JP4273624B2 - ガラス組成物 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は結晶化ガラス組成物に関する。さらに詳しくは、結晶化ガラス磁気ディスクの組成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、磁気ディスク用の基板としては、アルミニウム基板、ガラス基板等が実用化されている。中でもガラス基板は、表面の平滑性や機械的強度が優れていることから、最も注目されている。そのようなガラス基板としては、ガラス基板表面をイオン交換で強化した化学強化ガラス基板や、基板に結晶成分を析出させて結合の強化を図る結晶化ガラス基板が知られている。
【０００３】
ところで最近の基板に対する性能の要求は、日に日に厳しくなってきており、とくに高速回転時のたわみやそりに直接的に関わる強度に対する性能の向上が求められている。これは基板材料のヤング率によって表すことができ、数値が高ければ高いほど望ましい。
【０００４】
例えば特開平１１−３２２３６２に示される組成においては、ヤング率は１３０以上を達成している。しかし、上記先行技術においては熱処理温度が１次処理温度で８００度、２次処理温度で１０００度と非常に高く、製造が困難である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
したがって最近は高いヤング率を達成しながら、生産性の向上が求めらることになる。そこで本発明は、ガラスのヤング率が向上し、さらに生産性の高い組成を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に記載された発明は、結晶化ガラス組成物であって、主成分の組成範囲を、
ＳｉＯ2が３５ｗｔ％以上で且つ ５０ｗｔ％以下、
Ａｌ2Ｏ3が１３ｗｔ％以上で且つ １５．５ｗｔ％以下、
ＭｇＯが１７．０ｗｔ％以上で且つ ３０ｗｔ％以下、
ＴｉＯ2が１５．５ｗｔ％以上で且つ ２０ｗｔ％以下とし、
主析出結晶相がクリノエンスタタイトであることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
本発明に係る実施形態のガラス基板は、主成分の組成範囲が、ＳｉＯ2が３５ｗｔ％以上で且つ５０ｗｔ％以下、Ａｌ2Ｏ3が１３ｗｔ％以上で且つ１５．５ｗｔ％以下、ＭｇＯが１０ｗｔ％以上で且つ３０ｗｔ％以下、ＴｉＯ2が５ｗｔ％以上で且つ２０ｗｔ％以下、であることを特徴としている。
【０００９】
【００１０】
ＳｉＯ2はガラス形成酸化物のため組成比が３５ｗｔ％より少ないと、溶融性が悪くなり、５０ｗｔ％を越えるとガラスとして安定状態になるため、結晶が析出しにくくなる。
【００１１】
Ａｌ2Ｏ3はガラス中間酸化物であり、熱処理によって析出する結晶相であるマグネシウムアルミニウム系結晶の構成成分である。組成比が１３ｗｔ％より少ないと析出結晶が少なく、強度が得られず、１５．５ｗｔ％を越えると溶融温度が高くなり失透しやすくなる。
【００１２】
ＭｇＯは融剤であり、それを加えているため粒状の結晶を凝集させ結晶粒子塊を形成する。ただし、組成比が１０ｗｔ％より少ないと作業温度幅が狭くなり、ガラスマトリクス相の化学的耐久性が向上しない。３０ｗｔ％を越えると、他の結晶相が析出して求める強度を得ることが難しくなる。
【００１３】
