤ。
- 前記抵抗率が体積抵抗率である、請求項21に記載のラッピングキャリヤ。
- 前記抵抗率が表面抵抗率である、請求項21に記載のラッピングキャリヤ。
- 前記抵抗率が、約104〜1010オーム−cmの範囲内である、請求項21に記載のラッピングキャリヤ。
- 前記抵抗率が、約105〜109オーム−cmの範囲内である、請求項24に記載のラッピングキャリヤ。
- 前記セラミクスがジルコニアを含む、請求項1に記載のラッピングキャリヤ。
- 前記ジルコニアが、正方晶相ジルコニアを含む、請求項26に記載のラッピングキャリヤ。
- 前記ジルコニアが安定化成分で安定化されている、請求項27に記載のラッピングキャリヤ。
- 前記安定化成分がイットリアを含む、請求項28に記載のラッピングキャリヤ。
- 前記セラミクスがさらに抵抗率調整剤を含む、請求項26に記載のラッピングキャリヤ。
- 前記抵抗率調整剤が、ジルコニアに関して約5〜60体積%で含まれる、請求項30に記載のラッピングキャリヤ。
- 前記抵抗率調整剤が、酸化物、炭化物、窒化物、酸炭化物、酸窒化物、酸化炭窒化物及びそれらの組合せからなる群から選択される、請求項31に記載のラッピングキャリヤ。
- 前記抵抗率調整剤が、SnO2、ZnO、LaMnO3、LaCrO3及びZrCからなる群から選択される、請求項32に記載のラッピングキャリヤ。
- 前記セラミクスが、4点曲げ試験に従って少なくとも500MPaの曲げ強度を有する、請求項1に記載のラッピングキャリヤ。
- 前記曲げ強度が少なくとも700MPaである、請求項34に記載のラッピングキャリヤ。
- 前記曲げ強度が少なくとも800MPaである、請求項34に記載のラッピングキャリヤ。
- 前記セラミクスが、500ms未満の電圧減衰時間を有する、請求項1に記載のラッピングキャリヤ。
- 前記ラッピングキャリヤが、約3000Å未満の表面粗度Raを有する、請求項1に記載のラッピングキャリヤ。
- 前記平坦な取付け表面が、約10μm未満の平面度を有する、請求項1に記載のラッピングキャリヤ。
- 前記平坦な取付け表面が、約2μm未満の平面度を有する、請求項1に記載のラッピングキャリヤ。
- 約200μm以下の幅を各々有するギャップが可動要素間に延びている、請求項1に記載のラッピングキャリヤ。
- 磁気抵抗素子列をラッピングする方法であって、
ラッピングキャリヤに対して複数個の磁気抵抗素子の列を取付ける工程であって、前記ラッピングキャリヤが、外部表面で終結して磁気抵抗素子列のための一般的に平面の取付け表面を形成する複数個の可動要素を含み、かつ前記ラッピングキャリヤが、静電気放電散逸性材料を含むセラミクス材料を含み、その際、少なくとも1:3の可動要素:磁気抵抗素子比を提供するべく、3個の磁気抵抗素子について少なくとも1個の可動要素が存在する、工程、及び
前記磁気抵抗素子列を機械加工してその列から材料を除去する工程、
を含んでなる方法。 - 前記の比が少なくとも1:2である、請求項42に記載の方法。
- 前記の比が少なくとも1:1である、請求項42に記載の方法。
- 前記の比が1:1である、請求項42に記載の方法。
- ラッピングプロセス中に前記磁気抵抗素子列の各部分の位置を調整するべく前記可動要素を偏向させる工程をさらに含む、請求項42に記載の方法。
- 前記可動要素の偏向が、前記磁気抵抗素子列の中に含まれた少なくとも1個の磁気抵抗素子からの信号に応答して実施される、請求項46に記載の方法。
- 前記信号が、前記磁気抵抗素子列の磁気抵抗素子からの抵抗値又は磁気抵抗値である、請求項47に記載の方法。
- 前記可動要素が、少なくとも1個のトランスジューサを付勢することによって偏向される、請求項42に記載の方法。
- 少なくとも1個の前記トランスジューサが圧電素子を含む、請求項49に記載の方法。
- 少なくとも1個の前記トランスジューサが磁気素子を含む、請求項49に記載の方法。
- 前記セラミクスが、約103〜1011オーム−cmの範囲内の抵抗率を有する、請求項42に記載の方法。
- 前記磁気抵抗素子列が、直接ラッピングキャリヤに接着される、請求項42に記載の方法。
- 前記磁気抵抗素子列が、接着性材料によりラッピングキャリヤに接着される、請求項53に記載の方法。
- 複数個の磁気抵抗素子の列を機械加工するためのラッピングキャリヤであって、複数個の可動要素を含み、前記可動要素が、磁気抵抗素子列のための一般的に平面の取付け表面を形成するべく外部表面で終端しており、その際、前記ラッピングキャリヤがセラミクス材料を含み、かつ前記セラミクス材料が理論的密度の少なくとも95%の密度をもつ静電気放電散逸性材料を含む、ラッピングキャリヤ、及び
複数個の可動要素のそれぞれを偏向させるための複数個のトランスジューサを包含するアクチュエータアセンブリ、
を含んでなるラッピングキャリヤアセンブリ。 - 前記トランスジューサが音声コイルを含む、請求項55に記載のラッピングキャリヤアセンブリ。
- 前記トランスジューサが圧電素子を含む、請求項56に記載のラッピングキャリヤアセンブリ。
- 前記トランスジューサが磁気素子を含む、請求項55に記載のラッピングキャリヤアセンブリ。
- 前記トランスジューサが、前記可動要素と1:1の比で具備されており、かくして、単一の独自のトランスジューサが、個々のヘッド制御のための単一の可動要素と組み合わされている、請求項55に記載のラッピングキャリヤアセンブリ。
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