JP4323597B2

JP4323597B2 - Crystallized glass for information recording disk and method for producing the same

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Publication number: JP4323597B2
Application number: JP34396498A
Authority: JP
Inventors: 学禄鄒
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 1998-12-03
Filing date: 1998-12-03
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2018-12-03
Also published as: JP2000169184A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気ディスク基板や各種電子部品用基板に適した結晶化ガラス及びこの結晶化ガラスを用いたガラス基板に関する。
さらに詳しくは、本発明は、高いヤング率、優れた機械強度、表面平坦性及び耐熱性を有し、かつ研磨加工することにより優れた表面平滑性を有するガラス基板を提供できる結晶化ガラス及びこの結晶化ガラスを用いた優れた表面平滑性を有するガラス基板に関する。
さらに本発明は、上記ガラス基板を用いた情報記録媒体及び磁気ディスクに関する。
【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用の基板材料としては主としてアルミニウム合金が使用されてきている。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、ある程度以上高精度の平坦面を製造することは困難である。また、ハードディスクドライブの小型化・薄型化に伴い、磁気ディスク用基板の厚みを小さくすることも要求されている。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、アルミニウム合金基板に代わって、高強度、高剛性、高耐衝撃性、高表面平滑性を必要される磁気ディスク用ガラス基板が登場してきた。このうち、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(例えば、特開平１−２３９０３６号公報参照)や、結晶化処理を施した結晶化基板(例えば、米国特許５３９１５２２公報、米国特許5476821公報参照)などがよく知られている。
特開平１−２３９０３６号公報に記載のイオン交換強化ガラス基板は、重量％表示で、SiO₂：５０−６５％、Al₂O₃：０．５−１４％、R₂O（ただしＲはアルカリ金属イオン）：１０−３２、ZnO：１−１５％、B₂O₃：１．１−１４％を含むガラス基板の表面に、アルカリイオンによるイオン交換法によって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である。
また、米国特許５３９１５２２公報に記載の結晶化ガラスは、重量％表示で、SiO₂：６５−８３％、Li₂O：８−１３％、K₂O：０−７％、MgO：０．５−５．５％、ZnO：０−５％、PbO：０−５％（ただしMgO+ZnO+ PbO：０．５−５％）P₂O₅：１−４％、Al₂O₃：０−７％、As₂O₃+Sb₂O₃：０−２％を含み、主結晶として微細なLi₂O・２SiO₂結晶粒子を含む磁気ディスク用結晶化ガラスである。米国特許5476821公報には、重量％表示でSiO₂：35-60%、Al₂O₃：20-35％、MgO：0-25％、ZnO：0-25％、但し、MgO+ZnO＞10%、TiO₂：0-20%、ZrO₂：0-10%、Li₂O：0-2％、NiO：0-8%、但しTiO2+ZrO2+NiO＞５％などの酸化物成分を含み、主結晶としてスピネル結晶粒子を含むディスク用結晶化ガラスが開示されいる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、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み、そのため、ディスク基板材料の強度やヤング率、表面平滑性などが一層厳しく要求されてきている。特に最近パソコン及びサーバー用３.5インチハードディスク情報記録の高密度化によって基板材料の表面平滑性及び表面平坦性が厳しく要求され、またデータ処理の高速化に対応してディスクの回転数を10000rpm以上にする必要があるため、基板材料の剛性度に対する要求が一層厳しくなってきており、従来のアルミ基板の限界がすでにはっきりとなっている。今後、ハードディスクの高容量化、高速回転化の需要が必然であるかぎり、磁気記録媒体用基板材料としては高ヤング率、高強度、優れた表面平坦性、耐衝撃性などが強く要求されつつあるに間違いない。
【０００５】
そのため、特開平１−２３９０３６号公報に開示されているような化学強化ガラスでは、ヤング率が約８0Gpa程度で今後のハードディスクの厳しい要求に対応できなくなるのは明らかである。また、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。また、これまでのイオン交換強化基板ガラス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のヤング率が低く(100Gpa)、剛性度も低いので、3.5インチのハイエンドディスク基板や薄型化ディスク基板に対応できないという欠点がある。さらに磁気記録媒体の製造過程においては、ガラス基板上に磁気層を設けた後に、磁気層の保磁力などの特性を向上させるために所定の熱処理を施する場合があるが、上記従来のイオン交換強化ガラスではガラスの転移温度もせいぜい５００℃程度で耐熱性に乏しいので、高保磁力が得られないという問題がある。
【０００６】
また、米国特許５３９１５２２公報に開示されているような従来の結晶化ガラスは、ヤング率や耐熱性の点では、上記の化学強化ガラス基板より少々優れている。しかるに、表面粗さは１０オングストロームより大きく表面平滑性が乏しいので、磁気ヘッドの低浮上化に限界があるため、磁気記録の高密度化に対応できないという問題がある。さらに、ヤング率もせいぜい90-100Gpa程度で3.5インチハイエンドディスク基板や薄型化ディスク基板に対応することができないという欠点もある。
また、米国特許5476821公報に開示されている磁気ディスク用結晶化ガラスは140Gpa程度の高いヤング率をもつものの、スピネルを主結晶となるので溶解温度や液相温度が高い上、硬度の高いスピネル結晶と母体ガラスとの硬度差が大きすぎて研磨し難いという欠点がある。このような高ヤング率結晶化ガラスを安価的に製造するのは難しく、採算性も悪いので、大量製造に相応しくない。
【０００７】
そこで本発明の目的は、磁気ディスク等の情報記録用ディスクに用いることができる高いヤング率を有する結晶化ガラスであって、表面平滑性に優れ、かつ溶解温度や液相温度が低い結晶化ガラスを提供することにある。
さらに本発明の目的は、高いヤング率を有し、かつ溶解温度や液相温度が低い結晶化ガラスからなり、表面平滑性にも優れた、磁気ディスク等の情報記録用ディスクに用いることができるガラス基板を提供することにある。
また、本発明の目的は、上記結晶化ガラス基板を用いた情報記録媒体及び磁気ディスクを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、SiO₂：42−65モル％、Al₂O₃：0−15モル％、MgO：5−30モル％、Y₂O₃：0.5−8モル％、Li₂O：10モル％を超え、25モル％以下、を含有し、
ZrO₂、TiO₂及びP₂O₅、の少なくとも１種をさらに含有し、かつZrO₂+TiO₂+P₂O₅：5−18モル％であり、
Na₂O：0−10モル％及びK₂O：0−10モル％をさらに含有し、かつNa₂O+K₂O≦10モル％であり、
CaO：0−10モル％、SrO：0−10モル％、BaO：0−10モル％、ZnO：0−10モル％、NiO：0−10モル％をさらに含有し、かつCaO+SrO+BaO+ZnO+NiO≦10モル％であり、
主結晶相がβ−石英固溶体及び／又はエンスタタイトであり、前記β−石英固溶体が、2MgO・2Al ₂ O ₃ ・5SiO ₂ 、MgO・Al ₂ O ₃ ・3SiO ₂ 、及びMgO・Al ₂ O ₃ ・4SiO ₂ からなる群から選ばれる１種又は２種以上の組成を有する準安定な石英固溶体であることを特徴とする情報記録ディスク用結晶化ガラスに関する。さらに本発明は、上記結晶化ガラスからなる情報記録ディスク用基板並びにこの基板を用いた情報記録媒体及び磁気ディスクに関する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の結晶化ガラスの組成は、原ガラスと同様に酸化物基準で表示する。原ガラスの組成範囲を上記のように限定した理由について以下に述べる。尚、本明細書中、「%」は特に断らない限り「モル%」である
