JP2006348366A

JP2006348366A - 低融点金属酸化物を含むＣｏ系磁性薄膜作製用高密度ターゲット材およびその製造方法

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Publication number: JP2006348366A
Application number: JP2005178746A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Sawada; 俊之澤田; Akihiko Yanagiya; 彰彦柳谷
Original assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd
Current assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd
Priority date: 2005-06-20
Filing date: 2005-06-20
Publication date: 2006-12-28
Anticipated expiration: 2025-06-20
Also published as: JP4799919B2

Abstract

【課題】Ｃｏ系磁性相と金属酸化物系非磁性相からなる磁性膜を有する磁気記録体における磁性膜を生成するための低融点金属酸化物を含むＣｏ系磁性薄膜作製用高密度ターゲット材およびその製造方法を提供する。
【解決手段】Ｃｏ系金属磁性相と金属酸化物非磁性相よりなるスパッタリングターゲット材において、該非磁性相が融点１４００℃以下の金属酸化物からなり、かつ、相対密度が９７％以上であることを特徴とする低融点金属酸化物を含むＣｏ系磁性薄膜作製用高密度ターゲット材またはその製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、Ｃｏ系磁性相と金属酸化物系非磁性相からなる磁性膜を有する磁気記録媒体における磁性膜を生成するための低融点金属酸化物を含むＣｏ系磁性薄膜作製用高密度ターゲット材およびその製造方法に関するものである。

従来より磁気記録用の高密度記録媒体として、金属強磁性相の結晶粒界を非磁性相で分断した薄膜が提案されている。特に金属強磁性相としてＣｏ系の高保磁力相、非磁性相に各種非金属化合物を用いた薄膜の特性が良好であるとされている、例えば特開平５−７３８８０号公報（特許文献１）に開示されているように、基板と上記基板上に形成された磁性層とを具備する磁気記録媒体であって、上記磁性層は、Ｃｏ系、Ｆｅ系、ＦｅＣｏ系の何れかである磁性材料と、酸化物及び窒化物からなる群から選ばれた少なくとも１種の非磁性化合物とが混合してなる磁気記録媒体で、その磁性材料は、ＣｏＮｉＣｒ、ＣｏＮｉＰｔ、ＣｏＰｔＣｒ、ＣｏＣｒＴａからなる群から選ばれた三元合金、非磁性相としては、Ｓｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｙの酸化物が提案されている。

さらに、特開平７−３１１９２９号公報（特許文献２）には、磁性薄膜を形成する結晶粒子が、非強磁性非金属相を含む結晶粒界部により実質的に分離されている磁気記録媒体が、また、特開２００２−８３４１１号公報（特許文献３）には、基板上にＣｏ−Ｐｔ又はＣｏ−Ｐｔ−Ｃｒを主体とした酸化物ＭｘＯｙを含有する磁性薄膜が磁性層として形成されており、上記磁性薄膜における上記酸化物ＭｘＯｙの含有量は、当該酸化物を構成する構成元素Ｍの比率がＣｏ−Ｐｔ又はＣｏ−Ｐｔ−Ｃｒに対して４原子％以上、８原子％以下となるような量とされ、且つ上記磁性層の厚さは、１０ｎｍ以上、２５ｎｍ以下である磁気記録媒体が提案されている。

これらの薄膜の製造方法としては、Ｃｏ系合金に酸化物を含有させた焼結ターゲット材やＣｏ系合金ターゲット上に酸化物チップを配置した複合ターゲット材をスパッタするが、薄膜の均一性やスパッタ時の生産性を考慮するとＣｏ系合金中に酸化物が分散した焼結ターゲット材が好ましい。このような焼結ターゲット材の製造方法として、特平１０−８８３３３号公報（特許文献４）のように、急冷凝固法で作製した合金相合金粉末とセラミックス相粉末とを混合した後、ホットプレスにより固化成形する方法が提案されている。

特開平５−７３８８０号公報特開平７−３１１９２９号公報特開２００２−８３４１１号公報特平１０−８８３３３号公報「粉体および粉末冶金」Ｖｏｌ．３７Ｎｏ．８１１４４（神戸製鋼所）：反応焼結法によるＮｉ基高耐食耐摩耗合金の開発