ＴｉＯ２は結晶核剤としてマグネシウムシリケート系結晶析出には不可欠な成分である。また融剤として働くため生産時の安定性が向上している。組成比が５ｗｔ％より少ないと溶融性が悪くなると共に、結晶成長がしにくくなり、２０ｗｔ％を越えると結晶化が急激に促進され、結晶化状態の制御が困難となり析出結晶の粗大化、結晶相の不均質が発生し、微細で均質な結晶構造が得られなくなり、研磨加工においてディスク基板として必要な平滑面が得られなくなる。さらに溶融成形時に失透しやすくなり、生産性が低下する。
【００１４】
またさらに、融剤として働くＬｉ2Ｏを加えることにより生産時の安定性が向上している。組成比が０．１ｗｔ％より少ないと溶融性が悪くなり、８ｗｔ％を越えると、また研磨−洗浄工程における安定性が悪くなる。
【００１５】
以下製造方法を説明する。最終的に生成されるガラス基板の主成分の組成を含む原料を所定の割合にて充分に混合し、これを白金るつぼに入れ溶融を行う。溶融後金型に流し概略の形状を形成する。これを室温までアニールする。続いて、５００〜６８０度の１次熱処理温度と１次処理時間により保持し（熱処理）、結晶核生成が行われる。引き続き、６８０〜８００度の２次熱処理温度と２次処理時間により保持し結晶核成長を行う。これを除冷することにより目的とする結晶化ガラスが得られる。
【００１６】
さらにこれを所望の形状、厚さに研磨等の加工を施すことにより、ディスク基板として利用できる。
【００１７】
以上の製造方法によって得られたガラス基板は、主成分の組成範囲が、ＳｉＯ2が３５ｗｔ％以上で且つ５０ｗｔ％以下、Ａｌ2Ｏ3が１３ｗｔ％以上で且つ１５．５ｗｔ％以下、ＭｇＯが１０ｗｔ％以上で且つ３０ｗｔ％以下、ＴｉＯ2が５ｗｔ％以上で且つ２０ｗｔ％以下、とするために、非常に高いヤング率と高い生産性を得ることが可能となった。但し、請求項１に記載された発明では、ＭｇＯが１７．０ｗｔ％以上で且つ３０ｗｔ％以下、ＴｉＯ 2 が１５．５ｗｔ％以上で且つ２０ｗｔ％以下とする。
【００１８】
また上記組成に加えさらにＬｉ2Ｏが０．１ｗｔ％以上で且つ８ｗｔ％以下、とすることにより、より高いヤング率と高い生産性を得ることが可能となった。
【００１９】
また以下の組成を適正な範囲において加えることにより、よりよい性能が得られる。
【００２０】
融剤として働くＺｎＯを加えているため均一な結晶析出を補助する。ただし、組成比が０．１ｗｔ％より少ないと十分な結晶均質化の改善がなされない。２２ｗｔ％を越えると、ガラスが安定となり結晶化が抑制され、求める強度が得られにくくなる。
【００２１】
融剤として働くＰ2Ｏ5は、シリケート系結晶を析出させる核形成剤であり、ガラス全体に結晶を均一に析出させるために重要な成分である。組成比が０．１ｗｔ％より少ないと十分な結晶核が形成されにくくなり、結晶粒子が粗大化したり結晶が不均質に析出し、微細で均質な結晶構造が得られにくくなり、研磨加工においてディスク基板として必要な平滑面が得られなくなる。５．０ｗｔ％を越えると、溶融時の炉剤に対する反応性が増し、また失透性も強くなることから溶融成形時の生産性が低下する。また化学的耐久性が低下し、磁気膜に影響を与える恐れがあると共に、研磨−洗浄工程における安定性が悪くなる。
【００２２】
ガラス修飾酸化物として働くＺｒＯ2を加えているためガラスの結晶核剤が有効に機能する。組成比が０．１ｗｔ％より少ないと十分な結晶核が形成されなくにくくなり、結晶粒子が粗大化したり結晶が不均質に析出し、微細で均質な結晶構造が得られなくなり、研磨加工においてディスク基板として必要な平滑面が得られなくなる。また化学的耐久性および耐マイグレーションが低下し、磁気膜に影響を与える恐れがあるとともに、研磨−洗浄工程において安定性が悪くなる。
また１２ｗｔ％を越えると溶融温度が高くなり、また失透しやすくなり溶融成形が困難となる。また析出結晶相が変化し求める特性が得られにくくなる。
