JP3965228B2

JP3965228B2 - Chemically tempered glass substrate and manufacturing method thereof

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Publication number: JP3965228B2
Application number: JP21762397A
Authority: JP
Inventors: 学禄鄒; 義包新熊
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 1997-08-12
Filing date: 1997-08-12
Publication date: 2007-08-29
Anticipated expiration: 2017-08-12
Also published as: JPH1160283A

Description

【発明の属する技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気ディスク、光ディスク等の情報記録媒体用基板や次世代ＬＣＤとして期待される低温多結晶シリコン液晶表示装置用耐熱性基板、或いは電気、電子部品用の基板等に好適に用いられるガラス基板及びその製造方法並びにこのガラス基板を用いた情報記録媒体に関する。特に、高い比弾性率及び／又はヤング率と、高い耐熱性とを有し、基板とした場合に高い表面平滑性を有し、かつ高い曲げ強度を有する情報記録媒体用基板等に好適なガラス基板及びそ製造方法並びにこのガラス基板を用いた情報記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンピューターなどの磁気記憶装置の主要構成要素は、磁気記録媒体と磁気記録再生用の磁気ヘッドである。磁気記録媒体としてはフレキシブルディスクとハードディスクとが知られている。このうちハードディスク（磁気ディスク）用の基板材料としては、例えば、アルミニウム基板、ガラス基板、セラミック基板、カーボン基板等がある。しかし、実用的には、サイズや用途に応じて、主に、アルミニウム基板とガラス基板とが使用されている。
最近、ノートパソコン用ハードディスクドライブの小型化や磁気記録の高密度化にともなって磁気ヘッドの浮上量が顕著に減少してきている。これに伴い、磁気ディスク基板の表面平滑性について、きわめて高い精度が要求されてきている。しかし、アルミニウム合金の場合には、硬度が低いことから高精度の研磨材及び工作機器を使用して研磨加工を行っても、この研磨面が塑性変形するので、ある程度以上の高精度の平坦面を製造することは困難である。たとえアルミニウム合金の表面にニッケル−リンめっきを施しても、表面粗さRaを２０オングストローム以下にすることはできない。さらに、ハードディスクドライブの小型化・薄型化が進展するのにつれて、磁気ディスク用基板の厚みを小さくすることも強く要求されている。しかし、アルミニウム合金は、強度、剛性が低いので、ハードディスクドライブの仕様から要求される所定の強度を保持しつつ、ディスクを薄くすることは困難である。
【０００３】
そこで、高強度、高剛性、高耐衝撃性、高表面平滑性を有する磁気ディスク用ガラス基板が登場しきた。ガラス基板は、表面の平滑性や機械的強度が優れていることから、現在及び将来的な基板としても注目を浴びている。ガラス基板としては、例えば、基板表面をイオン交換法で強化した化学強化ガラス基板、結晶化処理を施した結晶化ガラス基板、及び実質的にアルカリを含まない無アルカリガラス基板などがよく知られている。
【０００４】
例えば、化学強化ガラス基板として、特開平１−２３９０３６号公報（以下先行技術１という）には、重量％でSiO₂を６０〜７０％、Al₂O₃を０．５〜１４％、R₂O （ただしＲはアルカリ金属）を１０〜３２％、ZnO を１〜１５％、B₂O₃を１．１〜１４％含むガラスをイオン交換することによりガラス基板の表面に圧縮応力層形成し強化された磁気ディスク用ガラス基板が開示されている。
【０００５】
ところが、イオン交換による化学強化を施したガラスには多量のアルカリ成分含まれる。そのため、高温、多湿環境下において長時間使用すると磁気膜のピンホール部または磁気膜の周辺部など磁気膜が薄い部分またはガラスが露出した部分からアルカリイオンが析出し、これが引き金となって磁気膜が腐食或いは変質するなどの欠点が見出されている。そこで、最近では、この問題を解決するために、無アルカリガラスからなる磁気ディスク用ガラス基板が開示されている（例えば、特開平８−１６９７２４及び特開平９−１２３３３参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような無アルカリガラスは、アルカリ金属を含まないため、化学強化ができないと考えられてきた。その結果、充分な強度が得られないか、化学強化以外の方法で強化が行う必要があった。
また、最近のハードディスクの小型化、薄型化、記録の高密度化に伴って、磁気ヘッドの低浮上化及びディスク回転の高速化が急速に進んでいる。そのため、ディスク基板材料のたわみによる影響を低減することが一層厳しく要求されている。しかしながら、従来のイオン交換強化基板ガラスの多くはイオン交換のため多量のアルカリイオンをガラスに導入しており、そのためほとんどの強化ガラスは比弾性率、ヤング率が低いので、磁気ディスクの回転の高速化に対応できない。本発明者らは、長年にわたって高比弾性率、高ヤング率のガラスについて研究した結果、多量のアルカリを含まない低アルカリガラスとすることが好ましいことが分かった。そして、このようなガラスに対しても強化を行う必要がある。
従って、本発明の目的は、磁気ヘッドの低浮上化やディスク回転の高速化に対応可能な高比弾性率又は高ヤング率の低アルカリガラス（無アルカリガラスを含む）からなるガラス基板でありながら、イオン交換による化学強化が施された高い曲げ強度を有するガラス基板及びその製造方法を提供することにある。
さらに本発明の目的は、磁気ヘッドの低浮上化やディスク回転の高速化に対応可能な高比弾性率又は高ヤング率を有し、かつ高い曲げ強度を有するガラス基板を用いた情報記録媒体を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下のとおりである。
［請求項１］少なくとも基板の表面にイオン交換層を有するガラス基板であって、
前記イオン交換層以外の部分がアルカリ金属酸化物を含有せず、
前記イオン交換層以外の部分がＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＺｎＯから選ばれる１種又は２種以上の二価金属酸化物を含有し、
イオン交換層が、前記二価金属酸化物を構成する二価金属イオンより大きいイオン半径を有するアルカリ金属イオン又は二価金属イオンを含有し、
前記二価金属酸化物を構成する二価金属イオンより大きいイオン半径を有するアルカリ金属イオン及び二価金属イオンが、Ｌｉイオン、Ｎａイオン、Ｋイオン、Ｚｎイオン、Ｃａイオン、Ｓｒイオン、及びＢａイオンからなる群から選ばれる少なくとも一種であり、
かつ曲げ強度が２５Ｋｇ／ｍｍ²以上であることを特徴とする基板。
［請求項２］イオン交換層は、前記二価金属酸化物を構成する二価金属イオンの少なくとも一部が、この二価金属イオンより大きいイオン半径を有するアルカリ金属イオン又は二価金属イオンで置換されることにより形成されている請求項１に記載の基板。
［請求項３］アルカリ金属酸化物を含有せず、
ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＺｎＯから選ばれる１種又は２種以上の二価金属酸化物を含有するガラス基板を、
前記二価金属酸化物を構成する二価金属イオンより大きいイオン半径を有するアルカリ金属イオン又は二価金属イオンであるＬｉイオン、Ｎａイオン、Ｋイオン、Ｚｎイオン、Ｃａイオン、Ｓｒイオン、及びＢａイオンからなる群から選ばれる少なくとも一種を含有する液に浸漬して、基板の少なくとも表面にイオン交換層を形成する工程を含むガラス基板の製造方法。
［請求項４］イオン交換層を形成した基板が２５Ｋｇ／ｍｍ²以上の曲げ強度を有するようにイオン交換条件を選択する請求項３に記載の製造方法。
［請求項５］液への浸漬を４００℃以上の温度で行う請求項３〜４のいずれか１項に記載の製造方法。
［請求項６］請求項３〜５のいずれか１項に記載の製造方法により製造された化学強化ガラス基板。
［請求項７］請求項１〜２及び６のいずれか１項に記載のガラス基板からなることを特徴とする情報記録媒体用基板。
［請求項８］少なくとも基板及び情報記録部からなる情報記録媒体であって、前記基板が請求項７に記載の基板であることを特徴とする情報記録媒体。
［請求項９］情報記録媒体が磁気記録媒体である請求項８に記載の情報記録媒体。
【０００８】
【発明の実施の形態】
ガラス基板
本発明のガラス基板は、少なくとも基板の表面にイオン交換層を有するガラス基板である。さらに、このガラス基板は、イオン交換層以外の部分が、アルカリ金属酸化物を含有しないか、または５モル％以下のNa₂O及び／又は１０モル％以下のLi₂O（但し、Na₂OとLi₂Oの合計含有量は１０モル％以下である）を含有し、かつ少なくとも１種の二価金属酸化物を含有する。即ち、無アルカリガラスまたは低アルカリガラスである。また、二価金属酸化物としては、例えば、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＺｎＯから選ばれる１種又は２種以上の酸化物を挙げることができる。また、これら二価金属酸化物の含有量は、例えば、５モル％以上であることが、イオン交換層を形成する上で好ましい。但し、二価金属酸化物の含有量の上限は、４５モル％とすることがガラスを形成する上で好ましい。さらに、二価金属酸化物の含有量は、好ましくは、１０〜４０モル％の範囲である。
尚、ガラス基板の形状や寸法には特に制限はなく、ガラス基板の用途に応じて適宜決定することができる。
また、本発明のガラス基板は、磁気ヘッドの低浮上化やディスク回転の高速化に対応可能な高比弾性率又は高ヤング率という観点からは、36×10⁶Nm/kg以上の比弾性率Ｇ又は１１０ＧＰａ以上のヤング率を有することが好ましい。
【０００９】
ガラス組成の説明
高比弾性率又は高ヤング率を有するガラス基板を形成するガラスとしては、以下の組成のガラスを挙げることができる。これらのガラスには、無アルカリ及び低アルカリが含まれる。
ガラス（１）：ガラスを構成する酸化物として、モル％で表示して、SiO₂: 25-52％、Al₂O₃: 5-35％、MgO: 15-45％、Y₂O₃: 0-17％、TiO₂: 0-25％、ZrO₂: 0-8 ％、CaO: 1-30 ％、但し、Y₂O₃+TiO₂+ZrO₂+CaO: 5-30％、B₂O₃+P₂O₅: 0-5 ％である組成を有し、かつ比弾性率が36×10⁶Ｎｍ／kg以上であるガラス。このガラスは、さらに、As₂O₃+Sb₂O₃: 0-3％、及びZnO+SrO+NiO+CoO+FeO+CuO+Fe₂O₃+Cr₂O₃+B₂O₃+P₂O₅+V₂O₅: 0-5 ％を含有することができる。
ガラス（２）：ガラスを構成する酸化物として、モル％で表示して、SiO₂: 25-50 ％、Al₂O₃: 10-37％、MgO: 5-40 ％、TiO₂: 1-25％である組成を有し、比弾性率が36×10⁶Ｎｍ／kg以上であるガラス。このガラスは、さらにY₂O₃: 0-17％、ZrO₂: 0-8 ％、CaO: 0-25 ％、As₂O₃+Sb₂O₃: 0-3％、及びZnO+SrO+NiO+CoO+FeO+CuO+Fe₂O₃+Cr₂O₃+B₂O₃+P₂O₅+V₂O₅: 0-5 ％を含むことができる。
ガラス（３）：ガラスを構成する酸化物として、モル％で表示して、SiO₂: 25-50 ％、Al₂O₃: 20-40％、CaO: 8-30 ％、Y₂O₃: 2-15％である組成を有し、比弾性率が36×10⁶Ｎｍ／kg以上であるガラス。このガラスは、さらにMgO: 0-20 ％、TiO₂: 0-25％、Li₂O: 0-10％、As₂O₃+Sb₂O₃: 0-3％、及びZnO+SrO+NiO+CoO+FeO+CuO+Fe₂O₃+Cr₂O₃+B₂O₃+P₂O₅+V₂O₅: 0-5 ％を含むことができる。
【００１０】
ガラス（４）：ガラスを構成する酸化物としてモル％表示で、SiO₂：３０−６０%、Al₂O₃：2−３５％、MgO：0−４０％、Li₂O：０−１０％、Y₂O₃：0−２７％、La₂O₃：0−２７％、CeO₂：0−２７％、Pr₂O₃：0−２７％、Nd₂O₃：0−２７％、Sm₂O₃：0−２７％、Eu₂O₃：0−２７％、Gd₂O₃：0−２７％、Tb₂O₃：0−２７％、Dy₂O₃：0−２７％、Ho₂O₃：0−２７％、Er₂O₃：0−２７％、Tm₂O₃：0−２７％、Yb₂O₃：0−２７％、但し、Y₂O₃+La₂O₃+ CeO₂+Pr₂O₃+Nd₂O₃+Sm₂O₃+Eu₂O₃+Gd₂O₃+Tb₂O₃+Dy₂O₃+Ho₂O₃+Er₂O₃+Tm₂O₃+Yb₂O₃：１−２７％、Li₂O+ MgO+ Y₂O₃+La₂O₃+ CeO₂+Pr₂O₃+Nd₂O₃+Sm₂O₃+Eu₂O₃+Gd₂O₃+Tb₂O₃+Dy₂O₃+Ho₂O₃+Er₂O₃+Tm₂O₃+Yb₂O₃＞２５％である組成を有し、かつヤング率が１１０ＧＰａ以上であるガラス。このガラスは、さらにTiO₂：0−２０％、 ZrO₂：０−８％、但し、TiO₂＋ZrO₂：0−２０％、CaO ：0−１５％、ZnO：0−１５％、NiO： 0−１５％、Fe₂O₃：0−1５%、但し、CaO＋ZnO＋NiO＋Fe₂O₃：0−１５%を含むことができる。さらに、As₂O₃+Sb₂O₃：０−２％、B₂O₃＋P₂O₅＋Nb₂O₅+V₂O₅＋Cr₂O₃+Ga₂O₃+CoO+SrO+BaO＋FeO＋CuO＋MnO+Na₂O：０−８％を含むこともできる。
ガラス（５）：ガラスを構成する酸化物としてモル％表示で、 TiO₂:５−３０％、 Al₂O₃：０−１０％、 SiO₂：３５−６０％、（MgO＋CaO）：１０−４５％、但しCaOは１−４５％、（Li₂O＋Na₂O）：３−３０％である組成を有するガラス。
【００１１】
ガラス（１）
ガラス（１）のガラス組成は、主に比弾性率を大きくするために構成された組成であり、比弾性率Ｇが36×10⁶Nm/kg以上である。
SiO₂はガラスの網目構造形成酸化物として働き、ガラス構造の安定化即ち失透に対する結晶化安定性を増す成分である。またSiO₂はAl₂O3などの中間酸化物とを組み合わせることによってガラスの強度、剛性度などの磁気記録媒体用基板に必要となる機械的物性を高めることができ、ガラスの耐熱性を向上させることもできる。しかし、ガラスの主成分として５２％より多くのSiO₂を導入した酸化物ガラスは、36×10⁶Nm/kg を超える比弾性率をほとんど示さないので、SiO₂の含有量は５２％以下であることが適当である。一方、SiO₂の含有量が２５％未満では、ガラスの結晶化安定性が相当悪化し、量産化できるほどの安定なガラスが造れない。そこで、SiO₂の下限は２５％である。そこで、SiO₂の含有量は、２５〜５２％の範囲、好ましくは３０〜５０％の範囲であることが適当である。
【００１２】
Al₂O₃はガラスに高耐熱性と高耐久性を寄与する成分としても、SiO₂と共にガラス構造の安定化及びその剛性度を高める成分としても非常に重要である。特にAl₂O₃をSiO₂と置換してガラスに導入する場合、Al₂O₃はガラスの骨格に入り込み骨格形成成分としてガラスのヤング率や耐熱性を増大する効果が大きい。即ち、Al₂O₃はガラスのヤング率を高めるためにも耐熱性を向上させるためにも欠かせない成分である。しかし、Al₂O₃の含有量が５％より少ないとガラスのヤング率を十分に向上させることができない。また、Al₂O₃の含有量が3５％を超えると、ガラスの比弾性率の向上に寄与する成分であるMgO を多く導入することができなくなり、ガラスの高温溶融性も悪化する。そこで、Al₂O₃の含有量は５〜３５％の範囲、好ましくは７〜３２％の範囲であることが適当である。
【００１３】
MgO はガラスの剛性及び強度を向上させ、高温溶解性を改善するために導入される成分である。また、ガラスの結晶化安定性の向上やガラス均質性の改善にも寄与する。特にAl₂O₃の含有量が２０％より少ない場合、ガラスの高比弾性率を維持するために多くのMgO を導入することが好ましい。しかし、MgO の含有量が４５％を超えると、量産化できるほどの結晶化安定性をもつガラスが造れない。また、MgO の含有量を１5％より少なくするとガラスのヤング率が低下してしまう傾向がある。そこで、MgO の含有量は１５〜４５％の範囲、好ましくは２２〜４０％の範囲にすることが適当である。
【００１４】
Y₂O₃はガラスの結晶化安定性を高め、耐久性及び高温溶融性を改善するために添加される成分である。特に少量のY₂O₃の導入はガラス比弾性率の向上及びガラス均質性の改善に非常に寄与する。しかし、Y₂O₃をあまりにも多く添加するとガラスのヤング率が大きくなるが、比重も急激に増加するので、逆にガラスの比弾性率を低下させる傾向がある。そこで、Y₂O₃の含有量は１７％以下、好ましくは１５％以下とすることが適当である。尚、Y₂O₃の明らかな添加効果を得るためには、Y₂O₃の含有量を０．５％以上とすることが好ましい。
【００１５】
TiO₂はガラス骨格形成成分としても修飾成分としても働き、ガラスの高温粘性を低め溶融性を改善し、構造の安定化及びその耐久性を増す。また、TiO₂は成分としてガラスに導入すると、ガラスの比重はあまり増加しないのに対し、ガラスのヤング率は大きく向上できる。特に、MgO やAl₂O₃を多く導入するガラスに対しては、TiO₂はガラスの高温溶解性及び結晶化安定性を向上させ、MgO とAl₂O₃などの酸化物との組み合わせによってガラスの比弾性率を高めることが大いに期待できる。但し、TiO₂を多く導入し過ぎると、ガラスの分相傾向が強まり、かえってガラスの結晶化安定性及びその均質性を悪化させる傾向がある。そこで、TiO₂の含有量は、２５％以下、好ましくは２０％以下とすることが適当である。尚、TiO₂の明らかな添加効果を得るためには、TiO₂の含有量を１％以上とすることが好ましい。
【００１６】
CaO はMgO と共にガラスの剛性及び強度を向上させ、高温溶解性を改善するために導入される成分である。また、CaO は、MgO と同様に、ガラスの結晶化安定性の向上やガラス均質性の改善にも寄与する。前述のように、Al₂O₃の含有量が２０％より少ない場合、ガラスの高比弾性率を維持するために多くのMgO を導入することが好ましく、この場合のCaO は主にガラスの高温溶融性、結晶化安定性を改善するために導入される成分となる。しかし、CaO の含有量が３０％を超えると量産化できるほどの結晶化安定性をもつガラスが造れない。そこで、CaO の含有量は３０％以下、好ましくは２７％以下とすることが適当である。尚、CaO の明らかな添加効果を得るためには、CaO の含有量を２％以上とすることが好ましい。
【００１７】
ZrO₂は主にガラスの耐久性及び剛性を高めるために添加される成分である。少量のZrO₂を添加する場合はガラス耐熱性を向上させる効果があり、ガラスの失透に対する結晶化安定性も向上する。しかし、ZrO₂が８％を超えるとガラスの高温溶解性が著しく悪化し、ガラスの表面平滑性も悪くなり、比重も増加する。そこで、ZrO₂の含有量は８％以下、好ましくは６％以下とすることが適当である。尚、ZrO₂の明らかな添加効果を得るためには、ZrO₂の含有量を０．５％以上とすることが好ましい。
【００１８】
尚、Y₂O₃+TiO₂+ZrO₂+CaOは１〜30％の範囲であることが適当である。これらの成分は、ガラスのヤング率の向上及び結晶化安定性の向上に寄与する成分である。これらの成分の合計が１％未満では、ガラスのヤング率が低くなる傾向があり、かつガラスの結晶化安定性も低下する傾向がある。一方、これらの成分は、いずれもガラスの比重を増加させるものであり、多量に導入しすぎるとガラスの比弾性率が小さくなってしまう。そこで、Y₂O₃+TiO₂+ZrO₂+CaOの含有量は、１〜30％の範囲、好ましくは5.5 〜27％の範囲であることが適当である。
【００１９】
P₂O₅及びB₂O₃はいずれもガラスの高温溶解性を調整するために添加される成分である。例えば、少量のP₂O₅又はB₂O₃をガラスに導入するとガラスの比弾性率が大きな変化がないのに対し、ガラスの高温粘性がかなり低くなるのでガラスの溶解を容易にする効果が大きい。B₂O₃+P₂O₅の合計は、ガラスの溶解性の改善とガラスの結晶化安定性及び物理的特性の調整という観点から、5 ％以下、好ましくは3.5％以下であることが適当である。尚、B₂O₃及びP₂O₅の明らかな添加効果を得るためには、その合計含有量を0.5％以上とすることが好ましい。
【００２０】
