JP2008243354A - Magnetic head substrate, its manufacturing method, magnetic head using this, and recording medium driving apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、記録媒体駆動装置に用いられる磁気抵抗効果（ＭＲ）ヘッド，巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）ヘッド，トンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）ヘッドまたは異方性磁気抵抗効果（ＡＭＲ）ヘッド等を構成するスライダの基材である磁気ヘッド用基板とその製造方法およびこれを用いた磁気ヘッドならびに記録媒体駆動装置に関する。 The present invention constitutes a magnetoresistive effect (MR) head, a giant magnetoresistive effect (GMR) head, a tunnel magnetoresistive effect (TMR) head, an anisotropic magnetoresistive effect (AMR) head or the like used in a recording medium driving device. The present invention relates to a magnetic head substrate that is a base material of a slider, a manufacturing method thereof, a magnetic head using the same, and a recording medium driving device.
近年、記録媒体へ記録する磁気記録の高密度化は急速に進んでおり、一般に記録再生用の磁気ヘッドとして記録媒体上を浮上走行するスライダに電磁変換素子を搭載した磁気ヘッドが使用されている。 In recent years, the density of magnetic recording to be recorded on a recording medium has been rapidly increasing, and a magnetic head in which an electromagnetic transducer is mounted on a slider that floats on a recording medium is generally used as a magnetic head for recording and reproduction. .
かかる磁気ヘッドに用いるスライダは、機械加工性，耐磨耗性および記録媒体等に相対して空気により浮力を受ける浮上面の表面平滑性に優れることが要求されており、一例として以下のような手順で作製されるものである。 A slider used in such a magnetic head is required to have excellent machinability, wear resistance, and surface smoothness of an air bearing surface that receives buoyancy by air relative to a recording medium, etc. It is produced by the procedure.
まず、Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ系セラミックスからなるセラミック基板上に非晶質状のアルミナからなる絶縁膜をスパッタリング法により成膜して、この絶縁膜上に磁気抵抗効果を用いたＭＲ（Magnetro Resistive）素子（以下、ＭＲ素子と称す。），ＧＭＲ（Giant Magnetro Resistive）素子（以下、ＧＭＲ素子と称す。），ＴＭＲ（Tunnel Magnetro Resistive）素子（以下、ＴＭＲ素子と称す。）またはＡＭＲ（Anisotropic Magnetro Resistive）素子（以下、ＡＭＲ素子と称す。）等の電磁変換素子のいずれかを複数、所望の間隔で列設して搭載する。 First, an insulating film made of amorphous alumina is formed on a ceramic substrate made of Al 2 O 3 —TiC ceramic by sputtering, and MR (Magnetro Resistive) using a magnetoresistive effect is formed on the insulating film. ) Element (hereinafter referred to as MR element), GMR (Giant Magnetro Resistive) element (hereinafter referred to as GMR element), TMR (Tunnel Magnetro Resistive) element (hereinafter referred to as TMR element) or AMR (Anisotropic Magnetro). A plurality of electromagnetic conversion elements such as Resistive elements (hereinafter referred to as AMR elements) are mounted in rows at a desired interval.
そして、列設した複数の電磁変換素子が搭載されたセラミック基板をスライシングマシンやダイシングソーを用いて短冊状に切断し、この短冊状のセラミック基板の切断面を研磨して鏡面とした後、イオンミリング加工法や反応性イオンエッチング法によって鏡面の一部を除去して得られた面を流路面とし、除去されずに残った鏡面を浮上面としている。この後、短冊状に切断されたセラミック基板をチップ状に分割することで、スライダに電磁変換素子を搭載した磁気ヘッドが得られる。 Then, a ceramic substrate on which a plurality of arranged electromagnetic transducers are mounted is cut into a strip shape using a slicing machine or a dicing saw, and the cut surface of the strip-like ceramic substrate is polished into a mirror surface, A surface obtained by removing a part of the mirror surface by a milling method or a reactive ion etching method is used as a flow path surface, and a mirror surface remaining without being removed is used as an air bearing surface. Thereafter, the ceramic substrate cut into strips is divided into chips, whereby a magnetic head having an electromagnetic conversion element mounted on a slider is obtained.
また、磁気記録層を有する記録媒体に相対するスライダの面には、研磨して鏡面とした浮上面と鏡面の一部を除去して空気を通す流路面とが形成されており、記録媒体の高速回転に伴って生じる浮力により磁気ヘッドが浮上して記録媒体と接触しないように保たれた状態で情報の記録や再生が行なわれる。 In addition, the slider surface facing the recording medium having the magnetic recording layer is formed with a polished floating surface that is a mirror surface and a flow path surface through which part of the mirror surface is removed and air is passed. Information is recorded and reproduced in a state where the magnetic head is lifted by buoyancy caused by high-speed rotation and is kept from contacting the recording medium.
このような磁気ヘッドが搭載された記録媒体駆動装置（ハードディスク駆動装置）は、益々その記録容量を増加させることが望まれ、記録密度を高くすることが求められるようになってきている。この要求に応じようとすれば、磁気ヘッドの記録媒体であるハードディスクからの浮上高さ（浮上量）は10ｎｍ以下と極めて小さくしなければならなくなる。 A recording medium driving device (hard disk driving device) on which such a magnetic head is mounted is desired to increase its recording capacity and to increase the recording density. In order to meet this requirement, the flying height (flying height) from the hard disk, which is the recording medium of the magnetic head, must be extremely small, 10 nm or less.
しかしながら、高速回転するハードディスクと磁気ヘッドとの隙間が10ｎｍ以下であれば、不意の振動や衝撃によってハードディスクと磁気ヘッドとが接触し、磁気ヘッドを構成するスライダの組成物の結晶粒子が脱落（以下、脱粒と称す。）してハードディスクや磁気ヘッドが損傷し、情報の記録や再生が行なわれなくなるおそれがある。また、磁気ヘッド用基板を短冊状およびチップ状とするために切断した部分や、イオンミリング加工法または反応性イオンエッチング法により流路面を形成した部分から結晶粒子の脱粒が生じて高速回転するハードディスク上に落ちても、同様のおそれがある。 However, if the clearance between the hard disk and the magnetic head rotating at a high speed is 10 nm or less, the hard disk and the magnetic head come into contact with each other due to unexpected vibration or impact, and the crystal grains of the slider composition constituting the magnetic head fall off (hereinafter referred to as the magnetic head). ), Which may damage the hard disk or the magnetic head and prevent information from being recorded or reproduced. Also, hard disks that rotate at high speed due to crystal grain detachment from portions cut to make the magnetic head substrate into strips and chips, or portions where flow path surfaces are formed by ion milling or reactive ion etching. Even if it falls, there is a similar risk.
そのために、磁気ヘッドを構成するスライダの基材である磁気ヘッド用基板に対しては、その組成物の結晶粒子が容易に脱粒しない材料が求められており、結晶粒子間の結合力の向上、即ち焼結性の向上が課題となっている。このような要求に応じるために、組成物の結晶粒子の微粒化が検討されている。 Therefore, for the magnetic head substrate that is the base material of the slider constituting the magnetic head, there is a demand for a material in which the crystal grains of the composition do not easily fall off, improving the bonding force between the crystal grains, That is, improvement of sinterability is a problem. In order to meet such a demand, atomization of crystal grains of the composition has been studied.
例えば、特許文献１では、Ａｌ２Ｏ３を主成分とし、ＴｉＣを20〜40重量％の割合で含有するＡｌ２Ｏ３−ＴｉＣ系焼結体であって、該焼結体中のＡｌ２Ｏ３結晶粒の平均結晶粒径が、ＴｉＣ結晶粒の平均結晶粒径より５〜50％大きいＡｌ２Ｏ３−ＴｉＣ系焼結体が提案され、実施例では前記結晶粒全体の平均結晶粒径が0.51〜1.35μｍであることが記載されている。 For example, Patent Document 1, a main component Al 2 O 3, a Al 2 O 3 -TiC based sintered body containing a proportion of the TiC 20 to 40 wt%, Al 2 in the sintered body An Al 2 O 3 —TiC sintered body in which the average crystal grain size of the O 3 crystal grains is 5 to 50% larger than the average crystal grain size of the TiC crystal grains is proposed. It is described that the diameter is 0.51 to 1.35 μm.
また、特許文献２では、50〜95重量％のＡｌ２Ｏ３と、ＴｉＣおよびＴｉＮから選ばれる少なくとも１種を５〜50重量％含有するＡｌ２Ｏ３系セラミックスであって、上記セラミックス中の平均結晶粒径が0.5〜1.2μｍで、かつ、最小結晶粒径が0.2μｍ以上であるＡｌ２Ｏ３系セラミックスが提案されている。 In Patent Document 2, Al 2 O 3 50 to 95 wt% of at least one selected from TiC and TiN an Al 2 O 3 based ceramics containing 5 to 50 wt%, of the ceramics Al 2 O 3 ceramics having an average crystal grain size of 0.5 to 1.2 μm and a minimum crystal grain size of 0.2 μm or more have been proposed.
また、特許文献３ではアルミナ、炭化チタン、及び炭素を含む焼結体からなる磁気ヘッドスライダ用材料であって、前記焼結体中の炭化チタン結晶粒の平均結晶粒径が、アルミナ結晶粒の平均結晶粒径よりも大きい磁気ヘッドスライダ用材料が提案され、発明を実施するための最良の形態では、アルミナ結晶粒の平均結晶粒径は0.2〜0.75μｍであることが好ましく、また、炭化チタン結晶粒の平均結晶粒径は0.2〜１μｍであることが好ましいと記載されている。
しかしながら、特許文献１で提案されたＡｌ２Ｏ３−ＴｉＣ系焼結体や特許文献２で提案されたＡｌ２Ｏ３系セラミックスを用いて磁気ヘッド用基板を形成すると、スライシング加工等の機械加工時の耐チッピング性がよく、イオンミリング加工法や反応性イオンエッチング法による加工後の表面品位は優れるものの、スライダは所謂ナノスライダ（長さが２ｍｍ，幅が1.6ｍｍ，厚みが0.43ｍｍ）を対象としたものである。 However, when the magnetic head substrate is formed using the Al 2 O 3 —TiC-based sintered body proposed in Patent Document 1 or the Al 2 O 3- based ceramic proposed in Patent Document 2, mechanical processing such as slicing processing is performed. Although the chipping resistance at the time is good and the surface quality after processing by ion milling method or reactive ion etching method is excellent, the slider is a so-called nano slider (length 2mm, width 1.6mm, thickness 0.43mm) It is intended.
記録媒体駆動装置（ハードディスク駆動装置）の高容量化に伴い、フェムトスライダ（長さが0.85ｍｍ，幅が0.7ｍｍ，厚みが0.23ｍｍ）、アトスライダ（長さが0.85ｍｍ，幅が0.49ｍｍ，厚みが0.23ｍｍ）等の小型化されたスライダが求められている現在では、スライシング加工等の機械加工でスライダの側面に発生するチッピングおよびイオンミリング加工法や反応性イオンエッチング法で得られる流路面の表面粗さはこれら小型化されたスライダに対して十分小さいとは言えないために、これらの加工によって発生する脱粒は、相対的にみると大きかった。その結果、上記Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ系焼結体やＡｌ２Ｏ３系セラミックスを用いた磁気ヘッド用基板からチップ状に分割されたスライダは、浮上高さを一定に保持することができず、情報を長期間にわたって正確に記録や再生ができないという問題が顕在化するようになってきた。 Along with the increase in capacity of the recording medium drive (hard disk drive), femto slider (length 0.85mm, width 0.7mm, thickness 0.23mm), at slider (length 0.85mm, width 0.49mm, thickness) Currently, there is a demand for miniaturized sliders such as 0.23 mm), and the flow path surfaces obtained by chipping and ion milling methods or reactive ion etching methods that occur on the sides of the sliders during machining such as slicing processing. Since the surface roughness cannot be said to be sufficiently small for these miniaturized sliders, the degranulation caused by these processes was relatively large. As a result, the slider divided into chips from the magnetic head substrate using the Al 2 O 3 —TiC sintered body or the Al 2 O 3 ceramic cannot maintain a constant flying height. The problem that information cannot be recorded or reproduced accurately over a long period of time has become apparent.