【００２３】
融剤として働くＣaＯを加えているため均一な結晶析出を補助する。ただし、組成比が０．１ｗｔ％より少ないと十分な結晶均質化の改善がなされない。９ｗｔ％を越えると、化学的耐久性を向上させることができなくなる。
【００２４】
融剤として働くＮｂ2Ｏ5を加えているため結晶核剤物質が増加することになる。ただし、組成比が０．１ｗｔ％より少ないと十分な剛性の向上がなされない。
９ｗｔ％を越えると、ガラスの結晶化が不安定となり、析出結晶相を制御できなくなり、求める特性が得られにくくなる。
【００２５】
融剤として働くＴａ2Ｏ5を加えているため溶融性、強度を向上させ、またガラスマトリクス相の化学的耐久性を向上させる。ただし、組成比が０．１ｗｔ％より少ないと十分な剛性の向上がなされない。９ｗｔ％を越えると、ガラスの結晶化が不安定となり、析出結晶相を制御できなくなり、求める特性が得られにくくなる。
【００２６】
融剤として働くＫ2Ｏを加えているため生産時の安定性が向上している。ただし、組成比が０．１ｗｔ％より少ないと十分な溶融性改善がなされない。９ｗｔ％を越えると、ガラスが安定となり結晶化が抑制され、また化学的耐久性が低下し、磁気膜に影響を与える恐れがあると共に、研磨−洗浄工程における安定性が悪くなる。
【００２７】
フォーマーとして働くＢ2Ｏ3を加えているためガラスの分相を促し、結晶析出および成長を促進させる。ただし、組成比が０．１ｗｔ％より少ないと十分な溶融性改善がなされない。９ｗｔ％を越えると、ガラスが失透しやすくなり成形が困難になると共に、結晶が粗大化し微細な結晶が得られなくなる。
【００２８】
融剤として働くＹ2Ｏ3を加えているため剛性が向上している。ただし、組成比が０．１ｗｔ％より少ないと十分な剛性向上が得られない。９ｗｔ％を越えると、結晶析出が抑制され、十分な結晶化度が得られず、所望の特性が達成されない。
【００２９】
清澄剤として働くＳｂ2Ｏ3を加えているため生産時の安定性が向上している。
ただし、組成比が０．１ｗｔ％より少ないと十分な清澄効果が得られなくなり、生産性が低下する。９ｗｔ％を越えると、ガラスの結晶化が不安定となり析出結晶相を制御できなくなり、求める特性が得られにくくなる。
【００３０】
清澄剤として働くＡｓ2Ｏ3を加えているため生産時の安定性が向上している。
ただし、組成比が０．１ｗｔ％より少ないと十分な清澄効果が得られなくなり、生産性が低下する。９ｗｔ％を越えると、ガラスの結晶化が不安定となり析出結晶相を制御できなくなり、求める特性が得られにくくなる。
【００３１】
【実施例】
以下に実施例をあげて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。表１〜６には実施例１〜２７、参考例１〜３０のガラス組成物を重量％で示した。これらの数値に従って、先述した製造方法によりガラス基板を得た。
【００３２】
【表１】
C1 MgSiO3：クリノエンスタタイト
C2 MgSiO3：エンスタタイト
M1 (Mg,Al)SiO3：マグネシウム・アルミニウム・シリケート
Z1 Zn2Ti3O8：チタン酸亜鉛
Z2 Zn2TiO4：チタン酸亜鉛
【００３３】
【表２】
【００３４】
【表３】
【００３５】
【表４】
【００３６】
【表５】
【００３７】
【表６】
【００３８】
【発明の効果】
本発明によると、ヤング率が１１０以上かつ生産性の高いガラス基板を得ることができる。
【発明の属する技術分野】
