JPH03109283A - セラミックス構造体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、セラミックス構造体に係るものであり、特に
ディスクの基体となる円板に使用される、気孔を有する
セラミックスで構造し、セラミックス気孔部にプラスチ
ック、ガラス、金属を含有したセラミックス構造体に関
する。

〔従来の技術〕

計算機の記憶装置には、磁気ディスク、光ディスク、光
磁気ディスクがある。磁気ディスク装置の概略図を第４
図に示す。磁気ディスク装置とは、ベース８に回転自在
に支持された軸９に多数の磁気ディスク１０を取り付け
、駆動手段１１によって磁気ディスク９を高速で回転さ
せる。そしてキャリッジ１２に固定された磁気ヘッド１
３を、磁気ディスク１０の半径方向に移動させ、記録の
読出し、書き込みを行うようになっている。そして、磁
気ディスクは、非磁性から成るディスクの両面に、バイ
ンダと磁性材料の微粉末を混ぜた磁性膜を塗布して形成
される。また光デイスク装置の概略図を第５図に示す。

半導体レーザからでた光の熱によってメモリー薄膜の微
小部分を蒸発させてピッ）を形成する方法で屈折率の変
化を利用する。最近は、光と磁気を利用した光磁気ディ
スク装置が開発されている。

このようなディスク装置において、ディスクの高速回転
によって、ディスクに遠心力が作用する。従来のプラス
チックやアルミニウム金属製では、剛性が小さいために
現状以上の大型化、高速回転化は不可能であった。なぜ
なら、剛性が小さいとディスクが変形、振動するために
、磁気ヘッドとの接触が不安定になり摺動事故や記録損
失が生じるという極めて重大な事故につながる。光、光
磁気ディスクについても同様である。

この剛性を改善する方法としてディスクに剛性の高いセ
ラミックスを使用することが開示されている（特開昭５
６−１９５２７号、特開昭５９−１６５２４３号、特開
昭５９−１７５０３３号各公報など）。しかし、単にセ
ラミックスを使用しただけでは、剛性が高い代わりに脆
性破壊が生じやすい。そのために信頼性が従来材に比較
して極めて低い。つまり、少しの変形や振動が生じると
脆性材料のために簡単に破壊に達してしまい事故への危
険度が高かった。

〔発明が解決しようとしている課題〕

上記従来技術は、セラミックスをディスクに使用した場
合の信頼性の点について配慮がされておらず、ディスク
の破壊事故が生じやすいという問題があった。

本発明の目的は、ディスクの高速化、大型化に対して特
性と信頼性に優れたセラミックス構造体を提供すること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本願発明では、通気孔率５
〜６０容量％の通気孔を有するセラミックス、又は、反
応焼結セラミックスの通気孔の少なくとも一部が、プラ
スチック、ガラス、金属の少なくとも一種で埋められて
おり、比剛性（ヤング率／密度）が３．３Ｘ１０６ｍ以
上であるセラミックス構造体、としたものであり、また
、通気孔率５〜６０容量％の通気孔を有する反応焼結セ
ラミックスの通気孔の少なくとも一部が、プラスチック
、ガラス、金属の少なくとも一種で埋められているセラ
ミックス構造体、としたものである。

更に、上記目的を達成するために、本発明では、通気孔
率５〜６０容量％の通気孔を有するセラミックス、又は
、反応焼結セラミックスの通気孔の少なくとも一部が、
プラスチック、ガラス、金属の少なくとも一種で埋めら
れ、かつ表面がプラスチック、ガラス、金属の少なくと
も一種で覆われているセラミックス構造体、としたもの
である。