SiO₂はガラスの網目構造の形成物であり、主な析出結晶であるβ−石英固溶体やエンスタタイトの構成成分でもある。また、主結晶ではないが、β−スポジュメン固溶体の構成成分でもある。SiO₂の含有量は42%未満では溶解したガラスが不安定なので、高温成形ができなくなる傾向がある上、上記のような結晶を主結晶として析出し難しくなる。また、SiO₂の含有量が42%より少なくなると、残存ガラスマトリックス相の化学耐久性が悪化したり、耐熱性も悪化する傾向もある。一方、SiO₂の含有量が65%を超えるとガラスのヤング率が急激に小さくなる傾向がある。このように、SiO₂の含有量は、析出結晶種及びその析出量、ヤング率、化学耐久性、耐熱性及び成形・生産性を考慮すると、42〜65%の範囲であり、下限は、好ましく45%以上、より好ましくは、48%以上であり、上限は好ましくは62%以下、より好ましくは60%以下である。
【００１０】
Al₂O₃はガラスの中間酸化物であり、主な結晶種であるβ−石英固溶体の構成成分でもある。Al₂O₃の導入は準安定なβ-石英固溶体結晶の析出を促進し、ガラス表面硬度の向上に寄与する。しかし、Al₂O₃の含有量が 15％を超えると、溶融温度や液相温度が高くなってガラスが溶けにくくなるうえ、成形しにくくなる。そこで、Al₂O₃の含有量は15%以下とする。ガラスの溶解性、高温度成形性、析出結晶種などのことを考慮すると、Al₂O₃の含有量は0〜15%の範囲とし、下限は好ましくは1%以上、より好ましくは2%以上てあり、上限は好ましくは10％以下、より好ましくは7%以下である。
さらに、SiO₂+ Al₂O₃の含有量は、ガラスに成形可能な高温粘性を持たせるという観点から50%以上であることが好ましく、より好ましくは55%以上である。
【００１１】
MgOはSiO₂成分とともに原ガラスの熱処理によりβ−石英固溶体やエンスタタイト結晶を生成し、硬度や耐熱性を向上しつつ透明性を維持させる効果を有するきわめて重要な成分である。しかし、MgOの含有量が 5％未満では上記のような効果が得られない。さらに、MgOの含有量が少なくなると、ガラスの失透傾向も、溶融温度も高くなるので、MgOの含有量は5%以上とする。一方、MgOの含有量が30モル％を超えると、ガラスの液相温度が急激に高くなり、生産性や加工性も悪化する。そこで、MgOの含有量は30％以下とする。MgOの含有量はガラスの生産性や溶融性及び機械強度などのことを考慮すると、5〜30%の範囲であり、下限は、好ましくは7%以上、より好ましくは10%以上であり、上限は好ましくは25％以下、より好ましくは20%以下である。
【００１２】
上記の結晶化ガラスは、Y₂O₃を含有する。少なくとも0.5%のY₂O₃を導入することによって結晶化ガラスのヤング率を５Gpa程度増大させ、かつ液相温度を50℃程度低減することができる。さらに、少なくとも0.5%のY₂O₃を導入することによってガラスの熱的な安定性を向上させることもできる。このように、少量のY₂O₃を導入することによってガラスの特性や生産性を格段に向上させることができる。しかし、Y₂O₃は上記のガラス主結晶の核生成を抑制する作用も有するので、Y₂O₃の導入量が多くなり過ぎると、ガラスは熱処理中に表面結晶化を起こし、目標とする表面平滑性を有する結晶化ガラスが得難くなる傾向がある。そこで、Y₂O₃の含有量を８%以下とする。Y₂O₃の含有量の下限は、好ましくは0.5%であり、より好ましくは1%である。Y₂O₃の含有量の上限は、好ましくは5%であり、より好ましくは3%である。
【００１３】
Li₂OはSiO₂とともに原ガラスの熱処理によりβ−スポジュメン固溶体等の結晶を生成し、ガラスの液相温度や結晶化処理温度を低める効果を有する成分である。Li₂Oの含有量は10%以下では上記のような効果が得られない。さらに、Li₂Oの含有量が10%以下では、ガラスの溶融温度も高くなり、ガラスディスク成形の作業温度幅も狭くなってしまう。そこで、Li₂Oの含有量は10%を超えることが適当である。一方、Li₂Oの含有量が25%を超えると、ガラスが非常に不安定となり、得られた結晶化ガラスのヤング率も大きく低下する傾向がある。そこで、Li₂Oの含有量は25%以下とする。ガラスの生産性、化学耐久性、機械的な特性を考慮すると、Li₂Oの含有量の下限は、好ましくは10.5%以上、より好ましくは11%以上である。また、Li₂Oの含有量の上限は、好ましくは22%以下、より好ましくは20%以下である。
【００１４】
本発明の結晶化ガラスは、主結晶相としてβ−石英固溶体及びエンスタタイトの一方または両方を含有する。β−石英固溶体の結晶相は、2MgO・2Al₂O₃・5SiO₂、MgO・Al₂O₃・3SiO₂、及びMgO・Al₂O₃・4SiO₂からなる群から選ばれる１種又は２種以上の組成を有する準安定なクオーツ（石英固溶体）である。また、エンスタタイトの結晶相は、Mg ₂Si₂O₆の組成を有するクリノエンスタタイト結晶相である。さらに本発明の結晶化ガラスは、上記の結晶の他に、結晶相としてβ−スポジュメン固溶体などその他の結晶を含むこともできる。
【００１５】
さらに、本発明の結晶化ガラスに含まれる上記結晶の結晶粒子サイズは、本発明の結晶化ガラスを表面粗さRaが0.1−0.9nmの範囲となるように研磨表面を形成できる程度であることが好ましく、より好ましくは結晶相の結晶粒子サイズが、表面粗さRaが0.1−0.5nmの範囲となるように研磨表面を形成できる程度である。結晶化ガラスに含まれる結晶相の結晶粒子サイズが上記範囲となることで、優れた表面平滑性を有する情報記録ディスクを提供することができる。
【００１６】
さらに、本発明の結晶化ガラスにおいて、ガラスの組成は、原ガラスの液相温度が１２００℃以下となるように選択することが好ましい。より好ましくは、原ガラスの液相温度が１１５０℃以下となるように選択する。原ガラスの液相温度が低いことで、結晶化ガラス基板の製造が容易となる。即ち、ガラス基板を製造する際に行われる原料の熔解、成形等の工程において、著しく高い温度を用いる必要がないため、熔解炉や成形型の材質の採用範囲が広がる等、製造が容易になっと言う利点がある。
【００１７】
TiO₂、ZrO₂、及びP₂O₅は、いずれも結晶核の生成剤として作用し、β石英固溶体やエンスタタイトなどの微細結晶粒子の析出を促進する。また、SiO₂の含有量が比較的少ない場合には、ガラスに熱的な安定性を持たせる成分でもある。従って、本発明の結晶化ガラスは、TiO₂、ZrO₂、及びP₂O₅の少なくとも1種を含むことが好ましい。その場合、TiO₂+ZrO+P₂O₅の合計含有量が5%未満では、主結晶の核生成剤としての効果が十分に得られず、ガラスが表面結晶化となり、均質な結晶化ガラスの作製が難かしい傾向がある。そこで、TiO₂、ZrO₂、及びP₂O₅の合計含有量を５％以上にすることが好ましい。一方、TiO₂、ZrO₂、及びP₂O₅の合計含有量が18%を超えると、ガラスの高温粘性が低くなりすぎて分相したり、失透したりするので、ガラスの生産性は極端に悪化してしまう傾向がある。そこで、TiO₂+ZrO+P₂O₅の合計含有量は18%以下にすることが好ましい。ガラスの生産性、化学耐久性、高温粘性、結晶核生成などのことを考慮すると、TiO₂+ZrO+P₂O₅の合計含有量は、上述のように5〜18%の範囲であることが好ましい。TiO₂+ZrO+P₂O₅の合計含有量の下限は、好ましくは6％以上、より好ましい7%以上であり、上限は好ましくは15%以下、より好ましくは13%以下である。
【００１８】
Na₂O、K₂O、CaO、SrO、BaO、ZnO、NiOなどの酸化物成分は、主にガラス高温粘性を調整し、失透傾向を抑え、結晶粒子を均質化することができる成分である。これらの成分の少なくとも1つをガラスに添加することで、ガラスのヤング率は多少小さくなるが、ガラスの生産性が向上し、結晶化粒子のサイズが均質化するなど、ガラスの他の特性を改善することができる。ガラスのヤング率、生産性、結晶化ガラスの表面平滑性、強度などの特性を考慮するとNa₂Oの含有量は0〜10％の範囲、K₂Oの含有量は0〜10％の範囲であり、かつNa₂O+K₂Oの含有量は10％以下であることが好ましい。Na₂O、K₂O及びNa₂O+K₂Oの含有量は、いずれも好ましくは8%以下である。また、同様に、CaOの含有量は0−10％の範囲、SrOの含有量は0−10％の範囲、BaOの含有量は0−10％の範囲、ZnOの含有量は0−10％の範囲、NiOの含有量は0−10％の範囲であり、かつCaO+SrO+BaO+ZnO+NiOの含有量は10モル％以下であることが好ましい。さらに、CaO、SrO、BaO、ZnO、NiO及びCaO+SrO+BaO+ZnO+NiOの含有量は、いずれも好ましくは8%以下である。