As₂O₃とSb₂O₃はガラスの均質化を図るために脱泡剤として添加させる成分である。各ガラスの高温粘性に応じて適量量のAs₂O₃やSb₂O₃或いはAs₂O₃＋Sb₂O₃をガラスに添加するとより均質なガラスが得られる。しかし、脱泡剤の添加量を多すぎると、ガラスの比重が上昇して比弾性率を低下させる傾向があり、また溶解用白金るつぼと反応してるつぼにダメージを与える傾向もある。そこで、その添加量は３％以下、好ましくは２％以下とすることが適当である。尚、これら脱泡剤の明らかな添加効果を得るためには、その含有量を０．２％以上とすることが好ましい。
【００２１】
さらに、V₂O₅、Cr₂O₃、ZnO 、SrO 、NiO 、CoO 、Fe₂O₃、CuO 等その他の成分はいずれもガラスの高温溶解性や物理的な物性を調整するときに添加される成分である。例えば、少量のV₂O₅、Cr₂O₃、CuO 、CoO などの着色剤をガラスに添加すると、ガラスに赤外線吸収特性を持たせ、加熱ランプ照射による磁性膜の加熱処理を効果的に行うことができる。ZnO+SrO+NiO+CoO+FeO+CuO+Fe₂O₃+ Cr₂O₃+B₂O₃+P₂O₅+V₂O₅の合計は、ガラスの溶解性の改善とガラスの結晶化安定性及び物理的特性の調整という観点から、5 ％以下、好ましくは4％以下であることが適当である。
【００２２】
以上の成分の他に原料中の不純物、例えばFe₂O₃など及びガラスの清澄剤となるCl、F、SO₃等はそれぞれ１％までなら含有しても、本発明のガラスの目的とする物性を実質的に損なうことはない。
尚、このガラスは実質的にアルカリ成分を含まない無アルカリガラスであるため、このガラスからなる基板上に薄膜を形成した場合、アルカリ成分が基板上の薄膜に拡散して悪影響を及ぼすことがない。
【００２３】
ガラス（２）
ガラス（２）のガラス組成は、主に比弾性率を大きくするために構成された組成であり、比弾性率Ｇが36×10⁶Nm/kg以上である。
SiO₂はガラスの網目構造形成酸化物として働き、ガラス構造の安定化即ち失透に対する結晶化安定性を増す成分である。またSiO₂は、Al₂O₃などの中間酸化物とを組み合わせることによってガラスの強度、剛性度などの磁気記録媒体用基板に必要となる機械的物性を高めることができ、ガラスの耐熱性を向上させることもできる。しかし、ガラスの主成分として５０％を超える量のSiO₂を含むガラスには、ガラスの耐衝撃性や機械強度の向上に寄与する成分であるAl₂O₃を多く導入することができない。そこで、より大きな比弾性率を有するガラスを得るという観点から含有量の上限は５０％とすることが適当である。一方、SiO₂の含有量が２５％未満となると、ガラスの結晶化安定性が相当悪化し、量産化できるほどの安定なガラスが造れない。そこで、SiO₂の下限は２５％とすることが適当である。SiO₂の含有量は２５〜５０％の範囲、好ましくは３０〜４９％の範囲であることが適当である。
【００２４】
Al₂O₃はガラスに高耐熱性と高耐久性を寄与する成分としても、SiO₂と共にガラス構造の安定化及びその剛性度を高める成分としても非常に重要である。特にAl₂O₃をSiO₂と置換してガラスに導入する場合、Al₂O₃はガラスの骨格に入り込み骨格形成成分としてガラスのヤング率や耐熱性を増大する効果が大きい。即ち、Al₂O₃はガラスのヤング率を高めるためにも耐熱性を向上させるためにも欠かせない成分である。しかし、ガラスの曲げ強度や耐衝撃性を一層増大させるためにMgO の含有量を２５％以下とする場合、Al₂O₃の含有量を１０％より少なくするとガラスのヤング率を十分に向上させられず、所望の比弾性率を得られない。また、Al₂O₃含有量が３７％を超えるとガラスの高温溶融性が悪化し、均質なガラスが造れない上にガラスの結晶化安定性も低下する。そこで、Al₂O₃の含有量の上限は３７％とすることが適当である。Al₂O₃の含有量は１０〜３７％の範囲、好ましくは１１〜３５％の範囲とすることが適当である。
【００２５】
MgO はガラスの剛性及び強度を向上させ、高温溶解性を改良するために導入される成分である。MgO はガラスの結晶化安定性の向上やガラス均質性の改善にも寄与する。特にガラスのヤング率の向上に大きく寄与する成分としてのAl₂O₃が多く導入された場合、ガラス構造の安定化を向上させるためにも、高温粘性を低めて溶解を容易にするためにもMgO は好ましい成分である。しかし、MgO の含有量が４０％を超えると、ガラスの耐衝撃性と強度を高めるために多量のAl₂O₃を導入する組成物では量産化できるほどの結晶化安定性をもつガラスが造れない。一方、MgO の含有量が５％未満では、十分な安定性を有し、かつ高い比弾性率をもつガラスが造れない。従って、MgO の含有量は５〜４０％の範囲に、好ましくは７〜３５％の範囲とすることが適当である。
【００２６】
TiO₂はガラス骨格形成成分としても修飾成分としても働き、ガラスの高温粘性を低め溶融性を改善し、構造の安定化及びその耐久性を増す成分である。また、TiO₂は成分としてガラスに導入すると、ガラスの比重はあまり増加しないのに対し、ガラスのヤング率は大きく向上できる。特にAl₂O₃を多く導入するガラスに対しては、TiO₂はガラスの高温溶解性及び結晶化安定性を向上させ、Al₂O₃との組み合わせによってガラスの比弾性率を高めることが大いに期待できる。但し、TiO₂の含有量が２５％を超えるとガラスの分相傾向が強まり、かえってガラスの結晶化安定性及びその均質性を悪化させる傾向がある。また、１％以上のTiO₂の添加により、ガラスの高温溶解性が大きく改善される。そこで、TiO₂の含有量は、１〜２５％の範囲、好ましくは２〜２０％の範囲とすることが適当である。
【００２７】
Y₂O₃はガラスのヤング率を向上させ、結晶化安定性を高め、耐久性及び高温溶融性を改善する成分である。特にガラスの曲げ強度や耐衝撃性を高めるために多くのAl₂O₃をガラスに導入する場合には、Al₂O₃の助熔剤としてのY₂O₃の効果が優れている。例えば２５％以上のAl₂O₃をガラスに導入する場合、Y₂O₃を添加することで均質なガラスを作製することができる。但し、Y₂O₃は比較的に高価なので、添加量は少量である方がコストの点からは好ましい。また、適当量のY₂O₃の添加は、ガラス比弾性率の向上に大きく寄与するが、Y₂O₃の含有量が１７％を超えると、ガラスのヤング率の増加に比べて比重の増加が勝り、ガラスの比弾性率の向上に寄与しなくなる。そこで、Y₂O₃の含有量は、Al₂O₃の導入量に応じて０〜１７％の範囲、好ましくは１〜１５％の範囲することが適当である。
【００２８】
CaO はMgO と共にガラスの剛性及び強度を向上させ、高温溶解性を改良することができる成分である。ガラスの結晶化安定性の向上やガラス均質性の改善にも寄与する。ガラスのヤング率の向上に大きく寄与する成分としてのAl₂O₃が多く導入された場合、ガラス構造の安定化を向上させるためにも、高温粘性を低めて溶解を容易にするためにもCaO の添加は好ましい。CaO の含有量が２５％を超えると、ガラスの耐衝撃性と強度を高めるために多量のAl₂O₃を導入した組成物では量産化できるほどの結晶化安定性をもつガラスが造れない。そこで、CaO の含有量の上限は２５％であることが適当である。尚、CaOの明らかな添加効果を得るためには、その含有量を2％以上とすることが好ましい。
【００２９】
ZrO₂は主にガラスの耐久性及び剛性を高めるために添加される成分である。少量のZrO₂を添加する場合はガラス耐熱性を向上させる効果があり、ガラスの失透に対する結晶化安定性も向上する。しかし、ZrO₂の含有量が８％を超えるとガラスの高温溶解性が著しく悪化し、ガラスの表面平滑性も悪くなり、比重も増加する。そこで、ZrO₂の含有量は８％以下、好ましくは６％以下とすることが適当である。尚、ZrO₂の明らかな添加効果を得るためには、ZrO₂の含有量を０．５％以上とすることが好ましい。
【００３０】
As₂O₃とSb₂O₃はガラスの均質化を図るために脱泡剤として添加する成分である。各ガラスの高温粘性に応じて適量量のAs₂O₃やSb₂O₃或いはAs₂O₃＋Sb₂O₃をガラスに添加するとより均質なガラスが得られる。しかし、これら脱泡剤の添加量が多すぎると、ガラスの比重が上昇して比弾性率を低下させる傾向があり、また溶解用白金るつぼと反応してるつぼにダメージを与える傾向もある。そこで、その添加量は３％以下、好ましくは２％以下とすることが適当である。尚、これら脱泡剤の明らかな添加効果を得るためには、その含有量を０．２％以上とすることが好ましい。
【００３１】
P₂O₅、V₂O₅、B₂O₃、Cr₂O₃、ZnO 、SrO 、NiO 、CoO 、Fe₂O₃、CuO 等その他の成分はいずれもガラスの高温溶解性とか物理的な物性を調整するときに添加することができる。例えば、少量のP₂O₅をガラスに導入するとガラスの比弾性率が大きく変化しないのに対し、ガラスの高温粘性がかなり低くなるのでガラスの溶解を容易にする効果が大きい。また、少量のV₂O₅、Cr₂O₃、CuO 、CoO などの着色剤をガラスに添加する場合、ガラスに赤外線吸収特性を持たせ、加熱ランプ照射による磁性膜の加熱処理を効果的に行うことができる。ZnO+SrO+NiO+CoO+FeO+CuO+Fe₂O₃+ Cr₂O₃+B₂O₃+P₂O₅+V₂O₅の合計は、ガラスの高温溶解性の改善とガラスの機械的・熱的物性の調整という観点から、5 ％以下であることが適当である。
【００３２】
以上の成分の他に原料中の不純物、例えばFe₂O₃など及びガラスの清澄剤となるCl、F 、SO₃等はそれぞれ１％までなら含有しても、本発明のガラスの目的とする物性を実質的に損なうことはない。
Li₂Oを含有しない無アルカリガラスの場合には、このガラスからなる基板上に薄膜を形成した場合、アルカリ成分が基板上の薄膜に拡散して悪影響を及ぼすことがない。
【００３３】
ガラス（３）
ガラス（３）のガラス組成は、主に比弾性率を大きくするために構成された組成であり、比弾性率Ｇが36×10⁶Nm/kg以上である。
SiO₂はガラスの網目構造形成酸化物として働き、ガラス構造の安定化即ち失透に対する結晶化安定性を増す成分である。またAl₂O₃などの中間酸化物とを組み合わせることによってガラスの強度、剛性度などの磁気記録媒体用基板に必要となる機械的物性を高めることができ、ガラスの耐熱性を向上させることもできる。しかし、しかし、ガラスの主成分として５０％を超えるSiO₂を導入したCaO −Al₂O₃−SiO₂系酸化物ガラスは、36×10⁶Nm/kg を超える比弾性率をほとんど示さないので、SiO₂の含有量は５０％以下であることが適当である。一方、SiO₂の含有量が２５％以下になる場合、ガラスの結晶化安定性が相当悪化し、量産化できるほどの安定なガラスが造れない。そこで、SiO₂の下限は２５％である。そこで、SiO₂の含有量は、２５〜５０％の範囲、好ましくは３０〜５０％の範囲であることが適当である。
【００３４】
Al₂O₃はガラスに高耐熱性と高耐久性を寄与する成分としても、SiO₂と共にガラス構造の安定化及びその剛性度を高める成分としても非常に重要である。特にAl₂O₃をSiO₂と置換してガラスに導入する場合、Al₂O₃はガラスの骨格に入り込み骨格形成成分としてガラスのヤング率や耐熱性を増大する効果が大きい。即ち、Al₂O₃はガラスのヤング率を高めるためにも耐熱性を向上させるためにも欠かせない成分である。しかし、Al₂O₃の含有量が２０％より少ないとガラスのヤング率を十分に向上させることができない。また、Al₂O₃の含有量が４０％を超えると、ガラスの高温溶融性も悪化し、均質なガラスが造れない上にガラスの結晶化安定性も低下する。そこで、Al₂O₃の含有量は２０〜４０％の範囲、好ましくは₂１〜３７％の範囲であることが適当である。
【００３５】
CaO はガラスの剛性及び強度を向上させ、高温溶解性を改良する成分である。勿論ガラスの結晶化安定性の向上やガラス均質性の改善にも寄与する。特にガラスにヤング率の向上に大きく寄与する成分としてのAl₂O₃が多く導入された場合、ガラス構造の安定化を向上させるためにも、高温粘性を低めて溶解を容易にするためにもCaO の添加が必要である。しかし、その含有量が８％未満では、ガラスの結晶化安定性が著しく低下するのに対し、３０％を超えるとガラスのヤング率も低くなる傾向がある。そこでCaO の含有量は８〜３０％の範囲、好ましくは１０〜２７％の範囲とすることが適当である。
【００３６】
Y₂O₃はガラスのヤング率を向上させ、結晶化安定性を高め、耐久性及び高温溶融性を改善するために添加される成分である。特にガラスのヤング率を高めるために多くのAl₂O₃をガラスに導入する場合には、Al₂O₃の助熔剤としてY₂O₃は有効である。例えば２５％以上のAl₂O₃をガラスに導入する場合、Y₂O₃を助熔剤として添加することで、均質なガラスが作製できる。しかし、Y₂O₃は比較的に高価なので、Y₂O₃の含有量は、要求されるガラスの物性に応じて１５％までの量で、比較的少量とすることが好ましい。しかし、Y₂O₃の含有量が少なく過ぎるとガラスの高温溶解性も悪化し、比弾性率も低下してしまう。そこで、Y₂O₃の含有量の下限は２％であることが適当である。Y₂O₃の含有量は、２〜１５％の範囲、好ましくは３〜１２％の範囲であることが適当である。
【００３７】
MgO は、ガラスの剛性及び強度を向上させ、高温溶解性を改善する効果があり、ガラスの結晶化安定性の向上やガラス均質性の改善にも寄与し、比弾性率を高める効果もある成分であるため、所望により添加することができる。しかし、MgO の含有量が２０％を超えると、必須の成分であるCaO を多く添加することができなくなり、ガラスの結晶化安定性も低下する傾向がある。そこで、MgO の含有量の上限は２０％とすることが適当である。尚、MgOの明らかな添加効果を得るためには、その含有量を5％以上とすることが好ましい。
【００３８】
TiO₂はガラス骨格形成成分としても修飾成分としても働き、ガラスの高温粘性を低め溶融性を改善し、構造の安定化及びその耐久性を増す成分である。また、TiO₂は成分としてガラスに導入すると、ガラスの比重はあまり増加しないのに対し、ガラスのヤング率は大きく向上できる。しかし、CaO −Al₂O₃−SiO₂系酸化物ガラスに対しては、あまりにも多くのTiO₂を導入すると、ガラスの分相傾向が強まり、かえってガラスの結晶化安定性及びその均質性を悪化させる傾向がある。そこで、含有量は２５％以下、好ましくは２０％以下とすることが適当である。尚、TiO₂の効果を得るという観点からは、TiO₂の含有量は１％以上であることが適当である。
【００３９】
Li₂Oは主にガラスの高温粘性を下げて溶解を容易にする成分である。特にAl₂O₃の含有量が多い場合、少量のLi₂Oを導入すればガラスの均質化に非常に効果がある。しかし、その含有量が多くなり過ぎるとガラスの耐久性も悪化し、ヤング率も小さくなる傾向がある。そこで、Li₂Oの含有量は１５％以下、好ましくは１２％以下とすることが適当である。尚、Li₂Oの明らかな添加効果を得るためには、その含有量を1.5 ％以上とすることが好ましい。
【００４０】
As₂O₃とSb₂O₃はガラスの均質化を図るために脱泡剤として添加させる成分である。各ガラスの高温粘性に応じて適量量のAs₂O₃やSb₂O₃或いはAs₂O₃＋Sb₂O₃をガラスに添加するとより均質なガラスが得られる。しかし、脱泡剤の添加量を多すぎると、ガラスの比重が上昇して比弾性率を低下させる傾向があり、また溶解用白金るつぼと反応してるつぼにダメージを与える傾向もある。そこで、その添加量は３％以下、好ましくは２％以下とすることが適当である。尚、これら脱泡剤の明らかな添加効果を得るためには、その含有量を０．２％以上とすることが好ましい。
【００４１】
P₂O₅、V₂O₅、B₂O₃、Cr₂O₃、ZnO 、SrO 、NiO 、CoO 、Fe₂O₃、CuO 等その他の成分はいずれもガラスの高温溶解性や物理的な物性を調整するときに添加される成分である。例えば、少量のP₂O₅をガラスに導入するとガラスの比弾性率は大きく変化しないのに対し、ガラスの高温粘性がかなり低くなるのでガラスの溶解を容易にする効果が大きい。また、少量のV₂O₅、Cr₂O₃、CuO 、CoO などの着色剤をガラスに添加すると、ガラスに赤外線吸収特性を持たせ、加熱ランプ照射による磁性膜の加熱処理を効果的に行うことができる。ZnO+SrO+NiO+CoO+FeO+CuO+Fe₂O₃+ Cr₂O₃+B₂O₃+P₂O₅+V₂O₅の合計は、ガラスの機械的及び熱的な物性を調整するという観点から、5 ％以下であることが適当である。
以上の成分の他に原料中の不純物、例えばFe₂O₃など及びガラスの清澄剤となるCl、F 、SO₃等はそれぞれ１％までなら含有しても、本発明のガラスの目的とする物性を実質的に損なうことはない。
【００４２】
ガラス（４）
ガラス（4）のガラス組成は、主にヤング率を大きくするために構成された組成であり、ヤング率が１１０ＧＰａ以上である。
SiO₂はガラスの網目構造形成酸化物として働き、ガラス構造の安定化、即ち失透に対する結晶化安定性を増す。またAl₂O₃などの中間酸化物とを組み合わせることによってガラスの強度、剛性度などの磁気記録媒体用基板に必要となる機械的物性を高めることができ、ガラスの耐熱性を向上させることもできる。しかし、ガラスの主成分として60％より多くのSiO₂を導入したガラス組成物には、ガラスの対衝撃性や機械強度の向上に寄与する成分であるAl₂O₃を多く導入することができないので、より大きなヤング率を有するガラスの開発にはSiO₂の含有量を６０％以下に抑える必要がある。これに対し、あまりにもSiO₂の含有量を少なく抑えると、例えば30％未満では、ガラスの結晶化安定性が相当に悪化し、量産化できるほどの安定なガラスが造れない。そこで、SiO₂の含有量は３０−６０％の範囲とする。特に３２−５５％の範囲であることが好ましい。
【００４３】
Al₂O₃はガラスに高耐熱性と高耐久性を寄与する成分としても、SiO₂と共にガラス構造の安定化及びその剛性度を高める成分としても非常に重要である。特に、Al₂O₃でSiO₂を置換してガラスに導入する場合はガラスの骨格に入り込み骨格形成成分としてガラスのヤング率や耐熱性を増大する効果が大きい。即ち、Al₂O₃はガラスのヤング率を高めるためにも耐熱性を向上させるためにも絶対欠かせない成分である。しかし、ガラスの曲げ強度や対衝撃性を一層増大させるためにY₂O₃の含有量が5％以下である場合、Al₂O₃の含有量が2％未満ではガラスのヤング率を十分に向上させられない。また、Al₂O₃を35％を超えて導入するとガラスの高温熔融性が悪化し、均質なガラスが造れない上にガラスの結晶化安定性も低下する。そこで、その含有量は2−３５％の範囲とする。特に、3−３０％の範囲であることが好ましい。
【００４４】
MgOはガラスの剛性及び強度を向上させ、高温溶解性を改良するために導入される成分である。さらに、MgOはガラスの結晶化安定性の向上やガラス均質性の改善にも寄与する。特にガラスにヤング率の向上に大きく寄与する成分としてのAl₂O₃が多く導入される場合、ガラス構造の安定化を向上させるためにも、高温粘性を低めて溶解を容易にするるためにもMgOは非常に重要な成分である。しかし、４０％を超えるMgOをガラスに導入すると、ガラスの対衝撃性と強度を高めるために多量のY₂O₃やAl₂O₃を導入したガラスでは、量産化できるほどの結晶化安定性が得られない。従って、MgOの含有量は、0-４０％の範囲であることが適当である。特に、MgOの含有量は5-３５％の範囲であることが好ましい。
【００４５】
Y₂O₃、La₂O₃、CeO₂、Pr₂O₃、Nd₂O₃、Sm₂O₃、Eu₂O₃、Gd₂O₃、Tb₂O₃、Dy₂O₃、Ho₂O₃、Er₂O₃、Tm₂O₃、Yb₂O₃などの希土類金属酸化物は、ガラスのヤング率を向上させ、結晶化安定性を高め、耐久性及び高温熔融性を改善するために添加される成分である。特にガラスの曲げ強度や対衝撃性を高めるために多くのAl₂O₃をガラスに導入する場合には、Al₂O₃の助熔剤としての希土類金属酸化物の役割が無視できない。例えば、２０％以上のAl₂O₃をガラスに導入する場合、Y₂O₃は均質なガラスの作製に必要不可欠な成分である。しかし、希土類金属酸化物は比較的高価なものであるので、所望のヤング率に応じて、なるべく少量の希土類金属酸化物を導入することが好ましい。また、希土類金属酸化物の添加量が多くなり過ぎると、ガラスのヤング率は増加するが、比重も大きく増加してしまう。これに対し適当量の希土類金属酸化物をガラスに導入するとガラスヤング率の向上に大きく寄与する。従って、希土類金属酸化物の合計の含有量は、磁気ディスク基板として使用されるガラスに要求されるヤング率に応じて１-２７％の範囲とすることが適当である。特に、希土類金属酸化物の合計の含有量は、２-２０％の範囲であることが好ましい。
【００４６】
Li₂Oはガラスの高温溶解性を改善するために非常に有用な成分である。さらに、少量のLi₂Oを導入すると、ガラスのヤング率はあまり変わらないが、比重を大幅に減少できるという利点がある。また、少量でもLi₂Oを導入したガラスは、イオン交換により化学強化することができ、高強度ガラスの製造の際に有利である。しかし、Li₂Oの導入量が多くなり過ぎるとガラスの結晶化安定性が低下する傾向がある。そこで、Li₂Oの導入量は、１５％以下であることが好ましい。尚、Li₂O の添加効果を得るという観点からは、Li₂O の含有量は2％以上であることが適当である。
【００４７】