次に、本発明の詳細な説明する。

本発明は、第１図に示すように、多孔質セラミックス１
の気孔２にプラスチック、ガラス、金属の少なくとも一
種３を埋めることにより、セラミックスの脆性破壊を防
止することが可能となる。そして、さらに第２図に示す
ように表面がプラスチック、ガラス、金属の少なくとも
一種で覆われているとさらに表面からのクラックの発生
を防止できるのでより信頼性の高いディスクが得られる
。本発明品は、連通気孔を有するために、上記プラスチ
ック、ガラス、金属が網目上にセラミックス内部に形成
され、セラミックスの脆性破壊を防止することが可能と
なる。４は磁気ディスクの場合、磁性膜である。

本発明による光ディスクの場合は、断面図第１図と同様
で７は光記録用薄膜である。

またバインダと磁性材料の微粉末を混ぜた磁性膜を、形
成する際に、気孔中に上記のバインダと微粉末が含浸さ
れ、上記と同様の効果が得られる。

該セラミックスは窒化物、酸化物、酸窒化物、炭化物の
少なくとも一種の粒子及び／またはボイス力で構成でき
る。特に密度の小さい５ｉＣ１ＳＩ３Ｎ４を主成分とす
るのが好ましい。なぜならディスクが軽層となり回転の
立上り、停止時の応答性が高くできるためである。また
、ホイスカと粒子との複合材とすることにより、靭性が
向上でき磁気ディスクとして好ましいセラミック構造体
となる。本発明において、無機化合物の平均粒径は１０
０μｍ以下とするのが好ましい・なぜなら・　１００μ
ｍより大きいと粒子の脱落が生じやすくなり汚染の元に
なりやすいからである。

該セラミックスは、平均粒径１００μｍ以下の炭化物、
酸化物、窒化物、酸窒化物の少なくとも一種の無機化合
物と、平均粒径が該無機゛化合物より小さい５１３Ｎ４
からなり、及び通気孔量が５から６０ｖｏ１％、最大気
孔径が３０μｍ以下の通気孔で構成することにより、強
度を向上できる。そして気孔は、連通気孔であるとプラ
スチック、ガラスあるいは金属を含浸させるのに好適で
ある。また該無機化合物にホイスカを用いると更に強度
を向上できる。特に、該セラミックスを平均粒径１００
μｍ以下の炭化物、酸化物、窒化物、酸窒化物の少なく
とも一種の無機化合物と、金属Ｓｉ粉末とからなる成形
体を、窒化して得られるＳｉ３Ｎ、で反応結合したセラ
ミックスで構成することにより、焼結時寸法変化率が小
さく、精密焼結可能で、後加工をほとんど必要としない
ので低コストで製造可能である。

そして、該セラミックス気孔中に径１μｍ以下の金属Ｓ
ｉ粉末から生成した窒化物ホイスカーが存在していると
、靭性が向上できディスクとして好ましい。本発明で得
られるセラミックスは、ヤング率１００　ＧＰａ以上を
有する。

信頼性を向上させるため、多孔質セラミックスの気孔中
に埋められるプラスチックやガラスは、非磁性から成る
ディスクの両面に、バインダと磁性材料の微粉末を混ぜ
た磁性膜を塗布して形成する際に使用されるバインダや
、その他ポリエチレン、ポリイミドなど一般に使用され
る熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂を使用するのが好
ましい。また、金属にはアルミなどの融点が１０００℃
以下のものを使用するのが取扱い上好ましい。

本発明は、第３図に示すように気孔の多孔質セラミック
ス１が、平均粒径１００μｍ以下の炭化物、酸化物、窒
化物、酸窒化物の少なくとも一種の無機化合物５．５ｉ
３Ｎ４６、及び通気孔量が５から６０ｖｏ１％、最大気
孔径が３０μｍ以下の通気孔２からなり、粒子間の微小
な気孔中にプラスチック、ガラス、金属の少なくとも一
種３が埋められていることにより達成される。