【００１９】
本発明の結晶化ガラスは、上記の成分の他に、所望の特性を損なわない範囲でB₂O₃、Nb₂O₅、Ta₂O₅、及びLa₂O₃等の希土類金属酸化物成分を含有することができる。しかし、これらの成分は著しくガラスのヤング率を低下させる。そこで、B₂O₃の含有量は0−5％の範囲、R₂O₃の含有量は0−5％の範囲（但し、Ｒは希土類金属イオン(例えば、Nd³⁺、Pr³⁺、Pm³⁺、Sm³⁺、Eu³⁺、Gd³⁺、Tb³⁺、Dy³⁺、Ho³⁺、Er³⁺、Tm³⁺、Yb³⁺)である）、CeO₂の含有量は0−5％の範囲、N₂O₅の含有量は0−5％の範囲（但し、ＮはNbまたはTaである）とし、かつB₂O₃+R₂O₃+CeO₂+N₂O₅≦５モル％であることが好ましい。さらに、ガラスの生産性を考慮すると、上記各成分の含有量及び合計の含有量は４%以下にすることがさらに好ましい。
【００２０】
As₂O₃とSb₂O₃は、結晶化ガラスの原料となる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及びSb₂O₃の一方又は両方をガラスに添加することで、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くなり過ぎると、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、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恐れもある。そこで、As₂O₃の含有量は0−2％の範囲、Sb₂O₃の含有量は0−2％の範囲とし、かつAs₂O₃+Sb₂O₃≦２モル％とすることが好ましい。特に、As₂O₃、Sb₂O₃及びAs₂O₃+Sb₂O₃の含有量は、いずれも1.5％以下であることが好ましい。
【００２１】
本発明の結晶化ガラスの製造方法は、特に限定されず、各種ガラス製造方法を用いて得られたガラスを熱処理することで結晶化ガラスを得ることができる。例えば、高温溶融法、即ち所定の割合のガラス原料を空気中または不活性ガス雰囲気で溶解し、バブリングや脱泡剤の添加や撹拌などによってガラスの均質化を行い、周知のプレス法、フロート法やダウンドーロ成形などの方法により板ガラスに成形され、その後、研削、研磨などの加工を施し、所望のサイズ、形状のガラス成形品とすることができる。得られたガラス成形品の熱処理方法には、特に制限はなく、結晶化促進剤の含有量やガラスの転移温度、結晶化ピーク温度などに応じて選択することができる。但し、始めに比較的に低い温度で熱処理して多数の結晶核を発生させた後、温度を上げて結晶を成長させることが、微細な結晶を得るうえで好ましい。適当な条件での熱処理により結晶粒子のサイズが5-500ｎｍ範囲にあるβ石英固溶体やエンスタタイトの一方または両方を含む結晶化ガラスが得られる。
【００２２】
熱処理を終えた成形品は常法を用いて表面を研磨することができる。研磨方法については特に制限がなく、合成ダイヤモンド、炭化珪素、酸化アルミニウム、炭化ホウ素などの合成砥粒や、天然ダイヤモンド、酸化セリウムなどの天然砥粒を用いて、公知の方法により研磨することができる。例えば、通常の研磨方法および装置でラッピングおよび酸化セリウムにてポリシング加工することによって、表面粗さ（Ｒａ）を0.1−0.9ｎｍの範囲にすることができる。
【００２３】
このようにして得られる本発明の結晶化ガラスは、情報記録ディスク用として好適である。本発明の結晶化ガラスを用いた磁気ディスク基板は、磁気ディスク基板として必要な表面平滑性、平坦性、強度、硬度、化学耐久性、耐熱性などをすべて満足する。また、従来の結晶化ガラス（Li₂O−SiO₂結晶化ガラス）に比べ、より高いヤング率をもつので、ディスクの高速回転化によるたわみをより小さく抑えることができ、高TPIハードディスクの実現のため基板材料として好適である。
【００２４】
本発明の結晶化ガラスを製造するに際して、熱処理のスケジュールやガラス組成を適宜変えることにより、析出結晶サイズや結晶量を制御することができ、必要に応じて結晶化ガラスの特性を大幅に調整することができる。
【００２５】
次に、本発明の情報記録媒体について説明する。
本発明の情報記録媒体は、本発明の情報記録媒体用ガラス基板と、該ガラス基板上に形成された記録層とを有することを特徴とする。ここで、「ガラス基板上に形成された記録層」とは、ガラス基板表面に直接または所望の層を介して形成された単層構造または複数層構造の記録層を意味し、当該記録層の材料及び層構造は、目的とする情報記録媒体の種類に応じて、磁気記録層、光記録層、光磁気記録層等として機能するよう適宜選択される。
【００２６】
次に、本発明の磁気ディスクについて説明する。
本発明の磁気ディスクは、本発明のガラス基板と、このガラス基板上に形成された磁気記録層とを有することを特徴とする。
上述した本発明のガラスからなる基板の主表面に、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）もの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。
【００２７】
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。
【００２８】
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基板表面の一部又は全部に設けてもよい。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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の結晶化ガラスは、容易に成形することができ、110GPa以上大きなヤング率及び700℃程度の高い耐熱性を有し、優れた表面平滑性（表面粗さRaで0.1-0.9ｎｍ範囲）を有する。そのため硬度や強度の大きい基板材料や電子部品用材料を提供できる。また、本発明の結晶化ガラスを用いた磁気ディスクは、磁気膜の特性向上に必要な熱処理を基板の変形無しに施すことができる。さらに、本発明の結晶化ガラスを用いた磁気ディスクは、平坦性が優れるため、磁気ヘッドの低浮上化即ち高密度記録化が達成でき、ヤング率や強度が大きいので、磁気ディスクの薄型化及び高速回転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。
さらに原ガラスの溶融条件は、1350-1450℃の温度範囲で2-5時間で清澄、均質化できるため、ガラスの溶融性がよく工業的規模での生産が容易であり、安価な次世代磁気記録媒体用基板ガラスとして大きく期待できる。
また、本発明の情報記録媒体は、高いヤング率を有し、表面平滑性に優れた結晶化ガラス基板を用いるので、基板の高回転時においても振動を少なくすることができ、特にサーバー等の高性能のハードディスクドライブに好適に用いることができる。
【００３３】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明の詳細を説明するが、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には実施例のガラス組成をモル％で示した。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などを用いて表１に示した所定の割合に２５０〜３００g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℃で攪拌しながら空気中4ー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。
【００３４】
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、熱処理炉に入れ、表１に示した第一次熱処理温度（核形成温度）まで３〜１０℃／分の昇温速度で昇温し、当該温度で2〜15時間程度保温し第一次熱処理を行い、第一次熱処理を終えた後直ちに第一次熱処理温度から表1に示した第二次熱処理温度（結晶化温度）までに1〜20℃／分の昇温速度で昇温し、1〜8時間程度保温した後、炉内で室温まで冷却することによって結晶化ガラスを作製した。
【００３５】
得られた結晶化ガラスをさらに長さを95mmに研磨してヤング率、比重の測定サンプルとした。ヤング率の測定に用いたサンプルをさらに切断し、25mm×2mm×15mmのサイズに精密研磨して表面粗さ測定用サンプルとした。ヤング率の測定は95×１０×１０mm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に示した。
【００３６】
【表１】