本発明は結晶化ガラス組成物に関する。さらに詳しくは、結晶化ガラス磁気ディスクの組成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、磁気ディスク用の基板としては、アルミニウム基板、ガラス基板等が実用化されている。中でもガラス基板は、表面の平滑性や機械的強度が優れていることから、最も注目されている。そのようなガラス基板としては、ガラス基板表面をイオン交換で強化した化学強化ガラス基板や、基板に結晶成分を析出させて結合の強化を図る結晶化ガラス基板が知られている。
【０００３】
ところで最近の基板に対する性能の要求は、日に日に厳しくなってきており、とくに高速回転時のたわみやそりに直接的に関わる強度に対する性能の向上が求められている。これは基板材料のヤング率によって表すことができ、数値が高ければ高いほど望ましい。
【０００４】
例えば特開平１１−３２２３６２に示される組成においては、ヤング率は１３０以上を達成している。しかし、上記先行技術においては熱処理温度が１次処理温度で８００度、２次処理温度で１０００度と非常に高く、製造が困難である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
したがって最近は高いヤング率を達成しながら、生産性の向上が求めらることになる。そこで本発明は、ガラスのヤング率が向上し、さらに生産性の高い組成を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に記載された発明は、結晶化ガラス組成物であって、主成分の組成範囲を、
ＳｉＯ2が３５ｗｔ％以上で且つ ５０ｗｔ％以下、
Ａｌ2Ｏ3が１３ｗｔ％以上で且つ １５．５ｗｔ％以下、
ＭｇＯが１７．０ｗｔ％以上で且つ ３０ｗｔ％以下、
ＴｉＯ2が１５．５ｗｔ％以上で且つ ２０ｗｔ％以下とし、
主析出結晶相がクリノエンスタタイトであることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
本発明に係る実施形態のガラス基板は、主成分の組成範囲が、ＳｉＯ2が３５ｗｔ％以上で且つ５０ｗｔ％以下、Ａｌ2Ｏ3が１３ｗｔ％以上で且つ１５．５ｗｔ％以下、ＭｇＯが１０ｗｔ％以上で且つ３０ｗｔ％以下、ＴｉＯ2が５ｗｔ％以上で且つ２０ｗｔ％以下、であることを特徴としている。
【０００９】
【００１０】
ＳｉＯ2はガラス形成酸化物のため組成比が３５ｗｔ％より少ないと、溶融性が悪くなり、５０ｗｔ％を越えるとガラスとして安定状態になるため、結晶が析出しにくくなる。
【００１１】
Ａｌ2Ｏ3はガラス中間酸化物であり、熱処理によって析出する結晶相であるマグネシウムアルミニウム系結晶の構成成分である。組成比が１３ｗｔ％より少ないと析出結晶が少なく、強度が得られず、１５．５ｗｔ％を越えると溶融温度が高くなり失透しやすくなる。
【００１２】
ＭｇＯは融剤であり、それを加えているため粒状の結晶を凝集させ結晶粒子塊を形成する。ただし、組成比が１０ｗｔ％より少ないと作業温度幅が狭くなり、ガラスマトリクス相の化学的耐久性が向上しない。３０ｗｔ％を越えると、他の結晶相が析出して求める強度を得ることが難しくなる。
【００１３】
ＴｉＯ２は結晶核剤としてマグネシウムシリケート系結晶析出には不可欠な成分である。また融剤として働くため生産時の安定性が向上している。組成比が５ｗｔ％より少ないと溶融性が悪くなると共に、結晶成長がしにくくなり、２０ｗｔ％を越えると結晶化が急激に促進され、結晶化状態の制御が困難となり析出結晶の粗大化、結晶相の不均質が発生し、微細で均質な結晶構造が得られなくなり、研磨加工においてディスク基板として必要な平滑面が得られなくなる。さらに溶融成形時に失透しやすくなり、生産性が低下する。