特に本発明においては、５のＳｉＪ＜粒子は、無機化合
物と金属Ｓｉ粉末の成形体を窒化反応させて生成したＳ
ｉ３Ｎ、粒子とするのが好ましい。

なぜなら、これによって生成したＳＩ、Ｎ４粒子は３μ
ｍ以下の均一微細であり、気孔径も３０μｍ以下のもの
が容易に得られるからである。

またこの方法では、該気孔中に直径１μｍ以下の窒化物
ボイスカーが生成し、気孔中の埋められたプラスチック
または金属との接触面積が増加し延性を高めることがで
き、破壊防止ができる。

本発明において、第１図、第２図、第３図に示すディス
ク表面に塗布された磁性膜表面に、フッ素オイル、フッ
素樹脂などの油や、固体潤滑剤の皮膜を形成するとヘッ
ドとの摺動特性が向上するので好ましい。

本発明により、ディスクの直径が２インチから３０イン
チまで可変可能となり、計算機の大型化、計算機のスピ
ードアップ化が可能となる。

〔作　用〕

本発明は、セラミックス構造体に係るものであり、特に
ディスクの基体となる円板を連通気孔を有するセラミッ
クスで構成し、セラミックス気孔部にプラスチック、ガ
ラス、金属を含浸したディスクとすることによりセラミ
ックスの欠点である脆性破壊を克服することができる。

したがって、ディスク装置の剛性や信頼性を著しく向上
させることができ、アクセスタイムを大幅に短縮出来る
。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例で説明するが、本発明はこれらに
限定されない。

実施例１ 平均粒径２μｍの８１粉末５０重量部と平均粒径１μｍ
の８１粉末５０重量部にポリビニルブチラール７部（以
下、部は重量部）トリクロロエチレン２２部、テトラク
ロロエチレン３２部、ｎ−ブチルアルコール４１’Ｂ、
ブチルフタリルグリコール酸ブチル２部を加え、ボール
ミルで２４時間混合し、スラリーを作る。真空脱気処理
により、スラリーから気泡を除去する。

次にドクターブレードを用いてポリエステルフィルム上
に約０．７　ｍｍの厚さに作製し、炉を通して乾燥させ
グリーンシート（生の成形体）を作った。グリーンシー
トを直径１４インチに切断した。成形体のワックス分を
除去した後、窒素ガス中１３８０℃まで段階的に長時間
かけて加熱処理し、ＳｉＪ４結合ＳｉＣセラミックスを
得た。

この時の成形体から焼結体への寸法変化率は０．１５％
と小さく寸法精度に優れたものが得られた。焼結体の通
気孔率は２５％、気孔径２０μｍ以、下、ヤング率は１
４０　ＧＰａであった。また該気孔にはＳｉ３Ｎ、ホイ
スカーが生成していた。

そして、通気孔にオートクレーブ（温度１５０℃、圧力
１０　ｋｇ／　ｃｍ２）によりポリエチレンを埋めた。

その表面に磁性膜を遠心力を利用して塗布した。第３図
に本発明品の模式図を示す。評価は、第４図の概略図に
示す磁気ディスク装置に組み込み試験をおこなった。

上記ポリエチレンで埋めたセラミックス表面にポリエチ
レンの皮膜を形成後磁性膜を形成し、同様に試験した。

その結果、回転数９．０００ｒｐｍで５００時間試験後
も破壊が生じず、また記録機能も全く問題なかった。そ
れに対して、従来のアルミニウム基板では５．０００　
ｒｐｍで記録破壊が生じてしまった。

プラスチックには、ポリエチレン以外にポリプロピレン
、ポリスチレン、メタクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、フ
ッ素系プラスチック、ポリウレタン、ポリアミド、シリ
コーン樹脂、天然ゴム、無機系プラスチック、エポキシ
樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂などを使用し
ても同様の特性が得られる。

プラスチックの代わりにホウケイ酸ガラス、フッ化物ガ
ラス、オキシナイトライドガラスなどを使用しても、回
転数８．０００ｒｐｍで５００時間試験後も破壊が生じ
ず、また記録機能も全く問題なかった。