【００３７】
表面粗さの測定は原子間力顕微鏡（AFM）を用いて表面観察を行った。サンプル表面中3〜5個所あたり５×５μmの視野中の算数平均粗さを算出した。勿論表面粗さは研磨条件や熱処理条件によって違うが、図１には、表1に示した熱処理条件で熱処理した実施例４の結晶化ガラスを光学ガラスの研磨工程で研磨した後のAFM写真を示す。実施例４の表面粗さは約0.3nmと小さく次世代磁気ディスクの表面平滑性に対する要求に十分に対応できる。さらに熱処理条件や研磨条件を最適化すれば表面平滑性のもっと優れた結晶化ガラスの作製が可能である。
【００３８】
なお、比較のため、特開平１ー２３９０３６号に開示されたイオン交換ガラス基板と米国特許第2516553号に記載されたガラス基板とをそれぞれ比較例１、２として、表2に組成と特性を記載する。
【００３９】
【表２】

【００４０】
表１から明らかなように、本発明のガラス基板（実施例１〜８）はヤング率（115-150Gpaの範囲）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、これらの結晶化ガラスの表面粗度（Ra）を５Å（０．５ｎｍ）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。
【００４１】
これに対し、表２に示す比較例１の化学強化ガラス基板は、表面平滑性及び平坦性に優れているものの、耐熱性及びヤング率などの強度特性で本発明のガラス基板に比べかなり劣る。従って、磁気記録媒体を製造する際、高い保磁力を得るために行う磁気層に対する熱処理が十分できず、高保磁力を有する磁気記録媒体が得られないし、また、比較例１のガラスには多量のアルカリを含有するため、磁気膜と基板とのコロージョンが生じやすく、磁気膜にダメージを与えるおそれがある。
【００４２】
また、比較例２の結晶化ガラス基板は、ヤング率や比弾性率及び平滑性の点で本発明のガラスに比べ劣る。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難しい。
【００４３】
本発明の結晶化ガラスは、高ヤング率を有し、かつ優れた表面平滑性も有することから、磁気記録媒体等の情報記録媒体用の基板として非常に有用であることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【図１】熱処理した実施例４の結晶化ガラスを光学ガラスの研磨工程で研磨した後の状態を示す図面に変わるAFM写真。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a crystallized glass suitable for a magnetic disk substrate or a substrate for various electronic components, and a glass substrate using the crystallized glass.
More specifically, the present invention provides a crystallized glass having a high Young's modulus, excellent mechanical strength, surface flatness and heat resistance, and capable of providing a glass substrate having excellent surface smoothness by polishing, and this The present invention relates to a glass substrate having excellent surface smoothness using crystallized glass.
Furthermore, the present invention relates to an information recording medium and a magnetic disk 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. Of these, aluminum alloys have been mainly used as substrate materials for hard disks. 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. In addition, with the miniaturization and thinning of hard disk drives, it is also required to reduce the thickness of magnetic disk substrates. 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, instead of an aluminum alloy substrate, a glass substrate for a magnetic disk that requires high strength, high rigidity, high impact resistance, and high surface smoothness has appeared. Among these, a chemically tempered glass substrate (for example, see JP-A-1-239036) whose substrate surface is reinforced by an ion exchange method, or a crystallization substrate (for example, US Pat. No. 5,391,522, US Pat. Well known).
The ion exchange tempered glass substrate described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-239036 is expressed in terms of% by weight, and SiO 2₂: 50-65%, Al₂O_Three: 0.5-14%, R₂O (where R is an alkali metal ion): 10-32, ZnO: 1-15%, B₂O_Three: A glass substrate for a magnetic disk reinforced by forming a compressive stress layer on the surface of a glass substrate containing 1.1-14% by an ion exchange method using alkali ions.
In addition, the crystallized glass described in US Pat.₂: 65-83%, Li₂O: 8-13%, K₂O: 0-7%, MgO: 0.5-5.5%, ZnO: 0-5%, PbO: 0-5% (MgO + ZnO + PbO: 0.5-5%) P₂O_Five: 1-4%, Al₂O_Three: 0-7%, As₂O_Three+ Sb₂O_Three: 0-2% inclusive, fine Li as main crystal₂O ・ 2SiO₂A crystallized glass for a magnetic disk containing crystal particles. U.S. Pat. No. 5,472,721 discloses SiO in weight%.₂: 35-60%, Al₂O_Three: 20-35%, MgO: 0-25%, ZnO: 0-25%, but MgO + ZnO> 10%, TiO₂: 0-20%, ZrO₂: 0-10%, Li₂There is disclosed a crystallized glass for disks containing oxide components such as O: 0-2%, NiO: 0-8%, TiO2 + ZrO2 + NiO> 5%, and containing spinel crystal particles as main crystals.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, along with recent downsizing, thinning, and high recording density of hard disks, the magnetic head has been lowered and the speed of disk rotation has been rapidly increasing. Smoothness and the like have been demanded more severely. In particular, due to the recent increase in the density of 3.5-inch hard disk information records for personal computers and servers, the surface smoothness and surface flatness of substrate materials are strictly required, and the rotational speed of the disk is 10,000 rpm or more in response to higher data processing speeds. Therefore, the requirements for the rigidity of the substrate material are becoming more severe, and the limitations of the conventional aluminum substrate are already clear. In the future, as long as demand for higher capacity and faster rotation of hard disks is inevitable, high Young's modulus, high strength, excellent surface flatness, impact resistance, etc. are strongly demanded as substrates for magnetic recording media. There is no doubt.
[0005]
Therefore, it is clear that the chemically strengthened glass as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-239036 has a Young's modulus of about 80 Gpa and cannot meet the strict requirements of future hard disks. In addition, glass that has been chemically strengthened by ion exchange contains a large amount of alkali components, so if it is used for a long time in a high temperature and high humidity environment, the magnetic film pinhole part or the peripheral part of the magnetic film is thin or Alkaline ions are deposited from the exposed portion of the glass, which triggers defects such as corrosion or alteration of the magnetic film. In addition, conventional ion exchange tempered substrate glass has introduced a large amount of alkali ions into the glass for ion exchange, so the Young's modulus of most tempered glass is low (100Gpa) and the rigidity is also low, so 3.5 inch There is a drawback that it cannot be applied to a high-end disk substrate or a thin disk substrate. Furthermore, in the process of manufacturing a magnetic recording medium, a predetermined heat treatment may be performed after the magnetic layer is provided on the glass substrate in order to improve characteristics such as the coercive force of the magnetic layer. Tempered glass has a problem that a high coercive force cannot be obtained because the glass transition temperature is at most about 500 ° C. and has poor heat resistance.
[0006]
Moreover, the conventional crystallized glass as disclosed in US Pat. No. 5,391,522 is slightly superior to the above chemically strengthened glass substrate in terms of Young's modulus and heat resistance. However, since the surface roughness is larger than 10 angstroms and the surface smoothness is poor, there is a limit to the low flying height of the magnetic head. Furthermore, the Young's modulus is at most about 90-100 Gpa, and there is a disadvantage that it cannot be used for 3.5-inch high-end disk substrates and thinned disk substrates.
In addition, the crystallized glass for magnetic disks disclosed in US Pat. No. 5,472,721 has a high Young's modulus of about 140 Gpa, but spinel is the main crystal, so the melting temperature and liquidus temperature are high, and the spinel crystal has high hardness. There is a disadvantage that the difference in hardness between the glass and the base glass is too large to be polished. Such a high Young's modulus crystallized glass is difficult to manufacture at low cost and has poor profitability, so it is not suitable for mass production.
[0007]
Accordingly, an object of the present invention is a crystallized glass having a high Young's modulus that can be used for an information recording disk such as a magnetic disk, and has excellent surface smoothness and a low melting temperature and liquidus temperature. Is to provide.
Furthermore, an object of the present invention is to be used for an information recording disk such as a magnetic disk, which is made of crystallized glass having a high Young's modulus and a low melting temperature and low liquidus temperature and excellent surface smoothness. It is to provide a glass substrate.
Another object of the present invention is to provide an information recording medium and a magnetic disk using the crystallized glass substrate.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
  The present invention provides SiO₂: 42-65 mol%, Al₂O_Three: 0-15 mol%, MgO: 5-30 mol%, Y₂O_Three: 0.5-8 mol%, Li₂O: contains more than 10 mol% and 25 mol% or less,
ZrO₂, TiO₂And P₂O_FiveAnd further containing at least one of ZrO₂+ TiO₂+ P₂O_Five: 5-18 mol%,
Na₂O: 0-10 mol% and K₂O: 0-10 mol% is further contained, and Na₂O + K₂O ≦ 10 mol%,
CaO: 0-10 mol%, SrO: 0-10 mol%, BaO: 0-10 mol%, ZnO: 0-10 mol%, NiO: 0-10 mol%, and CaO + SrO + BaO + ZnO + NiO ≦ 10 mol%,
The main crystal phase isβ-quartz solid solutionAnd / or enstatiteAnd the β-quartz solid solution is 2MgO · 2Al ₂ O _Three ・ 5SiO ₂ , MgO ・ Al ₂ O _Three ・ 3SiO ₂ , And MgO ・ Al ₂ O _Three ・ 4SiO ₂ A metastable quartz solid solution having one or more compositions selected from the group consisting ofThe present invention relates to crystallized glass for information recording disks. Furthermore, the present invention relates to an information recording disk substrate made of the crystallized glass, an information recording medium and a magnetic disk using the substrate.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The composition of the crystallized glass of the present invention is expressed on the basis of oxide as in the case of the original glass. The reason for limiting the composition range of the original glass as described above will be described below. In the present specification, “%” is “mol%” unless otherwise specified.