ターゲット材をスパッタする場合、ターゲット材の密度が生産性、薄膜の品質に大きく影響する。すなわち、低密度ターゲットを使用した場合、パーティクルの発生などにより生産性の低下を招く。しかしながら、一般的に酸化物などのセラミックスは金属との濡れ性が悪いため、特許文献４に提案されている方法によっても高密度に焼結することは非常に困難であり課題となっている。

一方、セラミックスを合金相で高密度に結合、焼結するサーメット工具の製造方法として反応焼結法があり、例えば「粉体および粉末冶金」Ｖｏｌ．３７Ｎｏ．８１１４４（神戸製鋼所）：反応焼結法によるＮｉ基高耐食耐摩耗合金の開発（非特許文献１）に提案されている。しかしながら、この方法では、セラミックス原料粉末であるＣｒＢは固化成形中に金属原料粉末中のＮｉ，Ｍｏと反応し、Ｍ₃Ｂ₂複硼化物〔Ｍｏ₂（Ｎｉ，Ｃｒ）Ｂ₂系複硼化物〕を形成し、高密度化する。このようにセラミックス原料粉末と金属原料粉末成分が反応し、複合化合物を形成する例は極めてまれであり、この方法で高密度成形体を製造するためには、特殊な成分系に限られてしまう。

一般的に、Ｃｏ系磁性相を酸化物で分断した高保磁力薄膜を得るためには、酸化物成分がＣｏ系磁性相と反応しない安定な酸化物であることが重要であるため、その原料となるターゲット材を反応焼結により製造するのは本質的に困難である。従って、Ｃｏ系合金中に酸化物を含有した高密度ターゲット材を製造することは非常に困難であると言う問題がある。また、一般的なＷＣ−Ｃｏ合金（超硬合金）の製造方法のように、液相焼結により高密度化する場合にも、合金液相中にある程度セラミックスが溶解する必要があり、特殊な成分系に限られてしまう。

上述したような問題を解決するために、発明者らは鋭意開発を進めた結果、Ｃｏ系磁性相において、Ｃｒ，Ｎｉ，Ｔａ，Ｐｔのいずれかを所定量含ませることにより磁気特性を向上させ、かつ該金属酸化物または金属酸化物同士が結合したときの融点が１４００℃以下の金属酸化物を用いることによって高密度成形を可能とし、必要に応じて１０００℃以上、２００ＭＰａ以上の固化成形手段により高密度化を容易としたものである。

その発明の要旨とするところは、
（１）Ｃｏ系金属磁性相と金属酸化物非磁性相よりなるスパッタリングターゲット材において、該非磁性相が融点１４００℃以下の金属酸化物からなり、かつ、相対密度が９７％以上であることを特徴とする低融点金属酸化物を含むＣｏ系磁性薄膜作製用高密度ターゲット材。

（２）Ｃｏ系金属磁性相と金属酸化物非磁性相よりなるスパッタリングターゲット材の製造方法において、該非磁性相が融点１４００℃以下の金属酸化物粉末、あるいは固化成形中に反応した結果、融点が１４００℃以下となる金属酸化物の混合粉末を原料粉末とし、１０００℃以上の温度で固化成形し、かつ、相対密度が９７％以上であることを特徴とする低融点金属酸化物を含むＣｏ系磁性薄膜作製用高密度ターゲット材の製造方法。
（３）２００ＭＰａ以上の圧力で固化成形したことを特徴とする前記（２）に記載の低融点金属酸化物を含むＣｏ系磁性薄膜作製用高密度ターゲット材の製造方法にある。

以上述べたように、本発明により、高保磁力を有する薄膜を生産性良く製造するための、Ｃｏ系合金中に低融点金属酸化物を含有した高密度ターゲット材を提供することが可能となった。

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明に係るＣｏ系金属磁性材料の例としては、ＣｏＣｒＰｔ，ＣｏＣｒＴａ，ＣｏＮｉＴａ，ＣｏＮｉＣｒ，ＣｏＮｉＰｔ等が挙げられる。これらＣｏ系合金磁性材料は、保磁力が高く、例えばハードディスク用の高密度磁気記録媒体として使用される。