また、特許文献３で提案された磁気ヘッドスライダ用材料からチップ状に分割されたスライダは、浮上（エアベアリング）面内における段差の低減を図ることができかつ十分な強度を有するものの、炭化チタン結晶粒の平均結晶粒径が、アルミナ結晶粒の平均結晶粒径よりも大きく、その平均結晶粒径の差が大きかったり、炭化チタン結晶粒がアルミナ結晶粒より含有比率が著しく高かったりすると、スライシング加工でスライダを形成したり、イオンミリング加工法や反応性イオンエッチング法を用いて流路面を形成したりするときに、相対的には大きな脱粒が発生する。その結果、上述と同様の問題が顕在化するようになってきた。 Further, the slider divided into the chip shape from the magnetic head slider material proposed in Patent Document 3 can reduce the level difference in the flying (air bearing) plane and has sufficient strength, but titanium carbide. If the average crystal grain size of the crystal grains is larger than the average crystal grain size of the alumina crystal grains, the difference in the average crystal grain size is large, or if the titanium carbide crystal grains have a significantly higher content ratio than the alumina crystal grains, slicing When forming a slider by processing or forming a channel surface using an ion milling method or a reactive ion etching method, relatively large degranulation occurs. As a result, problems similar to those described above have become apparent.
本発明は上述のような問題を解決するためになされたものであり、スライシング加工等の機械加工で形成されるスライダの側面およびイオンミリング加工法や反応性イオンエッチング法によって形成される流路面からの脱粒を抑制した磁気ヘッド用基板およびこれを用いた磁気ヘッドならびに記録媒体駆動装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems. From the side surface of the slider formed by machining such as slicing and the flow path surface formed by ion milling or reactive ion etching. An object of the present invention is to provide a magnetic head substrate, a magnetic head using the same, and a recording medium driving device that suppresses the grain separation.
本発明の磁気ヘッド用基板は、アルミナを35質量％以上70質量％以下、炭化チタンを30質量％以上65質量％以下の範囲で含む焼結体からなる磁気ヘッド用基板であって、前記焼結体の平均結晶粒径が0.25μｍ以下（但し、０μｍを除く。）であることを特徴とするものである。 The magnetic head substrate of the present invention is a magnetic head substrate comprising a sintered body containing alumina in a range of 35% by mass to 70% by mass and titanium carbide in a range of 30% by mass to 65% by mass. The average crystal grain size of the aggregate is 0.25 μm or less (however, excluding 0 μm).
また、本発明の磁気ヘッド用基板は、上記構成において、前記炭化チタンは酸素を含有しており、化学式をＴｉＣｘＯｙと表したとき、0.70≦ｘ≦0．99，0.01≦ｙ≦0.30であり、かつ0.71≦ｘ＋ｙ≦1.00であることを特徴とするものである。 In the magnetic head substrate of the present invention, in the above structure, the titanium carbide contains oxygen, and when the chemical formula is expressed as TiC x O y , 0.70 ≦ x ≦ 0.99, 0.01 ≦ y ≦ 0.30 And 0.71 ≦ x + y ≦ 1.00.
また、本発明の磁気ヘッド用基板は、上記いずれかの構成において、前記焼結体の最大結晶粒径が１μｍ以下（但し、０μｍを除く。）であることを特徴とするものである。 The substrate for a magnetic head according to the present invention is characterized in that, in any of the above-described configurations, the maximum crystal grain size of the sintered body is 1 μm or less (excluding 0 μm).
また、本発明の磁気ヘッド用基板は、上記いずれかの構成において、前記焼結体の炭化チタンの平均結晶粒径（ＤＴ）に対するアルミナの平均結晶粒径（ＤＡ）の比（ＤＡ／ＤＴ）が１以上２以下であることを特徴とするものである。 In the magnetic head substrate of the present invention, the ratio of the average crystal grain size (D A ) of alumina to the average crystal grain size (D T ) of titanium carbide in the sintered body according to any one of the above structures (D A / D T ) is 1 or more and 2 or less.
また、本発明の磁気ヘッド用基板の製造方法は、上記いずれかの構成の本発明の磁気ヘッド用基板の製造方法であって、アルミナ粉末，酸化チタン粉末および炭化チタン粉末を混合した原料を、平均粒径が0.25μｍ以下（但し、０μｍを除く。）に粉砕した後、成形、焼成することを特徴とするものである。 Further, the method for manufacturing a magnetic head substrate of the present invention is a method for manufacturing a magnetic head substrate of the present invention having any one of the above-described structures, and a raw material obtained by mixing alumina powder, titanium oxide powder and titanium carbide powder, It is characterized in that it is molded and fired after being pulverized to an average particle size of 0.25 μm or less (excluding 0 μm).
また、本発明の磁気ヘッドは、上記いずれかの構成の本発明の磁気ヘッド用基板をチップ状に分割してなるスライダに電磁変換素子を形成したことを特徴とするものである。 The magnetic head of the present invention is characterized in that an electromagnetic conversion element is formed on a slider formed by dividing the magnetic head substrate of the present invention having any one of the above configurations into a chip shape.
本発明の記録媒体駆動装置は、上記構成の本発明の磁気ヘッドと、該磁気ヘッドによって情報の記録および再生を行なう磁気記録層を有する記録媒体と、該記録媒体を駆動させるモータとを備えていることを特徴とするものである。 A recording medium driving apparatus of the present invention includes the magnetic head of the present invention having the above-described configuration, a recording medium having a magnetic recording layer for recording and reproducing information by the magnetic head, and a motor for driving the recording medium. It is characterized by being.
本発明の磁気ヘッド用基板によれば、アルミナを35質量％以上70質量％以下、炭化チタンを30質量％以上65質量％以下の範囲で含む焼結体からなる磁気ヘッド用基板であって、前記焼結体の平均結晶粒径が0.25μｍ以下（但し、０μｍを除く。）であることから、磁気ヘッド用基板全体にわたり、個々の結晶粒子が小さいために、スライシングマシンやダイシングソーを用いて短冊状に切断したり、イオンミリング加工や反応性イオンエッチングにより流路面を形成したりしても、大きな脱粒はほとんど発生しない。また、個々の結晶粒子が小さいために、結晶粒界は多くなり、磁気ヘッド用基板を短冊状に切断するときに発生した応力は結晶粒界により吸収、緩和が進むので、短冊状にした磁気ヘッド用基板内における残留応力は低減する。 According to the magnetic head substrate of the present invention, a magnetic head substrate comprising a sintered body containing alumina in a range of 35 mass% to 70 mass% and titanium carbide in a range of 30 mass% to 65 mass%, Since the average crystal grain size of the sintered body is 0.25 μm or less (excluding 0 μm), since the individual crystal particles are small throughout the magnetic head substrate, a slicing machine or a dicing saw is used. Even if it is cut into strips or the flow path surface is formed by ion milling or reactive ion etching, large degranulation hardly occurs. In addition, since the individual crystal grains are small, there are many crystal grain boundaries, and the stress generated when the magnetic head substrate is cut into strips is absorbed and relaxed by the crystal grain boundaries. Residual stress in the head substrate is reduced.
また、本発明の磁気ヘッド用基板によれば、前記炭化チタンは酸素を含有しており、化学式をＴｉＣｘＯｙと表したとき、0.70≦ｘ≦0.99，0.01≦ｙ≦0.30であり、かつ0.71≦ｘ＋ｙ≦1.00であるときには、酸素を含有することにより、スライシングマシンやダイシングソーに取り付けられて磁気ヘッド用基板を切断するダイヤモンドブレードと、磁気ヘッド用基板を構成する炭化チタンとの凝着を低減することができる。その結果、切断で発生する抵抗が低減され、脱粒をさらに抑制することができるとともに、ダイヤモンドブレードが変形しにくくなるので、加工精度が向上する。また、炭化チタンを構成する炭素とチタンとの結合力が僅かに低下するため、研磨に要する時間を短縮することもできる。 According to the magnetic head substrate of the present invention, the titanium carbide contains oxygen, and when expressed by a chemical formula of TiC x O y , 0.70 ≦ x ≦ 0.99, 0.01 ≦ y ≦ 0.30, and When 0.71 ≦ x + y ≦ 1.00, by containing oxygen, the diamond blade attached to the slicing machine or dicing saw and cutting the magnetic head substrate is adhered to the titanium carbide constituting the magnetic head substrate. Can be reduced. As a result, the resistance generated by the cutting is reduced, the grain removal can be further suppressed, and the diamond blade is hardly deformed, so that the processing accuracy is improved. Further, since the bonding force between carbon and titanium constituting the titanium carbide is slightly reduced, the time required for polishing can be shortened.
また、本発明の磁気ヘッド用基板によれば、前記焼結体の最大結晶粒径が１μｍ以下（但し、０μｍを除く。）であるときには、特異的に大きな結晶粒子が存在しないため、短冊状に切断したり、流路面を形成したりしても大きな脱粒の発生はさらに抑制される。 In addition, according to the magnetic head substrate of the present invention, when the maximum crystal grain size of the sintered body is 1 μm or less (excluding 0 μm), there is no specific large crystal grain, so Even if it is cut into pieces or a flow path surface is formed, the occurrence of large degranulation is further suppressed.
また、本発明の磁気ヘッド用基板によれば、前記焼結体の炭化チタンの平均結晶粒径（ＤＴ）に対するアルミナの平均結晶粒径（ＤＡ）の比（ＤＡ／ＤＴ）が１以上２以下であるときには、焼結体中の任意の断面におけるアルミナが占める面積は、炭化チタンが占める面積の１〜２倍程度になるため、短冊状に切断したり、流路面を形成したりしても両者はバランスよく加工されるので、加工効率を維持しつつ、大きな脱粒の発生はさらに抑制される。 Further, according to the magnetic head substrate of the present invention, the ratio (D A / D T ) of the average crystal grain size (D A ) of alumina to the average crystal grain size (D T ) of titanium carbide in the sintered body is high. When it is 1 or more and 2 or less, the area occupied by alumina in an arbitrary cross section in the sintered body is about 1 to 2 times the area occupied by titanium carbide, so it is cut into a strip shape or a flow path surface is formed. Even if both are processed in a well-balanced manner, the occurrence of large degranulation is further suppressed while maintaining the processing efficiency.
また、本発明の磁気ヘッド用基板の製造方法によれば、アルミナ粉末，酸化チタン粉末および炭化チタン粉末を混合した原料を、平均粒径が0.25μｍ以下（但し、０μｍを除く。）になるまで粉砕した後、成形、焼成するときには、前記焼結体の平均結晶粒径も0.25μｍ以下に制御することができるので、短冊状に切断したり、流路面を形成したりしても大きな脱粒はほとんど発生しない。 Further, according to the method for manufacturing a magnetic head substrate of the present invention, the raw material obtained by mixing the alumina powder, the titanium oxide powder and the titanium carbide powder has an average particle diameter of 0.25 μm or less (excluding 0 μm). After pulverization, when molding and firing, the average crystal grain size of the sintered body can also be controlled to 0.25 μm or less, so even if it is cut into strips or a flow path surface is formed, large degranulation will not occur. It hardly occurs.
