JP3591791B2 - 磁気ヘッド用非磁性セラミックスの製造方法 - Google Patents
磁気ヘッド用非磁性セラミックスの製造方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンピューター用ハードディスク、フロッピーディスク、磁気テープ、オーディオ用レコーダー、ビデオテープレコーダー等の磁気記録に使用される磁気ヘツド装置において、ヘッドコア等を固定するためのスライダー材料等に好適な非磁性セラミックスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、磁気ヘッドを用いた磁気記録装置は、高記録密度化、高容量化が進みつつあり、それに伴い磁気ヘッドに対しても高線密度および高トラック密度化が要求されている。そこで従来よりＭｎ−Ｚｎフェライト等からなる磁気ヘッドコアを非磁性セラミックス製のスライダーにガラス等で接着した、いわゆるコンポジット型の磁気ヘツド装置が使用されている。
【０００３】
このコンポジット型磁気ヘッドによれば、スライダーに接着されるＭｎ−Ｚｎフェライトは熱膨張係数が１００〜１２０×１０−７／℃であることから、接着時の４００℃前後の熱履歴に対してフェライトとスライダー材料との熱膨張係数の差から生じる亀裂や残留歪みの影響で、加工時に剥がれ等の問題を生じないように、フェライトとスライダー材料の熱膨張係数を一致させることが必要とされている。またスライダーを成す非磁性セラミックスとしては、ボイドが小さく且つ少ない材料であること、ヘッドの小型化に対応するためにスライダー自身の加工性が優れていることが要求されている。
【０００４】
これら要求特性のうち、熱膨張係数については、材料組成により決まる因子であり、調整は比較的容易である。例えば特公昭６０−２１９４０号公報等には、ＴｉＯ２ ５０〜７０モル％とＣａＯ５０〜３０モル％よりなる主成分１００重量部に対してＡｌ２ Ｏ３ ０．２〜４．０重量部を添加した磁気ヘッド用非磁性セラミックスが示され、主成分を成すＴｉＯ２ とＣａＯの組成比を調整することによって、所定の熱膨張係数を得ることができる。
【０００５】
そこで、スライダーを成す磁気ヘッド用セラミックスの最大のポイントとなっているのが上記要求特性のうち、加工性とボイドである。
【０００６】
加工性については、スライダーを形成するための加工、特に磁気ヘッドを組み込むための溝をダイヤモンド砥石により加工するときの研削抵抗が大きいと、加工効率が著しく悪化するため、研削抵抗が小さく、かつチッピングの少ない優れた加工性が求められている。一般的には材料硬度が大きくなると研削抵抗は大きくなりチッピングも増え、加工性は悪化する傾向があることが知られている。
【０００７】
また、ボイドについては、スライダーにボイドが多く存在すると、例えば、磁気ヘッドとフロッピーディスク等が接触して走行する場合、ディスクにコーティングされた磁性粉がボイドに付着したり、ボイド部分からチッピングを生じて磁気ヘッドやフロッピーディスクを損傷する恐れがある。また、スライダーを研磨する時の砥粒や研削粉、あるいは空気中の粉塵がボイドに入り込み、磁気ヘッドやフロッピーディスクを損傷する恐れがあるため、ボイドのないことが要求されているのである。
【０００８】
これに対し、上記特公昭６０−２１９４０号公報に示されたような常圧焼結によるものではボイドのない磁気ヘッド用セラミックスを得ることが極めて困難であった。そこで、特開平３−２６１６５２号公報等に記載されている様に、ＨＩＰ（熱間等方加圧成形）法を用いて製造してボイドを少なくすることが一般に行われている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ボイドをなくすために磁気ヘッド用セラミックスをＨＩＰ法で製造すると、以下のような問題点があつた。
【００１０】