また、金属酸化物非磁性材料としては、融点が１４００℃以下の金属酸化物、例えばＣｕ₂Ｏ，Ｓｎ₃Ｏ₄などの単一金属酸化物、またはＳｉＯ₂，ＴｉＯ₂，ＣａＯ，Ａｌ₂Ｏ₃，ＺｒＯ₂，Ｙ₂Ｏ₃，Ｎａ₂Ｏ，Ｃｕ₂Ｏ，Ｓｎ₃Ｏ₄などの単一金属酸化物の結合によって出来た混合金属酸化物、例えば、ＳｉＯ₂・ＣａＯ、Ｎａ₂Ｏ・ＳｉＯ₂、Ｍｎ₂ＳｉＯ₄等を挙げることができる。

上述した融点が１４００℃以下の金属酸化物粉末を用いることにより、固化成形時に金属酸化物粉末の変形抵抗が十分低くなり、相対密度９７％以上の高密度化が可能となる。すなわち、融点が１４００℃を超えるものはターゲット材の固化成形時に焼結性、圧粉性が悪く、高密度ターゲット材を得ることが出来ない。

なお、高密度ターゲット材を得るためには、特に金属酸化物の原料粉末として融点が１４００℃以下の単一組成の金属酸化物粉末、あるいは、固化成形中に反応した結果、融点が１４００℃以下になるように混合した金属酸化物の混合粉末を原料粉末として用いて製造する。すなわち、融点が１４００℃以下の金属酸化物粉末、あるいは、例えば１０００℃以上の温度で固化成形中に反応した結果、融点が１４００℃以下となる金属酸化物の混合粉末を原料粉末とするものである。

これら金属酸化物粉末、または混合粉末を１０００℃以上に加熱することによって、金属酸化物の変形抵抗が十分低下し、より高密度に固化成形されやすい。処理温度は１０００℃以上とすることが好ましい。また、固化成形圧力は高密度成形するためには２００ＭＰａ以上で成形することが好ましい。

以下、本発明について実施例によって具体的に説明する。
（実施例１）
Ｃｏ系金属磁性材料としてＣｏＣｒ₁₅Ｐｔ₁₅粉末と金属酸化物非磁性材料であるＳｉＯ₂・ＣａＯ粉とＡｌ₂Ｏ₃粉とを表１に示す混合率で混合し、各温度でアプセットまたはＨＩＰ処理成形した。その時の相対密度を示す。なお、金属酸化物融点は、ＳｉＯ₂・ＣａＯ粉とＡｌ₂Ｏ₃粉が全量反応した場合の組成から、ＳｉＯ₂−ＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃三元状態図（例えば「金属ダータブック改定４版」日本金属学会編第５６４頁）を用いて決めた。また、相対密度については、成形体を１０ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍに切り出し、アルキメデス法によって密度測定し、成分配合より算出した理論密度を１００％として、その割合を算出した。さらに、各粉末の混合率は、全体の組成をＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｓｉ−Ｃａ−Ａｌ−Ｏの７元系と見た場合の、それぞれＣｏ−Ｃｒ−ＰｔとＳｉＯ₂・ＣａＯおよびＡｌ₂Ｏ₃の原子割合（ａｔ．％）で示した。

表１に示すように、Ｎｏ．１、Ｎｏ．５〜７は比較例であり、Ｎｏ．２〜４は本発明例である。比較例Ｎｏ．１は酸化物融点が１５００℃と１４００℃を超える温度のために、相対密度が９７％より低い値を示しており、また、比較例Ｎｏ．５〜６は金属酸化物融点が１５００℃、１６００℃と高いために、相対密度が低い。さらに、比較例Ｎｏ．７は金属酸化物融点が１５００℃と高く、かつ成形圧力が１４７ＭＰａと低いために相対密度が低い。これに対し、本発明例であるＮｏ．２〜４のいずれも金属酸化物融点温度が１４００℃以下であることから、相対密度が９７％以上の高密度ターゲット材を得ることが出来たことを示している。