TiO₂はガラス骨格形成成分としても修飾成分としても働き、ガラスの高温粘性を低め熔融性を改善し、構造の安定化及びその耐久性を増す。また、TiO₂は成分としてガラスに導入すると、ガラスの比重はあまり増加しないのに対し、ガラスのヤング率は大きく向上できる。特にMgOやAl₂O₃を多く導入するガラスに対しては、TiO₂はガラスの高温溶解性及び結晶化安定性を向上させ、Al₂O₃との組み合わせによってガラスのヤング率を高めることが大いに期待できる。但し、あまりにも多くのTiO₂を導入すると、ガラスの分相傾向が強まり、かえってガラスの結晶化安定性及びその均質性を悪化させる恐れがある。そこで、TiO₂の含有量は２０％以下とすることが適当である。特に、１５％以下であることが好ましい。尚、TiO₂の添加効果を得るという観点からは、TiO₂の含有量は2％以上であることが適当である。
【００４８】
ZrO₂は主にガラスの耐久性及び剛性を高めるために添加される成分である。少量のZrO₂を添加するとガラス耐熱性を向上させる効果があり、ガラスの失透に対する結晶化安定性も向上する。しかし、８％を超える量のZrO₂を導入するとガラスの高温溶解性が著しく悪化し、ガラスの表面平滑性も悪くなり、比重も増加する。そこで、ZrO₂の含有量は８％以下にすることが好ましく、６％以下であることがさらに好ましい。尚、ZrO₂の添加効果を得るという観点からは、ZrO₂の含有量は0.5％以上であることが適当である。
【００４９】
CaO、ZnO、NiO及びFe₂O₃は主にガラスの高温溶融性、結晶化安定性を改善するために導入される成分である。これらの成分は陽イオンの半径が大きく、MgOと混合してガラスに導入すると結晶化安定性を向上させる効果がある。しかし、導入量が多くなり過ぎるとガラスの比重も増大し、ヤング率も低下する傾向がある。そこで、CaO、ZnO、NiO及びFe₂O₃の合計の含有量は、１５％以下であることが好ましく、１２％以下であることがさらに好ましい。尚、これらの成分の添加効果を得るという観点からは、その合計の含有量は1％以上であることが適当である。
【００５０】
As₂O₃とSb₂O₃はガラスの均質化を図るために脱泡剤として添加される成分である。各ガラスの高温粘性に応じて適当量のAs₂O₃やSb₂O₃或いはAs₂O₃＋Sb₂O₃をガラスに添加するともっと均質なガラスが得られる。しかし、これらの脱泡剤の添加量が多過ぎると、ガラスの比重が上昇してヤング率を低下させる傾向があり、かつ溶解用白金るつぼと反応してるつぼにダメージを与える恐れもある。そこで、As₂O₃＋Sb₂O₃の添加量は２％以下であることが好ましく、1.5％以下であることがさらに好ましい。
【００５１】
SrO、CoO、Fe₂O₃、CuO、Cr₂O₃、B₂O₃、P₂O₅、V₂O₅等の成分はいずれもガラスの高温溶解性とか物理的な物性を調整するときに添加される成分である。例えば、少量のP₂O₅をガラスに導入するとガラスのヤング率に大きな変化はないのに対し、ガラスの高温粘性がかなり低くなるのでガラスの溶解を容易にする効果が大きい。また、少量のV₂O₅、Cr₂O₃、CuO、CoOなどの着色剤をガラスに添加すると、ガラスに赤外線吸収特性を持たせ、加熱ランプ照射による磁性膜の加熱処理を効果的に行うことができるZnO+SrO+NiO+CoO+FeO+CuO+Cr₂O₃+B₂O₃+P₂O₅+V₂O₅の合計は、ガラスの高温溶解性の改善とガラスの機械的・熱的物性の調整という観点から、5 ％以下であることが適当である。
【００５２】
以上の基本成分の他に原料中の不純物例えばガラスの清澄剤となるCl、F、SO₃等はそれぞれ１％までなら含有しても本発明のガラス組成物の主旨を損ねることがない。
【００５３】
ガラス（５）
ガラス（５）のガラス組成は、主にヤング率を大きくし、液相温度を低くして小さくするために構成された組成であり、例えば、ヤング率が１００ＧＰａ以上であり、液相温度が１２５０℃以下である。
TiO₂は、比重を著しく上昇させることなしにヤング率をを向上させることができる必須の成分であり、５モル％以上添加することで、このような効果を得ることができる。しかし、３０モル％を超えるとがき耐失透性が悪化し、容易に製造できる１２５０℃以下の液相温度が得られない傾向がある。そこで、TiO₂は、5-30モル％の範囲であることが適当である。好ましくは、６−２５モル％の範囲である。
【００５４】
Al₂O₃は、ヤング率の向上には寄与しないが、ガラスの液相温度低下、分相傾向の抑制、作業温度領域での粘性の向上、化学強化特性の向上に有効である。しかし、１０モル％を超えて添加すると逆に著しい液相温度の上昇と、溶解性の悪化による未溶解物の生成を引き起こす傾向がある。そこで、Al₂O₃は、０−１０モル％の範囲であることが適当である。
SiO₂は、ガラス構造を形成する必須の成分である。１２５０℃以下の液相温度を得るには、含有量が３５モル％以上であることが適当である。但し、６０モル％を超えるとヤング率が１００ＧＰａ以下に低下する。そこで、SiO₂は、３５−６０モル%の範囲であることが適当である。好ましくは、３５−５０モル％の範囲である。
【００５５】
MgO及びCaOは、共にヤング率を上昇させる成分である。さらにMgOとCaOとを比べると、 MgOは、液相温度を上げる働きと比重を下げる働きとがあり、CaOは、液相温度を低下させる働きと比重を上げる働きがある。１２５０℃以下の液相温度を得るという観点からは、CaOを１〜４５モル％の範囲とすくことが好ましい。さらに、１１０ＧＰａ以上のヤング率を得るには、MgO及びCaOの合計含有量を１０モル％以上とすることが適当である。但し、４５モル％を超えるとガラス化が困難になる傾向がある。よって、MgO＋CaOは、１０−４５モル％の範囲とすることが適当である。
【００５６】
Na₂Oはヤング率を低下させるが、液相温度も低下させる効果がある成分であり、TiO₂が共存する場合に特に有効である。TiO₂が多量に含まれるガラスの場合でもNa₂Oを添加することにより、液相温度を１２５０℃以下にすることができる。さらに、熱膨張係数を大きくする効果も有るので、Na₂O量を調整することにより、ドライブモーターのスピンドルに固定するクランプに使用されるステンレス合金に近似させることもできる。一方、Li₂Oはヤング率を低下させることなく、ガラスの高温粘性を下げて溶解を容易にする成分である。しかし、Li₂Oは、Na₂Oに比べて、液相温度を低下させる効果及び熱膨張係数を大きくする効果は小さい。そこで、Li₂O とNa₂Oの合計含有量は３−３０％の範囲とすることで、ヤング率、液相温度及び熱膨張係数を調節することができる。
【００５７】
イオン交換層の説明
本発明のガラス基板は、少なくとも基板の表面にイオン交換層を有する。基板の表面とは、平板状であるガラス基板の２つの対向する平面を形成する面を意味する。
イオン交換層は、ガラス基板を構成するガラスに本来含まれる二価金属酸化物を構成する二価金属イオンより大きいイオン半径を有するアルカリ金属イオン又は二価金属イオンを含有する。即ち、イオン交換層は、二価金属酸化物を構成する二価金属イオンの少なくとも一部が、この二価金属イオンより大きいイオン半径を有するアルカリ金属イオン又は二価金属イオンで置換されることにより形成されている。
【００５８】
二価金属酸化物を構成する二価金属イオンより大きいイオン半径を有するアルカリ金属イオン及び二価金属イオンとしては、例えば、Ｎａイオン、Ｋイオン、Ｚｎイオン、Ｃａイオン、Srイオン、及びBaイオンからなる群から選ばれる少なくとも一種のイオンを挙げることができる。これらのイオンの大小関係は以下のとおりである。
【００５９】
【化１】
Li⁺<Na⁺<K⁺
Mg²⁺< Zn²⁺<Ca²⁺< Sr²⁺<Ba²⁺
Mg²⁺<Li⁺<Zn²⁺<Ca²⁺<Na⁺<Sr²⁺<K⁺<Ba²⁺
【００６０】
上記のように、Ｍｇイオンがもっともイオン半径が小さく、多量のMgOをガラスに導入することで、イオン交換速度を促進し、ガラスの化学強化の効果を大幅に増幅することができる。しかし、４５％以上のMgOをガラスに導入すると量産化できるほどの結晶化安定性をもつガラスが造れない傾向がある。また、MgOの含有量が５％より少ないとイオン交換が不十分となり、所望の曲げ強度が得られない場合がある。そこて、MgOの導入量は５−４５％の範囲であることが適当である。特に１０〜４０％の範囲で好ましい。
【００６１】
イオン交換層の形成方法については後述するが、イオン交換層は、曲げ強度が２５Ｋｇ／ｍｍ²以上となるように形成する。イオン交換層形成前のガラス基板の曲げ強度は、ガラスの種類により異なるが、通常10〜14Ｋｇ／ｍｍ²程度である。イオン交換層形成による曲げ強度は、イオン交換される二価金属酸化物及びイオン交換により導入されるアルカリ金属イオン及び二価金属イオンの種類及びイオン交換の程度(濃度及び層の厚み)等により異なるが、適宜選択することができる。
イオン交換層形成による曲げ強度は好ましくは30Ｋｇ／ｍｍ²以上である。
【００６２】
ガラス基板の製造方法
本発明のイオン交換層を有するガラス基板の製造方法では、アルカリ金属酸化物を含有しないか、または５モル％以下のNa₂O及び／又は１０モル％以下のLi₂O（但し、Na₂OとLi₂Oの合計含有量は１０モル％以下である）を含有し、少なくとも１種の二価金属酸化物を含有するガラス基板を用いる。このガラス基板は、前記本発明のガラス基板の説明において挙げたガラスを用いて形成したものであることができ、例えば、前記ガラス（１）〜（５）を用いて形成したものであることができる。さらに、上記ガラス基板は、磁気ヘッドの低浮上化やディスク回転の高速化に対応可能な高比弾性率又は高ヤング率という観点からは、36×10⁶Nm/kg以上の比弾性率Ｇ又は１１０ＧＰａ以上のヤング率を有することが好ましい。
【００６３】
本発明の製造方法では、上記ガラス基板を、基板中に含まれる二価金属酸化物を構成する二価金属イオンより大きいイオン半径を有するアルカリ金属イオン又は二価金属イオンを含有する溶液に浸漬して、基板の少なくとも表面にイオン交換層を形成する。
イオン交換によりガラスに導入するイオンは、基板中に含まれる二価金属酸化物を構成する二価金属イオンより大きいイオン半径を有する金属イオンであり、例えば、Ｌｉイオン、Ｎａイオン、Ｋイオン、Ｚｎイオン、Ｃａイオン、Srイオン、及びBaイオンからなる群から選ばれる少なくとも一種を挙げることができる。
前述のように、これらのイオンの大小関係は以下のとおりである。
【００６４】
【化２】
Li⁺<Na⁺<K⁺
Mg²⁺< Zn²⁺<Ca²⁺< Sr²⁺<Ba²⁺
Mg²⁺<Li⁺<Zn²⁺<Ca²⁺<Na⁺<Sr²⁺<K⁺<Ba²⁺
【００６５】
Ｍｇイオンがもっともイオン半径が小さく、次いでＺｎイオン、Ｃａイオンがイオン半径が小さい。従って、ガラスに含まれる二価金属酸化物は、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＺｎＯから選ばれる１種又は２種以上であることが好ましい。特に、多量のMgOをガラスに導入することで、イオン交換速度を促進し、ガラスの化学強化の効果を大幅に増幅することができる。
【００６６】
MgOを含むガラスの場合、Liイオン、Naイオン、Kイオン、Znイオン、Caイオン、Srイオン、又はBaイオンを含有する溶液に浸漬することでイオン交換することができる。また、ＣａＯを含むガラスの場合、Naイオン、Srイオン、又はBaイオンを含有する溶液に浸漬することでイオン交換することができる。さらに、ＺｎＯを含むガラスの場合、Naイオン、Caイオン、Srイオン、又はBaイオンを含有する溶液に浸漬することでイオン交換することができる。
【００６７】
溶液への浸漬は、例えば、４００℃以上の温度で行うことができ、好ましくは５００〜７５０℃の範囲である。尚、ガラスに含まれるアルカリ成分を少なくすると、ガラス転移点が高いもの（５００〜９００℃）を得ることができる。ガラス転移点温度が高いガラスに対しては、イオン交換処理温度を高くすることができ、イオン交換を効果的に促進することができる。また、浸漬時間は、所望の曲げ強度により適宜選択することができるが、例えば、６０〜３６０分程度である。
【００６８】
また、Liイオン、Naイオン、Kイオン、 Znイオン、Caイオン、Srイオン、又はBaイオンを含有する溶液としては、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、硝酸カルシウム、硝酸ストロンチウム、硝酸バリウム及びその混合硝酸塩を含有する処理浴を用いるのが好ましいが、硝酸塩に限定されるものではなく、硫酸塩、重硫酸塩、炭酸塩、重炭酸塩ハロゲン化物などを用いてもよい。
イオン交換用溶液がLiイオン、Naイオン、Kイオン、 Znイオン、Caイオン、Srイオン、及びBaイオンを含む場合には、 Naイオン、Kイオン、Caイオン、Srイオン、及びBaイオンがガラス中のLiイオンまたはＭｇイオンと次のようにイオン交換する。
【００６９】
【化３】
Li⁺（ガラス）⇔Na⁺or K⁺（処理浴）
Ｍｇ⁺²（ガラス）⇔2Na⁺（処理浴）
Ｍｇ⁺²（ガラス）⇔2K⁺（処理浴）
Ｍｇ⁺²（ガラス）⇔Ca⁺²（処理浴）
Ｍｇ⁺²（ガラス）⇔Sr⁺²（処理浴）
Ｍｇ⁺²（ガラス）⇔Ba⁺²（処理浴）
Ｍｇ⁺²（ガラス）⇔Zn⁺²（処理浴）
【００７０】
このイオン交換により、ガラス表面層部のアルカリ金属イオンまたは２価金属イオンが、イオン半径のより大きなアルカリ金属イオンまたは２価金属イオンに置き換わり、ガラス表層部に圧縮応力層が形成されてガラスが化学強化される。上述のように本発明で用いる化学強化用ガラスは、高いヤング率または高い比弾性率を有し、優れたイオン交換性能をもち、曲げ強度も高いので、得られた化学強化ガラスは破壊耐性を有する。従って、この化学強化ガラスからなる本発明の磁気記録基板も優れた破壊耐性を有する。
【００７１】
本発明のガラス基板は、例えば上述の化学強化用ガラスディスク状などの磁気記録媒体用基板の形状に加工後、上記本発明の方法により化学強化したものであることが好ましい。
本発明のガラス基板は、高ヤング率または高比弾性率を有し、耐熱性、表面平滑性、化学耐久性、光学的性質及び機械的強度に優れている。従って、例えば、磁気記録媒体等の情報記録媒体用の基板として好適である。さらに、光磁気ディスク用のガラス基板や光ディスクなどの電子光学用ガラス基板、次世代LCDとして期待される低温多結晶シリコン液晶表示装置用の耐熱性基板、或いは電気・電子部品用のガラス基板としても好適に使用できる。
【００７２】
磁気ディスクの説明
本発明の磁気記録媒体は、上述した本発明のガラス基板の主表面に、少なくとも磁性層を形成した磁気ディスク（ハードディスク）である。この磁気ディスクについて以下に説明する。
磁性層以外の層としては、機能面から、下地層、保護層、潤滑層、凹凸制御層などが挙げられ、必要に応じて形成される。これらの各層の形成には各種薄膜形成技術が利用される。
磁性層の材料は特に制限されない。磁性層としては、例えば、Co系の他、フェライト系、鉄−希土類系などが挙げられる。磁性層は、水平磁気記録、垂直磁気記録のいずれの磁性層でもよい。
磁性層としては、具体的には、例えば、Coを主成分とするCoPt、CoCr、CoNi、CoNiCr、CoCrTa、CoPtCrやCoNiCrPt、CoNiCrTa、CoCrPtTa、CoCrPtSiO などの磁性薄膜が挙げられる。また、磁性層を非磁性層で分割してノイズ低減を図った多層構成としてもよい。
【００７３】
磁性層における下地層は、磁性層に応じて選択される。下地層としては、例えば、Cr、Mo、Ta、Ti、Ｗ、Ｖ、Ｂ、Alなどの非磁性金属から選ばれる少なくとも一種以上の材料、又はそれらの金属の酸化物、窒化物、炭化物等からなる下地層等が挙げられる。Coを主成分とする磁性層の場合には、磁気特性向上の観点からCr単体やCr合金であることが好ましい。下地層は単層とは限らず、同一又は異種の層を積層した複数層構造とすることもできる。例えば、Al／Cr／CrMo、Al／Cr／Cr等の多層下地層等が挙げられる。
【００７４】
また、基板と磁性層の間又は磁性層の上部に、磁気ヘッドと磁気ディスクが吸着することを防止するための凹凸制御層を設けてもよい。この凹凸制御層を設けることによって、磁気ディスクの表面粗さは適度に調整されるので、磁気ヘッドと磁気ディスクが吸着することがなくなり、信頼性の高い磁気ディスクが得られる。凹凸制御層の材料及び形成方法は多種知られており、特に制限されない。例えば、凹凸制御層の材料としては、Al、Ag、Ti、Nb、Ta、Bi、Si、Zr、Cr、Cu、Au、Sn、Pd、Sb、Ge、Mgなどから選ばれる少なくとも一種以上の金属、又はそれらの合金、あるいは、それらの酸化物、窒化物、炭化物等からなる下地層等が挙げられる。形成が容易であるという観点からは、Al単体やAl合金、酸化Al、窒化AlといったAlを主成分とする金属であることが望ましい。
【００７５】
また、ヘッドスティクションを考慮すると、凹凸形成層の表面粗さは、Rmax＝５０〜３００オングストロームであることが好ましい。より好ましい範囲は、Rmax＝１００〜２００オングストロームである。Rmaxが５０オングストローム未満の場合、磁気ディスク表面が平坦に近いため、磁気ヘッドと磁気ディスクが吸着し、磁気ヘッドや磁気ディスクが吸着し、磁気ヘッドや磁気ディスクが傷ついてしまったり、吸着によるヘッドクラッシュを起こすので好ましくない。また、Rmaxが３００オングストロームを超える場合、グライド高さ（グライドハイト）が大きくなり記録密度の低下を招くので好ましくない。
尚、凹凸制御層を設けずに、ガラス基板表面に、エッチング処理やレーザー光の照射等の手段で凹凸を付け、テクスチャリング処理を施してもよい。
【００７６】
保護層としては、例えば、Cr膜、Cr合金膜、炭素膜、ジルコニア膜、シリカ膜等が挙げられる。これらの保護膜は、下地層、磁性層等とともにインライン型スパッタ装置等で連続して形成できる。また、これらの保護膜は、単層としてもよく、あるいは、同一又は異種の膜からなる多層構成としてもよい。
上記保護層上に、あるいは上記保護膜に替えて、他の保護層を形成してもよい。例えば、上記保護層上にテトラアルコキシランをアルコール系の溶媒で希釈した中に、コロイダルシリカ微粒子を分散して塗布し、さらに焼成して酸化ケイ素（SiO₂）膜を形成してもよい。この場合、保護膜と凹凸制御層の両方の機能を果たす。
潤滑層としては多種多様な提案がなされているが、一般的には、液体潤滑剤であるパーフルオロポリエーテルをフレオン系などの溶媒で希釈し、媒体表面にディッピング法、スピンコート法、スプレイ法によって塗布し、必要に応じて加熱処理を行って形成する。
【００７７】
【実施例】
以下、本発明を実施例によりさらに説明する。
実施例１〜９
実施例１〜９は、本発明のガラス基板の製造に用いる化学強化用ガラス及び化学強化ガラスの製造例である。
これらのガラスを溶解する際の出発原料としては、SiO₂、Al₂O₃、Al(OH)₃、MgO 、CaCO₃、Y₂O₃、TiO₂、ZrO₂、Li₂CO₃など、通常使用されている酸化物、炭酸塩、硝酸塩、水酸化物等を用いた。これらの原料を、表１及び表２に示した所定の割合に０．３−１８．０Kg秤量し、十分に混合して調合バッチと成し、これを白金るつぼに入れ、１５５０−１６００℃で空気中、５〜時間ガラスの溶解を行った。熔融後、ガラス融液をサイズ１８０×１５×２５mm或いは３００×２５０×６０のカーボンの金型に流し、ガラスの転移点温度まで放冷してから直ちにアニール炉に入れ、ガラスの転移温度範囲で約１時間アニールして炉内で室温まで放冷した。得られたガラスは顕微鏡で観察できる結晶が析出しなかった。
【００７８】
３００×２５０×６０ｍｍサイズのガラスを５０×１５×１ｍｍサイズ及びφ９５mmx厚み０．８mmディスク状のガラスに研磨して化学強化用ガラスを得た。これらのガラスを５５０〜６５０℃の温度に保ったKNO₃硝酸塩、60%KNO₃と40%NaNO₃、85%KNO₃と15%Ca(NO₃)₂及び85%KNO₃と15%Sr(NO₃)₂などの混合硝酸塩の処理浴に４〜１６時間浸漬して、ガラス表面層のLiやNaなどのアルカリイオンまたはＭｇなどアルカリ土類イオンを、前期処理浴中のNa、K、Ca、Zn及びSrイオンとそれぞれイオン交換させ、化学強化した。このようにして実施例１〜９の９種類の化学強化ガラスを得た。これらの化学強化ガラスの曲げ強度を化学強化前の曲げ強度とともに、表１及び2の特性欄に示した。
【００７９】
１８０×１５×２５mmサイズのガラスを１００×１０×１０mm、１０×１０×２０mm、１０×１×２０mmに研磨した後、ヤング率、比重、DSCの測定サンプルとした。DSCの測定は１０×１×２０mmの板状ガラスを１５０メッシュの粉末に磨き、５０mgを秤量して白金パンに入れ、MACー３３００型DSC装置を用いて行われた。ヤング率の測定は１００×１０×１０mmのサンプルを用いて超音波法で行った。測定で得られたデータをガラスの組成と共に表１及び2に示した。
なお、比較のため、特許公報第2516553号に開示された市販のTS10結晶化ガラス基板を比較例１として、表2にその特性を記載する。
【００８０】
【表１】