▲１▼チタン酸系化合物を主成分とするセラミックスは、ＨＩＰ時にアルゴンガス中で焼成した場合に、Ｔｉイオンが還元されて体積固有抵抗が低くなり、また変色を生じやすくなる。そのため、良好な絶縁性を確保してさらに色むらをなくすためには、ＨＩＰ処理後に酸化処理を行わなければならなかった。したがって、製造工程が煩雑になり、製品コストが高くなるという問題点があった。
【００１１】
▲２▼ＨＩＰ処理を行うとＨＩＰの際に潰されたボイドの残留応力が、酸化処理の際に開放されることにより、スライダーとしての信頼性が低下するという問題点もあった。
【００１２】
▲３▼ＨＩＰにより粒成長が進行し粒子間結合力が向上するため、セラミックスの硬度が高くなり、加工性を悪化させる場合があるという不具合もあった。
【００１３】
そこで本発明は、Ｍｎ−Ｚｎフェライトと近似の１０５〜１２０×１０−７／℃の熱膨張係数を有するとともに、上記欠点を解決するために、ＨＩＰ処理なしでボイド量を少なくし、さらに硬度を低く抑え優れた加工性を確保して、低コストで信頼性の高い品質を有する磁気ヘッド用非磁性セラミックスを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記問題点に対して検討を重ねた結果、ＣａをＣａＯ換算で４０〜４８モル％と、ＴｉをＴｉＯ２換算で６０〜５２モル％の割合からなる主成分１００重量部に対して、０．０２〜０．２０重量部のＡｌ２Ｏ３と、０．１０〜０．３０重量部のＳｉＯ２を含有するように調合、粉砕した原料を、所定形状に成形した後、１１５０〜１２５０℃の常圧下で焼成する工程からなる磁気ヘッド用非磁性セラミックスの製造方法により、優れた特性の磁気ヘッド用非磁性セラミックスが得られることを知見した。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳述する。
【００１６】
本発明によれば、セラミックスの主成分がＣａとＴｉの酸化物から実質的に構成され、ＣａＯが４０〜４８モル％、ＴｉＯ２ が５２〜６０モル％の組成からなることが重要である。
【００１７】
上記組成を限定した理由は、ＣａＯが４０モル％より少なく、ＴｉＯ２ が６０モル％を越えると熱膨張係数が１０５×１０−７／℃未満となり、Ｍｎ−Ｚｎフェライト用のスライダー材料としては適切でない。逆にＣａＯが４８モル％を越え、ＴｉＯ２ が５２モル％より少ないと、セラミックス中のＴｉＯ２ 結晶相が少なくなり、チタン酸カルシウム（ＣａＴｉＯ３ ）結晶の粒成長を抑制することができないために異常粒成長が発生し、セラミックス中にボイドが残存する。
【００１８】
また、本発明では副成分として０．０２〜０．２０重量部のＡｌ２ Ｏ３ と、０．１０〜０．３０重量部のＳｉＯ２ を含有する。上記組成を限定した理由は、これらの成分は焼結促進剤として作用するが、Ａｌ２ Ｏ３ ０．２０重量部、ＳｉＯ２ ０．３０重量部を越えると、結晶粒成長を促し、この結果後述するように結晶粒界に気孔が集まりこれが凝集しボイドとなるためである。なお、下限値のＡｌ２ Ｏ３ ０．０２重量部、ＳｉＯ２ ０．１０重量部は、一次原料に不可避不純物として含まれる量である。
【００１９】
さらに、本発明のセラミックスは、上記成分以外にＦｅ２ Ｏ３ ，Ｎｂ２ Ｏ５ ，ＭｇＯ，Ｐ２ Ｏ３ ，ＳｒＯ，ＢａＯ，ＺｒＯ２ ，ＮｉＯをそれぞれ０．５重量部以下、合計２重量部以下の範囲で含んでいても良い。
【００２０】
また、本発明によれば、セラミックスを構成する結晶の平均粒径が０．８〜２．５μｍの範囲であることが重要である。これは、平均結晶粒径が０．８μｍ未満では充分な焼結が行われていないために緻密質のセラミックスを得ることができず、ボイドが多く存在して強度も低くなり、スライダー用材料として用いることができないためである。一方、平均結晶粒径が２．５μｍを超えると結晶粒子の成長とともに粒界相部分に気孔が集まり、ボイドが発生してしまう。つまり、本発明は、平均結晶粒径が２．５μｍを越えるとボイドが急激に増加することから、常圧焼成でも平均結晶粒子が２．５μｍ以下となるように制御すれば充分にボイドを少なくできることを見出したのである。