またプラスチックとガラスの混合物を使用しても同様に
優れた特性が得られる。

実施例２ 実施例１と同様にして、ＳｉＣ粒子の代わりにＴ’＋Ｃ
％　ＺｒＮ　１ＺｒＣ％　Ａｌ２Ｏ３、ＳＩ［＋２、Ｚ
ｒＯ，粒子に変え、比剛性（ヤング率／密度）の異なる
各種セラミックスディスクを作製し試験を行った。

その結果を図６に示す。これにより比剛性が３Ｘ１０６
ｍ以上では高速回転性に優れていることが判った。これ
は破壊回転数は、剛性と比例関係、密度と反比例関係が
あるために、比剛性が大きいほど向上するためである。

実施例３ 平均粒径０．７μｍの金属Ｓｉ粉末８０重量部と平均粒
径３μｍのＴｉＮ粉末２０重量部にポリビニルフチシー
９フ部、トリクロロエチレン２２部、テトラクロロエチ
レン３２部、ｎ−ブチルアルコール４５部、ブチルフタ
リルグリコール酸ブチル２部を加え、ボールミルで２４
時間混合し、スラリーを作る。真空脱気処理により、ス
ラリーから気泡を除去する。次にドクターブレードを用
いてポリエステルフィルム上に約１ｍｍの厚さに作製し
、炉を通して乾燥させグリーンシート（生の成形体）を
作った。グリーンシートを直径３０インチに切断した。

成形体のワックス分を除去した後、窒素ガス中１３８０
ｔまで段階的に長時間かけて加熱処理し、Ｓｉ３Ｎ。

結合ＴｉＮセラミックスを得た。

この時の成形体から焼結体への寸法変化率は０．１５％
と小さく寸法精度に優れたものが得られた。焼結体の通
気孔率は１２％、気孔径１０μｍ以下、ヤング率は２２
０　Ｇｐａであった。また該気孔にはＳｉ３Ｎ、ホイス
カーが生成していた。

そして、通気孔にオートクレーブ（温度７５０℃、圧力
１０　ｋｇ／　ｃｍ２）によりアルミニウムを埋めた。

その表面に磁性膜を塗布した。評価は、第４図の概略図
に示す磁気ディスク装置に組み込み試験をふこなった。

上記金属で埋めたセラミックス表面にアルミニウムの皮
膜を形成後磁性膜を形成し、同様に試験した。その結果
、回転数７．００Ｏｒｐｍで５００時間試験後も破壊が
生じず、また記録機能も全く問題なかった。

また上記金属で埋めたセラミックス表面にプラスチック
やガラスの皮膜を形成しても良い。

金属には、マクネシウム、亜鉛など融点１０００℃以下
の金属、合金などを使用しても同様の特性が得られる。

実施例４ 実施例１と同様にして、ＳｉＣ粒子の代わりにＴｉＣ、
ＺｒＮ　Ｘ２ｒＣ、Ａｌ２Ｏ３，５１０２粒子に変えて
磁気ディスクを試作し試験を行った。

その結果、実施例１と同様に高速回転性に優れているこ
とが判った。これは、本発明品は剛性に優れたセラミッ
クスを延性に富むプラスチック、ガラス、金属で結合し
た形になっているためである。

実施例５ 実施例１と同様にして、第１表に示すように、金属Ｓｉ
とＳｉＣの原料配合比を変えてヤング率の異なる焼結体
中を作製し、試験を行った。その結果を第７図に示す。

これより、ヤング率１００ＧＰａ以上のセラミックスと
するのが好ましいことが判った。

第　　１ 表 実施例６ 実施例１のＳｉＣ粒子の代わりに長さ５０μｍ、アスペ
クト比５０のＳｉＣウィスカを原料に用いて同様に成形
、焼結を行い試験を行った。その結果実施例１と同様に
良好な結果得られた。