【００８１】
【表２】

【００８２】
表１及び２から明らかなように、実施例１〜９の化学強化ガラス基板はヤング率や比弾性率などガラスの強度特性が大きいことから、磁気記録媒体用基板として使用した場合、このガラス基板が高速回転しても、基板に反りやブレが生じにくく、より基板の薄型化にも対応できることが分かる。さらに、これらのガラスの表面粗度（Ra）を５Å以下に研磨することができ、平坦性に優れているので、磁気ヘッドの低浮上化を図ることができ、磁気記録媒体用ガラス基板として有用である。
これに対し、比較例１の結晶化ガラス基板は、曲げ強度本発明のガラスとほぼ同程度で優れているものの、ヤング率が本発明のガラス基板に比べかなり劣るため、基板の薄型化や高速回転化に対応できない。特に基板の平滑性が大きな結晶粒子の存在によって損なわれるので、高密度記録化を図ることができない。
【００８３】
前述した実施例１−９で得られた化学強化用ガラスについて、3.5磁気ディスク基板の形状（φ95mm、中心孔部径φ 25mm、厚み0.8mm）に成形し、その後、前述の実施例１−９で述べた方法で化学強化して化学強化ガラスからなる磁気ディスク基板を得た。これらの化学強化ガラス基板をディスク装置にセットして、３５０００rpmで基板を回転させても破壊しなかった。この基板上に磁気膜を付けたディスクでも３５０００rpmの回転では破壊しなかった。
【００８４】
実施例１０（磁気ディスクの製造方法）
磁気ディスクの製造方法に関しては、図１に示すように本発明のディスク１は、上記の実施例５の化学強化ガラス基板２上に、順次、凸凹制御層３、下地層４、磁気層５、保護層６、潤滑層７を形成したものである。
各層について具体的に説明すると、基板１は、外円径47.5mm、内円径22.5mm、厚み0.8mmの円板上に加工したものであって、その両主表面を表面粗さRa＝４オングストローム、Rmax=３５オングストロームとなるように精密研磨したものである。
凸凹制御層は、平均粗さ５０オングストローム、表面粗さRmaxが１５０オングストローム、窒素の含有量が５−３５％のAlNの薄膜である。
下地層は、厚さ約６００オングストロームのCrVの薄膜で、組成比はCr：83at%、V：17at%である。
磁気層は、厚さ約３００オングストロームのCoPtCrの薄膜で、組成比はCo：76at%、Pt：6.6at%、Cr：17.4at%である。
保護層は、厚さ約１００オングストロームのカーボン薄膜である。
潤滑層は、パーフルオロポリエーテルからなる潤滑層をスピンコート法によって、カーボン保護層に塗布して厚さ８オングストロームに形成したものである。
【００８５】
次に本発明の一実施例に関わる磁気ディスクの製造方法について説明する。
まず、実施例５で製造した化学強化ガラスを、外円径47.5mm、内円径22.5mm、厚み0.8mmの円板上に研削加工し、その両主表面を粗さがRa＝４オングストローム、Rmax=３５オングストロームとなるように精密研磨し、化学強化して磁気ディスク用ガラス基板を得る。
次いで、上記化学強化ガラス基板を基板ホルダーにセットした後、インラインスパッタ装置の仕込み室に送り込む。続いて、化学強化ガラス基板のセットされたホルダーを、Alターゲットがエッチされた第一チャンバーに送り込み、圧力４mtorr、基板温度３５０℃、Ar+N2ガス雰囲気でスパッタリングする。その結果、化学強化ガラス基板上に、表面粗さRmax１５０オングストローム、薄膜厚み５０オングストロームのAlN薄膜（凸凹層）が得られた。
【００８６】
次に、AlNが成膜された化学強化ガラス基板のセットされたホルダーをCrV（ Cr：83at%、V：17at%）ターゲットが設置された第二チャンバー、CoPtCr（ Co：76at%、Pt：6.6at%、Cr：17.4at%）ターゲットが設置された第三チャンバーに連続的に順次に送り込み、基板上にに成膜する。これらの膜は、圧力２mtorr、基板温度３５０℃、Ar雰囲気でスパッタリングし、薄膜厚約６００オングストロームのCrV下地層、薄膜厚約３００オングストロームのCoPtCr磁気層を得る。
次いで、凸凹制御層、下地層、磁性層が形成された積層体を、加熱処理するための加熱ヒーターが設けられた第四チャンバーに送り込む。このとき第四チャンバー内をArガスmtorr）雰囲気にし、熱処理温度を変化させて熱処理を行う。
【００８７】
上記基板をカーボンターゲットが設置された第五チャンバーに送り込み、Ar+H₂（H₂=6%）雰囲気中で成膜した以外は上記CrV下地層、CoPtCr磁性層と同じ成膜条件で、薄膜厚約１００オングストロームのカーボン保護層を得る。
最後に、カーボン保護層の形成までを終えた基板を上記インラインセンススパッタ装置から取り出し、そのカーボン保護層の表面に、ディッピング法によってパーフルオロポリエーテルを塗布して厚８オングストロームの潤滑層を形成して磁気ディスクを得た。
以上、好ましい実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではない。
【００８８】
【発明の効果】
本発明のガラスを用いることで、無アルカリガラスまたは低アルカリガラスであっても、イオン交換層を形成して曲げ強度が２５Ｋｇ／ｍｍ²以上のガラス基板を提供することができる。本発明によれば、36×10⁶Nm/kg以上の高い比弾性率または１１０ＧＰａ以上の大きなヤング率を有する無アルカリガラスまたは低アルカリガラスであっても、イオン交換層を形成して曲げ強度が２５Ｋｇ／ｍｍ²以上のガラス基板を提供することができる。さらに、７００℃以上の高い転移温度（高い耐熱性）を有し、優れた表面平滑性（表面粗さＲａ＜９オングストローム）を有するガラス基板であって、曲げ強度が２５Ｋｇ／ｍｍ²以上の強度の大きいガラスを提供することもできる。
また、本発明のガラスは耐熱性に優れるため、磁気膜の特性向上に必要な熱処理を基板が変形すること無しに施すことができ、平坦性に優れるため、磁気ヘッドの低浮上化即ち高密度記録化が達成でき、比弾性率及び強度が大きいので、磁気ディスクの薄型化を達成できると共に磁気ディスクの破損も避けられる。さらにガラスとしても比較的安定に得ることができ、工業的規模での生産が容易であるため、安価な次世代磁気記録媒体用基板ガラスとして大いに期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガラス基板２上に、順次、凹凸制御層３、下地層４、磁性層５、保護層６、潤滑層７を形成した磁気ディスク１の概略断面図。BACKGROUND OF THE INVENTION
[0001]
The present invention is a glass suitably used for a substrate for an information recording medium such as a magnetic disk or an optical disk, a heat-resistant substrate for a low-temperature polycrystalline silicon liquid crystal display device expected as a next-generation LCD, or a substrate for electric or electronic parts. The present invention relates to a substrate, a manufacturing method thereof, and an information recording medium using the glass substrate. Particularly suitable for information recording medium substrates having high specific modulus and / or Young's modulus and high heat resistance, high surface smoothness when used as substrates, and high bending strength. The present invention relates to a substrate, a manufacturing method thereof, and an information recording medium using the glass substrate.
[0002]
[Prior art]
The main components of a magnetic storage device such as a computer are a magnetic recording medium and a magnetic head for magnetic recording and reproduction. As a magnetic recording medium, a flexible disk and a hard disk are known. Among these, examples of substrate materials for hard disks (magnetic disks) include aluminum substrates, glass substrates, ceramic substrates, and carbon substrates. However, practically, an aluminum substrate and a glass substrate are mainly used depending on the size and application.
Recently, the flying height of a magnetic head has been remarkably reduced with the downsizing of hard disk drives for notebook personal computers and the increase in the density of magnetic recording. Accordingly, extremely high accuracy has been required for the surface smoothness of the magnetic disk substrate. However, in the case of an aluminum alloy, since the hardness is low, even if polishing is performed using a highly accurate abrasive and machine tool, the polished surface is plastically deformed. It is difficult to manufacture. Even if nickel-phosphorus plating is applied to the surface of the aluminum alloy, the surface roughness Ra cannot be made 20 angstroms or less. In addition, as the size and thickness of hard disk drives progress, it is strongly required to reduce the thickness of the magnetic disk substrate. However, since the aluminum alloy has low strength and rigidity, it is difficult to make the disk thin while maintaining a predetermined strength required from the specifications of the hard disk drive.
[0003]
Therefore, a magnetic disk glass substrate having high strength, high rigidity, high impact resistance, and high surface smoothness has appeared. Glass substrates are attracting attention as current and future substrates because of their excellent surface smoothness and mechanical strength. As the glass substrate, for example, a chemically tempered glass substrate whose substrate surface is strengthened by an ion exchange method, a crystallized glass substrate subjected to crystallization treatment, and an alkali-free glass substrate substantially free of alkali are well known. Yes.
[0004]
For example, as a chemically tempered glass substrate, Japanese Patent Laid-Open No. 1-239036 (hereinafter referred to as Prior Art 1) describes SiO in weight%.₂60-70%, Al₂O_Three0.5-14%, R₂10 to 32% of O (where R is an alkali metal), 1 to 15% of ZnO, B₂O_ThreeThere is disclosed a glass substrate for a magnetic disk that is reinforced by forming a compressive stress layer on the surface of a glass substrate by ion-exchange of glass containing 1.1 to 14%.
[0005]
However, a glass subjected to chemical strengthening by ion exchange contains a large amount of alkali components. Therefore, when used for a long time in a high temperature and high humidity environment, alkali ions are precipitated from the thin part of the magnetic film such as the pinhole part of the magnetic film or the peripheral part of the magnetic film or the exposed part of the glass, and this serves as a trigger for the magnetic film. Have been found to be corroded or altered. Therefore, recently, in order to solve this problem, glass substrates for magnetic disks made of non-alkali glass have been disclosed (see, for example, JP-A-8-169724 and JP-A-9-12333).
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, it has been considered that such alkali-free glass does not contain an alkali metal and cannot be chemically strengthened. As a result, sufficient strength could not be obtained, or it was necessary to perform strengthening by a method other than chemical strengthening.
In addition, with recent miniaturization, thinning, and high recording density of hard disks, the magnetic head has been lowered and the disk rotation speed has been rapidly increased. For this reason, there is a stricter demand for reducing the influence of the deflection of the disk substrate material. However, many conventional ion exchange tempered substrate glasses introduce a large amount of alkali ions into the glass for ion exchange. Therefore, most tempered glass has low specific modulus and Young's modulus, so that the rotation speed of the magnetic disk is high. Cannot respond to As a result of studying glass with a high specific modulus and a high Young's modulus over many years, the present inventors have found that it is preferable to use a low alkali glass that does not contain a large amount of alkali. And it is necessary to strengthen such glass.
Accordingly, an object of the present invention is a glass substrate made of a low alkali glass (including non-alkali glass) having a high specific elastic modulus or a high Young's modulus that can cope with a low flying height of a magnetic head and a high speed of disk rotation. Another object of the present invention is to provide a glass substrate having high bending strength subjected to chemical strengthening by ion exchange and a method for producing the same.
Furthermore, an object of the present invention is to provide an information recording medium using a glass substrate having a high specific elastic modulus or a high Young's modulus that can cope with a low flying height of a magnetic head and a high speed of disk rotation and a high bending strength. It is to provide.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is as follows.
[Claim 1] A glass substrate having an ion exchange layer on at least the surface of the substrate,
The portion other than the ion exchange layer does not contain an alkali metal oxide,
The portion other than the ion exchange layer contains one or more divalent metal oxides selected from MgO, CaO, SrO and ZnO,
The ion exchange layer contains an alkali metal ion or a divalent metal ion having an ionic radius larger than a divalent metal ion constituting the divalent metal oxide;
Alkali metal ions and divalent metal ions having an ionic radius larger than the divalent metal ions constituting the divalent metal oxide are Li ions, Na ions, K ions, Zn ions, Ca ions, Sr ions, and Ba ions. At least one selected from the group consisting of:
And bending strength is 25Kg / mm²A substrate characterized by the above.
[Claims2In the ion exchange layer, at least a part of the divalent metal ions constituting the divalent metal oxide is replaced with alkali metal ions or divalent metal ions having an ionic radius larger than the divalent metal ions. Claims formed1The substrate described.
[Claims3] Does not contain alkali metal oxides,
A glass substrate containing one or more divalent metal oxides selected from MgO, CaO, SrO and ZnO,
Li ion, Na ion, K ion, Zn ion, Ca ion, Sr ion, and Ba ion that are alkali metal ions or divalent metal ions having an ionic radius larger than the divalent metal ions constituting the divalent metal oxide A method for producing a glass substrate, comprising a step of immersing in a liquid containing at least one selected from the group consisting of and forming an ion exchange layer on at least the surface of the substrate.
[Claims4] The substrate on which the ion exchange layer is formed is 25 kg / mm.²The ion exchange conditions are selected so as to have the above bending strength.3The manufacturing method as described in.
[Claims5]liquidThe immersion is performed at a temperature of 400 ° C or higher.3-4The manufacturing method of any one of these.
[Claims6Claim3-5A chemically strengthened glass substrate produced by the production method according to any one of the above.
[Claims7] Claims 1 to2 and 6An information recording medium substrate comprising the glass substrate according to any one of the above.
[Claims8An information recording medium comprising at least a substrate and an information recording unit, wherein the substrate is claimed7An information recording medium, which is the substrate described in 1.
[Claims9The information recording medium is a magnetic recording medium.8The information recording medium described in 1.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Glass substrate
The glass substrate of the present invention is a glass substrate having an ion exchange layer on at least the surface of the substrate. Further, in this glass substrate, the portion other than the ion exchange layer does not contain an alkali metal oxide or 5 mol% or less of Na.₂O and / or Li up to 10 mol%₂O (however, Na₂O and Li₂The total content of O is 10 mol% or less) and at least one divalent metal oxide. That is, non-alkali glass or low alkali glass. Moreover, as a bivalent metal oxide, the 1 type, or 2 or more types of oxide chosen from MgO, CaO, SrO, and ZnO can be mentioned, for example. In addition, the content of these divalent metal oxides is preferably, for example, 5 mol% or more in forming the ion exchange layer. However, the upper limit of the content of the divalent metal oxide is preferably 45 mol% in forming the glass. Furthermore, the content of the divalent metal oxide is preferably in the range of 10 to 40 mol%.
In addition, there is no restriction | limiting in particular in the shape and dimension of a glass substrate, According to the use of a glass substrate, it can determine suitably.
In addition, the glass substrate of the present invention is 36 × 10 from the viewpoint of high specific modulus or high Young's modulus that can cope with low flying height of the magnetic head and high speed of disk rotation.⁶It is preferable to have a specific modulus G of Nm / kg or more or a Young's modulus of 110 GPa or more.
[0009]
Explanation of glass composition
Examples of the glass forming a glass substrate having a high specific modulus or a high Young's modulus include glasses having the following composition. These glasses include alkali-free and low alkali.
Glass (1): As an oxide constituting glass, expressed in mol%, SiO₂: 25-52%, Al₂O_Three: 5-35%, MgO: 15-45%, Y₂O_Three: 0-17%, TiO₂: 0-25%, ZrO₂: 0-8%, CaO: 1-30%, Y₂O_Three+ TiO₂+ ZrO₂+ CaO: 5-30%, B₂O_Three+ P₂O_Five: Having a composition of 0-5% and a specific modulus of 36 × 10⁶Glass that is Nm / kg or more. This glass is also₂O_Three+ Sb₂O_Three: 0-3%, ZnO + SrO + NiO + CoO + FeO + CuO + Fe₂O_Three+ Cr₂O_Three+ B₂O_Three+ P₂O_Five+ V₂O_Five: 0-5% may be contained.
Glass (2): As an oxide constituting glass, expressed in mol%, SiO₂: 25-50%, Al₂O_Three: 10-37%, MgO: 5-40%, TiO₂: It has a composition of 1-25% and specific modulus is 36 × 10⁶Glass that is Nm / kg or more. This glass is also Y₂O_Three: 0-17%, ZrO₂: 0-8%, CaO: 0-25%, As₂O_Three+ Sb₂O_Three: 0-3%, ZnO + SrO + NiO + CoO + FeO + CuO + Fe₂O_Three+ Cr₂O_Three+ B₂O_Three+ P₂O_Five+ V₂O_Five: 0-5% may be included.
Glass (3): As an oxide constituting glass, expressed in mol%, SiO₂: 25-50%, Al₂O_Three: 20-40%, CaO: 8-30%, Y₂O_Three: It has a composition of 2-15% and specific elastic modulus is 36 × 10⁶Glass that is Nm / kg or more. This glass also has MgO: 0-20%, TiO₂: 0-25%, Li₂O: 0-10%, As₂O_Three+ Sb₂O_Three: 0-3%, ZnO + SrO + NiO + CoO + FeO + CuO + Fe₂O_Three+ Cr₂O_Three+ B₂O_Three+ P₂O_Five+ V₂O_Five: 0-5% may be included.
[0010]
Glass (4): As an oxide constituting the glass, expressed in mol%, SiO₂: 30-60%, Al₂O_Three: 2-35%, MgO: 0-40%, Li₂O: 0-10%, Y₂O_Three: 0-27%, La₂O_Three: 0-27%, CeO₂: 0-27%, Pr₂O_Three: 0-27%, Nd₂O_Three: 0-27%, Sm₂O_Three: 0-27%, Eu₂O_Three: 0-27%, Gd₂O_Three: 0-27%, Tb₂O_Three: 0-27%, Dy₂O_Three: 0-27%, Ho₂O_Three: 0-27%, Er₂O_Three: 0-27%, Tm₂O_Three: 0-27%, Yb₂O_Three: 0-27%, Y₂O_Three+ La₂O_Three+ CeO₂+ Pr₂O_Three+ Nd₂O_Three+ Sm₂O_Three+ Eu₂O_Three+ Gd₂O_Three+ Tb₂O_Three+ Dy₂O_Three+ Ho₂O_Three+ Er₂O_Three+ Tm₂O_Three+ Yb₂O_Three: 1-27%, Li₂O + MgO + Y₂O_Three+ La₂O_Three+ CeO₂+ Pr₂O_Three+ Nd₂O_Three+ Sm₂O_Three+ Eu₂O_Three+ Gd₂O_Three+ Tb₂O_Three+ Dy₂O_Three+ Ho₂O_Three+ Er₂O_Three+ Tm₂O_Three+ Yb₂O_ThreeGlass having a composition of> 25% and a Young's modulus of 110 GPa or more. This glass is also TiO₂: 0-20%, ZrO₂: 0-8%, but TiO₂+ ZrO₂: 0-20%, CaO: 0-15%, ZnO: 0-15%, NiO: 0-15%, Fe₂O_Three: 0-15%, but CaO + ZnO + NiO + Fe₂O_Three: 0-15% can be included. In addition, As₂O_Three+ Sb₂O_Three: 0-2%, B₂O_Three+ P₂O_Five+ Nb₂O_Five+ V₂O_Five+ Cr₂O_Three+ Ga₂O_Three+ CoO + SrO + BaO + FeO + CuO + MnO + Na₂O: 0-8% may also be included.
Glass (5): In terms of mol% as an oxide constituting glass, TiO₂: 5-30%, Al₂O_Three: 0-10%, SiO₂: 35-60%, (MgO + CaO): 10-45%, CaO being 1-45%, (Li₂O + Na₂O): Glass having a composition of 3-30%.
[0011]
Glass (1)
The glass composition of the glass (1) is a composition mainly configured to increase the specific elastic modulus, and the specific elastic modulus G is 36 × 10 6.⁶Nm / kg or more.
SiO₂Is a component that acts as a glass network-forming oxide and increases the stability of the glass structure, that is, the crystallization stability against devitrification. SiO₂Is Al₂By combining with an intermediate oxide such as O3, the mechanical properties required for the magnetic recording medium substrate such as the strength and rigidity of the glass can be increased, and the heat resistance of the glass can be improved. However, more than 52% SiO as the main component of glass₂Oxide glass introduced with 36 × 10⁶Since it shows almost no specific elastic modulus exceeding Nm / kg, SiO₂The content of is suitably 52% or less. On the other hand, SiO₂If the content of is less than 25%, the crystallization stability of the glass is considerably deteriorated, and a glass that is stable enough to be mass-produced cannot be produced. So SiO₂The lower limit is 25%. So SiO₂The content of is suitably in the range of 25 to 52%, preferably in the range of 30 to 50%.
[0012]
Al₂O_ThreeIs a component that contributes to the high heat resistance and durability of glass.₂At the same time, it is very important as a component that stabilizes the glass structure and increases its rigidity. Especially Al₂O_ThreeSiO₂When replacing and introducing into glass, Al₂O_ThreeHas a great effect of entering the glass skeleton and increasing the Young's modulus and heat resistance of the glass as a skeleton-forming component. That is, Al₂O_ThreeIs an essential component for increasing the Young's modulus of glass and improving heat resistance. But Al₂O_ThreeIf the content of is less than 5%, the Young's modulus of the glass cannot be sufficiently improved. Also, Al₂O_ThreeIf the content exceeds 35%, it becomes impossible to introduce a large amount of MgO, which is a component that contributes to the improvement of the specific elastic modulus of the glass, and the high-temperature meltability of the glass also deteriorates. So Al₂O_ThreeThe content of is suitably in the range of 5 to 35%, preferably in the range of 7 to 32%.