SiO₂Is a formation of a glass network structure, and is also a constituent of β-quartz solid solution and enstatite, which are the main precipitated crystals. Moreover, although it is not a main crystal, it is also a structural component of a β-spodumene solid solution. SiO₂If the content is less than 42%, the melted glass is unstable, so that high-temperature molding tends to be impossible, and the crystals as described above are difficult to precipitate as the main crystals. SiO₂When the content of is less than 42%, the chemical durability of the remaining glass matrix phase tends to deteriorate, and the heat resistance tends to deteriorate. On the other hand, SiO₂If the content of C exceeds 65%, the Young's modulus of the glass tends to decrease rapidly. Thus, SiO₂The content of is in the range of 42 to 65% in consideration of the precipitated crystal seeds and their precipitation amount, Young's modulus, chemical durability, heat resistance and molding / productivity, and the lower limit is preferably 45% or more, more preferably Is 48% or more, and the upper limit is preferably 62% or less, more preferably 60% or less.
[0010]
Al₂O_ThreeIs an intermediate oxide of glass and is also a constituent of β-quartz solid solution, which is the main crystal seed. Al₂O_ThreeThe introduction of this promotes the precipitation of metastable β-quartz solid solution crystals and contributes to the improvement of the glass surface hardness. But Al₂O_ThreeIf the content of C exceeds 15%, the melting temperature and liquidus temperature increase, making it difficult for the glass to melt and molding. So Al₂O_ThreeThe content of is 15% or less. Considering glass solubility, high temperature formability, precipitated crystal seeds, etc.₂O_ThreeThe lower limit is preferably 1% or more, more preferably 2% or more, and the upper limit is preferably 10% or less, more preferably 7% or less.
In addition, SiO₂+ Al₂O_ThreeThe content of is preferably 50% or more, more preferably 55% or more, from the viewpoint of imparting high-temperature viscosity that can be formed into glass.
[0011]
MgO is SiO₂It is a very important component that has the effect of maintaining the transparency while improving the hardness and heat resistance by producing β-quartz solid solution and enstatite crystals by heat treatment of the raw glass together with the components. However, the above effect cannot be obtained if the MgO content is less than 5%. Furthermore, if the MgO content decreases, the tendency of glass to devitrify and the melting temperature also increase, so the MgO content is set to 5% or more. On the other hand, when the content of MgO exceeds 30 mol%, the liquidus temperature of the glass rapidly increases and the productivity and workability deteriorate. Therefore, the MgO content is 30% or less. The content of MgO is in the range of 5 to 30% considering the productivity, meltability and mechanical strength of the glass, and the lower limit is preferably 7% or more, more preferably 10% or more, and the upper limit. Is preferably 25% or less, more preferably 20% or less.
[0012]
  The above crystallized glass is Y₂O_ThreeContaining. At least 0.5% Y₂O_ThreeCan increase the Young's modulus of the crystallized glass by about 5 Gpa and reduce the liquidus temperature by about 50 ° C. In addition, at least 0.5% Y₂O_ThreeIt is also possible to improve the thermal stability of the glass by introducing. Like this, a small amount of Y₂O_ThreeBy introducing, the characteristics and productivity of the glass can be significantly improved. But Y₂O_ThreeHas the effect of suppressing the nucleation of the above glass main crystal.₂O_ThreeIf too much is introduced, the glass is undergoing heat treatment.InIt tends to be difficult to obtain a crystallized glass having surface crystallization and having a target surface smoothness. So Y₂O_ThreeThe content of is 8% or less. Y₂O_ThreeThe lower limit of the content of is preferably 0.5%, more preferably 1%. Y₂O_ThreeThe upper limit of the content of is preferably 5%, more preferably 3%.
[0013]
  Li₂O is SiO₂And heat treatment of the original glassΒ-It is a component which produces | generates crystals, such as a spodomen solid solution, and has the effect of lowering | hanging the liquidus temperature and crystallization processing temperature of glass. Li₂If the O content is 10% or less, the above effects cannot be obtained. In addition, Li₂When the content of O is 10% or less, the melting temperature of the glass becomes high, and the working temperature range of the glass disk forming becomes narrow. So, Li₂It is appropriate that the O content exceeds 10%. Meanwhile, Li₂If the O content exceeds 25%, the glass becomes very unstable, and the Young's modulus of the crystallized glass obtained tends to be greatly reduced. So, Li₂The O content is 25% or less. Considering glass productivity, chemical durability and mechanical properties, Li₂The lower limit of the O content is preferably 10.5% or more, more preferably 11% or more. Li₂The upper limit of the O content is preferably 22% or less, more preferably 20% or less.
[0014]
  The crystallized glass of the present invention contains one or both of β-quartz solid solution and enstatite as the main crystal phase. The crystalline phase of β-quartz solid solution is 2MgO · 2Al₂O_Three・ 5SiO₂, MgO ・ Al₂O_Three・ 3SiO₂, And MgO ・ Al₂O_Three・ 4SiO₂Having one or more compositions selected from the group consisting ofQuasiIt is a stable quartz (quartz solid solution). The crystal phase of enstatiteMg ₂Si₂O₆A crystal phase having a composition ofTheFurthermore, the crystallized glass of the present invention can also contain other crystals such as β-spodumene solid solution as a crystal phase in addition to the above-mentioned crystals.
[0015]
Furthermore, the crystal grain size of the crystal contained in the crystallized glass of the present invention is such that the crystallized glass of the present invention can form a polished surface so that the surface roughness Ra is in the range of 0.1-0.9 nm. More preferably, the crystal grain size of the crystal phase is such that the polished surface can be formed so that the surface roughness Ra is in the range of 0.1 to 0.5 nm. When the crystal grain size of the crystal phase contained in the crystallized glass is in the above range, an information recording disk having excellent surface smoothness can be provided.
[0016]
Furthermore, in the crystallized glass of the present invention, the composition of the glass is preferably selected so that the liquidus temperature of the original glass is 1200 ° C. or lower. More preferably, it selects so that the liquidus temperature of original glass may become 1150 degrees C or less. Since the liquidus temperature of the original glass is low, the production of the crystallized glass substrate is facilitated. That is, since it is not necessary to use a significantly high temperature in the process of melting and forming the raw material performed when manufacturing the glass substrate, the manufacturing range becomes easier, for example, by expanding the range of materials used for the melting furnace and the mold. There is an advantage to say.
[0017]
TiO₂, ZrO₂, And P₂O_FiveAll act as a crystal nucleus generator and promote the precipitation of fine crystal particles such as β-quartz solid solution and enstatite. SiO₂When the content of is relatively small, it is also a component that imparts thermal stability to the glass. Therefore, the crystallized glass of the present invention has TiO₂, ZrO₂, And P₂O_FiveIt is preferable that at least one of these is included. In that case, TiO₂+ ZrO + P₂O_FiveIf the total content is less than 5%, the effect of the main crystal as a nucleating agent cannot be sufficiently obtained, and the glass tends to be crystallized on the surface, and it tends to be difficult to produce a homogeneous crystallized glass. So, TiO₂, ZrO₂, And P₂O_FiveThe total content is preferably 5% or more. On the other hand, TiO₂, ZrO₂, And P₂O_FiveIf the total content exceeds 18%, the high-temperature viscosity of the glass becomes too low and phase separation or devitrification occurs, so that the productivity of the glass tends to be extremely deteriorated. So, TiO₂+ ZrO + P₂O_FiveThe total content of is preferably 18% or less. Considering glass productivity, chemical durability, high temperature viscosity, crystal nucleation, etc., TiO₂+ ZrO + P₂O_FiveThe total content of is preferably in the range of 5 to 18% as described above. TiO₂+ ZrO + P₂O_FiveThe lower limit of the total content is preferably 6% or more, more preferably 7% or more, and the upper limit is preferably 15% or less, more preferably 13% or less.
[0018]
  Na₂OK₂O, CaO, SrO, BaO, ZnO, NiO, etc.AcidThe chemical component is a component that mainly adjusts the glass high-temperature viscosity, suppresses the tendency to devitrification, and homogenizes the crystal particles. By adding at least one of these components to the glass, the Young's modulus of the glass is somewhat reduced, but other properties of the glass, such as improved glass productivity and homogenized size of crystallized particles. Can be improved. Considering properties such as Young's modulus of glass, productivity, surface smoothness and strength of crystallized glass, Na₂O content ranges from 0 to 10%, K₂O content is in the range of 0-10% and Na₂O + K₂The O content is preferably 10% or less. Na₂OK₂O and Na₂O + K₂The O content is preferably 8% or less. Similarly, the CaO content is in the range of 0-10%, the SrO content is in the range of 0-10%, the BaO content is in the range of 0-10%, and the ZnO content is in the range of 0-10%. The content of NiO is preferably in the range of 0-10%, and the content of CaO + SrO + BaO + ZnO + NiO is preferably 10 mol% or less. Furthermore, the contents of CaO, SrO, BaO, ZnO, NiO and CaO + SrO + BaO + ZnO + NiO are all preferably 8% or less.