また、本発明の磁気ヘッドによれば、本発明の磁気ヘッド用基板をチップ状に分割してなるスライダに電磁変換素子を形成したことから、フェムトスライダ，アトスライダ等の小型化されたスライダに好適である。 Further, according to the magnetic head of the present invention, since the electromagnetic conversion element is formed on the slider formed by dividing the magnetic head substrate of the present invention into chips, it is suitable for a miniaturized slider such as a femto slider or an at slider. It is.
また、本発明の記録媒体駆動装置によれば、本発明の磁気ヘッドと、該磁気ヘッドによって情報の記録および再生を行なう磁気記録層を有する記録媒体と、該記録媒体を駆動するモータとを備えているときには、小型化されたスライダにおいても、高精度な浮上面を有するため、その浮上量を一定に保持して、情報を長期間にわたって正確な記録および再生を行なうことができる。 The recording medium driving apparatus of the present invention includes the magnetic head of the present invention, a recording medium having a magnetic recording layer for recording and reproducing information by the magnetic head, and a motor for driving the recording medium. In this case, even a miniaturized slider has a highly accurate flying surface, so that the flying height can be kept constant and information can be recorded and reproduced accurately over a long period of time.
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described.
図１は、本発明の磁気ヘッド用基板の実施の形態の一例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’線での断面図である。 1A and 1B show an example of an embodiment of a magnetic head substrate according to the present invention. FIG. 1A is a plan view, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line A-A 'in FIG.
本発明の磁気ヘッド用基板１は、アルミナを35質量％以上70質量％以下、炭化チタンを30質量％以上65質量％以下の範囲で含有する焼結体からなり、アルミナが有する機械的特性，耐磨耗性および耐熱性と、炭化チタンが有する導電性とを兼ね備えたものである。また、この磁気ヘッド用基板１の大きさは、例えば図１に示す直径ｄが102〜153ｍｍであり、厚みｔが1.2〜２ｍｍである。 The magnetic head substrate 1 of the present invention comprises a sintered body containing alumina in a range of 35 mass% to 70 mass% and titanium carbide in a range of 30 mass% to 65 mass%. It combines wear resistance and heat resistance with the conductivity of titanium carbide. The magnetic head substrate 1 has, for example, a diameter d shown in FIG. 1 of 102 to 153 mm and a thickness t of 1.2 to 2 mm.
磁気ヘッド用基板１における炭化チタンの含有量は、導電性および機械加工性に影響を及ぼす。炭化チタンの含有量を30質量％以上65質量％以下としたのは、炭化チタンの含有量を30質量％未満にすると体積固有抵抗が高くなるために導電性が低くなり、電磁変換素子に電荷が帯電しても、速やかに電荷を除去することができないからであり、一方、炭化チタンの含有量が65質量％を超えると、磁気ヘッド用基板１の靱性が高くなり機械加工性が低下するためである。 The content of titanium carbide in the magnetic head substrate 1 affects the conductivity and machinability. The reason why the titanium carbide content is 30% by mass or more and 65% by mass or less is that if the titanium carbide content is less than 30% by mass, the volume resistivity increases and the conductivity becomes low, and the electromagnetic conversion element is charged. This is because the charge cannot be removed promptly even if is charged. On the other hand, if the content of titanium carbide exceeds 65% by mass, the toughness of the magnetic head substrate 1 increases and the machinability deteriorates. Because.
また、磁気ヘッド用基板１は、特にアルミナを60質量％以上65質量％以下、炭化チタンを35質量％以上40質量％以下の範囲で含有することがより好適であり、この範囲であれば導電性と機械加工性とをさらにバランスよく維持することができる。磁気ヘッド用基板１中におけるアルミナおよび炭化チタンの含有量は、蛍光Ｘ線分析法またはＩＣＰ（Inductivity Coupled Plasma）発光分析法等によりＡｌ，Ｔｉの金属元素の含有量を求めて、Ａｌについては酸化物に、Ｔｉについては炭化物に換算すればよい。なお、磁気ヘッド用基板１には、Ａｌについては酸化物以外の化合物、Ｔｉについては炭化物以外の化合物が含まれることも考えられるが、上記の「アルミナを35質量％以上70質量％以下、炭化チタンを30質量％以上65質量％以下の範囲」に用いる値は、Ａｌ，Ｔｉの金属元素の含有量を求めて、Ａｌについては酸化物に、Ｔｉについては炭化物に換算した値である。 Further, the magnetic head substrate 1 more preferably contains alumina in a range of 60 mass% to 65 mass% and titanium carbide in a range of 35 mass% to 40 mass%, and in this range, the conductive layer is conductive. And machinability can be maintained in a more balanced manner. The contents of alumina and titanium carbide in the magnetic head substrate 1 are determined by determining the contents of Al and Ti metal elements by fluorescent X-ray analysis or ICP (Inductivity Coupled Plasma) emission analysis. What is necessary is just to convert Ti into carbide. The magnetic head substrate 1 may contain a compound other than an oxide for Al, and a compound other than a carbide for Ti. The value used for “the range of 30% by mass to 65% by mass of titanium” is a value obtained by calculating the content of metal elements of Al and Ti, and converting Al to oxide and Ti to carbide.
また、磁気ヘッド用基板１の体積固有抵抗は、ＪＩＳ Ｃ 2141−1992に準拠して測定することができ、この測定値が２×10−３Ω・ｃｍ以下であることが好ましく、特に２×10−５Ω・ｃｍ以下であることが好適である。また、磁気ヘッド用基板１の機械加工性については、ラップ加工における単位時間当たりの研磨量を測定することにより評価することができる。 The volume resistivity of the magnetic head substrate 1 can be measured in accordance with JIS C 2141-1992, and the measured value is preferably 2 × 10 −3 Ω · cm or less, particularly 2 ×. It is preferably 10 −5 Ω · cm or less. The machinability of the magnetic head substrate 1 can be evaluated by measuring the polishing amount per unit time in lapping.
図２は、本発明の磁気ヘッド用基板の実施の形態の他の例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ’線での断面図である。 2A and 2B show another example of the embodiment of the magnetic head substrate of the present invention. FIG. 2A is a plan view, and FIG. 2B is a sectional view taken along line BB ′ in FIG. .
図２に示す磁気ヘッド用基板１は、直径ｄが102〜153ｍｍ、厚みが1.2〜２ｍｍの基板であり、その一部に直線部であるオリエンテーションフラット２を備えている。オリエンテーションフラット２は、絶縁膜を介して電磁変換素子をスライダに搭載するときや磁気ヘッド用基板１を短冊状に切断するときの位置決めに用いられるものでる。このオリエンテーションフラット２は、図１に示す磁気ヘッド用基板１の一部をその厚みｔ方向にダイシングソーで切除することによって形成することができる。 A magnetic head substrate 1 shown in FIG. 2 is a substrate having a diameter d of 102 to 153 mm and a thickness of 1.2 to 2 mm, and is provided with an orientation flat 2 that is a linear portion in a part thereof. The orientation flat 2 is used for positioning when an electromagnetic conversion element is mounted on a slider via an insulating film or when the magnetic head substrate 1 is cut into a strip shape. This orientation flat 2 can be formed by cutting a part of the magnetic head substrate 1 shown in FIG. 1 in the thickness t direction with a dicing saw.
本発明の磁気ヘッド用基板１から磁気ヘッドを作製する場合には、以下のような手順で作製される。 When a magnetic head is manufactured from the magnetic head substrate 1 of the present invention, it is manufactured by the following procedure.
まず、磁気ヘッド用基板１上に非晶質状のアルミナからなる絶縁膜をスパッタリング法により成膜して、この絶縁膜上に磁気抵抗効果を用いたＭＲ素子，ＧＭＲ素子，ＴＭＲ素子またはＡＭＲ素子等の電磁変換素子のいずれかを所望の間隔で複数列設して搭載する。 First, an insulating film made of amorphous alumina is formed on the magnetic head substrate 1 by sputtering, and an MR element, GMR element, TMR element or AMR element using the magnetoresistive effect is formed on the insulating film. A plurality of electromagnetic conversion elements such as the above are installed in a plurality of rows at a desired interval.
そして、電磁変換素子が搭載された磁気ヘッド用基板１をスライシングマシンやダイシングソーを用いて短冊状に切断する。そして、短冊状の磁気ヘッド用基板１の切断面を研磨して鏡面とした後、イオンミリング加工法や反応性イオンエッチング法によって鏡面の一部を除去することで流路面が形成され、除去されずに残った鏡面は浮上面となる。その後、チップ状に分割することで、スライダに電磁変換素子を搭載した磁気ヘッドが得られる。 Then, the magnetic head substrate 1 on which the electromagnetic transducer is mounted is cut into strips using a slicing machine or a dicing saw. Then, after the cut surface of the strip-shaped magnetic head substrate 1 is polished to be a mirror surface, a part of the mirror surface is removed by an ion milling method or a reactive ion etching method to form and remove the channel surface. The remaining mirror surface becomes the air bearing surface. Thereafter, by dividing into chips, a magnetic head having an electromagnetic conversion element mounted on a slider can be obtained.
図３は、本発明の磁気ヘッドの実施の形態の一例を示す斜視図である。 FIG. 3 is a perspective view showing an example of an embodiment of the magnetic head of the present invention.
本発明の磁気ヘッド３は、浮上面４と空気を通す流路面５とを有するスライダ６に絶縁膜７を介して搭載された電磁変換素子８を形成してなるものである。浮上面４は情報の記録および再生を行なう磁気記録層を有する記録媒体であるハードディスク（図示せず）に対向するものであり、その浮上高さ（浮上量）は例えば10ｎｍ以下である。また、流路面５は、ハードディスクに対向して、磁気ヘッド３を浮上させるための空気を通す流路として機能するものであり、流路面５の深さは例えば1.5〜2.5μｍである。 The magnetic head 3 of the present invention is formed by forming an electromagnetic conversion element 8 mounted on a slider 6 having an air bearing surface 4 and a flow path surface 5 through which air passes through an insulating film 7. The flying surface 4 faces a hard disk (not shown), which is a recording medium having a magnetic recording layer for recording and reproducing information, and its flying height (flying height) is, for example, 10 nm or less. Further, the flow path surface 5 functions as a flow path through which air for floating the magnetic head 3 is opposed to the hard disk, and the depth of the flow path surface 5 is, for example, 1.5 to 2.5 μm.
磁気ヘッド３がハードディスク上を浮上しているとき、スライダ６から脱粒が発生すると、ハードディスクの特性は劣化する。このように、脱粒の発生の有無は、ハードディスクの特性劣化に大きな影響を及ぼすものであるが、この脱粒の大きさは、磁気ヘッド用基板１を形成する焼結体の平均結晶粒径の大きさに影響されるので、磁気ヘッド用基板１を形成する焼結体の平均結晶粒径を0.25μｍ以下とすることが重要である。 When the magnetic head 3 floats on the hard disk and the detachment occurs from the slider 6, the characteristics of the hard disk deteriorate. Thus, the presence or absence of degranulation has a great influence on the characteristic deterioration of the hard disk. The size of this degranulation is the size of the average crystal grain size of the sintered body forming the magnetic head substrate 1. Therefore, it is important that the average crystal grain size of the sintered body forming the magnetic head substrate 1 is 0.25 μm or less.