[0013]
MgO is a component introduced to improve the rigidity and strength of the glass and improve the high-temperature solubility. It also contributes to the improvement of crystallization stability and glass homogeneity. Especially Al₂O_ThreeWhen the content of is less than 20%, it is preferable to introduce a large amount of MgO in order to maintain the high specific modulus of glass. However, if the MgO content exceeds 45%, a glass having crystallization stability sufficient for mass production cannot be produced. Further, if the MgO content is less than 15%, the Young's modulus of the glass tends to decrease. Therefore, the MgO content is suitably in the range of 15 to 45%, preferably in the range of 22 to 40%.
[0014]
Y₂O_ThreeIs a component added to increase the crystallization stability of glass and improve durability and high-temperature melting property. Especially small amounts of Y₂O_ThreeIs greatly contributing to the improvement of the glass specific elastic modulus and the improvement of the glass homogeneity. But Y₂O_ThreeIf too much is added, the Young's modulus of the glass increases, but the specific gravity also increases abruptly, so that the specific modulus of the glass tends to decrease. So Y₂O_ThreeThe content of is suitably 17% or less, preferably 15% or less. Y₂O_ThreeIn order to obtain the obvious addition effect of Y₂O_ThreeThe content of is preferably 0.5% or more.
[0015]
TiO₂Works as both a glass skeleton-forming component and a modifying component, lowers the high-temperature viscosity of glass, improves its meltability, and stabilizes its structure and increases its durability. TiO₂When introduced into glass as a component, the specific gravity of the glass does not increase so much, whereas the Young's modulus of the glass can be greatly improved. Especially MgO and Al₂O_ThreeFor glass that introduces a lot of TiO₂Improves the high-temperature melting and crystallization stability of the glass, MgO and Al₂O_ThreeIt can be greatly expected that the specific modulus of the glass is increased by a combination with an oxide such as. However, TiO₂If too much is introduced, the phase separation tendency of the glass becomes stronger, and on the contrary, there is a tendency to deteriorate the crystallization stability and the homogeneity of the glass. So, TiO₂The content of is suitably 25% or less, preferably 20% or less. TiO₂In order to obtain the obvious addition effect of TiO₂The content of is preferably 1% or more.
[0016]
CaO is a component introduced together with MgO to improve the rigidity and strength of the glass and improve the high-temperature solubility. CaO, like MgO, contributes to improving the crystallization stability of glass and glass homogeneity. As mentioned above, Al₂O_ThreeWhen the content of selenium is less than 20%, it is preferable to introduce a large amount of MgO in order to maintain the high specific modulus of glass. In this case, CaO mainly improves the high-temperature melting property and crystallization stability of the glass. It becomes a component introduced in order to do. However, if the content of CaO exceeds 30%, a glass having crystallization stability sufficient for mass production cannot be produced. Therefore, the CaO content is suitably 30% or less, preferably 27% or less. In order to obtain a clear effect of addition of CaO, the content of CaO is preferably 2% or more.
[0017]
ZrO₂Is a component added mainly to increase the durability and rigidity of the glass. A small amount of ZrO₂Is added, it has the effect of improving the glass heat resistance, and the crystallization stability against devitrification of the glass is also improved. But ZrO₂If it exceeds 8%, the high-temperature solubility of the glass is remarkably deteriorated, the surface smoothness of the glass is also deteriorated, and the specific gravity is also increased. So ZrO₂The content of is suitably 8% or less, preferably 6% or less. ZrO₂In order to obtain the obvious addition effect of ZrO₂The content of is preferably 0.5% or more.
[0018]
Y₂O_Three+ TiO₂+ ZrO₂+ CaO is suitably in the range of 1-30%. These components are components that contribute to the improvement of the Young's modulus and the crystallization stability of the glass. If the total of these components is less than 1%, the Young's modulus of the glass tends to be low, and the crystallization stability of the glass tends to decrease. On the other hand, any of these components increases the specific gravity of the glass, and if it is introduced in a large amount, the specific elastic modulus of the glass becomes small. So Y₂O_Three+ TiO₂+ ZrO₂The + CaO content is suitably in the range of 1-30%, preferably in the range of 5.5-27%.
[0019]
P₂O_FiveAnd B₂O_ThreeAre components added to adjust the high-temperature solubility of glass. For example, a small amount of P₂O_FiveOr B₂O_ThreeWhen glass is introduced into the glass, the specific elastic modulus of the glass does not change greatly, whereas the high temperature viscosity of the glass becomes considerably low, so that the effect of facilitating melting of the glass is great. B₂O_Three+ P₂O_FiveFrom the viewpoint of improving the solubility of the glass and adjusting the crystallization stability and physical properties of the glass, the total of is suitably 5% or less, preferably 3.5% or less. B₂O_ThreeAnd P₂O_FiveIn order to obtain the obvious addition effect, the total content is preferably 0.5% or more.
[0020]
As₂O_ThreeAnd Sb₂O_ThreeIs a component added as a defoaming agent in order to homogenize the glass. Appropriate amount of As according to the high temperature viscosity of each glass₂O_ThreeAnd Sb₂O_ThreeOr As₂O_Three+ Sb₂O_ThreeWhen glass is added to glass, a more homogeneous glass is obtained. However, if the amount of the defoaming agent is too large, the specific gravity of the glass tends to increase and the specific elastic modulus tends to decrease, and there is also a tendency to react with the melting platinum crucible and damage the crucible. Therefore, the addition amount is suitably 3% or less, preferably 2% or less. In addition, in order to acquire the clear addition effect of these defoaming agents, it is preferable to make the content into 0.2% or more.
[0021]
In addition, V₂O_Five, Cr₂O_Three, ZnO, SrO, NiO, CoO, Fe₂O_ThreeOther components such as CuO are components added when adjusting the high-temperature melting property and physical properties of the glass. For example, a small amount of V₂O_Five, Cr₂O_ThreeWhen a colorant such as CuO or CoO is added to the glass, the glass has infrared absorption characteristics, and the heat treatment of the magnetic film by heating lamp irradiation can be effectively performed. ZnO + SrO + NiO + CoO + FeO + CuO + Fe₂O_Three+ Cr₂O_Three+ B₂O_Three+ P₂O_Five+ V₂O_FiveFrom the viewpoint of improving the solubility of the glass and adjusting the crystallization stability and physical properties of the glass, the total of is suitably 5% or less, preferably 4% or less.
[0022]
In addition to the above components, impurities in the raw material, such as Fe₂O_ThreeAnd Cl, F, SO as glass fining agents_ThreeEven if each is contained up to 1%, the intended physical properties of the glass of the present invention are not substantially impaired.
In addition, since this glass is a non-alkali glass that does not substantially contain an alkali component, when a thin film is formed on a substrate made of this glass, the alkali component does not diffuse into the thin film on the substrate and does not have an adverse effect. .
[0023]
Glass (2)
The glass composition of the glass (2) is a composition mainly configured to increase the specific elastic modulus, and the specific elastic modulus G is 36 × 10 6.⁶Nm / kg or more.
SiO₂Is a component that acts as a glass network-forming oxide and increases the stability of the glass structure, that is, the crystallization stability against devitrification. SiO₂Al₂O_ThreeIn combination with an intermediate oxide such as the above, mechanical properties required for a substrate for a magnetic recording medium such as strength and rigidity of the glass can be increased, and the heat resistance of the glass can also be improved. However, the amount of SiO exceeding 50% as the main component of glass₂The glass containing Al is a component that contributes to improving the impact resistance and mechanical strength of glass.₂O_ThreeCan not be introduced. Therefore, the upper limit of the content is suitably 50% from the viewpoint of obtaining a glass having a larger specific elastic modulus. On the other hand, SiO₂If the content is less than 25%, the crystallization stability of the glass is considerably deteriorated, and a stable glass that can be mass-produced cannot be produced. So SiO₂The lower limit is suitably 25%. SiO₂The content of is suitably in the range of 25-50%, preferably in the range of 30-49%.
[0024]
Al₂O_ThreeIs a component that contributes to the high heat resistance and durability of glass.₂At the same time, it is very important as a component that stabilizes the glass structure and increases its rigidity. Especially Al₂O_ThreeSiO₂When replacing and introducing into glass, Al₂O_ThreeHas a great effect of entering the glass skeleton and increasing the Young's modulus and heat resistance of the glass as a skeleton-forming component. That is, Al₂O_ThreeIs an essential component for increasing the Young's modulus of glass and improving heat resistance. However, if the MgO content is 25% or less in order to further increase the bending strength and impact resistance of the glass, Al₂O_ThreeIf the content of is less than 10%, the Young's modulus of the glass cannot be sufficiently improved, and a desired specific elastic modulus cannot be obtained. Also, Al₂O_ThreeIf the content exceeds 37%, the high-temperature meltability of the glass deteriorates, a homogeneous glass cannot be produced, and the crystallization stability of the glass also decreases. So Al₂O_ThreeThe upper limit of the content of is suitably 37%. Al₂O_ThreeThe content of is suitably in the range of 10 to 37%, preferably in the range of 11 to 35%.
[0025]
MgO is a component introduced to improve the rigidity and strength of the glass and improve the high-temperature solubility. MgO also contributes to the improvement of crystallization stability and glass homogeneity. In particular, Al as a component that greatly contributes to the improvement of Young's modulus of glass₂O_ThreeWhen Mg is introduced in a large amount, MgO is a preferred component for improving the stability of the glass structure and for reducing the viscosity at high temperature and facilitating melting. However, if the MgO content exceeds 40%, a large amount of Al is added to increase the impact resistance and strength of the glass.₂O_ThreeWith a composition that introduces, a glass having crystallization stability enough to be mass-produced cannot be produced. On the other hand, if the MgO content is less than 5%, a glass having sufficient stability and high specific modulus cannot be produced. Therefore, the MgO content is suitably in the range of 5 to 40%, preferably in the range of 7 to 35%.
[0026]
TiO₂Works as both a glass skeleton-forming component and a modifying component, lowers the high-temperature viscosity of glass, improves its meltability, and stabilizes the structure and increases its durability. TiO₂When introduced into glass as a component, the specific gravity of the glass does not increase so much, whereas the Young's modulus of the glass can be greatly improved. Especially Al₂O_ThreeFor glass that introduces a lot of TiO₂Improves the high-temperature melting and crystallization stability of glass, Al₂O_ThreeIt can be greatly expected that the specific elastic modulus of the glass will be increased by the combination. However, TiO₂If the content of exceeds 25%, the phase separation tendency of the glass becomes stronger, and on the contrary, there is a tendency to deteriorate the crystallization stability and homogeneity of the glass. 1% or more of TiO₂The high temperature solubility of glass is greatly improved. So, TiO₂The content of is suitably in the range of 1 to 25%, preferably in the range of 2 to 20%.
[0027]
Y₂O_ThreeIs a component that improves the Young's modulus of glass, enhances crystallization stability, and improves durability and high-temperature meltability. Especially to increase the bending strength and impact resistance of glass₂O_ThreeAl is introduced into glass.₂O_ThreeY as an auxiliary melting agent₂O_ThreeThe effect is excellent. For example, more than 25% Al₂O_ThreeY is introduced into the glass₂O_ThreeA homogeneous glass can be produced by adding. Y₂O_ThreeIs relatively expensive, it is preferable in terms of cost to add a small amount. Also, an appropriate amount of Y₂O_ThreeOf Y greatly contributes to the improvement of the glass specific elastic modulus,₂O_ThreeIf the content of exceeds 17%, the increase in specific gravity is superior to the increase in Young's modulus of glass, and it does not contribute to the improvement of the specific modulus of glass. So Y₂O_ThreeThe content of Al₂O_ThreeThe range of 0 to 17%, preferably 1 to 15%, is appropriate depending on the amount of introduced.
[0028]
CaO, together with MgO, is a component that can improve the rigidity and strength of the glass and improve the high-temperature solubility. It contributes to the improvement of crystallization stability and glass homogeneity. Al as a component that greatly contributes to improving the Young's modulus of glass₂O_ThreeWhen a large amount of is introduced, addition of CaO is preferable for improving the stabilization of the glass structure and for facilitating dissolution by lowering the high temperature viscosity. When the CaO content exceeds 25%, a large amount of Al is added to increase the impact resistance and strength of the glass.₂O_ThreeIn the case of a composition incorporating, a glass having crystallization stability sufficient for mass production cannot be produced. Therefore, the upper limit of the CaO content is suitably 25%. In order to obtain a clear addition effect of CaO, the content is preferably 2% or more.
[0029]
ZrO₂Is a component added mainly to increase the durability and rigidity of the glass. A small amount of ZrO₂Is added, it has the effect of improving the glass heat resistance, and the crystallization stability against devitrification of the glass is also improved. But ZrO₂If the content exceeds 8%, the high-temperature solubility of the glass is significantly deteriorated, the surface smoothness of the glass is also deteriorated, and the specific gravity is also increased. So ZrO₂The content of is suitably 8% or less, preferably 6% or less. ZrO₂In order to obtain the obvious addition effect of ZrO₂The content of is preferably 0.5% or more.
[0030]
As₂O_ThreeAnd Sb₂O_ThreeIs a component added as a defoaming agent in order to homogenize the glass. Appropriate amount of As according to the high temperature viscosity of each glass₂O_ThreeAnd Sb₂O_ThreeOr As₂O_Three+ Sb₂O_ThreeWhen glass is added to glass, a more homogeneous glass is obtained. However, if the amount of these defoaming agents added is too large, the specific gravity of the glass tends to increase and the specific elastic modulus tends to decrease, and there is also a tendency to react with the melting platinum crucible and damage the crucible. Therefore, the addition amount is suitably 3% or less, preferably 2% or less. In addition, in order to acquire the clear addition effect of these defoaming agents, it is preferable to make the content into 0.2% or more.
[0031]
P₂O_Five, V₂O_Five, B₂O_Three, Cr₂O_Three, ZnO, SrO, NiO, CoO, Fe₂O_ThreeOther components such as CuO can be added when adjusting the high-temperature melting properties and physical properties of the glass. For example, a small amount of P₂O_FiveWhen glass is introduced into the glass, the specific elastic modulus of the glass does not change greatly, whereas the high temperature viscosity of the glass becomes considerably low, so that the effect of facilitating the melting of the glass is great. Also, a small amount of V₂O_Five, Cr₂O_ThreeWhen a colorant such as CuO or CoO is added to the glass, the glass has infrared absorption characteristics, and the heat treatment of the magnetic film by heating lamp irradiation can be effectively performed. ZnO + SrO + NiO + CoO + FeO + CuO + Fe₂O_Three+ Cr₂O_Three+ B₂O_Three+ P₂O_Five+ V₂O_FiveFrom the viewpoints of improving the high-temperature melting property of the glass and adjusting the mechanical and thermal properties of the glass, it is appropriate that the total is 5% or less.
[0032]
In addition to the above components, impurities in the raw material, such as Fe₂O_ThreeAnd Cl, F, SO as glass fining agents_ThreeEven if each is contained up to 1%, the intended physical properties of the glass of the present invention are not substantially impaired.
Li₂In the case of an alkali-free glass containing no O, when a thin film is formed on a substrate made of this glass, the alkali component does not diffuse into the thin film on the substrate and does not have an adverse effect.
[0033]
Glass (3)
The glass composition of the glass (3) is a composition mainly configured to increase the specific elastic modulus, and the specific elastic modulus G is 36 × 10 6.⁶Nm / kg or more.
SiO₂Is a component that acts as a glass network-forming oxide and increases the stability of the glass structure, that is, the crystallization stability against devitrification. Also Al₂O_ThreeIn combination with an intermediate oxide such as the above, mechanical properties required for a substrate for a magnetic recording medium such as strength and rigidity of the glass can be increased, and the heat resistance of the glass can also be improved. However, however, SiO exceeds 50% as the main component of glass.₂CaO-Al with introduced₂O_Three-SiO₂The oxide glass is 36 × 10⁶Since it shows almost no specific elastic modulus exceeding Nm / kg, SiO₂The content of is suitably 50% or less. On the other hand, SiO₂In the case where the content of is 25% or less, the crystallization stability of the glass is considerably deteriorated, and a stable glass that can be mass-produced cannot be produced. So SiO₂The lower limit is 25%. So SiO₂The content of is suitably in the range of 25-50%, preferably in the range of 30-50%.