【００２１】
さらに、本発明ではセラミックスのビッカース硬度を８５０〜９００ｋｇｆ／ｍｍ２ とするが、これは、８５０ｋｇｆ／ｍｍ２ 未満では耐摩耗性が悪く、一方９００ｋｇｆ／ｍｍ２ を超えると加工性が悪くなるためである。
【００２２】
次に本発明の磁気ヘッド用非磁性セラミックスは、上記組成範囲となるように調合、粉砕した原料を、所定形状に成形した後、１１５０〜１２５０℃の常圧下で焼成する工程から製造することを特徴とする。
【００２３】
まず、焼成によりＣａＯやＴｉＯ２ を生成する原料粉末、例えば、ＣａＣＯ３ 粉末やＴｉＯ２ 粉末等を用意し、場合によつては一部仮焼等を行う。これらの原料粉末に必要に応じてＡｌ２ Ｏ３ 、ＳｉＯ２ を添加して前述した割合になるように秤量、混合する。
【００２４】
この時、重要なことは、最終的なＡｌ２ Ｏ３ 、ＳｉＯ２ の含有量がそれぞれ０．２０重量部、０．３０重量部を超えないようにすることである。そのためには、ＣａＣＯ３ 粉末やＴｉＯ２ 粉末等として高純度のものを用い、また混合粉砕時の粉砕ボールやライナーとしてアルミナボールの代わりに例えばジルコニアボールを用いることが好ましい。
【００２５】
このようにして得られた原料を所望の成形手段によって成形し焼成するが、焼成時には、最終焼結体の平均結晶粒径が前述の範囲になるように焼成温度や焼成時間を調整することが必要である。具体的には、１１５０〜１２５０℃の大気中常圧下で１〜２時間焼成すれば良い。
【００２６】
ここで、焼成温度を上記範囲としたのは、１１５０℃未満では完全に焼結させることが困難であり、１２５０℃を超えると平均結晶粒径が大きくなってしまうためである。また、常圧下で焼成するのは、前述したようにＨＩＰ処理を行えば得られた焼結体の硬度が高くなって加工性が悪化し、製造工程も煩雑なものとなるためである。
【００２７】
このようにして得られた本発明の磁気ヘッド用非磁性セラミックスは、結晶相としてチタン酸カルシウム（ＣａＴｉＯ３ ）相とルチル構造の酸化チタン（ＴｉＯ２ ）相の２相が生成し、酸化チタン相がチタン酸カルシウム相の結晶の成長を抑制する効果を有する。
【００２８】
以上のように、本発明は、焼結促進剤として作用するＡｌ２ Ｏ３ とＳｉＯ２ の添加量を減らすことによって、焼成時の結晶成長を抑制し、平均結晶粒径を小さくしてボイドの発生を抑えるようにしたものである。そのため、ＨＩＰ処理を行わずに常圧焼成でボイドの少ないセラミックスを得ることができる。
【００２９】
【実施例１】
チタン酸カルシウム（ＣａＴｉＯ３ ）粉末と酸化チタン（ＴｉＯ２ ）粉末を第１表に示す組成比となるように秤量し、ジルコニアボールを用いたミルでＡｌ２ Ｏ３ やＳｉＯ２ の混入を抑えて、平均粒径が０．６μｍ以下になるように湿式混合粉砕した。なお、上記原料粉末中には、主成分１００重量部に対して、不純物としてＡｌ２ Ｏ３ が０．０２重量部、ＳｉＯ２ が０．１０重量部含まれていた。
【００３０】
この原料にバインダーを加えて造粒を行った後、０．８〜２．０ｔｏｎ／ｃｍ２ の圧力で成形した。その後１１５０〜１２５０℃の大気中常圧下で１〜２時間焼成して第１表に示す焼結体を得た。
【００３１】
得られた焼結体に対して、平均結晶粒径と加工性を次の方法で測定した。
【００３２】
平均結晶粒径は得られた焼結体を鏡面研磨後エッチングし、１５００倍の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を撮り、この写真上に任意の８ｃｍの直線を３本引き、この直線上にある結晶粒の数をＮとして、
平均結晶粒径（μｍ）＝８００００×３÷１５００÷Ｎ
により算出した。
【００３３】