この平均結晶粒径を0.25μｍ以下とすることで、磁気ヘッド用基板１全体にわたり個々の結晶粒子が小さくなるために、スライシングマシンやダイシングソーを用いて短冊状に切断したり、イオンミリング加工法や反応性イオンエッチング法により流路面５を形成したりしても大きな脱粒はほとんど発生しなくなる。特に、平均結晶粒径は0.18μｍ以下であることが好ましい。上記加工により大きな脱粒が発生する確率が下がれば、磁気ヘッド３がハードディスク上を浮上しているときもスライダ６から脱粒が発生する確率は下がる。また、平均結晶粒径が0.25μｍ以下であると、個々の結晶粒子が小さいために結晶粒界は多くなり、磁気ヘッド用基板１を短冊状に切断するときに発生した応力は結晶粒界により吸収あるいは緩和が進むので、短冊状にした磁気ヘッド用基板１内における残留応力は低減する。 By setting the average crystal grain size to 0.25 μm or less, individual crystal grains are reduced over the entire magnetic head substrate 1, so that they can be cut into strips using a slicing machine or a dicing saw, or an ion milling method. Even when the flow path surface 5 is formed by the reactive ion etching method, large degranulation hardly occurs. In particular, the average crystal grain size is preferably 0.18 μm or less. If the probability of occurrence of large degranulation is reduced by the above processing, the probability of occurrence of degranulation from the slider 6 is lowered even when the magnetic head 3 is flying above the hard disk. If the average crystal grain size is 0.25 μm or less, the crystal grain boundaries increase because the individual crystal grains are small, and the stress generated when the magnetic head substrate 1 is cut into strips is caused by the crystal grain boundaries. Since absorption or relaxation proceeds, the residual stress in the magnetic head substrate 1 having a strip shape is reduced.
また、本発明の磁気ヘッド用基板１は、磁気ヘッド用基板１を構成する炭化チタンが酸素を含有すると、磁気ヘッド用基板１の導電性および機械加工性に影響を与える。この酸素を含有した炭化チタンの結晶粒子は、アルミナの結晶粒子とより強固に結合するため、スライシングマシンやダイシングソーを用いて磁気ヘッド用基板１を短冊状に切断しても脱粒しにくくなる。 Further, in the magnetic head substrate 1 of the present invention, when the titanium carbide constituting the magnetic head substrate 1 contains oxygen, the conductivity and machinability of the magnetic head substrate 1 are affected. Since the crystal grains of titanium carbide containing oxygen are more strongly bonded to the crystal grains of alumina, even if the magnetic head substrate 1 is cut into a strip shape using a slicing machine or a dicing saw, it is difficult for the grains to fall off.
併せて、酸素を含有した炭化チタンは、スライシングマシンやダイシングソーに取り付けられ、磁気ヘッド用基板１を切断するダイヤモンドブレードと、磁気ヘッド用基板１を構成する炭化チタンとの凝着を低減することができる。その結果、切断で発生する抵抗は低減され、脱粒をさらに抑制することができるとともに、ダイヤモンドブレードが変形しにくくなるので、加工精度が向上する。また、炭化チタンを構成する炭素とチタンとの結合力が僅かに低下するため、研磨に要する時間を短縮することもできる。 In addition, oxygen-containing titanium carbide is attached to a slicing machine or a dicing saw to reduce adhesion between the diamond blade for cutting the magnetic head substrate 1 and the titanium carbide constituting the magnetic head substrate 1. Can do. As a result, the resistance generated by the cutting is reduced, the grain removal can be further suppressed, and the diamond blade is hardly deformed, so that the processing accuracy is improved. Further, since the bonding force between carbon and titanium constituting the titanium carbide is slightly reduced, the time required for polishing can be shortened.
一方、酸素の含有量が増えると、導電性が僅かながら低下するおそれがあるため、本発明の磁気ヘッド用基板１は、化学式をＴｉＣｘＯｙと表したとき、0.70≦ｘ≦0.99，0.01≦ｙ≦0.30であり、かつ0.71≦ｘ＋ｙ≦1.00であることが好適である。特に、酸素は炭化チタンに固溶した状態で含有されていることが望ましく、固溶の形態としては浸入型固溶，置換型固溶のいずれでもよい。なお、アルミナと炭化チタンに酸化チタンを加えた原料を用いることにより、炭化チタンに酸素を含有させることができる。 On the other hand, when the oxygen content increases, the conductivity may slightly decrease. Therefore, when the chemical formula is expressed as TiC x O y , the magnetic head substrate 1 according to the present invention has 0.70 ≦ x ≦ 0.99, 0.01. It is preferable that ≦ y ≦ 0.30 and 0.71 ≦ x + y ≦ 1.00. In particular, it is desirable that oxygen be contained in a solid solution state in titanium carbide, and the form of the solid solution may be either an intrusion type solid solution or a substitution type solid solution. In addition, oxygen can be contained in titanium carbide by using a raw material obtained by adding titanium oxide to alumina and titanium carbide.
化学式をＴｉＣｘＯｙと表したとき、0.70≦ｘ≦0.99，0.01≦ｙ≦0.30であり、かつ0.71≦ｘ＋ｙ≦1.00であることとしたのは、ＴｉＣｘＯｙの炭素の原子数ｘを0.99以下、即ち酸素の原子数ｙを0.01以上にすることにより、磁気ヘッド用基板１の切断等における機械加工性を向上させることができるからである。また、ＴｉＣｘＯｙの炭素の原子数ｘを0.70以上、即ち酸素の原子数ｙを0.30以下にすることにより、酸素の含有量が増え過ぎることがないので、導電性を維持することができるからである。 When the chemical formula is expressed as TiC x O y , 0.70 ≦ x ≦ 0.99, 0.01 ≦ y ≦ 0.30, and 0.71 ≦ x + y ≦ 1.00, the number of carbon atoms x in TiC x O y is This is because the machinability in cutting the magnetic head substrate 1 can be improved by setting the number of oxygen atoms y to 0.99 or less, that is, 0.01 or more. Further, when the number of carbon atoms x in TiC x O y is 0.70 or more, that is, the number of oxygen atoms y is 0.30 or less, the oxygen content does not increase excessively, so that the conductivity can be maintained. Because.
また、ＴｉＣｘＯｙにおける原子数ｘおよびｙの合計は、スライシングマシンやダイシングソーを用いて短冊状に切断したり、イオンミリング加工法や反応性イオンエッチング法により流路面５を形成したりした場合に発生する脱粒に影響し、その合計が小さいと、原子レベルでの空孔（原子空孔）が増えるため、大きな脱粒が発生するおそれがある。 Further, the total number of atoms x and y in TiC x O y was cut into strips using a slicing machine or a dicing saw, or the flow path surface 5 was formed by an ion milling method or a reactive ion etching method. If the total sum is small, there is a possibility that large degranulation occurs because vacancies at the atomic level (atomic vacancies) increase.
このような観点から、ＴｉＣｘＯｙにおける原子数ｘおよびｙの合計は0.71以上であることが好適である。この範囲にあれば、上述した加工により大きな脱粒が発生するおそれがほとんどない。また、ＴｉＣｘＯｙは、ＴｉＣ中の炭素の一部が酸素に置換された組成を示す化学式であるため、原子数ｘおよびｙの合計の最大値は１であり、合計（ｘ＋ｙ）のとり得る範囲は、必然的に0.71以上１以下となる。 From such a viewpoint, the total number of atoms x and y in TiC x O y is preferably 0.71 or more. If it exists in this range, there is almost no possibility that big degranulation will generate | occur | produce by the process mentioned above. Since TiC x O y is a chemical formula showing a composition in which a part of carbon in TiC is substituted with oxygen, the maximum value of the total number of atoms x and y is 1, and the total (x + y) The range to be obtained is inevitably 0.71 or more and 1 or less.
この原子数ｘおよびｙを求めるには、まず、蛍光Ｘ線分析法またはＩＣＰ発光分光分析法により、ＡｌおよびＴｉの含有量を測定し、ＣおよびＯ２の含有量については、炭素分析装置および酸素分析装置を用いて測定する。次に、Ａｌを酸化物に換算し、酸素分析装置を用いて測定したＯ２量からＡｌの酸化物換算に必要なＯ２量を差し引いたものがＴｉＣｘＯｙのＯ２量となる。これにより、Ｔｉ，Ｃ，Ｏ２の各元素の含有量が明らかとなり、これらの各元素の含有量をＴｉ，Ｃについては原子量、Ｏ２については分子量で除すことにより各元素のモル数が求められ、Ｔｉのモル数を１としたときの各元素の比がｘおよびｙの原子数となる。 To determine the number of atoms x and y, first, the X-ray fluorescence analysis or ICP emission spectrometry to measure the content of Al and Ti, the content of C and O 2, the carbon analyzer and Measure using an oxygen analyzer. Then, in terms of Al in oxides, minus the amount of O 2 required in terms of oxide of Al from the O 2 amount measured with an oxygen analyzer is O 2 amount of TiC x O y. As a result, the contents of each element of Ti, C, and O 2 are clarified. By dividing the contents of these elements by the atomic weight for Ti and C and the molecular weight for O 2 , the number of moles of each element can be obtained. The ratio of each element when the number of moles of Ti is 1 is the number of atoms of x and y.
あるいは、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて、エネルギー分散型Ｘ線分光法（Energy dispersive X-ray Spectroscopy（ＥＤＳ））により、原子数ｘおよびｙを求めてもよく、所望の精度に応じて測定精度の高い方法を用いればよい。 Alternatively, the number of atoms x and y may be obtained by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) using a transmission electron microscope (TEM), depending on the desired accuracy. A method with high measurement accuracy may be used.
また、磁気ヘッド用基板１を形成する焼結体の最大結晶粒径は、短冊状に切断したり、流路面５を形成したりした場合に発生する脱粒の大きさに影響を与える。したがって、磁気ヘッド用基板１を形成する焼結体の最大結晶粒径を１μｍ以下とすることが好適であり、最大結晶粒径をこの範囲にすることで特異的に大きな結晶粒子が存在しなくなるため、上記加工により流路面５を形成しても大きな脱粒の発生をさらに抑制することができる。 In addition, the maximum crystal grain size of the sintered body forming the magnetic head substrate 1 affects the size of degranulation that occurs when the strip is cut into a strip shape or the flow path surface 5 is formed. Therefore, it is preferable to set the maximum crystal grain size of the sintered body forming the magnetic head substrate 1 to 1 μm or less, and by setting the maximum crystal grain size within this range, there are no specifically large crystal grains. Therefore, even if the flow path surface 5 is formed by the above processing, the occurrence of large degranulation can be further suppressed.
磁気ヘッド用基板１を形成する焼結体の炭化チタンの平均結晶粒径（ＤＴ）とアルミナの平均結晶粒径（ＤＡ）との関係は、スライシングマシンやダイシングソーを用いての切断やイオンミリング加工法および反応性イオンエッチング法により流路面５を形成するときの加工性に影響を与える。炭化チタンの平均結晶粒径（ＤＴ）に対するアルミナの平均結晶粒径（ＤＡ）の比（ＤＡ／ＤＴ）が大きくなると、軟質なアルミナが表面に多く露出した状態になるので、イオンミリング加工法により流路面５を形成した場合、流路面５の表面粗さが大きくなる傾向が強くなる。一方、炭化チタンの平均結晶粒径（ＤＴ）に対するアルミナの平均結晶粒径（ＤＡ）の比（ＤＡ／ＤＴ）が小さくなると、硬質な炭化チタンが表面に多く露出した状態になるので、加工効率が低下する傾向が強くなる。 The relationship between the average crystal grain size (D T ) of titanium carbide in the sintered body forming the magnetic head substrate 1 and the average crystal grain size (D A ) of alumina is determined by cutting with a slicing machine or a dicing saw. The processability when the flow path surface 5 is formed by the ion milling method and the reactive ion etching method is affected. When the ratio (D A / D T ) of the average crystal grain size (D A ) of alumina to the average crystal grain size (D T ) of titanium carbide is increased, soft alumina is exposed on the surface. When the flow path surface 5 is formed by the milling method, the tendency for the surface roughness of the flow path surface 5 to increase becomes strong. On the other hand, when the ratio of the average crystal grain size of the alumina to the average crystal grain size of titanium carbide (D T) (D A) (D A / D T) is reduced, a state where hard titanium carbide is much exposed to the surface Therefore, the tendency for processing efficiency to fall becomes strong.