実施例７ 平均粒径２μｍのＳｉ、Ｎ、粉末９５重量部と焼結助剤
Ｙ２Ｏ３５重１部にポリエチレンとステアリン酸と合成
ワックスの混合物を１０重量部添加、混練し原料とした
。この原料をプレス成形機を用いて直径２インチ、厚さ
０．７ｍｍの成形体を作製した。成形体中のワックス分
を除去した後、窒素ガス中、焼結条件を変化させること
により、気孔の異なる　Ｓｉ。Ｎ４セラミツクスを得た
。

そして、気孔にオートクレーブ（温度７５０℃、圧力１
０　ｋｇ／　ｃｍ２）によりアルミニウムを気孔ｆｆ１
１００ｖｏ１％に対して３０ｖｏ１％埋約た。その表面
に磁性膜を塗布した。評価は、第４図の概略図に示す磁
気ディスク装置に組み込み試験を行った。

その結果を第８図に示す。これより、気孔が５％より小
さいと延性材料で十分に結合されないために破壊発生回
転数が小さい、また逆に気孔が４０％より多くなるとデ
ィスクの剛性が小さくなりすぎ、ディスクに大きな変形
を生じ正常に作動しなくなることが判る。したがって、
気孔は５〜４０％が好ましい。特に１０〜３０％が好ま
しい。

実施例８ 高速回転時に、ディスクの接線方向に発生ずる応力分布
を第９図に示す。そこで実施例１のＳｉＣ粒子の代わり
に直径１０μｍ、長さ１０から４０ｍｍのＳｉＣファイ
バーを第１０図に示すように配向し成形、焼結を行い試
験を行った。その結果、回転数１０．００　Ｏｒｐｍで
５００時間試験後も破壊が生じず、また記録機能も全く
問題なかった。また図１１のように遠心応力が大きい中
心部分をセラミックス、外周部を金属やプラスチックに
することもできる。

実施例９ 平均粒径２μｍの８１粉末６５重量部と平均粒径Ｉμｍ
のＳｉＣ粉末３５重量部にポリビニルブチラール７部、
トリクロロエチレン２２部、デトラクロロエチレン３２
部、ｎ−ブチルアルコール４５部、ブチルフタリルグリ
コール酸ブチル２部を加え、ボールミルで２４時間混合
し、スラリーを作る。真空脱気処理により、スラリーか
ら気泡を除去する。次にドクターブレードを用いてポリ
エステルフィルム上に約０．７ｍｍの厚さに作製し、炉
を通して乾燥させグリーンシート（生の成形体）を作っ
た。グリーンシートを直径５インチに切断した。成形体
のワックス分を除去した後、窒素ガス中１３５０℃まで
段階的に長時間かけて加熱処理し、Ｓ］３Ｎ４結合Ｓｉ
Ｃセラミックスを得た。

この時の成形体から焼結体への寸法変化率は０．１４％
と小さく寸法精度に１優れたものが得られた。焼結体の
気孔率は２０％、気孔径３０μｍ以下、ヤング率は１７
０　ＧＰａであった。また該気孔には５１３Ｎ４ホイス
カーが生成していた。

そして、気孔１００　ｖａｔ％に対してオートクレーブ
によりアルミニウムを５から９５νｏ１％埋めた。その
表面に光記録膜を塗布した。

評価は、第５図の概略図に示す光デイスク装置に組み込
み試験をおこなった。その結果を第１２図に示す。これ
より、気孔１００　ｖｏ１％の対して１５ｖｏ１％以上
埋められていると破壊発生回転数が急激に向上している
ことが判る。