[0019]
In addition to the above components, the crystallized glass of the present invention has a B content within a range that does not impair the desired properties.₂O_Three, Nb₂O_Five, Ta₂O_FiveAnd La₂O_ThreeIt can contain rare earth metal oxide components such as. However, these components significantly reduce the Young's modulus of the glass. So B₂O_ThreeContent is in the range of 0-5%, R₂O_ThreeIn the range of 0-5% (where R is a rare earth metal ion (eg, Nd³⁺, Pr³⁺, Pm³⁺, Sm³⁺,EU³⁺, Gd³⁺, Tb³⁺, Dy³⁺, Ho³⁺, Er³⁺, Tm³⁺, Yb³⁺), CeO₂Content is in the range of 0-5%, N₂O_FiveThe content of is in the range of 0-5% (where N is Nb or Ta), and B₂O_Three+ R₂O_Three+ CeO₂+ N₂O_Five≦ 5 mol% is preferable. Furthermore, considering the productivity of the glass, the content of each of the above components and the total content are more preferably 4% or less.
[0020]
As₂O_ThreeAnd Sb₂O_ThreeIs a component added as a defoaming agent in order to homogenize the glass used as the raw material for crystallized glass. Appropriate amount of As according to the high temperature viscosity of each glass₂O_ThreeAnd Sb₂O_ThreeBy adding one or both of the above to the glass, a more homogeneous glass can be obtained. 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 also a risk of reacting with the melting platinum crucible to damage the crucible. So, As₂O_ThreeContent of 0-2%, Sb₂O_ThreeContent is in the range of 0-2%, and As₂O_Three+ Sb₂O_Three≦ 2 mol% is preferable. In particular, As₂O_Three, Sb₂O_ThreeAnd As₂O_Three+ Sb₂O_ThreeThe content of is preferably 1.5% or less.
[0021]
The manufacturing method of the crystallized glass of this invention is not specifically limited, Crystallized glass can be obtained by heat-processing the glass obtained using various glass manufacturing methods. For example, a high-temperature melting method, that is, a predetermined proportion of a glass raw material is melted in air or in an inert gas atmosphere, and the glass is homogenized by bubbling, addition of a defoaming agent or stirring, and a well-known press method or float method Or glass molding by a method such as down doro molding, and then subjected to processing such as grinding and polishing to obtain a glass molded product having a desired size and shape. There is no restriction | limiting in particular in the heat processing method of the obtained glass molded article, According to content of a crystallization accelerator, glass transition temperature, crystallization peak temperature, etc., it can select. However, in order to obtain a fine crystal, it is preferable to first heat-treat at a relatively low temperature to generate a large number of crystal nuclei and then raise the temperature to grow the crystal. A crystallized glass containing one or both of β-quartz solid solution and enstatite whose crystal particle size is in the range of 5-500 nm can be obtained by heat treatment under appropriate conditions.
[0022]
The surface of the molded product after the heat treatment can be polished using a conventional method. The polishing method is not particularly limited, and polishing can be performed by a known method using synthetic abrasive grains such as synthetic diamond, silicon carbide, aluminum oxide, and boron carbide, or natural abrasive grains such as natural diamond and cerium oxide. . For example, the surface roughness (Ra) can be in the range of 0.1 to 0.9 nm by lapping and polishing with cerium oxide using a normal polishing method and apparatus.
[0023]
The crystallized glass of the present invention thus obtained is suitable for an information recording disk. The magnetic disk substrate using the crystallized glass of the present invention satisfies all of the surface smoothness, flatness, strength, hardness, chemical durability, heat resistance and the like necessary for the magnetic disk substrate. In addition, conventional crystallized glass (Li₂O-SiO₂Compared with crystallized glass), it has a higher Young's modulus, so that the deflection due to high-speed rotation of the disk can be suppressed to a lower level, and it is suitable as a substrate material for realizing a high TPI hard disk.
[0024]
In producing the crystallized glass of the present invention, the crystal size and amount of crystals can be controlled by appropriately changing the heat treatment schedule and the glass composition, and the characteristics of the crystallized glass are greatly adjusted as necessary. be able to.
[0025]
Next, the information recording medium of the present invention will be described.
The information recording medium of the present invention includes the glass substrate for an information recording medium of the present invention and a recording layer formed on the glass substrate. Here, the “recording layer formed on the glass substrate” means a recording layer having a single-layer structure or a multi-layer structure formed directly on the surface of the glass substrate or via a desired layer. The material and the layer structure are appropriately selected so as to function as a magnetic recording layer, an optical recording layer, a magneto-optical recording layer, or the like according to the type of the intended information recording medium.
[0026]
Next, the magnetic disk of the present invention will be described.
The magnetic disk of the present invention includes the glass substrate of the present invention and a magnetic recording layer formed on the glass substrate.
A magnetic disk (hard disk) having at least a magnetic layer formed on the main surface of the glass substrate of the present invention 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.
[0027]
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.
[0028]
Further, an unevenness control layer for preventing the magnetic head and the magnetic disk from adsorbing may be provided on a part or all of the substrate surface between the substrate and the magnetic layer or on 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.
[0029]
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.
[0030]
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.
[0031]
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.
[0032]
【The invention's effect】
The crystallized glass of the present invention can be easily molded, has a Young's modulus greater than 110 GPa and high heat resistance of about 700 ° C., and has excellent surface smoothness (surface roughness Ra in the range of 0.1 to 0.9 nm) Have Therefore, it is possible to provide a substrate material and a material for electronic parts having high hardness and strength. In addition, the magnetic disk using the crystallized glass of the present invention can be subjected to heat treatment necessary for improving the characteristics of the magnetic film without deformation of the substrate. Furthermore, since the magnetic disk using the crystallized glass of the present invention has excellent flatness, the magnetic head can be lowered, that is, the recording density can be increased, and the Young's modulus and strength are large. High speed rotation can be achieved and damage to the magnetic disk can be avoided.
Furthermore, the melting conditions of the original glass can be clarified and homogenized in the temperature range of 1350-1450 ° C in 2-5 hours, so the glass has good meltability and is easy to produce on an industrial scale. It can be greatly expected as a substrate glass for recording media.
Further, since the information recording medium of the present invention uses a crystallized glass substrate having a high Young's modulus and excellent surface smoothness, vibration can be reduced even when the substrate is rotated at a high speed. It can be suitably used for a high-performance hard disk drive.
[0033]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.
Table 1 shows the glass compositions of the examples in mol%. The starting material for melting these glasses is SiO₂, Al₂O_Three, Al (OH)_Three, MgO, CaCO_Three, Y₂O_Three, TiO₂, ZrO₂, Li₂CO_ThreeWeigh 250-300g to the prescribed ratio shown in Table 1 and mix well to form a blended batch. Place this in a platinum crucible and stir at 1550 ° C for 4-5 hours in air. Was dissolved. After melting, the glass melt is poured into a carbon mold of size 180 x 15 x 25 mm, allowed to cool to the glass transition temperature, immediately put in an annealing furnace, and annealed for about 1 hour in the glass transition temperature range. 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.
[0034]
Glass of 180 × 15 × 25 mm size was polished to 100 × 10 × 10 mm, 10 × 10 × 20 mm, 10 × 1 × 20 mm, and then put into a heat treatment furnace, and the first heat treatment temperature (nucleation temperature shown in Table 1) ) At a rate of temperature increase of 3 to 10 ° C./min until the temperature is kept at the temperature for about 2 to 15 hours to perform the primary heat treatment. Crystallization is achieved by raising the temperature at the rate of 1-20 ° C / min up to the second heat treatment temperature (crystallization temperature) shown in 1 and keeping the temperature for about 1-8 hours, followed by cooling to room temperature in the furnace. A glass was prepared.
[0035]
The obtained crystallized glass was further polished to a length of 95 mm to obtain a sample for measuring Young's modulus and specific gravity. The sample used for the measurement of Young's modulus was further cut and precisely polished to a size of 25 mm × 2 mm × 15 mm to obtain a sample for measuring the surface roughness. The Young's modulus was measured by an ultrasonic method using a sample of 95 × 10 × 10 mm. The data obtained by the measurement are shown in Table 1 together with the glass composition.
[0036]
[Table 1]