【００１４】
またさらに、融剤として働くＬｉ2Ｏを加えることにより生産時の安定性が向上している。組成比が０．１ｗｔ％より少ないと溶融性が悪くなり、８ｗｔ％を越えると、また研磨−洗浄工程における安定性が悪くなる。
【００１５】
以下製造方法を説明する。最終的に生成されるガラス基板の主成分の組成を含む原料を所定の割合にて充分に混合し、これを白金るつぼに入れ溶融を行う。溶融後金型に流し概略の形状を形成する。これを室温までアニールする。続いて、５００〜６８０度の１次熱処理温度と１次処理時間により保持し（熱処理）、結晶核生成が行われる。引き続き、６８０〜８００度の２次熱処理温度と２次処理時間により保持し結晶核成長を行う。これを除冷することにより目的とする結晶化ガラスが得られる。
【００１６】
さらにこれを所望の形状、厚さに研磨等の加工を施すことにより、ディスク基板として利用できる。
【００１７】
以上の製造方法によって得られたガラス基板は、主成分の組成範囲が、ＳｉＯ2が３５ｗｔ％以上で且つ５０ｗｔ％以下、Ａｌ2Ｏ3が１３ｗｔ％以上で且つ１５．５ｗｔ％以下、ＭｇＯが１０ｗｔ％以上で且つ３０ｗｔ％以下、ＴｉＯ2が５ｗｔ％以上で且つ２０ｗｔ％以下、とするために、非常に高いヤング率と高い生産性を得ることが可能となった。但し、請求項１に記載された発明では、ＭｇＯが１７．０ｗｔ％以上で且つ３０ｗｔ％以下、ＴｉＯ 2 が１５．５ｗｔ％以上で且つ２０ｗｔ％以下とする。
【００１８】
また上記組成に加えさらにＬｉ2Ｏが０．１ｗｔ％以上で且つ８ｗｔ％以下、とすることにより、より高いヤング率と高い生産性を得ることが可能となった。
【００１９】
また以下の組成を適正な範囲において加えることにより、よりよい性能が得られる。
【００２０】
融剤として働くＺｎＯを加えているため均一な結晶析出を補助する。ただし、組成比が０．１ｗｔ％より少ないと十分な結晶均質化の改善がなされない。２２ｗｔ％を越えると、ガラスが安定となり結晶化が抑制され、求める強度が得られにくくなる。
【００２１】
融剤として働くＰ2Ｏ5は、シリケート系結晶を析出させる核形成剤であり、ガラス全体に結晶を均一に析出させるために重要な成分である。組成比が０．１ｗｔ％より少ないと十分な結晶核が形成されにくくなり、結晶粒子が粗大化したり結晶が不均質に析出し、微細で均質な結晶構造が得られにくくなり、研磨加工においてディスク基板として必要な平滑面が得られなくなる。５．０ｗｔ％を越えると、溶融時の炉剤に対する反応性が増し、また失透性も強くなることから溶融成形時の生産性が低下する。また化学的耐久性が低下し、磁気膜に影響を与える恐れがあると共に、研磨−洗浄工程における安定性が悪くなる。
【００２２】
ガラス修飾酸化物として働くＺｒＯ2を加えているためガラスの結晶核剤が有効に機能する。組成比が０．１ｗｔ％より少ないと十分な結晶核が形成されなくにくくなり、結晶粒子が粗大化したり結晶が不均質に析出し、微細で均質な結晶構造が得られなくなり、研磨加工においてディスク基板として必要な平滑面が得られなくなる。また化学的耐久性および耐マイグレーションが低下し、磁気膜に影響を与える恐れがあるとともに、研磨−洗浄工程において安定性が悪くなる。
また１２ｗｔ％を越えると溶融温度が高くなり、また失透しやすくなり溶融成形が困難となる。また析出結晶相が変化し求める特性が得られにくくなる。
【００２３】
融剤として働くＣaＯを加えているため均一な結晶析出を補助する。ただし、組成比が０．１ｗｔ％より少ないと十分な結晶均質化の改善がなされない。９ｗｔ％を越えると、化学的耐久性を向上させることができなくなる。