加工性は平面研削盤を用いて、ダイヤモンドホィールで深さ２ｍｍの溝を加工した時にダイヤモンドホィールの主軸に加わる最大負荷電力と溝加工後のエッジ部に発生するチッピングサイズで加工性を評価した。最大負荷電流、チッビングサイズともに小さい程加工性に優れることを意味しおり、最大負荷電流が１００Ｗ以下、チッピングサイズが５０μｍ以下を○、それ以上を×とした。
【００３４】
また得られた焼結体に対して、嵩比重、４０〜４００℃における熱膨張係数、ボイド率について調べた。ボイド率は１μｍのダイヤモンド砥粒による最終ラップ面に占める５μｍ以上のボイド個数を測定することにより評価し、３０８０μｍ２ 当たりのボイド個数が５０個以上を×、１０〜５０個を△、１０個以下を○で示した。
【００３５】
各測定結果は第１表に示す通りである。これらのうち、Ｎｏ．１、２１、２２は主成分の組成比が本発明の範囲外であるため、熱膨張係数が求める範囲外であるか又はボイド率が悪かった。またＮｏ．２、９、１７、１９は焼成温度が１２５０℃よりも高く平均結晶粒径が２．５μｍを超えているため、ボイド率が悪く、一方Ｎｏ．８、１５は焼成温度が１１５０℃よりも低く平均結晶粒径が０．８μｍ未満であるため、気孔率が高く完全に焼結していなかった。さらに、Ｎｏ．１６は比較例として１２５０℃焼成後、１１００℃の２０００気圧下でＨＩＰ処理したものであり、ボイド率は優れていたが、硬度が高くなるため加工性が悪かった。
【００３６】
これらに対し、焼成温度を１１５０〜１２５０℃として平均結晶粒径を０．８〜２．６μｍの範囲内とした本発明実施例であるＮｏ．３〜７、１０〜１４、１８、２０では、いずれも１０５〜１２０×１０−７／℃の熱膨張係数を有し、気孔率が０．３％以下とほぼ完全に焼結しており、加工性、ボイド率ともに優れた結果であった。
【００３７】
【表１】
【００３８】
【実施例２】
チタン酸カルシウム（ＣａＴｉＯ３ ）粉末、酸化チタン（ＴｉＯ２ ）粉末、アルミナ（Ａｌ２ Ｏ３ ）粉末、シリカ（ＳｉＯ２ ）粉末を、最終組成が表２に示す比となるように秤量し、ミルを用いて不純物の混入を抑え、平均粒径が０．６μｍ以下になるように湿式混合粉砕した。この原料にバインダーを加えて造粒を行った後、０．８〜２．０ｔｏｎ／ｃｍ２ の圧力で成形した。その後１１５０〜１２５０℃の大気中常圧下で１〜２時間焼成し、表２の焼結体を得た。
【００３９】
得られた焼結体に対して、ビツカース硬度、加工性、ボイド率を測定した。ビッカース硬度は、ビッカース硬度計にて荷重５００ｇをかけて１０カ所測定し、その平均値をビッカース硬度とした。加工性、ボイド率は実施例１と同じである。
【００４０】
結果を表２に示す。この結果よりＡｌ２ Ｏ３ とＳｉＯ２ の含有量がそれぞれ０．２０重量部、０．３０重量部を超えるＮｏ．２５、２８、３１では、結晶成長のためにボイド率が悪かった。これらに対し、Ａｌ２ Ｏ３ とＳｉＯ２ の含有量が本発明の範囲内であるＮｏ．２３、２４、２６、２７、２９、３０では、結晶成長を抑えられるためにボイド率を優れたものとでき、加工性も優れていた。
【００４１】
【表２】
【００４２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ＣａをＣａＯ換算で４０〜４８モル％と、ＴｉをＴｉＯ２換算で６０〜５２モル％の割合からなる主成分１００重量部に対して、０．０２〜０．２０重量部のＡｌ２Ｏ３と、０．１０〜０．３０重量部のＳｉＯ２を含有するように調合、粉砕した原料を、所定形状に成形した後、１１５０〜１２５０℃の常圧下で焼成する工程から製造することによって、ＨＩＰ処理を行うことなく、簡単な工程でボイドの少ないセラミックスを得ることができる。
【００４３】
そのため、この磁気ヘッド用非磁性セラミックスを用いて磁気ヘッドのスライダーを構成すれば、磁気記録装置の高密度化に対応でき、寿命が長く、磁気メディアに悪影響を及ぼさない高性能の磁気ヘッドを提供することができる。