したがって、磁気ヘッド用基板１を形成する焼結体の炭化チタンの平均結晶粒径（ＤＴ）に対するアルミナの平均結晶粒径（ＤＡ）の比（ＤＡ／ＤＴ）を１以上２以下とすることが好ましく、焼結体中の任意の断面におけるアルミナが占める面積は、炭化チタンが占める面積の１〜２倍程度になるため、短冊状に切断するときの加工効率を低下させることなく良好な表面粗さの流路面５を形成することができる。 Therefore, the ratio (D A / D T ) of the average crystal grain size (D A ) of alumina to the average crystal grain size (D T ) of titanium carbide in the sintered body forming the magnetic head substrate 1 is 1 or more and 2 or less. Preferably, the area occupied by alumina in any cross section in the sintered body is about 1 to 2 times the area occupied by titanium carbide, so that the processing efficiency when cutting into strips is not reduced. The flow path surface 5 having a good surface roughness can be formed.
なお、上述した焼結体の平均結晶粒径，最大結晶粒径，炭化チタンの平均結晶粒径（ＤＴ）およびアルミナの平均結晶粒径（ＤＡ）は、以下のような手順で求めることができる。 The average crystal grain size, maximum crystal grain size, average crystal grain size of titanium carbide (D T ), and average crystal grain size of alumina (D A ) described above are determined by the following procedure. Can do.
まず、焼結体の任意の面をダイヤモンド砥粒を用いて研磨加工して鏡面とした後、この面を燐酸により数10秒程度エッチング処理する。次に、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、エッチング処理した面のうちで任意の場所を選び、倍率を10,000〜13,000倍程度で撮影した５μｍ×８μｍの範囲の画像（以下、この画像をＳＥＭ画像と称す。）を得る。そして、ＳＥＭ画像を例えば「Image-Pro Plus」という画像解析ソフト（日本ビジュアルサイエンス（株）製）を用いて解析することにより、焼結体の平均結晶粒径，最大結晶粒径，炭化チタンの平均結晶粒径（ＤＴ）およびアルミナの平均結晶粒径（ＤＡ）を求めることができ、その比（ＤＡ／ＤＴ）も算出することができる。 First, an arbitrary surface of the sintered body is polished with a diamond abrasive to form a mirror surface, and then this surface is etched with phosphoric acid for about several tens of seconds. Next, using a scanning electron microscope (SEM), an arbitrary place is selected from the etched surfaces, and an image in a range of 5 μm × 8 μm taken at a magnification of about 10,000 to 13,000 times (hereinafter, this image is referred to as this image). (Referred to as SEM image). Then, by analyzing the SEM image using, for example, image analysis software called “Image-Pro Plus” (manufactured by Nippon Visual Science Co., Ltd.), the average crystal grain size, maximum crystal grain size, The average crystal grain size (D T ) and the average crystal grain size (D A ) of alumina can be determined, and the ratio (D A / D T ) can also be calculated.
また、磁気ヘッド用基板１は、磁気ヘッド３の放熱性を考慮して、その熱伝導率は高い方が好ましく、その熱伝導率が19Ｗ／（ｍ・ｋ）以上であることが好適である。記録媒体駆動装置（ハードディスク駆動装置）の記録密度を高くするために、磁気ヘッド３の浮上高さ（浮上量）は10ｎｍ以下となっており、記録媒体に保存された記録が電磁変換素子８から発生した熱の影響を受けやすくなっているが、熱伝導率が高ければこの熱を速やかにスライダ６に逃がせるため、記録媒体に保存された記録が破壊されずに済むからである。特に、熱伝導率は21Ｗ／（ｍ・ｋ）以上であることが好適である。なお、熱伝導率は、ＪＩＳ Ｒ 1611−1997に準拠して測定することができる。 The magnetic head substrate 1 preferably has a high thermal conductivity in consideration of the heat dissipation of the magnetic head 3, and preferably has a thermal conductivity of 19 W / (m · k) or more. . In order to increase the recording density of the recording medium driving device (hard disk driving device), the flying height (flying height) of the magnetic head 3 is 10 nm or less, and the record stored in the recording medium is transferred from the electromagnetic transducer 8. This is because it is easily influenced by the generated heat, but if the thermal conductivity is high, this heat can be quickly released to the slider 6, so that the record stored in the recording medium is not destroyed. In particular, the thermal conductivity is preferably 21 W / (m · k) or more. The thermal conductivity can be measured according to JIS R 1611-1997.
また、磁気ヘッド用基板１は、スライダ６の小型化に伴って厚みが薄くなると、その抗折強度の影響が大きくなる。抗折強度が大きいと、チップ状のスライダ６に分割してもマイクロクラックの発生が抑制され、このマイクロクラックの発生に伴う脱粒が起こりにくくなるため、良好なＣＳＳ（コンタクト・スタート・ストップ）特性を有する磁気ヘッド３を得ることができ、特に、フェムトスライダ，アトスライダ等の小型化されたスライダ６を構成する際に好適に用いることができる。このような観点から、本発明の磁気ヘッド用基板１は、その抗折強度が700ＭＰａ以上であることが好適である。 Further, when the thickness of the magnetic head substrate 1 is reduced as the slider 6 is reduced in size, the influence of the bending strength is increased. When the bending strength is high, even if the chip-shaped slider 6 is divided, the occurrence of microcracks is suppressed, and it is difficult for the grains to fall out due to the occurrence of the microcracks. Therefore, good CSS (contact start / stop) characteristics are obtained. In particular, the magnetic head 3 can be suitably used when configuring a miniaturized slider 6 such as a femto slider or an at slider. From such a point of view, the magnetic head substrate 1 of the present invention preferably has a bending strength of 700 MPa or more.
なお、抗折強度は、ＪＩＳ Ｒ 1601−1995に準拠して３点曲げ強度で評価することができる。但し、磁気ヘッド用基板１が薄く、JＩＳ Ｒ 1601−1995に準拠した試験片の形状および寸法とすることができないときには、磁気ヘッド用基板１から切り出した試験片の形状および寸法における３点曲げ強度として評価することができる。 The bending strength can be evaluated by a three-point bending strength in accordance with JIS R 1601-1995. However, when the magnetic head substrate 1 is thin and the shape and size of the test piece conforming to JIS R 1601-1995 cannot be obtained, the three-point bending strength in the shape and size of the test piece cut out from the magnetic head substrate 1 Can be evaluated as
また、本発明の磁気ヘッド３において、流路面５の表面性状が浮上特性に影響を与え、流路面５の表面性状は、算術平均高さ（Ｒａ）を測定することにより評価することができる。表面性状を示す算術平均高さ（Ｒa）が大きいと、流路面５で乱流が発生して浮上特性が不安定になりやすく、一方、算術平均高さＲaが小さいと、流路面５で乱流が発生しにくく浮上特性が安定する。 In the magnetic head 3 of the present invention, the surface property of the flow path surface 5 affects the floating characteristics, and the surface property of the flow path surface 5 can be evaluated by measuring the arithmetic average height (Ra). If the arithmetic average height (Ra) indicating the surface property is large, turbulent flow is generated on the flow path surface 5 and the levitation characteristic is likely to be unstable. On the other hand, if the arithmetic average height Ra is small, the flow path surface 5 is turbulent. The flow is difficult to occur and the floating characteristics are stable.
このような観点から本発明の磁気ヘッド３によれば、スライダ６に形成された流路面５の算術平均高さ（Ｒａ）が10ｎｍ以下であることが好適である。算術平均高さ（Ｒａ）を10ｎｍ以下とすることで、流路面５で乱流が発生しにくく磁気ヘッド３の浮上特性を安定させられるからである。流路面５の算術平均高さ（Ｒａ）については、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用い、ＪＩＳ Ｂ 0601−2001に準拠して測定することができる。但し、スライダ６の長手方向（図３中に白抜き矢印で示す方向）の長さは短く、ＪＩＳ Ｂ 0601−2001に準拠した基準長さとできないときには、例えば測定する長さが10μｍにおいての算術平均高さ（Ｒａ）として評価することができる。 From such a viewpoint, according to the magnetic head 3 of the present invention, it is preferable that the arithmetic average height (Ra) of the flow path surface 5 formed on the slider 6 is 10 nm or less. This is because by setting the arithmetic average height (Ra) to 10 nm or less, turbulent flow is unlikely to occur on the flow path surface 5 and the flying characteristics of the magnetic head 3 can be stabilized. The arithmetic average height (Ra) of the flow path surface 5 can be measured using an atomic force microscope (AFM) according to JIS B 0601-2001. However, when the length of the slider 6 in the longitudinal direction (the direction indicated by the white arrow in FIG. 3) is short and cannot be a reference length according to JIS B 0601-2001, for example, the arithmetic average when the measured length is 10 μm. It can be evaluated as height (Ra).
図４は、上述した本発明の磁気ヘッドを搭載した記録媒体駆動装置（ハードディスク駆動装置）を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ’線での断面図である。 4A and 4B show a recording medium driving device (hard disk driving device) on which the magnetic head of the present invention described above is mounted. FIG. 4A is a plan view, and FIG. 4B is a CC ′ line in FIG. It is sectional drawing.
記録媒体駆動装置９は、磁気ヘッド用基板１をチップ状に分割したスライダ６に電磁変換素子８を備えてなる磁気ヘッド３と、磁気ヘッド３によって情報の記録および再生を行なう磁気記録層を有する記録媒体であるハードディスク10と、ハードディスク10を駆動するモータ11とを備えている。 The recording medium driving device 9 has a magnetic head 3 comprising a slider 6 obtained by dividing the magnetic head substrate 1 into chips, and an electromagnetic conversion element 8, and a magnetic recording layer on which information is recorded and reproduced by the magnetic head 3. A hard disk 10 that is a recording medium and a motor 11 that drives the hard disk 10 are provided.
ハードディスク10はモータ11の回転軸12に装着され、回転軸12とともに回転するハブ13に、複数のハードディスク10とスペ−サ14とを交互に挿入した後、最後にスペーサ14をクランプ15で押さえ付け、このクランプ15をネジ16で締め付けることにより固定される。モータ11は記録媒体駆動装置９のシャーシ17に固定され、この状態で回転軸12を駆動することによりハードディスク10を回転させる。 The hard disk 10 is mounted on the rotating shaft 12 of the motor 11, and after inserting a plurality of hard disks 10 and spacers 14 into a hub 13 that rotates together with the rotating shaft 12, the spacer 14 is finally pressed with a clamp 15. The clamp 15 is fixed by tightening with a screw 16. The motor 11 is fixed to the chassis 17 of the recording medium driving device 9, and the hard disk 10 is rotated by driving the rotating shaft 12 in this state.
磁気ヘッド３は、基端をキャリッジ18で保持されてなるサスペンション19の先端に固定された状態で、ハードディスク10上を非接触状態で移動することにより、ハードディスク10の任意のトラックにアクセスして、情報の記録および再生を行なうようになっている。このような本発明の記録媒体駆動装置９は、本発明の磁気ヘッド用基板１から得られた磁気ヘッド３を用いているので、磁気ヘッド３からの脱粒が少なく、信頼性の高い記録媒体駆動装置９とすることができる。 The magnetic head 3 accesses an arbitrary track of the hard disk 10 by moving in a non-contact state on the hard disk 10 in a state where the base end is fixed to the distal end of the suspension 19 held by the carriage 18. Information is recorded and reproduced. Since the recording medium driving apparatus 9 of the present invention uses the magnetic head 3 obtained from the magnetic head substrate 1 of the present invention, the recording medium driving with less degreasing from the magnetic head 3 and high reliability. It can be the device 9.
図５は、サスペンションの先端に固定された磁気ヘッドを拡大した図であり、（ａ）は底面図であり、（ｂ）は正面図であり、（ｃ）は拡大した側面図である。 5A and 5B are enlarged views of the magnetic head fixed to the tip of the suspension. FIG. 5A is a bottom view, FIG. 5B is a front view, and FIG. 5C is an enlarged side view.