[0034]
Al₂O_ThreeIs a component that contributes to the high heat resistance and durability of glass.₂At the same time, it is very important as a component that stabilizes the glass structure and increases its rigidity. Especially Al₂O_ThreeSiO₂When replacing and introducing into glass, Al₂O_ThreeHas a great effect of entering the glass skeleton and increasing the Young's modulus and heat resistance of the glass as a skeleton-forming component. That is, Al₂O_ThreeIs an essential component for increasing the Young's modulus of glass and improving heat resistance. But Al₂O_ThreeIf the content of is less than 20%, the Young's modulus of the glass cannot be sufficiently improved. Also, Al₂O_ThreeIf the content of exceeds 40%, the high-temperature melting property of the glass also deteriorates, so that a homogeneous glass cannot be produced and the crystallization stability of the glass also decreases. So Al₂O_ThreeThe content of is in the range of 20-40%, preferably₂The range of 1 to 37% is appropriate.
[0035]
CaO is a component that improves the rigidity and strength of glass and improves high-temperature solubility. Of course, it contributes to the improvement of the crystallization stability and the homogeneity of the glass. In particular, Al as a component that greatly contributes to the improvement of Young's modulus in glass₂O_ThreeWhen a large amount of is introduced, it is necessary to add CaO to improve the stability of the glass structure and to lower the high temperature viscosity and facilitate melting. However, if the content is less than 8%, the crystallization stability of the glass is remarkably reduced, whereas if it exceeds 30%, the Young's modulus of the glass tends to be low. Therefore, the content of CaO is suitably in the range of 8-30%, preferably in the range of 10-27%.
[0036]
Y₂O_ThreeIs a component added to improve the Young's modulus of the glass, increase the crystallization stability, and improve the durability and high-temperature melting property. Especially to increase the Young's modulus of glass₂O_ThreeAl is introduced into glass.₂O_ThreeY as an auxiliary melting agent₂O_ThreeIs valid. For example, more than 25% Al₂O_ThreeY is introduced into the glass₂O_ThreeBy adding as an auxiliary melting agent, a homogeneous glass can be produced. But Y₂O_ThreeIs relatively expensive, Y₂O_ThreeThe content of is up to 15% depending on the required physical properties of the glass, and is preferably a relatively small amount. But Y₂O_ThreeWhen there is too little content of, the high temperature solubility of glass will also deteriorate and a specific elastic modulus will also fall. So Y₂O_ThreeThe lower limit of the content is suitably 2%. Y₂O_ThreeThe content of is suitably in the range of 2 to 15%, preferably in the range of 3 to 12%.
[0037]
MgO has the effect of improving the rigidity and strength of glass, improving the high-temperature solubility, contributing to the improvement of glass crystallization stability and glass homogeneity, and also increasing the specific elastic modulus. Therefore, it can be added as desired. However, if the MgO content exceeds 20%, a large amount of the essential component CaO cannot be added, and the crystallization stability of the glass tends to decrease. Therefore, the upper limit of the MgO content is suitably 20%. In order to obtain a clear addition effect of MgO, the content is preferably 5% or more.
[0038]
TiO₂Works as both a glass skeleton-forming component and a modifying component, lowers the high-temperature viscosity of glass, improves its meltability, and stabilizes the structure and increases its durability. TiO₂When introduced into glass as a component, the specific gravity of the glass does not increase so much, whereas the Young's modulus of the glass can be greatly improved. However, CaO-Al₂O_Three-SiO₂Too much TiO for the base oxide glass₂When the is introduced, the tendency of phase separation of the glass becomes stronger, and on the contrary, there is a tendency to deteriorate the crystallization stability and homogeneity of the glass. Therefore, the content is suitably 25% or less, preferably 20% or less. TiO₂From the viewpoint of obtaining the effect of TiO₂The content of is suitably 1% or more.
[0039]
Li₂O is a component that mainly lowers the high temperature viscosity of glass to facilitate melting. Especially Al₂O_ThreeIf the content of₂If O is introduced, it is very effective for homogenizing the glass. However, if the content is too large, the durability of the glass also deteriorates and the Young's modulus tends to decrease. So, Li₂The O content is suitably 15% or less, preferably 12% or less. Li₂In order to obtain a clear addition effect of O, the content is preferably set to 1.5% or more.
[0040]
As₂O_ThreeAnd Sb₂O_ThreeIs a component added as a defoaming agent in order to homogenize the glass. Appropriate amount of As according to the high temperature viscosity of each glass₂O_ThreeAnd Sb₂O_ThreeOr As₂O_Three+ Sb₂O_ThreeWhen glass is added to glass, a more homogeneous glass is obtained. However, if the amount of the defoaming agent is too large, the specific gravity of the glass tends to increase and the specific elastic modulus tends to decrease, and there is also a tendency to react with the melting platinum crucible and damage the crucible. Therefore, the addition amount is suitably 3% or less, preferably 2% or less. In addition, in order to acquire the clear addition effect of these defoaming agents, it is preferable to make the content into 0.2% or more.
[0041]
P₂O_Five, V₂O_Five, B₂O_Three, Cr₂O_Three, ZnO, SrO, NiO, CoO, Fe₂O_ThreeOther components such as CuO are components added when adjusting the high-temperature melting property and physical properties of the glass. For example, a small amount of P₂O_FiveWhen glass is introduced into the glass, the specific elastic modulus of the glass does not change significantly, whereas the high temperature viscosity of the glass becomes considerably low, so the effect of facilitating the melting of the glass is great. Also, a small amount of V₂O_Five, Cr₂O_ThreeWhen a colorant such as CuO or CoO is added to the glass, the glass has infrared absorption characteristics, and the heat treatment of the magnetic film by heating lamp irradiation can be effectively performed. ZnO + SrO + NiO + CoO + FeO + CuO + Fe₂O_Three+ Cr₂O_Three+ B₂O_Three+ P₂O_Five+ V₂O_FiveFrom the viewpoint of adjusting the mechanical and thermal properties of the glass, the total of is suitably 5% or less.
In addition to the above components, impurities in the raw material, such as Fe₂O_ThreeAnd Cl, F, SO as glass fining agents_ThreeEven if each is contained up to 1%, the intended physical properties of the glass of the present invention are not substantially impaired.
[0042]
Glass (4)
The glass composition of the glass (4) is a composition mainly configured to increase the Young's modulus, and the Young's modulus is 110 GPa or more.
SiO₂Acts as an oxide for forming a glass network structure, and stabilizes the glass structure, that is, increases the crystallization stability against devitrification. Also Al₂O_ThreeIn combination with an intermediate oxide such as the above, mechanical properties required for a substrate for a magnetic recording medium such as strength and rigidity of the glass can be increased, and the heat resistance of the glass can also be improved. However, more than 60% SiO as the main component of glass₂The glass composition introduced with Al is a component that contributes to improving the impact resistance and mechanical strength of glass.₂O_ThreeIn order to develop glass with a higher Young's modulus, SiO₂It is necessary to keep the content of no more than 60%. In contrast, SiO too₂If the content of is suppressed to be small, for example, if it is less than 30%, the crystallization stability of the glass is considerably deteriorated, and a glass that is stable enough to be mass-produced cannot be produced. So SiO₂The content of is in the range of 30-60%. In particular, it is preferably in the range of 32-55%.
[0043]
Al₂O_ThreeIs a component that contributes to the high heat resistance and durability of glass.₂At the same time, it is very important as a component that stabilizes the glass structure and increases its rigidity. In particular, Al₂O_ThreeIn SiO₂Is substituted into the glass, it has a great effect of entering the glass skeleton and increasing the Young's modulus and heat resistance of the glass as a skeleton-forming component. That is, Al₂O_ThreeIs an essential component for increasing the Young's modulus of glass and improving heat resistance. However, to further increase the bending strength and impact resistance of glass, Y₂O_ThreeIf the content of Al is 5% or less, Al₂O_ThreeIf the content of is less than 2%, the Young's modulus of the glass cannot be sufficiently improved. Also, Al₂O_ThreeWhen exceeding 35% is introduced, the high-temperature meltability of the glass deteriorates, a homogeneous glass cannot be produced, and the crystallization stability of the glass also decreases. Therefore, the content is in the range of 2-35%. In particular, the range of 3 to 30% is preferable.
[0044]
MgO is a component introduced to improve the rigidity and strength of the glass and improve the high-temperature solubility. Furthermore, MgO contributes to the improvement of crystallization stability and glass homogeneity. In particular, Al as a component that greatly contributes to the improvement of Young's modulus in glass₂O_ThreeWhen Mg is introduced in a large amount, MgO is a very important component in order to improve the stabilization of the glass structure and to facilitate melting by lowering the high temperature viscosity. However, when MgO exceeding 40% is introduced into the glass, a large amount of YO is added to increase the impact resistance and strength of the glass.₂O_ThreeOr Al₂O_ThreeIn the glass in which is introduced, crystallization stability sufficient for mass production cannot be obtained. Accordingly, the MgO content is suitably in the range of 0-40%. In particular, the MgO content is preferably in the range of 5-35%.
[0045]
Y₂O_Three, La₂O_Three, CeO₂, Pr₂O_Three, Nd₂O_Three, Sm₂O_Three,EU₂O_Three, Gd₂O_Three, Tb₂O_Three, Dy₂O_Three, Ho₂O_Three, Er₂O_Three, Tm₂O_Three, Yb₂O_ThreeRare earth metal oxides such as are components added to improve the Young's modulus of glass, increase crystallization stability, and improve durability and high-temperature meltability. Especially to increase the bending strength and impact resistance of glass₂O_ThreeAl is introduced into glass.₂O_ThreeThe role of rare earth metal oxides as a co-melting agent cannot be ignored. For example, 20% or more Al₂O_ThreeY is introduced into the glass₂O_ThreeIs an essential component for producing homogeneous glass. However, since rare earth metal oxides are relatively expensive, it is preferable to introduce as little rare earth metal oxide as possible according to the desired Young's modulus. If the amount of rare earth metal oxide added is too large, the Young's modulus of the glass increases, but the specific gravity also increases greatly. On the other hand, when an appropriate amount of rare earth metal oxide is introduced into the glass, it greatly contributes to improvement of the glass Young's modulus. Therefore, the total content of rare earth metal oxides is suitably in the range of 1-27% depending on the Young's modulus required for the glass used as the magnetic disk substrate. In particular, the total content of rare earth metal oxides is preferably in the range of 2-20%.
[0046]
Li₂O is a very useful component for improving the high-temperature solubility of glass. In addition, a small amount of Li₂When O is introduced, the Young's modulus of the glass does not change much, but there is an advantage that the specific gravity can be greatly reduced. Even a small amount of Li₂Glass introduced with O can be chemically strengthened by ion exchange, which is advantageous in producing high-strength glass. But Li₂If the amount of O introduced is too large, the crystallization stability of the glass tends to decrease. So, Li₂The amount of O introduced is preferably 15% or less. Li₂From the viewpoint of obtaining the addition effect of O 2, Li₂The O 2 content is suitably 2% or more.
[0047]
TiO₂Works as both a glass skeleton-forming component and a modifying component, lowers the high-temperature viscosity of glass, improves its meltability, and stabilizes its structure and increases its durability. TiO₂When introduced into glass as a component, the specific gravity of the glass does not increase so much, whereas the Young's modulus of the glass can be greatly improved. Especially MgO and Al₂O_ThreeFor glass that introduces a lot of TiO₂Improves the high-temperature melting and crystallization stability of glass, Al₂O_ThreeIt can be greatly expected that the Young's modulus of the glass will be increased by the combination. However, too much TiO₂If s is introduced, the phase separation tendency of the glass becomes stronger, which may deteriorate the crystallization stability of the glass and its homogeneity. So, TiO₂The content of is suitably 20% or less. In particular, it is preferably 15% or less. TiO₂From the viewpoint of obtaining the addition effect of TiO₂The content of is suitably 2% or more.
[0048]
ZrO₂Is a component added mainly to increase the durability and rigidity of the glass. A small amount of ZrO₂When added, there is an effect of improving the glass heat resistance, and the crystallization stability against devitrification of the glass is also improved. However, more than 8% of ZrO₂When the is introduced, the high-temperature solubility of the glass is remarkably deteriorated, the surface smoothness of the glass is also deteriorated, and the specific gravity is increased. So ZrO₂The content of is preferably 8% or less, and more preferably 6% or less. ZrO₂From the viewpoint of obtaining the addition effect of ZrO₂The content of is suitably 0.5% or more.
[0049]
CaO, ZnO, NiO and Fe₂O_ThreeIs a component introduced mainly to improve the high-temperature melting property and crystallization stability of glass. These components have a large cation radius and, when mixed with MgO and introduced into glass, have the effect of improving crystallization stability. However, if the amount introduced is too large, the specific gravity of the glass also increases and the Young's modulus tends to decrease. Therefore, CaO, ZnO, NiO and Fe₂O_ThreeThe total content of is preferably 15% or less, and more preferably 12% or less. From the viewpoint of obtaining the effect of adding these components, the total content is suitably 1% or more.
[0050]
As₂O_ThreeAnd Sb₂O_ThreeIs a component added as a defoaming agent in order to homogenize the glass. Appropriate amount of As according to the high temperature viscosity of each glass₂O_ThreeAnd Sb₂O_ThreeOr As₂O_Three+ Sb₂O_ThreeAdd more to the glass to obtain a more homogeneous glass. However, if the amount of these defoaming agents added is too large, the specific gravity of the glass tends to increase and the Young's modulus tends to decrease, and there is a possibility that the melting crucible reacts and damages the crucible. So, As₂O_Three+ Sb₂O_ThreeIs preferably 2% or less, and more preferably 1.5% or less.
[0051]
SrO, CoO, Fe₂O_Three, CuO, Cr₂O_Three, B₂O_Three, P₂O_Five, V₂O_FiveThese components are all added when adjusting the high-temperature solubility and physical properties of glass. For example, a small amount of P₂O_FiveWhen glass is introduced into glass, the Young's modulus of the glass is not significantly changed, whereas the high temperature viscosity of the glass is considerably lowered, so that the effect of facilitating melting of the glass is great. Also, a small amount of V₂O_Five, Cr₂O_ThreeZnO + SrO + NiO + CoO + FeO + can be added to the glass by adding colorants such as CuO, CoO, etc. CuO + Cr₂O_Three+ B₂O_Three+ P₂O_Five+ V₂O_FiveFrom the viewpoints of improving the high-temperature melting property of the glass and adjusting the mechanical and thermal properties of the glass, it is appropriate that the total is 5% or less.
[0052]
In addition to the above basic components, impurities in the raw materials such as Cl, F, and SO that become glass fining agents_ThreeEven if each is contained up to 1%, the gist of the glass composition of the present invention is not impaired.
[0053]
Glass (5)
The glass composition of the glass (5) is a composition mainly configured to increase the Young's modulus and decrease the liquidus temperature to reduce it. For example, the Young's modulus is 100 GPa or more and the liquidus temperature is 1250. It is below ℃.
TiO₂Is an essential component that can improve the Young's modulus without significantly increasing the specific gravity. By adding 5 mol% or more, such an effect can be obtained. However, when it exceeds 30 mol%, the devitrification resistance deteriorates, and there is a tendency that a liquidus temperature of 1250 ° C. or less that can be easily produced cannot be obtained. So, TiO₂Is suitably in the range of 5-30 mol%. Preferably, it is the range of 6-25 mol%.
[0054]
Al₂O_ThreeDoes not contribute to the improvement of Young's modulus, but is effective in reducing the liquidus temperature of glass, suppressing the tendency of phase separation, improving the viscosity in the working temperature region, and improving the chemical strengthening properties. However, if added in excess of 10 mol%, conversely, there is a tendency to cause a significant increase in liquidus temperature and generation of undissolved substances due to poor solubility. So Al₂O_ThreeIs suitably in the range of 0-10 mol%.