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンピューター用ハードディスク、フロッピーディスク、磁気テープ、オーディオ用レコーダー、ビデオテープレコーダー等の磁気記録に使用される磁気ヘツド装置において、ヘッドコア等を固定するためのスライダー材料等に好適な非磁性セラミックスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、磁気ヘッドを用いた磁気記録装置は、高記録密度化、高容量化が進みつつあり、それに伴い磁気ヘッドに対しても高線密度および高トラック密度化が要求されている。そこで従来よりＭｎ−Ｚｎフェライト等からなる磁気ヘッドコアを非磁性セラミックス製のスライダーにガラス等で接着した、いわゆるコンポジット型の磁気ヘツド装置が使用されている。
【０００３】
このコンポジット型磁気ヘッドによれば、スライダーに接着されるＭｎ−Ｚｎフェライトは熱膨張係数が１００〜１２０×１０−７／℃であることから、接着時の４００℃前後の熱履歴に対してフェライトとスライダー材料との熱膨張係数の差から生じる亀裂や残留歪みの影響で、加工時に剥がれ等の問題を生じないように、フェライトとスライダー材料の熱膨張係数を一致させることが必要とされている。またスライダーを成す非磁性セラミックスとしては、ボイドが小さく且つ少ない材料であること、ヘッドの小型化に対応するためにスライダー自身の加工性が優れていることが要求されている。
【０００４】
これら要求特性のうち、熱膨張係数については、材料組成により決まる因子であり、調整は比較的容易である。例えば特公昭６０−２１９４０号公報等には、ＴｉＯ２ ５０〜７０モル％とＣａＯ５０〜３０モル％よりなる主成分１００重量部に対してＡｌ２ Ｏ３ ０．２〜４．０重量部を添加した磁気ヘッド用非磁性セラミックスが示され、主成分を成すＴｉＯ２ とＣａＯの組成比を調整することによって、所定の熱膨張係数を得ることができる。
【０００５】
そこで、スライダーを成す磁気ヘッド用セラミックスの最大のポイントとなっているのが上記要求特性のうち、加工性とボイドである。
【０００６】
加工性については、スライダーを形成するための加工、特に磁気ヘッドを組み込むための溝をダイヤモンド砥石により加工するときの研削抵抗が大きいと、加工効率が著しく悪化するため、研削抵抗が小さく、かつチッピングの少ない優れた加工性が求められている。一般的には材料硬度が大きくなると研削抵抗は大きくなりチッピングも増え、加工性は悪化する傾向があることが知られている。
【０００７】
また、ボイドについては、スライダーにボイドが多く存在すると、例えば、磁気ヘッドとフロッピーディスク等が接触して走行する場合、ディスクにコーティングされた磁性粉がボイドに付着したり、ボイド部分からチッピングを生じて磁気ヘッドやフロッピーディスクを損傷する恐れがある。また、スライダーを研磨する時の砥粒や研削粉、あるいは空気中の粉塵がボイドに入り込み、磁気ヘッドやフロッピーディスクを損傷する恐れがあるため、ボイドのないことが要求されているのである。
【０００８】
これに対し、上記特公昭６０−２１９４０号公報に示されたような常圧焼結によるものではボイドのない磁気ヘッド用セラミックスを得ることが極めて困難であった。そこで、特開平３−２６１６５２号公報等に記載されている様に、ＨＩＰ（熱間等方加圧成形）法を用いて製造してボイドを少なくすることが一般に行われている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ボイドをなくすために磁気ヘッド用セラミックスをＨＩＰ法で製造すると、以下のような問題点があつた。
【００１０】
▲１▼チタン酸系化合物を主成分とするセラミックスは、ＨＩＰ時にアルゴンガス中で焼成した場合に、Ｔｉイオンが還元されて体積固有抵抗が低くなり、また変色を生じやすくなる。そのため、良好な絶縁性を確保してさらに色むらをなくすためには、ＨＩＰ処理後に酸化処理を行わなければならなかった。したがって、製造工程が煩雑になり、製品コストが高くなるという問題点があった。
【００１１】