本発明の磁気ヘッド３の浮上特性とは、磁気ヘッド３のローリングおよびピッチングを指し、ローリングとは、双方向矢印θ１に示す方向の浮上特性であり、ピッチングとは、双方向矢印θ２に示す方向の浮上特性であり、本発明の磁気ヘッド用基板１から得られた磁気ヘッド３は、均質性が高く、浮上時に気孔による乱流が低減されるので、浮上特性が安定する。 The flying characteristics of the magnetic head 3 of the present invention refers to rolling and pitching of the magnetic head 3, and rolling is the flying characteristics in the direction indicated by the bidirectional arrow θ1, and pitching is the direction indicated by the bidirectional arrow θ2. The magnetic head 3 obtained from the magnetic head substrate 1 of the present invention has high homogeneity, and turbulence due to pores is reduced during the floating, so that the flying characteristics are stabilized.
次に、本発明の磁気ヘッド用基板の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the magnetic head substrate of the present invention will be described.
本発明の磁気ヘッド用基板を得るためには、酸化チタン粉末0.2質量％以上24.4質量％以下、炭化チタン粉末18.8質量％以上64.6質量％以下および残部がアルミナ粉末からなる原料をビーズミル，振動ミル，アトライターあるいは高速ミキサー等に投入して、直径が３ｍｍ以下の粉砕用ビーズにより平均粒径が0.25μｍ以下（但し、０μｍを除く。）になるまで均一に混合し、粉砕する。 In order to obtain the magnetic head substrate of the present invention, a raw material comprising titanium oxide powder 0.2% by mass to 24.4% by mass, titanium carbide powder 18.8% by mass to 64.6% by mass and the balance of alumina powder is used as a bead mill, vibration mill, It is put into an attritor or a high-speed mixer, etc., and uniformly mixed with pulverizing beads having a diameter of 3 mm or less until the average particle size is 0.25 μm or less (excluding 0 μm) and pulverized.
なお、酸素を含有する炭化チタンの化学式をＴｉＣｘＯｙと表したときの原子数ｙは、酸化チタン粉末の比率で制御することができ、原子数ｙを0.01以上0.30以下とするには、酸化チタン粉末および炭化チタン粉末の合計100モル％に対して、酸化チタン粉末を１モル％以上30モル％以下、炭化チタン粉末を70モル％以上99モル％以下とすればよい。 The number of atoms y when the chemical formula of titanium carbide containing oxygen is expressed as TiC x O y can be controlled by the ratio of the titanium oxide powder. To make the number of atoms y 0.01 or more and 0.30 or less, The total amount of titanium oxide powder and titanium carbide powder may be 1 mol% or more and 30 mol% or less, and titanium carbide powder may be 70 mol% or more and 99 mol% or less with respect to 100 mol% in total.
また、上述した以外の方法は、炭酸化チタン（ＴｉＣａＯｂ）粉末30〜65質量％および残部がアルミナ粉末からなる原料をビーズミル，振動ミル，アトライターあるいは高速ミキサー等に投入して、直径が３ｍｍ以下の粉砕用ビーズにより平均粒径が0.25μｍ以下（但し、０μｍを除く。）になるまで均一に混合し、粉砕する。なお、酸素を含有する炭化チタンの化学式をＴｉＣｘＯｙと表したときの原子数ｘおよび原子数ｙは、炭酸化チタン（ＴｉＣａＯｂ）粉末の原子数ａおよび原子数ｂで制御することができ、原子数ｘを0.70以上0.99以下にするには、原子数ａを0.70以上0.99以下とし、原子数ｙを0.01以上0.30以下にするには、原子数ｂを0.01以上0.30以下にすればよい。 In addition, a method other than that described above may be performed by introducing a raw material composed of 30 to 65% by mass of titanium carbonate (TiC a O b ) powder and the balance of alumina powder into a bead mill, a vibration mill, an attritor or a high-speed mixer. Is uniformly mixed and ground until the average particle size becomes 0.25 μm or less (excluding 0 μm) with beads for grinding of 3 mm or less. The number of atoms x and the number of atoms y when the chemical formula of titanium carbide containing oxygen is expressed as TiC x O y are controlled by the number of atoms a and the number of atoms b of the titanium carbonate (TiC a O b ) powder. In order to set the number of atoms x to 0.70 or more and 0.99 or less, the number of atoms a must be set to 0.70 or more and 0.99 or less. To set the number of atoms y to 0.01 or more and 0.30 or less, the number of atoms b should be set to 0.01 or more and 0.30 or less. That's fine.
また、一般に、粉砕して得られる原料の平均粒径（以下、粉砕粒径という。）は用いる粉砕用ビーズの直径が小さいほど小さくなり、一方、原料に与える衝撃力は粉砕用ビーズの直径が大きいほど強くなる。また、粉砕粒径が小さければ、焼成温度の影響はあるものの、焼成後に得られる焼結体の平均結晶粒径や最大結晶粒径も小さくすることができ、焼結体の炭化チタンの平均結晶粒径（ＤＴ）に対するアルミナの平均結晶粒径（ＤＡ）の比（ＤＡ／ＤＴ）も制御することができる。 In general, the average particle size of the raw material obtained by pulverization (hereinafter referred to as pulverized particle size) becomes smaller as the diameter of the pulverizing beads used is smaller, while the impact force applied to the raw material is smaller than the diameter of the pulverizing beads. The bigger it is, the stronger it becomes. In addition, if the pulverized particle size is small, although there is an influence of the firing temperature, the average crystal particle size and maximum crystal particle size of the sintered body obtained after firing can be reduced, and the average crystal of titanium carbide in the sintered body can be reduced. particle size ratio (D a / D T) of the average crystal grain size of alumina for (D T) (D a) can also be controlled.
焼結体の平均結晶粒径を0.25μｍ以下にするには、直径が３ｍｍ以下の粉砕用ビーズを用いればよく、最大結晶粒径を１μｍ以下にするには直径が１ｍｍ以下の粉砕用ビーズを用いればよい。また、焼結体の炭化チタンの平均結晶粒径（ＤＴ）に対するアルミナの平均結晶粒径（ＤＡ）の比（ＤＡ／ＤＴ）を１以上２以下とするには、直径が0.5ｍｍ以下の粉砕用ビーズを用いればよい。 In order to reduce the average crystal grain size of the sintered body to 0.25 μm or less, pulverization beads having a diameter of 3 mm or less may be used. To make the maximum crystal grain size 1 μm or less, pulverization beads having a diameter of 1 mm or less are used. Use it. In order to set the ratio (D A / D T ) of the average crystal grain size (D A ) of alumina to the average crystal grain size (D T ) of titanium carbide in the sintered body to 1 or more and 2 or less, the diameter is 0.5. A bead for pulverization of mm or less may be used.
原料を混合し粉砕した後の粉砕粒径は、液相沈降法，遠心沈降光透過法，レーザー回折散乱法またはレーザードップラー法等により測定することができる。なお、焼結を促進してより緻密にするために、前記原料に対し酸化イッテルビウム，酸化イットリウムおよび酸化マグネシウムの少なくともいずれか１種を0.1〜0.6質量％加えてもよい。 The pulverized particle size after mixing and pulverizing the raw materials can be measured by a liquid phase precipitation method, a centrifugal sedimentation light transmission method, a laser diffraction scattering method, a laser Doppler method, or the like. In addition, in order to promote sintering and make it denser, 0.1 to 0.6% by mass of at least one of ytterbium oxide, yttrium oxide, and magnesium oxide may be added to the raw material.
次に、粉砕した原料にバインダ，分散剤等の成形助剤を添加して均一に混合した後に、転動造粒機，噴霧乾燥機，圧縮造粒機等の各種造粒機を用いて、例えば平均の顆粒径を100μｍ以下とする。平均の顆粒径を100μｍ以下としたのは、粉砕された原料が凝集したり、原料を構成する組成が分離したりするのを防止するためであり、特に平均の顆粒径を10μｍ以下とすることがより好適である。そして、得られた顆粒を乾式加圧成形，冷間等方静水圧成形等の成形手段で所望の形状に成形して成形体とした後に、加圧焼結装置内に配置する。 Next, after adding a molding aid such as a binder and a dispersant to the pulverized raw material and mixing them uniformly, various granulators such as a tumbling granulator, a spray dryer, and a compression granulator are used. For example, the average granule diameter is 100 μm or less. The reason why the average granule diameter is 100 μm or less is to prevent the pulverized raw material from agglomerating and the composition of the raw material from being separated, and in particular, the average granule diameter should be 10 μm or less. Is more preferred. The obtained granule is molded into a desired shape by molding means such as dry pressure molding or cold isostatic pressing, and then placed in a pressure sintering apparatus.
図６は、加圧焼結装置内におけるこの成形体の配置状態を示す断面図である。 FIG. 6 is a cross-sectional view showing an arrangement state of the molded body in the pressure sintering apparatus.
成形体１ａは、その両主面よりカーボン質離型材20を介して黒鉛製スペーサ21で挟まれ、段積み状態で配置される。このようにカーボン質離型材20を介することで酸化チタンが焼成工程で還元されて発生する二酸化炭素が容易に排出され、磁気ヘッド用基板１の密度のばらつきを制御することができる。そして、成形体１ａを配置した後に、アルゴン，ヘリウム，ネオン，窒素または真空等の雰囲気中で1400〜1700℃の範囲で加圧焼結することにより、図１に示す本発明の磁気ヘッド用基板１を得ることができる。 The compact 1a is sandwiched between graphite spacers 21 through carbonaceous release materials 20 from both main surfaces thereof and arranged in a stacked state. In this way, carbon dioxide generated by reduction of titanium oxide in the firing step is easily discharged by passing through the carbonaceous release material 20, and the variation in density of the magnetic head substrate 1 can be controlled. And after arrange | positioning the molded object 1a, it press-sinters in 1400-1700 degreeC in atmosphere, such as argon, helium, neon, nitrogen, or a vacuum, The board | substrate for magnetic heads of this invention shown in FIG. 1 can be obtained.
ここで、加圧焼結温度を1400〜1700℃の範囲の温度とすることにより、炭化チタンを均一に分散することができる。この理由は、加圧焼結温度が1400℃未満では、十分焼結させることができないからであり、加圧焼結温度が1700℃を超えると、炭化チタンの結晶が成長し結晶組織が不均一になりやすく、炭化チタンが本来備えている機能を十分に発揮することができなくなるからである。 Here, by setting the pressure sintering temperature to a temperature in the range of 1400 to 1700 ° C., titanium carbide can be uniformly dispersed. This is because if the pressure sintering temperature is less than 1400 ° C, it cannot be sufficiently sintered. If the pressure sintering temperature exceeds 1700 ° C, titanium carbide crystals grow and the crystal structure is non-uniform. This is because the function inherent to titanium carbide cannot be fully exhibited.
また、酸素を含有する炭化チタンの化学式をＴｉＣｘＯｙと表したときの酸素の原子数ｙは、加圧焼結における真空度の影響を受け、この真空度が高い（大気圧から遠ざかる方向）と酸素の原子数ｙは小さくなるので、酸素の原子数ｙを0.01以上0.30以下にするには、真空度を10−５Ｐａ以上10−３Ｐａ以下とすればよい。 The number of oxygen atoms y when the chemical formula of titanium carbide containing oxygen is expressed as TiC x O y is influenced by the degree of vacuum in pressure sintering, and this degree of vacuum is high (in a direction away from atmospheric pressure). ) And the number of oxygen atoms y are small, and the degree of vacuum may be 10 −5 Pa or more and 10 −3 Pa or less in order to make the oxygen atom number y 0.01 to 0.30.