SiO₂Is an essential component for forming a glass structure. In order to obtain a liquidus temperature of 1250 ° C. or lower, it is appropriate that the content is 35 mol% or higher. However, if it exceeds 60 mol%, the Young's modulus decreases to 100 GPa or less. So SiO₂Is suitably in the range of 35-60 mol%. Preferably, it is the range of 35-50 mol%.
[0055]
Both MgO and CaO are components that increase the Young's modulus. Furthermore, when comparing MgO and CaO, MgO has a function of raising the liquidus temperature and a function of lowering the specific gravity, and CaO has a function of lowering the liquidus temperature and a function of raising the specific gravity. From the viewpoint of obtaining a liquidus temperature of 1250 ° C. or lower, it is preferable to scavenge CaO in the range of 1 to 45 mol%. Furthermore, in order to obtain a Young's modulus of 110 GPa or more, it is appropriate that the total content of MgO and CaO is 10 mol% or more. However, when it exceeds 45 mol%, vitrification tends to be difficult. Therefore, MgO + CaO is suitably in the range of 10-45 mol%.
[0056]
Na₂O is a component that lowers the Young's modulus but also has an effect of lowering the liquidus temperature.₂This is particularly effective when coexisting. TiO₂Na even in the case of glass containing a large amount₂By adding O, the liquidus temperature can be reduced to 1250 ° C. or lower. It also has the effect of increasing the coefficient of thermal expansion, so Na₂By adjusting the amount of O, it is possible to approximate the stainless steel alloy used for the clamp fixed to the spindle of the drive motor. Meanwhile, Li₂O is a component that lowers the high temperature viscosity of glass and facilitates melting without lowering the Young's modulus. But Li₂O is Na₂Compared with O, the effect of lowering the liquidus temperature and the effect of increasing the thermal expansion coefficient are small. So, Li₂O and Na₂By setting the total content of O in the range of 3 to 30%, Young's modulus, liquidus temperature, and thermal expansion coefficient can be adjusted.
[0057]
Explanation of ion exchange layer
The glass substrate of the present invention has an ion exchange layer at least on the surface of the substrate. The surface of a substrate means the surface which forms two opposing planes of the glass substrate which is flat form.
The ion exchange layer contains an alkali metal ion or a divalent metal ion having an ionic radius larger than that of the divalent metal ion constituting the divalent metal oxide originally contained in the glass constituting the glass substrate. That is, in the ion exchange layer, at least a part of the divalent metal ions constituting the divalent metal oxide is replaced with alkali metal ions or divalent metal ions having an ionic radius larger than the divalent metal ions. Is formed.
[0058]
Examples of alkali metal ions and divalent metal ions having an ionic radius larger than the divalent metal ions constituting the divalent metal oxide include Na ions, K ions, Zn ions, Ca ions, Sr ions, and Ba ions. The at least 1 type of ion chosen from the group which can be mentioned can be mentioned. The magnitude relationship between these ions is as follows.
[0059]
[Chemical 1]
Li⁺<Na⁺<K⁺
Mg²⁺<Zn²⁺<Ca²⁺<Sr²⁺<Ba²⁺
Mg²⁺<Li⁺<Zn²⁺<Ca²⁺<Na⁺<Sr²⁺<K⁺<Ba²⁺
[0060]
As described above, Mg ions have the smallest ionic radius, and by introducing a large amount of MgO into the glass, the ion exchange rate can be accelerated and the chemical strengthening effect of the glass can be greatly amplified. However, when 45% or more of MgO is introduced into the glass, there is a tendency that a glass having crystallization stability sufficient for mass production cannot be produced. On the other hand, if the MgO content is less than 5%, ion exchange becomes insufficient, and the desired bending strength may not be obtained. Accordingly, the amount of MgO introduced is suitably in the range of 5-45%. Particularly preferred is a range of 10 to 40%.
[0061]
A method for forming the ion exchange layer will be described later. The ion exchange layer has a bending strength of 25 kg / mm.²It forms so that it may become the above. The bending strength of the glass substrate before forming the ion exchange layer varies depending on the type of glass, but is usually 10 to 14 kg / mm.²Degree. The bending strength due to the formation of the ion exchange layer varies depending on the divalent metal oxide to be ion exchanged, the types of alkali metal ions and divalent metal ions introduced by ion exchange, the degree of ion exchange (concentration and layer thickness), and the like. However, it can be selected as appropriate.
The bending strength due to the formation of the ion exchange layer is preferably 30 kg / mm.²That's it.
[0062]
Manufacturing method of glass substrate
In the method for producing a glass substrate having an ion exchange layer of the present invention, an alkali metal oxide is not contained, or 5 mol% or less of Na.₂O and / or Li up to 10 mol%₂O (however, Na₂O and Li₂The total content of O is 10 mol% or less), and a glass substrate containing at least one divalent metal oxide is used. This glass substrate can be formed using the glass mentioned in the description of the glass substrate of the present invention, for example, it can be formed using the glass (1) to (5). it can. Furthermore, the glass substrate is 36 × 10 6 from the viewpoint of high specific modulus or high Young's modulus that can cope with low flying height of the magnetic head and high speed of disk rotation.⁶It is preferable to have a specific modulus G of Nm / kg or more or a Young's modulus of 110 GPa or more.
[0063]
In the production method of the present invention, the glass substrate is immersed in a solution containing an alkali metal ion or a divalent metal ion having an ionic radius larger than the divalent metal ion constituting the divalent metal oxide contained in the substrate. Then, an ion exchange layer is formed on at least the surface of the substrate.
The ions introduced into the glass by ion exchange are metal ions having a larger ion radius than the divalent metal ions constituting the divalent metal oxide contained in the substrate. For example, Li ions, Na ions, K ions, Zn Examples thereof include at least one selected from the group consisting of ions, Ca ions, Sr ions, and Ba ions.
As described above, the magnitude relationship between these ions is as follows.
[0064]
[Chemical 2]
Li⁺<Na⁺<K⁺
Mg²⁺<Zn²⁺<Ca²⁺<Sr²⁺<Ba²⁺
Mg²⁺<Li⁺<Zn²⁺<Ca²⁺<Na⁺<Sr²⁺<K⁺<Ba²⁺
[0065]
Mg ions have the smallest ionic radius, followed by Zn ions and Ca ions with the smallest ionic radius. Accordingly, the divalent metal oxide contained in the glass is preferably one or more selected from MgO, CaO, SrO and ZnO. In particular, by introducing a large amount of MgO into the glass, it is possible to accelerate the ion exchange rate and greatly amplify the chemical strengthening effect of the glass.
[0066]
In the case of glass containing MgO, ion exchange can be performed by dipping in a solution containing Li ions, Na ions, K ions, Zn ions, Ca ions, Sr ions, or Ba ions. In the case of glass containing CaO, ion exchange can be performed by immersing in a solution containing Na ions, Sr ions, or Ba ions. Furthermore, in the case of glass containing ZnO, ion exchange can be performed by immersing in a solution containing Na ions, Ca ions, Sr ions, or Ba ions.
[0067]
The immersion in the solution can be performed, for example, at a temperature of 400 ° C. or higher, and preferably in the range of 500 to 750 ° C. In addition, if the alkali component contained in glass is reduced, a glass transition point (500-900 degreeC) can be obtained. For glass having a high glass transition temperature, the ion exchange treatment temperature can be increased, and ion exchange can be effectively promoted. Moreover, although immersion time can be suitably selected according to desired bending strength, it is about 60 to 360 minutes, for example.
[0068]
In addition, the solution containing Li ion, Na ion, K ion, Zn ion, Ca ion, Sr ion, or Ba ion contains sodium nitrate, potassium nitrate, calcium nitrate, strontium nitrate, barium nitrate, and mixed nitrates thereof. A treatment bath is preferably used, but is not limited to nitrates, and sulfates, bisulfates, carbonates, bicarbonate halides, and the like may be used.
When the ion exchange solution contains Li ions, Na ions, K ions, Zn ions, Ca ions, Sr ions, and Ba ions, Na ions, K ions, Ca ions, Sr ions, and Ba ions are present in the glass. Ion exchange with Li ions or Mg ions is performed as follows.
[0069]
[Chemical 3]
Li⁺(Glass) Na⁺or K⁺(Treatment bath)
Mg⁺²(Glass) ⇔ 2Na⁺(Treatment bath)
Mg⁺²(Glass) ⇔2K⁺(Treatment bath)
Mg⁺²(Glass) ⇔Ca⁺²(Treatment bath)
Mg⁺²(Glass) ⇔ Sr⁺²(Treatment bath)
Mg⁺²(Glass) ⇔ Ba⁺²(Treatment bath)
Mg⁺²(Glass) ⇔Zn⁺²(Treatment bath)
[0070]
By this ion exchange, alkali metal ions or divalent metal ions in the glass surface layer portion are replaced with alkali metal ions or divalent metal ions having a larger ion radius, and a compressive stress layer is formed on the glass surface layer portion. Strengthened. As described above, the chemically strengthened glass used in the present invention has a high Young's modulus or a high specific elastic modulus, an excellent ion exchange performance, and a high bending strength. Have. Therefore, the magnetic recording substrate of the present invention made of this chemically strengthened glass also has excellent fracture resistance.
[0071]
The glass substrate of the present invention is preferably one that has been chemically strengthened by the method of the present invention after being processed into the shape of a magnetic recording medium substrate such as the above-described chemically strengthened glass disk.
The glass substrate of the present invention has a high Young's modulus or a high specific elastic modulus and is excellent in heat resistance, surface smoothness, chemical durability, optical properties, and mechanical strength. Therefore, for example, it is suitable as a substrate for an information recording medium such as a magnetic recording medium. In addition, glass substrates for magneto-optical disks and glass substrates for electro-optics such as optical disks, heat-resistant substrates for low-temperature polycrystalline silicon liquid crystal display devices expected as next-generation LCDs, or glass substrates for electrical and electronic components It can be used suitably.
[0072]
Description of magnetic disk
The magnetic recording medium of the present invention is a magnetic disk (hard disk) in which at least a magnetic layer is formed on the main surface of the glass substrate of the present invention described above. This magnetic disk will be described below.
Examples of layers other than the magnetic layer include an underlayer, a protective layer, a lubricating layer, and an unevenness control layer from the functional aspect, and are formed as necessary. Various thin film forming techniques are used to form these layers.
The material of the magnetic layer is not particularly limited. Examples of the magnetic layer include a Co-based material, a ferrite-based material, and an iron-rare earth-based material. The magnetic layer may be either a horizontal magnetic recording or a perpendicular magnetic recording magnetic layer.
Specific examples of the magnetic layer include magnetic thin films such as CoPt, CoCr, CoNi, CoNiCr, CoCrTa, CoPtCr, CoNiCrPt, CoNiCrTa, CoCrPtTa, and CoCrPtSiO containing Co as a main component. Moreover, it is good also as a multilayer structure which divided | segmented the magnetic layer by the nonmagnetic layer and aimed at noise reduction.
[0073]
The underlayer in the magnetic layer is selected according to the magnetic layer. As the underlayer, for example, at least one material selected from non-magnetic metals such as Cr, Mo, Ta, Ti, W, V, B, and Al, or oxides, nitrides, and carbides of these metals For example, an underlying layer. In the case of a magnetic layer containing Co as a main component, Cr alone or a Cr alloy is preferable from the viewpoint of improving magnetic properties. The underlayer is not limited to a single layer, and may have a multi-layer structure in which the same or different layers are stacked. For example, a multilayer underlayer such as Al / Cr / CrMo, Al / Cr / Cr, or the like can be given.
[0074]
Further, an unevenness control layer for preventing the magnetic head and the magnetic disk from adsorbing may be provided between the substrate and the magnetic layer or above the magnetic layer. By providing the unevenness control layer, the surface roughness of the magnetic disk is adjusted appropriately, so that the magnetic head and the magnetic disk are not attracted, and a highly reliable magnetic disk can be obtained. Various materials and methods for forming the unevenness control layer are known and are not particularly limited. For example, as the material of the unevenness control layer, at least one metal selected from Al, Ag, Ti, Nb, Ta, Bi, Si, Zr, Cr, Cu, Au, Sn, Pd, Sb, Ge, Mg, etc. Or an alloy thereof, or an underlayer made of an oxide, nitride, carbide, or the like thereof. From the viewpoint of easy formation, it is desirable that the metal is mainly composed of Al, such as Al alone, Al alloy, Al oxide, and Al nitride.
[0075]
In consideration of head stiction, the surface roughness of the unevenness forming layer is preferably Rmax = 50 to 300 angstroms. A more preferable range is Rmax = 100 to 200 angstroms. When Rmax is less than 50 angstroms, the magnetic disk surface is almost flat, so the magnetic head and the magnetic disk are attracted, the magnetic head and the magnetic disk are attracted, the magnetic head and the magnetic disk are damaged, or the head crashes due to the adsorption. This is not preferable. On the other hand, when Rmax exceeds 300 angstroms, the glide height (glide height) is increased and the recording density is lowered.
In addition, without providing an unevenness control layer, the glass substrate surface may be provided with unevenness by means such as etching treatment or laser light irradiation, and textured.
[0076]
Examples of the protective layer include a Cr film, a Cr alloy film, a carbon film, a zirconia film, and a silica film. These protective films can be continuously formed by an in-line type sputtering apparatus or the like together with the underlayer and the magnetic layer. Further, these protective films may be a single layer, or may be a multilayer structure composed of the same or different films.
Another protective layer may be formed on the protective layer or instead of the protective film. For example, colloidal silica fine particles are dispersed and coated in a tetraalkoxylane diluted with an alcohol solvent on the protective layer, and then fired to form silicon oxide (SiO 2).₂) A film may be formed. In this case, it functions as both a protective film and an unevenness control layer.
Various proposals have been made for the lubricating layer, but in general, perfluoropolyether, which is a liquid lubricant, is diluted with a solvent such as Freon, and the surface of the medium is dipped, spin coated, or sprayed. The film is applied by heat treatment as necessary.
[0077]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be further described by examples.
Examples 1-9
Examples 1 to 9 are production examples of chemically strengthened glass and chemically strengthened glass used in the production of the glass substrate of the present invention.
The starting material for melting these glasses is SiO₂, Al₂O_Three, Al (OH)_Three, MgO, CaCO_Three, Y₂O_Three, TiO₂, ZrO₂, Li₂CO_ThreeCommonly used oxides, carbonates, nitrates, hydroxides, etc. were used. These raw materials are weighed in 0.3-18.0 kg in the predetermined ratios shown in Tables 1 and 2, and mixed well to form a blended batch, which is placed in a platinum crucible at 1550-1600 ° C. The glass was melted in air for 5 hours. After melting, the glass melt is poured into a carbon mold of size 180 x 15 x 25 mm or 300 x 250 x 60, allowed to cool to the glass transition temperature, and then immediately put into an annealing furnace, within the glass transition temperature range. After annealing for about 1 hour, it was allowed to cool to room temperature in the furnace. The obtained glass did not precipitate crystals that could be observed with a microscope.
[0078]
Glass for chemical strengthening was obtained by polishing glass of 300 × 250 × 60 mm size into glass of 50 × 15 × 1 mm size and φ95 mm × thickness 0.8 mm disk. KNO keeping these glasses at a temperature of 550-650 ° C._ThreeNitrate, 60% KNO_ThreeAnd 40% NaNO_Three, 85% KNO_ThreeAnd 15% Ca (NO_Three)₂And 85% KNO_ThreeAnd 15% Sr (NO_Three)₂Immerse it in a mixed nitrate treatment bath such as 4 to 16 hours, and apply alkali ions such as Li and Na or alkaline earth ions such as Mg in the glass surface layer to Na, K, Ca, Zn and Sr in the previous treatment bath. Each ion was ion exchanged and chemically strengthened. In this manner, nine types of chemically strengthened glasses of Examples 1 to 9 were obtained. The bending strength of these chemically strengthened glasses is shown in the properties column of Tables 1 and 2 together with the bending strength before chemical strengthening.
[0079]
A glass of 180 × 15 × 25 mm size was polished to 100 × 10 × 10 mm, 10 × 10 × 20 mm, 10 × 1 × 20 mm, and then used as a measurement sample for Young's modulus, specific gravity, and DSC. DSC was measured by polishing 10 × 1 × 20 mm plate glass into 150 mesh powder, weighing 50 mg into a platinum pan, and using a MAC-3300 DSC apparatus. The Young's modulus was measured by an ultrasonic method using a 100 × 10 × 10 mm sample. The data obtained by the measurement are shown in Tables 1 and 2 together with the glass composition.
For comparison, a commercially available TS10 crystallized glass substrate disclosed in Japanese Patent No. 2516553 is referred to as Comparative Example 1, and the characteristics are shown in Table 2.
[0080]
[Table 1]