▲２▼ＨＩＰ処理を行うとＨＩＰの際に潰されたボイドの残留応力が、酸化処理の際に開放されることにより、スライダーとしての信頼性が低下するという問題点もあった。
【００１２】
▲３▼ＨＩＰにより粒成長が進行し粒子間結合力が向上するため、セラミックスの硬度が高くなり、加工性を悪化させる場合があるという不具合もあった。
【００１３】
そこで本発明は、Ｍｎ−Ｚｎフェライトと近似の１０５〜１２０×１０−７／℃の熱膨張係数を有するとともに、上記欠点を解決するために、ＨＩＰ処理なしでボイド量を少なくし、さらに硬度を低く抑え優れた加工性を確保して、低コストで信頼性の高い品質を有する磁気ヘッド用非磁性セラミックスを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記問題点に対して検討を重ねた結果、ＣａをＣａＯ換算で４０〜４８モル％と、ＴｉをＴｉＯ２換算で６０〜５２モル％の割合からなる主成分１００重量部に対して、０．０２〜０．２０重量部のＡｌ２Ｏ３と、０．１０〜０．３０重量部のＳｉＯ２を含有するように調合、粉砕した原料を、所定形状に成形した後、１１５０〜１２５０℃の常圧下で焼成する工程からなる磁気ヘッド用非磁性セラミックスの製造方法により、優れた特性の磁気ヘッド用非磁性セラミックスが得られることを知見した。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳述する。
【００１６】
本発明によれば、セラミックスの主成分がＣａとＴｉの酸化物から実質的に構成され、ＣａＯが４０〜４８モル％、ＴｉＯ２ が５２〜６０モル％の組成からなることが重要である。
【００１７】
上記組成を限定した理由は、ＣａＯが４０モル％より少なく、ＴｉＯ２ が６０モル％を越えると熱膨張係数が１０５×１０−７／℃未満となり、Ｍｎ−Ｚｎフェライト用のスライダー材料としては適切でない。逆にＣａＯが４８モル％を越え、ＴｉＯ２ が５２モル％より少ないと、セラミックス中のＴｉＯ２ 結晶相が少なくなり、チタン酸カルシウム（ＣａＴｉＯ３ ）結晶の粒成長を抑制することができないために異常粒成長が発生し、セラミックス中にボイドが残存する。
【００１８】
また、本発明では副成分として０．０２〜０．２０重量部のＡｌ２ Ｏ３ と、０．１０〜０．３０重量部のＳｉＯ２ を含有する。上記組成を限定した理由は、これらの成分は焼結促進剤として作用するが、Ａｌ２ Ｏ３ ０．２０重量部、ＳｉＯ２ ０．３０重量部を越えると、結晶粒成長を促し、この結果後述するように結晶粒界に気孔が集まりこれが凝集しボイドとなるためである。なお、下限値のＡｌ２ Ｏ３ ０．０２重量部、ＳｉＯ２ ０．１０重量部は、一次原料に不可避不純物として含まれる量である。
【００１９】
さらに、本発明のセラミックスは、上記成分以外にＦｅ２ Ｏ３ ，Ｎｂ２ Ｏ５ ，ＭｇＯ，Ｐ２ Ｏ３ ，ＳｒＯ，ＢａＯ，ＺｒＯ２ ，ＮｉＯをそれぞれ０．５重量部以下、合計２重量部以下の範囲で含んでいても良い。
【００２０】
また、本発明によれば、セラミックスを構成する結晶の平均粒径が０．８〜２．５μｍの範囲であることが重要である。これは、平均結晶粒径が０．８μｍ未満では充分な焼結が行われていないために緻密質のセラミックスを得ることができず、ボイドが多く存在して強度も低くなり、スライダー用材料として用いることができないためである。一方、平均結晶粒径が２．５μｍを超えると結晶粒子の成長とともに粒界相部分に気孔が集まり、ボイドが発生してしまう。つまり、本発明は、平均結晶粒径が２．５μｍを越えるとボイドが急激に増加することから、常圧焼成でも平均結晶粒子が２．５μｍ以下となるように制御すれば充分にボイドを少なくできることを見出したのである。
【００２１】
さらに、本発明ではセラミックスのビッカース硬度を８５０〜９００ｋｇｆ／ｍｍ２ とするが、これは、８５０ｋｇｆ／ｍｍ２ 未満では耐摩耗性が悪く、一方９００ｋｇｆ／ｍｍ２ を超えると加工性が悪くなるためである。