焼結方法について加圧焼結を選択したのは、緻密化を促進し、磁気ヘッド用基板１として求められる強度を得るためであり、加圧力は30ＭＰａ以上とすることが好適である。図６中の白抜き矢印はこの加圧力の方向を示している。なお、加圧焼結後に、必要に応じて熱間等法加圧焼結（ＨＩＰ）を行なってもよく、熱間等法加圧焼結（ＨＩＰ）を行なうことで抗折強度を700ＭＰａ以上にすることができる。 The reason why the pressure sintering is selected as the sintering method is to promote densification and to obtain the strength required for the magnetic head substrate 1, and it is preferable that the pressure is 30 MPa or more. The white arrow in FIG. 6 indicates the direction of the applied pressure. In addition, after pressure sintering, you may perform hot isostatic pressing (HIP) as needed, and bending strength is 700 Mpa or more by performing hot isostatic pressing (HIP). Can be.
また、炭素質材料を含む遮蔽材22を成形体１ａの周囲に配置して加圧焼結することが好適である。このように成形体１ａの周囲に遮蔽材22を配置することで、炭化チタン粒子から酸化物粒子への変質を防ぎ、機械的特性の優れた磁気ヘッド用基板１とすることができる。 Further, it is preferable to place a shielding material 22 containing a carbonaceous material around the molded body 1a and perform pressure sintering. By disposing the shielding material 22 around the molded body 1a in this way, the change from titanium carbide particles to oxide particles can be prevented, and the magnetic head substrate 1 having excellent mechanical characteristics can be obtained.
上述した製造方法で得られた磁気ヘッド用基板１は、焼結体の平均結晶粒径が0.25μｍ以下であるので、磁気ヘッド用基板１の全体にわたる個々の結晶粒子が小さいために、スライシングマシンやダイシングソーを用いて短冊状に切断したり、イオンミリング加工法や反応性イオンエッチング法により流路面５を形成したりしても、大きな脱粒はほとんど発生しない。 In the magnetic head substrate 1 obtained by the above-described manufacturing method, the average crystal grain size of the sintered body is 0.25 μm or less. Therefore, the individual crystal particles throughout the magnetic head substrate 1 are small. Even if it is cut into strips using a dicing saw or the flow path surface 5 is formed by an ion milling method or a reactive ion etching method, large degranulation hardly occurs.
なお、磁気ヘッド３において流路面５の算術平均高さ（Ｒａ）を10ｎｍ以下にするには、イオンミリング加工や反応性イオンエッチングで適宜加工条件を選択すればよく、イオンミリング加工法により流路面５を形成する場合には、例えば、Ａｒイオンを用いて、加速電圧を600Ｖとし、ミリングレートを20ｎｍ／分として75〜125分間加工すればよい。また、反応性イオンエッチングで流路面５を形成する場合には、例えば、ＡｒガスおよびＣＦ４ガスをそれぞれ流量3.4×10―２Ｐａ・ｍ３／ｓおよび1.7×10―２Ｐａ・ｍ３／ｓとして混合したガス雰囲気中で、このガスの圧力を0.5Ｐａにして加工すればよい。 In order to reduce the arithmetic average height (Ra) of the flow path surface 5 in the magnetic head 3 to 10 nm or less, the processing conditions may be selected as appropriate by ion milling or reactive ion etching. In the case of forming 5, for example, Ar ions may be used for processing for 75 to 125 minutes at an acceleration voltage of 600 V, a milling rate of 20 nm / min. When the flow path surface 5 is formed by reactive ion etching, for example, Ar gas and CF 4 gas are flowed at 3.4 × 10 −2 Pa · m 3 / s and 1.7 × 10 −2 Pa · m 3 / s, respectively. What is necessary is just to process by making the pressure of this gas into 0.5 Pa in the gas atmosphere mixed as s.
以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Examples of the present invention will be specifically described below, but the present invention is not limited to the following examples.
（実施例１）
まず、直径が表１に示される粉砕用ビーズとともに、アルミナ粉末，炭化チタン粉末，酸化チタン粉末，酸化イッテルビウム粉末，成形用バインダおよび分散剤を所定量ビーズミルに投入して混合、粉砕し、18種類のスラリーを作製した。粉砕粒径は、遠心沈降光透過法を用いて測定し、その測定値を表１に示した。作製した各スラリーを噴霧乾燥法で、顆粒とした後、乾式加圧成形にて、同じく18種類の成形体を得た。次に、これら成形体を図６に示すように種類毎に14段配置し、真空雰囲気中、1600℃で加圧焼結した後に、熱間等法加圧焼結（ＨＩＰ）を行ない、直径が102ｍｍ，厚みが２ｍｍの磁気ヘッド用基板である試料Ｎｏ．１〜18を作製した。
Example 1
First, together with the grinding beads whose diameters are shown in Table 1, alumina powder, titanium carbide powder, titanium oxide powder, ytterbium oxide powder, molding binder and dispersing agent are put into a bead mill, mixed and pulverized, and 18 kinds A slurry was prepared. The pulverized particle size was measured using a centrifugal sedimentation light transmission method, and the measured values are shown in Table 1. Each of the produced slurries was granulated by spray drying, and then 18 types of compacts were obtained by dry pressure molding. Next, as shown in FIG. 6, these molded bodies are arranged in 14 stages for each type, subjected to pressure sintering at 1600 ° C. in a vacuum atmosphere, and then subjected to hot isostatic pressing (HIP) to obtain a diameter. Is a substrate for a magnetic head having a thickness of 102 mm and a thickness of 2 mm. 1-18 were produced.
そして、上記試料中におけるアルミナおよび炭化チタンの比率は、ＩＣＰ発光分析装置（島津製作所製、ICPS−8100）を用いてＡｌ，Ｔｉの金属元素の含有量を求め、Ａｌについては酸化物に、Ｔｉについては炭化物に換算し、その値を表１に示した。 The ratio of alumina and titanium carbide in the sample was determined by using the ICP emission analyzer (ICPS-8100, manufactured by Shimadzu Corporation) to determine the content of the metal elements of Al and Ti. Is converted to carbide and the value is shown in Table 1.
なお、酸化イッテルビウムについては、いずれの試料においても１質量％未満の微量であったため、表１には記載していない。 In addition, about ytterbium oxide, since it was a trace amount less than 1 mass% in any sample, it is not described in Table 1.
また、上記各試料の平均結晶粒径，最大結晶粒径，炭化チタンの平均結晶粒径（ＤＴ）およびアルミナの平均結晶粒径（ＤＡ）については、以下のような手順で求めた。 In addition, the average crystal grain size, the maximum crystal grain size, the average crystal grain size of titanium carbide (D T ), and the average crystal grain size of alumina (D A ) of each sample were obtained by the following procedure.
まず、試料である焼結体の任意の面をダイヤモンド砥粒を用いて研磨加工して鏡面とした後に、この面を燐酸により数10秒程度エッチング処理した。次に、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、エッチング処理した面のうちで任意の場所を選び、倍率を13,000倍で撮影した５μｍ×８μｍの範囲のＳＥＭ画像を「Image-Pro Plus」という画像解析ソフト（日本ビジュアルサイエンス（株）製）を用いて解析することにより、試料の平均結晶粒径，最大結晶粒径，炭化チタンの平均結晶粒径（ＤＴ）およびアルミナの平均結晶粒径（ＤＡ）を求め、その比（ＤＡ／ＤＴ）も算出した。 First, an arbitrary surface of a sintered body as a sample was polished with a diamond abrasive to make a mirror surface, and then this surface was etched with phosphoric acid for about several tens of seconds. Next, using a scanning electron microscope (SEM), an arbitrary place is selected from the etched surfaces, and an SEM image in a range of 5 μm × 8 μm taken at a magnification of 13,000 times is called “Image-Pro Plus”. By analyzing using image analysis software (manufactured by Nippon Visual Science Co., Ltd.), the average crystal grain size of the sample, the maximum crystal grain size, the average crystal grain size of titanium carbide (D T ), and the average crystal grain size of alumina (D A ) was determined, and the ratio (D A / D T ) was also calculated.
また、各試料の導電性については、ＪＩＳ Ｃ 2141−1992に準拠して体積固有抵抗を測定し、各試料の機械加工性については、ラップにおける単位時間当たりの研磨量（以下、ラッピングレートという。）を測定することにより評価した。 Further, for the conductivity of each sample, the volume resistivity is measured according to JIS C 2141-1992, and for the machinability of each sample, the polishing amount per unit time in the lap (hereinafter referred to as a lapping rate). ) Was measured.
図７は各試料の研磨に使用するラップ装置の概略構成図であり、図８はラップ治具に試料を配置した状態を示す斜視図である。 FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a lapping apparatus used for polishing each sample, and FIG. 8 is a perspective view showing a state in which the sample is arranged on a lapping jig.
図７に示すラップ装置23は、円形形状のラップ治具27と、円形形状のラップ治具27を回転させる回転軸28と、ラップ盤24と、ラップ盤24を回転させる回転軸29と、ラップ盤24上に供給する研磨液25の入った容器26とから構成されている。なお、ラップ治具27およびラップ盤24は、図示しない動力源から回転軸28および回転軸29のそれぞれへ伝達された回転力によって図７中に白抜き矢印で示す方向に回転させることができる。また、ラップ治具27は、試料１ｂをラップ盤24へ押圧して研磨するために、図７中に白抜き矢印で示す方向に下降させることができる。 7 includes a circular lap jig 27, a rotary shaft 28 for rotating the circular lap jig 27, a lap machine 24, a rotary shaft 29 for rotating the lap board 24, and a lap machine. And a container 26 containing a polishing liquid 25 to be supplied onto the board 24. Note that the lap jig 27 and the lap machine 24 can be rotated in the direction indicated by the white arrow in FIG. 7 by the rotational force transmitted to the rotary shaft 28 and the rotary shaft 29 from a power source (not shown). Further, the lap jig 27 can be lowered in the direction indicated by the white arrow in FIG. 7 in order to press and polish the sample 1b against the lap disk 24.
ラップ装置23を用いた試料１ｂの研磨方法として、まず、円板形状のラップ治具27には、図８に示すように10ｍｍ×10ｍｍの基板状にした試料１ｂを30枚等間隔で円周状に配置して接着した。そして、ラップ盤24を動力源から回転軸29へ伝達された回転力によって回転させ、容器26から研磨液25が供給されているラップ研磨24上に、試料１ｂを貼り付けたラップ治具27を動力源から回転軸28へ伝達された回転力によって回転させながら下降させて、試料１ｂにかかる面圧が0.08ＭＰａとなるように押圧しながら研磨を行なった。 As a polishing method for the sample 1b using the lapping device 23, first, a disc-shaped lapping jig 27 is provided with a sample of 10 mm × 10 mm substrate 1b as shown in FIG. Placed in a shape and bonded. Then, the lap jig 24 is rotated by the rotational force transmitted from the power source to the rotary shaft 29, and the lap jig 27 with the sample 1b attached on the lap polish 24 to which the polishing liquid 25 is supplied from the container 26 is provided. Polishing was performed while lowering while rotating by the rotational force transmitted from the power source to the rotating shaft 28 and pressing the surface pressure applied to the sample 1b to 0.08 MPa.
なお、ラップ装置23はラップマスターＳＦＴ社製９”型を用い、ラップ盤24は矩形状の溝を螺旋状に形成した。また、隣り合う溝の間隔を0.3ｍｍとし、平面度が10μｍ以下、ビッカース硬度（Ｈｖ）が78ＭＰａの錫製のものを用い、回転における周速を0.5ｍ／秒とした。さらに、研磨液25は、平均粒径0.1μｍのダイヤモンド砥粒の濃度を0.5ｇ／ｌで分散させたｐＨ8.1のスラリー状のものを用いた。 Note that the lap device 23 uses a 9 ″ type made by lap master SFT, and the lap machine 24 has a rectangular groove formed in a spiral shape. The interval between adjacent grooves is 0.3 mm, and the flatness is 10 μm or less. A tin having a Vickers hardness (H v ) of 78 MPa was used, and the peripheral speed in rotation was 0.5 m / sec.Further, the polishing liquid 25 had a concentration of diamond abrasive grains having an average particle diameter of 0.1 μm of 0.5 g / sec. A slurry having a pH of 8.1 dispersed in 1 was used.