（実施例２）
Ｃｏ系金属磁性材料としてＣｏＣｒ₁₀Ｔａ₂₀粉末と金属酸化物が結合された金属酸化物非磁性材料であるＮａ₂Ｏ・ＳｉＯ₂粉末とＭｎ₂ＳｉＯ₄粉末とを、表２に示す混合率で混合し、各温度でアプセットまたはＨＩＰ処理成形した。その時の相対密度を示す。なお、金属酸化物融点、および相対密度については、実施例１と同様である。各粉末の混合率については、全体の組成をＣｏ−Ｃｒ−Ｔａ−Ｎａ−Ｓｉ−Ｍｎ−Ｏの７元系と見た場合の、それぞれＣｏ−Ｃｒ−ＴａとＮａ₂Ｏ・ＳｉＯ₂およびＭｎ₂ＳｉＯ₄の原子割合（ａｔ．％）で示した。表２に示すように、Ｎｏ．８〜１４はいずれも本発明例であり、本発明例Ｎｏ．８〜１０は融点が１４００℃以下のＮａ₂Ｏ・ＳｉＯ₂なる金属酸化粉末の混合（非混合粉末）粉末であり、本発明例Ｎｏ．１１〜１４は固化成形中に反応した結果、融点が１４００℃以下となる金属酸化物の混合粉末の場合であり、いずれも相対密度が９７％以上の高密度ターゲット材を得ることが出来た。

（実施例３）
Ｃｏ系金属磁性材料としてＣｏＮｉ₁₀Ｔａ₂₀粉末と融点が１４００℃以下の金属酸化物非磁性材料であるＣｕ₂Ｏ粉末とＳｎ₃Ｏ₄粉末とを表３に示す。上記粉末を各混合率で混合し、各温度でアプセットまたはＨＩＰ処理成形した。その時の相対密度を示す。なお、金属酸化物融点は、例えば「酸化物便覧」（日・ソ電通社）より採用した。また、相対密度については、実施例１と同様である。各粉末の混合率については、全体の組成をＣｏ−Ｎｉ−Ｔａ−Ｃｕ−Ｓｎ−Ｏの６元系と見た場合の、それぞれＣｏ−Ｎｉ−ＴａとＣｕ₂ＯおよびＳｎ₃Ｏ₄の原子割合（ａｔ．％）で示した。この表３に示すように、Ｎｏ．１５〜１８はいずれも本発明例であり、本発明例Ｎｏ．１５〜１６は融点が１４００℃以下のＣｕ₂Ｏ酸化物からなる単一金属酸化物であり、本発明例Ｎｏ．１７〜１８はＳｎ₃Ｏ₄酸化物からなる単一金属酸化物の場合であり、いずれも相対密度が９７％以上の高密度ターゲット材を得ることが出来た。

上記の実施例にて製造したターゲット材の、Ｃｏ系金属磁性層をＥＤＸにて分析したところ、原料粉末の組成からの変化がないことを確認した。すなわち、金属酸化物を形成している金属元素（Ｓｉ，Ｃａ，Ａｌ，Ｎａ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｓｎ）はＣｏ系金属磁性層中には拡散（反応）しておらず、したがって、これらターゲット材を反応焼結法で高密度化することは困難であると考えられる。

以上述べたように、融点が１４００℃以下の金属酸化物粉末、または、固化成形中に反応し、融点が１４００℃以下となる金属酸化物の混合粉末を原料粉末とすることにより、これらを１０００℃以上の温度で固化成形し、必要に応じて２００ＭＰａ以上の圧力で成形することで、高保磁力を有する薄膜を生産性良く製造するための低融点酸化物を含むＣｏ系磁性薄膜作製用高密度ターゲット材およびその製造方法を提供することを可能とした。

特許出願人山陽特殊製鋼株式会社
代理人弁理士椎名彊

Claims

Ｃｏ系金属磁性相と金属酸化物非磁性相よりなるスパッタリングターゲット材において、該非磁性相が融点１４００℃以下の金属酸化物からなり、かつ、相対密度が９７％以上であることを特徴とする低融点金属酸化物を含むＣｏ系磁性薄膜作製用高密度ターゲット材。
Ｃｏ系金属磁性相と金属酸化物非磁性相よりなるスパッタリングターゲット材の製造方法において、該非磁性相が融点１４００℃以下の金属酸化物粉末、あるいは固化成形中に反応した結果、融点が１４００℃以下となる金属酸化物の混合粉末を原料粉末とし、１０００℃以上の温度で固化成形し、かつ、相対密度が９７％以上であることを特徴とする低融点金属酸化物を含むＣｏ系磁性薄膜作製用高密度ターゲット材の製造方法。
２００ＭＰａ以上の圧力で固化成形したことを特徴とする低融点金属酸化物を含む請求項２に記載のＣｏ系磁性薄膜作製用高密度ターゲット材の製造方法。