【００２２】
次に本発明の磁気ヘッド用非磁性セラミックスは、上記組成範囲となるように調合、粉砕した原料を、所定形状に成形した後、１１５０〜１２５０℃の常圧下で焼成する工程から製造することを特徴とする。
【００２３】
まず、焼成によりＣａＯやＴｉＯ２ を生成する原料粉末、例えば、ＣａＣＯ３ 粉末やＴｉＯ２ 粉末等を用意し、場合によつては一部仮焼等を行う。これらの原料粉末に必要に応じてＡｌ２ Ｏ３ 、ＳｉＯ２ を添加して前述した割合になるように秤量、混合する。
【００２４】
この時、重要なことは、最終的なＡｌ２ Ｏ３ 、ＳｉＯ２ の含有量がそれぞれ０．２０重量部、０．３０重量部を超えないようにすることである。そのためには、ＣａＣＯ３ 粉末やＴｉＯ２ 粉末等として高純度のものを用い、また混合粉砕時の粉砕ボールやライナーとしてアルミナボールの代わりに例えばジルコニアボールを用いることが好ましい。
【００２５】
このようにして得られた原料を所望の成形手段によって成形し焼成するが、焼成時には、最終焼結体の平均結晶粒径が前述の範囲になるように焼成温度や焼成時間を調整することが必要である。具体的には、１１５０〜１２５０℃の大気中常圧下で１〜２時間焼成すれば良い。
【００２６】
ここで、焼成温度を上記範囲としたのは、１１５０℃未満では完全に焼結させることが困難であり、１２５０℃を超えると平均結晶粒径が大きくなってしまうためである。また、常圧下で焼成するのは、前述したようにＨＩＰ処理を行えば得られた焼結体の硬度が高くなって加工性が悪化し、製造工程も煩雑なものとなるためである。
【００２７】
このようにして得られた本発明の磁気ヘッド用非磁性セラミックスは、結晶相としてチタン酸カルシウム（ＣａＴｉＯ３ ）相とルチル構造の酸化チタン（ＴｉＯ２ ）相の２相が生成し、酸化チタン相がチタン酸カルシウム相の結晶の成長を抑制する効果を有する。
【００２８】
以上のように、本発明は、焼結促進剤として作用するＡｌ２ Ｏ３ とＳｉＯ２ の添加量を減らすことによって、焼成時の結晶成長を抑制し、平均結晶粒径を小さくしてボイドの発生を抑えるようにしたものである。そのため、ＨＩＰ処理を行わずに常圧焼成でボイドの少ないセラミックスを得ることができる。
【００２９】
【実施例１】
チタン酸カルシウム（ＣａＴｉＯ３ ）粉末と酸化チタン（ＴｉＯ２ ）粉末を第１表に示す組成比となるように秤量し、ジルコニアボールを用いたミルでＡｌ２ Ｏ３ やＳｉＯ２ の混入を抑えて、平均粒径が０．６μｍ以下になるように湿式混合粉砕した。なお、上記原料粉末中には、主成分１００重量部に対して、不純物としてＡｌ２ Ｏ３ が０．０２重量部、ＳｉＯ２ が０．１０重量部含まれていた。
【００３０】
この原料にバインダーを加えて造粒を行った後、０．８〜２．０ｔｏｎ／ｃｍ２ の圧力で成形した。その後１１５０〜１２５０℃の大気中常圧下で１〜２時間焼成して第１表に示す焼結体を得た。
【００３１】
得られた焼結体に対して、平均結晶粒径と加工性を次の方法で測定した。
【００３２】
平均結晶粒径は得られた焼結体を鏡面研磨後エッチングし、１５００倍の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を撮り、この写真上に任意の８ｃｍの直線を３本引き、この直線上にある結晶粒の数をＮとして、
平均結晶粒径（μｍ）＝８００００×３÷１５００÷Ｎ
により算出した。
【００３３】
加工性は平面研削盤を用いて、ダイヤモンドホィールで深さ２ｍｍの溝を加工した時にダイヤモンドホィールの主軸に加わる最大負荷電力と溝加工後のエッジ部に発生するチッピングサイズで加工性を評価した。最大負荷電流、チッビングサイズともに小さい程加工性に優れることを意味しおり、最大負荷電流が１００Ｗ以下、チッピングサイズが５０μｍ以下を○、それ以上を×とした。
【００３４】