また、上述と同様の方法で作製した磁気ヘッド用基板を準備し、磁気ヘッド用基板の中心部からダイヤモンドブレードを備えたスライシングマシンで、長さが70ｍｍ，幅が３ｍｍ，厚みが２ｍｍの短冊状の試料を10本切り出し、この切り出すときの切断抵抗を歪みゲージで検出し、その検出された切断抵抗を荷重で示した。 In addition, a magnetic head substrate prepared by the same method as described above was prepared, and a slicing machine equipped with a diamond blade from the center of the magnetic head substrate was strip-shaped with a length of 70 mm, a width of 3 mm, and a thickness of 2 mm. Ten samples were cut out, the cutting resistance at the time of cutting was detected with a strain gauge, and the detected cutting resistance was indicated by a load.
なお、ダイヤモンドブレードはＳＤ1200を用い、このダイヤモンドブレードの回転数を10000ｒｐｍ，送り速度を100ｍｍ／分，１回の切り込み量を２ｍｍとして切り出した。 The diamond blade was SD1200, and the diamond blade was cut at a rotation speed of 10000 rpm, a feed rate of 100 mm / min, and a cutting depth of 2 mm.
これら測定値は表１に示す通りである。 These measured values are as shown in Table 1.
また、試料Ｎｏ．５および試料Ｎｏ．９については、切断面を走査型電子顕微鏡を用いて写真を撮影し、脱粒の状態を観察した。撮影した写真を図９に示す。
表１に示す通り、焼結体の平均結晶粒径が0.25μｍ以下である本発明の試料Ｎｏ．２〜４，６〜17は、体積固有抵抗が低く、導電性が高いことに加え、ラッピングレートが高く、切断抵抗が低い。この結果より、試料Ｎｏ．２〜４，６〜17は、機械加工性が良好であるといえ、走査型電子顕微鏡で撮影した写真からも、本発明の試料Ｎｏ．９は比較例である試料Ｎｏ．５より脱粒が少ないことがわかる。 As shown in Table 1, in the sample No. Nos. 2 to 4 and 6 to 17 have a low volume resistivity, high conductivity, a high lapping rate, and a low cutting resistance. From this result, sample no. 2 to 4 and 6 to 17 can be said to have good machinability, and from the photograph taken with a scanning electron microscope, the sample Nos. Sample No. 9 is a comparative example. 5 shows that there is little degranulation.
特に、焼結体の最大結晶粒径が１μｍ以下である試料ｏ．６〜17は、切断抵抗が627ｍＮ以下とより低く、良好であることがわかる。また、焼結体の炭化チタンの平均結晶粒径（ＤＴ）に対するアルミナの平均結晶粒径（ＤＡ）の比（ＤＡ／ＤＴ）が１以上２以下である試料Ｎｏ．８〜10は、切断抵抗が510ｍＮ以下とさらに低く、良好であることがわかる。 In particular, the sample o. It can be seen that 6 to 17 are good because the cutting resistance is lower than 627 mN. In addition, the ratio of the average crystal grain size (D A ) of alumina to the average crystal grain size (D T ) of titanium carbide in the sintered body (D A / D T ) is 1 or more and 2 or less. 8 to 10 show that the cutting resistance is even lower at 510 mN or less, which is favorable.
一方、炭化チタンが30質量％未満の試料Ｎｏ．１は、ラッピングレートが高く、切断抵抗が低かったものの、体積固有抵抗が高く、導電性が低かった。また、炭化チタンが65質量％を超える試料Ｎｏ．18は、体積固有抵抗が低く、導電性が高かったものの、ラッピングレートが低く、切断抵抗もやや高いものであった。さらに、焼結体の平均結晶粒径が0.25μｍを超える試料Ｎｏ．５は、ラッピングレートが低く、切断抵抗も高いものであった。 On the other hand, Sample No. with titanium carbide of less than 30% by mass. No. 1 had a high lapping rate and a low cutting resistance, but had a high volume resistivity and a low electrical conductivity. Sample No. with titanium carbide exceeding 65 mass%. No. 18 had a low volume resistivity and high conductivity, but had a low wrapping rate and a slightly high cutting resistance. Further, Sample No. with an average crystal grain size of the sintered body exceeding 0.25 μm. No. 5 had a low wrapping rate and a high cutting resistance.
（実施例２）
まず、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）粉末，炭酸化チタン（ＴｉＣａＯｂ）粉末，酸化イッテルビウム（Ｙｂ２Ｏ３）粉末，成形用バインダおよび分散剤を所定量ビーズミルに投入して混合し、粉砕して、12種類のスラリーを作製した。
(Example 2)
First, alumina (Al 2 O 3 ) powder, titanium carbonate (TiC a O b ) powder, ytterbium oxide (Yb 2 O 3 ) powder, a molding binder and a dispersing agent are put in a predetermined amount in a bead mill, mixed and pulverized. Thus, 12 types of slurries were produced.
また、このスラリーとは別に、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）粉末，酸化チタン（ＴｉＣ）粉末，酸化チタン（ＴｉＯ２）粉末，酸化イッテルビウム（Ｙｂ２Ｏ３）粉末，成形用バインダおよび分散剤を所定量ビーズミルに投入して混合し、粉砕して、３種類のスラリーを作製し、合計15種類のスラリーを準備した。 Separately from this slurry, alumina (Al 2 O 3 ) powder, titanium oxide (TiC) powder, titanium oxide (TiO 2 ) powder, ytterbium oxide (Yb 2 O 3 ) powder, a molding binder and a dispersing agent are provided. The mixture was put into a fixed bead mill, mixed, and pulverized to prepare three types of slurry, and a total of 15 types of slurry were prepared.
なお、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）粉末，炭化チタン（ＴｉＣ）粉末，酸化チタン（ＴｉＯ２）粉末および炭酸化チタン（ＴｉＣａＯｂ）粉末の各比率，炭酸化チタン（ＴｉＣａＯｂ）粉末の原子数ａおよび原子数ｂは、表２に示す通りである。 Each ratio of alumina (Al 2 O 3 ) powder, titanium carbide (TiC) powder, titanium oxide (TiO 2 ) powder and titanium carbonate (TiC a O b ) powder, titanium carbonate (TiC a O b ) powder The number of atoms a and the number of atoms b are as shown in Table 2.
作製した各スラリーから噴霧乾燥法を用いて顆粒を得た後に、乾式加圧成形で成形を行ない、15種類の成形体を得た。次に、これら成形体を図６に示すように種類毎に14段配置し、真空雰囲気中にて1600℃で加圧焼結した。その後、熱間等法加圧焼結（ＨＩＰ）を行ない、直径が102ｍｍ、厚みが1.2ｍｍの磁気ヘッド用基板を作製した。そして、この磁気ヘッド用基板から長さが70ｍｍ，幅が20ｍｍ，厚みが1.2ｍｍである角板を切り出し、この角板を試料Ｎｏ．19〜33とした。 Granules were obtained from each of the produced slurries using a spray drying method, and then molded by dry pressure molding to obtain 15 types of molded bodies. Next, these molded bodies were arranged in 14 stages for each type as shown in FIG. 6, and were pressure sintered at 1600 ° C. in a vacuum atmosphere. Thereafter, hot isostatic pressing (HIP) was performed to produce a magnetic head substrate having a diameter of 102 mm and a thickness of 1.2 mm. A square plate having a length of 70 mm, a width of 20 mm, and a thickness of 1.2 mm was cut out from the magnetic head substrate. 19-33.
各試料を構成するＴｉＣｘＯｙにおける原子数ｘおよびｙは透過電子顕微鏡を用いて、エネルギー分散型Ｘ線分光法（Energy dispersive X-ray Spectroscopy（ＥＤＳ））により求めた。また、各試料の導電性については、ＪＩＳ Ｃ 2141−1992に準拠して体積固有抵抗を測定した。 The number of atoms x and y in TiC x O y constituting each sample was determined by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) using a transmission electron microscope. Moreover, about the electroconductivity of each sample, the volume specific resistance was measured based on JISC2141-1992.
その後、ダイヤモンドブレードを備えたスライシングマシンを用いて、幅が0.5ｍｍとなるように試料Ｎｏ．19〜33を厚み方向に切断した。なお、このときのダイヤモンドブレードは、直径が100ｍｍ，厚みが0.08ｍｍ，粒度がＳＤ1200のダイヤモンドブレードを用いて、その回転数を10000ｒｐｍ，送り速度を100ｍｍ／分，切り込み深さを２ｍｍ，切断方法をダウンカットにして20本切断した。また、１本切断が終了する毎に、長さが15ｍｍ，粒度がＷＡ2000である固定ドレッサーでドレッシングを行なった。 Thereafter, using a slicing machine equipped with a diamond blade, the sample No. 1 was adjusted so that the width was 0.5 mm. 19 to 33 were cut in the thickness direction. In this case, the diamond blade is 100 mm in diameter, 0.08 mm in thickness, and a SD1200 particle size is used. The rotation speed is 10,000 rpm, the feed rate is 100 mm / min, the cutting depth is 2 mm, and the cutting method is as follows. 20 pieces were cut down. In addition, every time one piece was cut, dressing was performed with a fixed dresser having a length of 15 mm and a particle size of WA2000.
そして、20本の切断が終了した後、加工精度を確認するために、短冊状になった試料の切断面をマイクロゲージの測定面に接触させて、図10の斜視図に示すａ〜ｆの測定ポイントの６箇所の測定を行ない、測定ポイントａ，ｂの差の絶対値、測定ポイントｃ，ｄの差の絶対値、測定ポイントｅ，ｆの差の絶対値を求め、この絶対値の最も大きな値を「厚みの差の最大値」として表２に示した。
表２に示す通り、ＴｉＣｘＯｙの炭素の原子数ｘおよび酸素の原子数ｙが0.70≦ｘ≦0.99，0.01≦ｙ≦0.30であり、かつ0.71≦ｘ＋ｙ≦1.00である試料Ｎｏ．21〜29，31〜33は、炭素の原子数ｘまたは酸素の原子数ｙがこれらの範囲外である試料Ｎｏ．19，20，30に比べて、体積固有抵抗が低く、厚みの差の最大値も小さいことから、導電性および機械加工性がともに良好な磁気ヘッド用基板であるといえる。 As shown in Table 2, the sample numbers of TiC x O y in which the number of carbon atoms x and the number of oxygen atoms y are 0.70 ≦ x ≦ 0.99, 0.01 ≦ y ≦ 0.30, and 0.71 ≦ x + y ≦ 1.00. Samples Nos. 21 to 29 and 31 to 33 are sample Nos. Having carbon atoms x or oxygen atoms y outside these ranges. Compared with 19, 20, and 30, the volume resistivity is low and the maximum difference in thickness is small. Therefore, it can be said that the substrate for a magnetic head has good conductivity and machinability.
１：磁気ヘッド用基板
２：オリエンテーションフラット
３：磁気ヘッド
４：浮上面
５：流路面
６：スライダ
７：絶縁膜
８：電磁変換素子
９：記録媒体駆動装置
1: Magnetic head substrate 2: Orientation flat 3: Magnetic head 4: Air bearing surface 5: Flow path surface 6: Slider 7: Insulating film 8: Electromagnetic transducer 9: Recording medium driving device
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|---|---|---|---|---|
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