[0081]
[Table 2]

[0082]
As is clear from Tables 1 and 2, the chemically tempered glass substrates of Examples 1 to 9 have large glass strength characteristics such as Young's modulus and specific elastic modulus. Therefore, when used as a magnetic recording medium substrate, this glass substrate. It can be seen that even if the substrate rotates at a high speed, the substrate is less likely to warp or shake, and the substrate can be made thinner. Further, the surface roughness (Ra) of these glasses can be polished to 5 mm or less, and since the flatness is excellent, the magnetic head can be lowered and useful as a glass substrate for a magnetic recording medium. It is.
On the other hand, the crystallized glass substrate of Comparative Example 1 is superior to the glass of the present invention in bending strength, but the Young's modulus is considerably inferior to that of the glass substrate of the present invention. Cannot handle rotation. In particular, since the smoothness of the substrate is impaired by the presence of large crystal grains, high density recording cannot be achieved.
[0083]
The glass for chemical strengthening obtained in Example 1-9 described above was formed into the shape of a 3.5 magnetic disk substrate (φ95 mm, center hole diameter φ25 mm, thickness 0.8 mm), and then Example 1-9 described above. The magnetic disk substrate made of chemically tempered glass was obtained by chemical strengthening by the method described in 1. These chemically strengthened glass substrates were not broken even when they were set in a disk device and rotated at 35000 rpm. Even the disk with the magnetic film on the substrate was not broken at 35,000 rpm.
[0084]
Example 10 (Method for Manufacturing Magnetic Disk)
With respect to the method of manufacturing the magnetic disk, as shown in FIG. 1, the disk 1 of the present invention is formed on the chemically tempered glass substrate 2 of the above-mentioned Example 5 in order, with the unevenness control layer 3, the underlayer 4, the magnetic layer 5, A protective layer 6 and a lubricating layer 7 are formed.
Specifically, each layer is processed on a disk having an outer circle diameter of 47.5 mm, an inner circle diameter of 22.5 mm, and a thickness of 0.8 mm, and both main surfaces have a surface roughness Ra = 4. It is precisely polished so that angstrom, Rmax = 35 angstrom.
The unevenness control layer is an AlN thin film having an average roughness of 50 angstroms, a surface roughness Rmax of 150 angstroms, and a nitrogen content of 5-35%.
The underlayer is a CrV thin film having a thickness of about 600 angstroms, and the composition ratio is Cr: 83 at% and V: 17 at%.
The magnetic layer is a CoPtCr thin film with a thickness of about 300 angstroms, and the composition ratios are Co: 76 at%, Pt: 6.6 at%, and Cr: 17.4 at%.
The protective layer is a carbon thin film having a thickness of about 100 Å.
The lubricating layer is formed by applying a lubricating layer made of perfluoropolyether to the carbon protective layer by spin coating to a thickness of 8 angstroms.
[0085]
Next, a method for manufacturing a magnetic disk according to an embodiment of the present invention will be described.
First, the chemically strengthened glass produced in Example 5 was ground on a disk having an outer circle diameter of 47.5 mm, an inner circle diameter of 22.5 mm, and a thickness of 0.8 mm, and both main surfaces had a roughness of Ra = 4 angstroms, Precision polishing is performed so that Rmax = 35 angstrom, and chemical strengthening is performed to obtain a glass substrate for magnetic disk.
Next, the chemically tempered glass substrate is set on a substrate holder and then fed into a preparation chamber of an in-line sputtering apparatus. Subsequently, the holder on which the chemically strengthened glass substrate is set is fed into the first chamber in which the Al target is etched, and sputtering is performed at a pressure of 4 mtorr, a substrate temperature of 350 ° C., and an Ar + N 2 gas atmosphere. As a result, an AlN thin film (an uneven layer) having a surface roughness Rmax of 150 angstroms and a thin film thickness of 50 angstroms was obtained on a chemically strengthened glass substrate.
[0086]
Next, the holder on which the chemically strengthened glass substrate on which the AlN film is formed is set to the second chamber where the CrV (Cr: 83 at%, V: 17 at%) target is installed, CoPtCr (Co: 76 at%, Pt: 6.6) (at%, Cr: 17.4 at%) Continuously and sequentially sent to the third chamber where the target is installed, a film is formed on the substrate. These films are sputtered at a pressure of 2 mtorr, a substrate temperature of 350 ° C., and in an Ar atmosphere to obtain a CrV underlayer having a thin film thickness of about 600 angstroms and a CoPtCr magnetic layer having a thin film thickness of about 300 angstroms.
Next, the laminate on which the unevenness control layer, the underlayer, and the magnetic layer are formed is fed into a fourth chamber provided with a heater for heat treatment. At this time, the inside of the fourth chamber is set to an Ar gas (mtorr) atmosphere, and the heat treatment is performed by changing the heat treatment temperature.
[0087]
Send the above substrate to the 5th chamber where the carbon target is installed, Ar + H₂(H₂= 6%) A carbon protective layer having a thin film thickness of about 100 Å is obtained under the same film formation conditions as the CrV underlayer and CoPtCr magnetic layer except that the film is formed in an atmosphere.
Finally, the substrate after the formation of the carbon protective layer is taken out from the inline sense sputtering apparatus, and perfluoropolyether is applied to the surface of the carbon protective layer by dipping to form a lubricating layer having a thickness of 8 angstroms. I got a magnetic disk.
Although the present invention has been described with reference to the preferred embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments.
[0088]
【The invention's effect】
By using the glass of the present invention, even if it is non-alkali glass or low alkali glass, an ion exchange layer is formed and the bending strength is 25 kg / mm.²The above glass substrate can be provided. According to the invention, 36 × 10⁶Even if it is a non-alkali glass or a low alkali glass having a high specific modulus of Nm / kg or more or a large Young's modulus of 110 GPa or more, an ion exchange layer is formed and the bending strength is 25 kg / mm.²The above glass substrate can be provided. Furthermore, it is a glass substrate having a high transition temperature (high heat resistance) of 700 ° C. or higher and excellent surface smoothness (surface roughness Ra <9 angstroms), with a bending strength of 25 kg / mm.²It is also possible to provide a glass having high strength as described above.
In addition, since the glass of the present invention is excellent in heat resistance, it can be subjected to heat treatment necessary for improving the characteristics of the magnetic film without deformation of the substrate, and since it is excellent in flatness, the magnetic head has low flying height, that is, high density. Since recording can be achieved and the specific modulus and strength are large, the magnetic disk can be thinned and damage to the magnetic disk can be avoided. Furthermore, it can be obtained relatively stably as glass, and since it is easy to produce on an industrial scale, it can be highly expected as an inexpensive substrate glass for next-generation magnetic recording media.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a magnetic disk 1 in which a concavity and convexity control layer 3, an underlayer 4, a magnetic layer 5, a protective layer 6 and a lubricating layer 7 are sequentially formed on a glass substrate 2. FIG.

Claims

A glass substrate having an ion exchange layer on at least the surface of the substrate,
The portion other than the ion exchange layer does not contain an alkali metal oxide,
The portion other than the ion exchange layer contains one or more divalent metal oxides selected from MgO, CaO, SrO and ZnO,
The ion exchange layer contains an alkali metal ion or a divalent metal ion having an ionic radius larger than a divalent metal ion constituting the divalent metal oxide;
Alkali metal ions and divalent metal ions having an ionic radius larger than the divalent metal ions constituting the divalent metal oxide are Li ions, Na ions, K ions, Zn ions, Ca ions, Sr ions, and Ba ions. At least one selected from the group consisting of:
The substrate has a bending strength of 25 kg / mm ² or more.

The ion exchange layer is formed by substituting at least a part of divalent metal ions constituting the divalent metal oxide with alkali metal ions or divalent metal ions having an ionic radius larger than the divalent metal ions. The substrate according to claim 1 .

Does not contain alkali metal oxides,
A glass substrate containing one or more divalent metal oxides selected from MgO, CaO, SrO and ZnO,
Li ion, Na ion, K ion, Zn ion, Ca ion, Sr ion, and Ba ion that are alkali metal ions or divalent metal ions having an ionic radius larger than the divalent metal ions constituting the divalent metal oxide A method for producing a glass substrate, comprising a step of immersing in a liquid containing at least one selected from the group consisting of and forming an ion exchange layer on at least the surface of the substrate.

The production method according to claim 3 , wherein the ion exchange conditions are selected so that the substrate on which the ion exchange layer is formed has a bending strength of 25 kg / mm ² or more.

The manufacturing method of any one of Claims 3-4 which immerses in a liquid at the temperature of 400 degreeC or more.

The chemically strengthened glass substrate manufactured by the manufacturing method of any one of Claims 3-5 .

It consists of a glass substrate of any one of Claims 1-2 and 6 , The board | substrate for information recording media characterized by the above-mentioned.

An information recording medium comprising at least a substrate and an information recording unit, wherein the substrate is the substrate according to claim 7 .

The information recording medium according to claim 8 , wherein the information recording medium is a magnetic recording medium.