【００２４】
融剤として働くＮｂ2Ｏ5を加えているため結晶核剤物質が増加することになる。ただし、組成比が０．１ｗｔ％より少ないと十分な剛性の向上がなされない。
９ｗｔ％を越えると、ガラスの結晶化が不安定となり、析出結晶相を制御できなくなり、求める特性が得られにくくなる。
【００２５】
融剤として働くＴａ2Ｏ5を加えているため溶融性、強度を向上させ、またガラスマトリクス相の化学的耐久性を向上させる。ただし、組成比が０．１ｗｔ％より少ないと十分な剛性の向上がなされない。９ｗｔ％を越えると、ガラスの結晶化が不安定となり、析出結晶相を制御できなくなり、求める特性が得られにくくなる。
【００２６】
融剤として働くＫ2Ｏを加えているため生産時の安定性が向上している。ただし、組成比が０．１ｗｔ％より少ないと十分な溶融性改善がなされない。９ｗｔ％を越えると、ガラスが安定となり結晶化が抑制され、また化学的耐久性が低下し、磁気膜に影響を与える恐れがあると共に、研磨−洗浄工程における安定性が悪くなる。
【００２７】
フォーマーとして働くＢ2Ｏ3を加えているためガラスの分相を促し、結晶析出および成長を促進させる。ただし、組成比が０．１ｗｔ％より少ないと十分な溶融性改善がなされない。９ｗｔ％を越えると、ガラスが失透しやすくなり成形が困難になると共に、結晶が粗大化し微細な結晶が得られなくなる。
【００２８】
融剤として働くＹ2Ｏ3を加えているため剛性が向上している。ただし、組成比が０．１ｗｔ％より少ないと十分な剛性向上が得られない。９ｗｔ％を越えると、結晶析出が抑制され、十分な結晶化度が得られず、所望の特性が達成されない。
【００２９】
清澄剤として働くＳｂ2Ｏ3を加えているため生産時の安定性が向上している。
ただし、組成比が０．１ｗｔ％より少ないと十分な清澄効果が得られなくなり、生産性が低下する。９ｗｔ％を越えると、ガラスの結晶化が不安定となり析出結晶相を制御できなくなり、求める特性が得られにくくなる。
【００３０】
清澄剤として働くＡｓ2Ｏ3を加えているため生産時の安定性が向上している。
ただし、組成比が０．１ｗｔ％より少ないと十分な清澄効果が得られなくなり、生産性が低下する。９ｗｔ％を越えると、ガラスの結晶化が不安定となり析出結晶相を制御できなくなり、求める特性が得られにくくなる。
【００３１】
【実施例】
以下に実施例をあげて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。表１〜６には実施例１〜２７、参考例１〜３０のガラス組成物を重量％で示した。これらの数値に従って、先述した製造方法によりガラス基板を得た。
【００３２】
【表１】
C2 MgSiO3：エンスタタイト
M1 (Mg,Al)SiO3：マグネシウム・アルミニウム・シリケート
Z1 Zn2Ti3O8：チタン酸亜鉛
Z2 Zn2TiO4：チタン酸亜鉛
【００３３】
【表２】
【表３】
【表４】
【表５】
【表６】
【発明の効果】
本発明によると、ヤング率が１１０以上かつ生産性の高いガラス基板を得ることができる。
Claims (1)
- 主成分の組成範囲を、
ＳｉＯ2が３５ｗｔ％以上で且つ ５０ｗｔ％以下、
Ａｌ2Ｏ3が１３ｗｔ％以上で且つ １５．５ｗｔ％以下、
ＭｇＯが１７．０ｗｔ％以上で且つ ３０ｗｔ％以下、
ＴｉＯ2が１５．５ｗｔ％以上で且つ ２０ｗｔ％以下とし、
主析出結晶相がクリノエンスタタイトであることを特徴とする結晶化ガラス組成物。
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