[0037]
The surface roughness was measured using an atomic force microscope (AFM). Arithmetic average roughness in a visual field of 5 × 5 μm per 3 to 5 locations on the sample surface was calculated. Of course, the surface roughness varies depending on the polishing conditions and heat treatment conditions, but FIG. 1 shows an AFM photograph after polishing the crystallized glass of Example 4 heat-treated under the heat treatment conditions shown in Table 1 in the optical glass polishing process. Show. The surface roughness of Example 4 is as small as about 0.3 nm and can sufficiently meet the demand for the surface smoothness of the next generation magnetic disk. Furthermore, by optimizing the heat treatment conditions and polishing conditions, it is possible to produce crystallized glass with better surface smoothness.
[0038]
For comparison, the ion exchange glass substrate disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-239036 and the glass substrate described in US Pat. No. 2,516,553 are shown as Comparative Examples 1 and 2, respectively, and the composition and characteristics are shown in Table 2. To do.
[0039]
[Table 2]

[0040]
As is apparent from Table 1, the glass substrate of the present invention (Examples 1 to 8) has a large Young's modulus (in the range of 115 to 150 Gpa). It can be seen that even if the substrate is rotated, the substrate is less likely to warp or shake, and the substrate can be made thinner. Furthermore, since the surface roughness (Ra) of these crystallized glasses can be polished to 5 mm (0.5 nm) or less and excellent in flatness, the magnetic head can be lowered and magnetic It is useful as a glass substrate for recording media.
[0041]
On the other hand, the chemically strengthened glass substrate of Comparative Example 1 shown in Table 2 is considerably inferior to the glass substrate of the present invention in strength properties such as heat resistance and Young's modulus, although it is excellent in surface smoothness and flatness. Therefore, when the magnetic recording medium is manufactured, the heat treatment for the magnetic layer to obtain a high coercive force is not sufficient, and a magnetic recording medium having a high coercive force cannot be obtained. Since it contains an alkali, corrosion between the magnetic film and the substrate is likely to occur, and the magnetic film may be damaged.
[0042]
Moreover, the crystallized glass substrate of Comparative Example 2 is inferior to the glass of the present invention in terms of Young's modulus, specific elastic modulus, and smoothness. In particular, since the smoothness of the substrate is impaired by the presence of large crystal grains, it is difficult to achieve high density recording.
[0043]
Since the crystallized glass of the present invention has a high Young's modulus and excellent surface smoothness, it can be seen that it is very useful as a substrate for an information recording medium such as a magnetic recording medium.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an AFM photograph showing a state after the heat-treated crystallized glass of Example 4 is polished in an optical glass polishing step.