〔発明の効果〕

本発明によりセラミックスの欠点である脆性破壊を克服
することができる。したがって、ディスク装置の剛性や
信頼性を著しく向」ニさせることができ、高速化、大型
化が可能となりアクセスタイムを大幅に短縮出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図及び第３図は、本発明のディスクの断面
模式図、第４図は磁気ディスク装置概略図、第５図は光
デイスク装置概略図、第６図は比剛性とディスク破壊回
転数の関係を示すグラフ、第７図はセラミックスのヤン
グ率とディスク破壊回転数の関係を示すグラフ、第８図
はセラミックスの気孔率とディスク破壊回転数の関係を
示すグラフ、第９図は高速回転１１シに、ディスクの接
線方向に発生ずる応力分布を示す説明図、第１０図はフ
ァイバーの配向を示す模式図、第１１図はセラミックス
と金属またはプラスチックとの複合構造図、第１２図は
気孔中アルミニウム含有量とディスク破壊回転数の関係
を示すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、通気孔率５〜６０容量％の通気孔を有するセラミッ
   クスの通気孔の少なくとも一部がプラスチック、ガラス
   、金属の少なくとも一種で埋められており、比剛性（ヤ
   ング率／密度）が３×１０＾６ｍ以上であるセラミック
   ス構造体。 ２、通気孔率５〜６０容量％の通気孔を有する反応焼結
   セラミックスの通気孔の少なくとも一部が、プラスチッ
   ク、ガラス、金属の少なくとも一種で埋められているセ
   ラミックス構造体。 ３、通気孔率５〜６０容量％の通気孔を有する反応焼結
   セラミックスの通気孔の少なくとも一部が、プラスチッ
   ク、ガラス、金属の少なくとも一種で埋められており、
   比剛性（ヤング率／密度）が３．３×１０＾６ｍ以上で
   あるセラミックス構造体。 ４、通気孔率５〜６０容量％の通気孔を有するセラミッ
   クスの通気孔の少なくとも一部がプラスチック、ガラス
   、金属の少なくとも一種で埋められ、かつ表面がプラス
   チック、ガラス、金属の少なくとも一種で覆われている
   セラミックス構造体。 ５、通気孔率５〜６０容量％の通気孔を有する反応焼結
   セラミックスの通気孔の少なくとも一部がプラスチック
   、ガラス、金属の少なくとも一種で埋められ、かつ表面
   がプラスチック、ガラス、金属の少なくとも一種で覆わ
   れているセラミックス構造体。 ６、セラミックスが窒化物、酸化物、酸窒化物、炭化物
   の少なくとも一種の粒子及び／又はホイスカからなるこ
   とを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載のセラ
   ミックス構造体。 ７、セラミックスがヤング率１００ＧＰａ以上を有する
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載のセ
   ラミックス構造体。 ８、平均粒径１００μｍ以下の炭化物、酸化物、窒化物
   、酸窒化物の少なくとも一種の無機化合物と、平均粒径
   が上記無機化合物より小さいＳｉ＿３Ｎ＿４とからなり
   、通気孔率５〜６０容量％の通気孔を有するセラミック
   スの通気孔の少なくとも一部が、プラスチック、ガラス
   、金属の少なくとも一種で埋められているセラミックス
   構造体。 ９、平均粒径１００μｍ以下の炭化物、酸化物、窒化物
   、酸窒化物の少なくとも一種の無機化合物と、金属Ｓｉ
   粉末とからなる成形体を、窒化して得られたＳｉ＿３Ｎ
   ＿４で反応結合した、通気孔率５〜６０容量％、最大気
   孔径３０μｍ以下の通気孔を有するセラミックスの通気
   孔の少なくとも一部が、プラスチック、ガラス、金属の
   少なくとも一種で埋められているセラミックス構造体。 １０、請求項８又は９項記載において、通気孔中に径１
   μｍ以下の窒化物ホイスカーが存在していることを特徴
   とするセラミックス構造体。 １１、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のセラミッ
   クス構造体を用いて構成したことを特徴とするセラミッ
   クスディスク。 １２、前記セラミックスディスクが、直径２〜３０イン
   チであることを特徴とする請求項１１記載のセラミック
   スディスク。 １３、前記セラミックスディスクが、磁気用、光用、光
   磁気用であることを特徴とする請求項１１又は１２記載
   のセラミックスディスク。