また得られた焼結体に対して、嵩比重、４０〜４００℃における熱膨張係数、ボイド率について調べた。ボイド率は１μｍのダイヤモンド砥粒による最終ラップ面に占める５μｍ以上のボイド個数を測定することにより評価し、３０８０μｍ２ 当たりのボイド個数が５０個以上を×、１０〜５０個を△、１０個以下を○で示した。
【００３５】
各測定結果は第１表に示す通りである。これらのうち、Ｎｏ．１、２１、２２は主成分の組成比が本発明の範囲外であるため、熱膨張係数が求める範囲外であるか又はボイド率が悪かった。またＮｏ．２、９、１７、１９は焼成温度が１２５０℃よりも高く平均結晶粒径が２．５μｍを超えているため、ボイド率が悪く、一方Ｎｏ．８、１５は焼成温度が１１５０℃よりも低く平均結晶粒径が０．８μｍ未満であるため、気孔率が高く完全に焼結していなかった。さらに、Ｎｏ．１６は比較例として１２５０℃焼成後、１１００℃の２０００気圧下でＨＩＰ処理したものであり、ボイド率は優れていたが、硬度が高くなるため加工性が悪かった。
【００３６】
これらに対し、焼成温度を１１５０〜１２５０℃として平均結晶粒径を０．８〜２．６μｍの範囲内とした本発明実施例であるＮｏ．３〜７、１０〜１４、１８、２０では、いずれも１０５〜１２０×１０−７／℃の熱膨張係数を有し、気孔率が０．３％以下とほぼ完全に焼結しており、加工性、ボイド率ともに優れた結果であった。
【００３７】
【表１】
【実施例２】
チタン酸カルシウム（ＣａＴｉＯ３ ）粉末、酸化チタン（ＴｉＯ２ ）粉末、アルミナ（Ａｌ２ Ｏ３ ）粉末、シリカ（ＳｉＯ２ ）粉末を、最終組成が表２に示す比となるように秤量し、ミルを用いて不純物の混入を抑え、平均粒径が０．６μｍ以下になるように湿式混合粉砕した。この原料にバインダーを加えて造粒を行った後、０．８〜２．０ｔｏｎ／ｃｍ２ の圧力で成形した。その後１１５０〜１２５０℃の大気中常圧下で１〜２時間焼成し、表２の焼結体を得た。
【００３９】
得られた焼結体に対して、ビツカース硬度、加工性、ボイド率を測定した。ビッカース硬度は、ビッカース硬度計にて荷重５００ｇをかけて１０カ所測定し、その平均値をビッカース硬度とした。加工性、ボイド率は実施例１と同じである。
【００４０】
結果を表２に示す。この結果よりＡｌ２ Ｏ３ とＳｉＯ２ の含有量がそれぞれ０．２０重量部、０．３０重量部を超えるＮｏ．２５、２８、３１では、結晶成長のためにボイド率が悪かった。これらに対し、Ａｌ２ Ｏ３ とＳｉＯ２ の含有量が本発明の範囲内であるＮｏ．２３、２４、２６、２７、２９、３０では、結晶成長を抑えられるためにボイド率を優れたものとでき、加工性も優れていた。
【００４１】
【表２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ＣａをＣａＯ換算で４０〜４８モル％と、ＴｉをＴｉＯ２換算で６０〜５２モル％の割合からなる主成分１００重量部に対して、０．０２〜０．２０重量部のＡｌ２Ｏ３と、０．１０〜０．３０重量部のＳｉＯ２を含有するように調合、粉砕した原料を、所定形状に成形した後、１１５０〜１２５０℃の常圧下で焼成する工程から製造することによって、ＨＩＰ処理を行うことなく、簡単な工程でボイドの少ないセラミックスを得ることができる。
【００４３】
そのため、この磁気ヘッド用非磁性セラミックスを用いて磁気ヘッドのスライダーを構成すれば、磁気記録装置の高密度化に対応でき、寿命が長く、磁気メディアに悪影響を及ぼさない高性能の磁気ヘッドを提供することができる。
Claims (1)
- ＣａをＣａＯ換算で４０〜４８モル％と、ＴｉをＴｉＯ ２ 換算で６０〜５２モル％の割合からなる主成分１００重量部に対して、０．０２〜０．２０重量部のＡｌ ２ Ｏ ３ と、０．１０〜０．３０重量部のＳｉＯ ２ を含有するように調合、粉砕した原料を、所定形状に成形した後、１１５０〜１２５０℃の常圧下で焼成する工程からなる磁気ヘッド用非磁性セラミックスの製造方法。
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