Claims

SiO _2: 42-65 mol%, Al ₂ O _3: 0-15 mol%, MgO: 5-30 mol%, Y ₂ O _3: 0.5-8 mol%, Li ₂ O: more than 10 mol%, 25 Mol% or less,
ZrO ₂ , TiO _2, and P ₂ O ₅ are further included, and ZrO ₂ + TiO ₂ + P ₂ O ₅ : 5-18 mol%,
Na ₂ O: 0-10 mol% and K ₂ O: 0-10 mol%, and Na ₂ O + K ₂ O ≦ 10 mol%,
CaO: 0-10 mol%, SrO: 0-10 mol%, BaO: 0-10 mol%, ZnO: 0-10 mol%, NiO: 0-10 mol%, and CaO + SrO + BaO + ZnO + NiO ≦ 10 mol%,
The main crystal phase is β-quartz solid solution and / or enstatite , and the β-quartz solid solution is 2MgO · 2Al ₂ O ₃ · 5SiO ₂ , MgO · Al ₂ O ₃ · 3SiO ₂ , and MgO · Al ₂ O ₃ A crystallized glass for information recording disks, which is a metastable quartz solid solution having one or more compositions selected from the group consisting of 4SiO ₂ .

The glass according to claim 1, wherein SiO ₂ + Al ₂ O ₃ ≧ 50 mol%.

As ₂ O _3: 0-2 mol%, Sb ₂ O _3: 0-2 mol%, further containing, and any of claims 1-2 is _{_{_{As 2 O 3 + Sb 2 O}}} 3 ≦ 2 mol% The glass according to Item 1.

The glass according to any one of claims 1 to 3 , further comprising a β-spodumene solid solution as a crystal phase.

The glass of any one of Claims 1-4 which selected the composition so that the liquidus temperature of an original glass might be 1200 degrees C or less.

Made of glass according to any one of claims 1 to 5 and the information recording disk, wherein a surface for forming the information recording layer has a surface roughness Ra in the range of 0.1-0.9nm Crystallized glass substrate.

The glass substrate according to claim 6 , wherein the surface for forming the information recording layer has a surface roughness Ra in the range of 0.1 to 0.5 nm.

Glass substrate according to claim 6 or 7, the information recording medium characterized by having a recording layer formed on the glass substrate.

Magnetic disks, characterized in that it comprises a glass substrate according to claim 6 or 7, and a magnetic recording layer formed on the glass substrate.