JPH0543311A - セラミツクス材料及び薄膜磁気ヘツド用セラミツクス基板 - Google Patents

セラミツクス材料及び薄膜磁気ヘツド用セラミツクス基板

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JPH0543311A
JPH0543311A JP3214169A JP21416991A JPH0543311A JP H0543311 A JPH0543311 A JP H0543311A JP 3214169 A JP3214169 A JP 3214169A JP 21416991 A JP21416991 A JP 21416991A JP H0543311 A JPH0543311 A JP H0543311A
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JP
Japan
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tic
weight
ceramics
magnetic head
film magnetic
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JP3214169A
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English (en)
Inventor
Mitsushige Ogawa
充茂 小川
Hiroshi Isozaki
啓 磯崎
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Denka Co Ltd
Original Assignee
Denki Kagaku Kogyo KK
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐チッピング性、鏡面加工性及び緻密性に優
れ、特に薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板として好適
なセラミックス材料を提供する。 【構成】 Al2O3 60〜80重量%とTiC 20〜40重量%から
なる混合粉末100 重量部に対し、Siを0.5 〜3.0 重量
部、焼結促進剤を0.5 〜3.0 重量部及び快削性付与剤を
0.5 〜3.0 重量部含む混合原料粉末を焼成して得られて
ものであって、焼結体中のAl2O3 粒子の平均結晶粒径が
1.0 μm 以下で、TiC 粒子の平均結晶粒径が1.0 μm 以
下であることを特徴とするセラミックス材料。及び該セ
ラミックス材料で構成されてなることを特徴とする薄膜
磁気ヘッド用セラミックス基板。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、セラミックス材料及び
薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板に関する。
【0002】
【従来の技術】オーディオ及びビデオ用テープレコーダ
ー、コンピューター用ディスク等の磁気記録装置の再生
及び記録用として、従来、センダストやフェライト基板
を使用した磁気ヘッドが用いられてきたが、近年、素子
の微細化、精密加工化が実現され狭トラック化が容易
で、しかも高周波数領域における高い透磁率、高い共振
周波数等の利点をもった薄膜磁気ヘッドが注目されてい
る。
【0003】薄膜磁気ヘッド用基板材料としては、Al2O
3-TiC 系セラミックス焼結体が主として用いられていお
り(特開昭 55-163665号公報)、その要求特性として
は、(1)平面平滑性に優れ緻密化していること、
(2)精密加工性及び耐チッピング性に優れているこ
と、(3)耐摩耗性に優れていること、(4)コーティ
ングされる絶縁材料(Al2O3 膜)との熱膨張係数が同程
度であること、等である。Al2O3-TiC 系セラミックス焼
結体では、TiC の添加によって耐摩耗性等のスライダ性
能の向上が図られており、さらに、マトリックスがAl2O
3 であることからコーティングされる絶縁材料との熱膨
張係数もほぼ同等のものが得られている。
【0004】しかしながら、マトリックスとなるAl2O3
は、粒成長によって結晶粒径が増大し、マトリックス中
に分散するTiC 粒子の粒径が大きいため、緻密化が阻害
され、さらにはAl2O3 粒子とTiC 粒子の粒界強度が低下
し、鏡面加工を施した場合、ダイヤモンド砥粒との摩擦
によって脱粒が生じやすくなるという問題があった。ま
た、スライシングの際にチッピングの発生が多くなるの
で、精密加工を要する薄膜磁気ヘッド用セラミックス基
板の製造においては、歩留りが低下するという問題があ
った。
【0005】そこで、耐チッピング性、鏡面加工性及び
緻密性に優れたAl2O3-TiC 系セラミックスの出現が待た
れており、例えば、特開昭60-50903号公報、特開昭60-5
0904号公報、及び特開昭60-50905号公報では、シリコ
ン、鉄、クロム及びタングステンの1種又は2種以上の
金属元素を添加して液相焼結を行うことにより粒界強度
が向上し緻密化することを提案している。
【0006】また、特開昭63-8257 号公報及び特開昭63
-50905号公報では、焼結体中のTiCの平均結晶粒径が1.0
〜2.5 μmの範囲にして耐チッピング性を改善するこ
とを提案している。しかし、従来のAl2O3-TiC 系セラミ
ックス焼結体においては、いずれも焼結体中のAl2O3
びTiC の平均結晶粒径は1.0 μm以上であるので、スラ
イシング速度を大きくするとチッピングが、また、鏡面
加工においてはラップ盤の面圧が高くなると脱粒が発生
しやすくなるという問題が未解決であった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の状況
に鑑みてなされたものであり、耐チッピング性、鏡面加
工性及び緻密性に優れたセラミックス材料及び薄膜磁気
ヘッド用セラミックス基板を提供することを目的とす
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、Al
2O360〜80重量%とTiC 20〜40重量%からなる混合粉末1
00 重量部に対し、Siを0.5 〜3.0 重量部、焼結促進剤
を0.5 〜3.0 重量部及び快削性付与剤を0.5 〜3.0 重量
部含む混合原料粉末を焼成して得られたものであって、
焼結体中のAl2O3 粒子の平均結晶粒径が1.0 μm以下
で、TiC 粒子の平均結晶粒径が1.0 μm以下であること
を特徴とするセラミックス材料、及び該セラミックス材
料で構成されてなることを特徴とする薄膜磁気ヘッド用
セラミックス基板である。
【0009】以下、本発明について詳細に説明する。
【0010】本発明において、Al2O3 とTiC の混合粉末
100 重量部に対し、0.5 〜3.0 重量部のSiを添加するの
は、SiがAl2O3 とTiC の焼結過程においてAl2O3 の酸素
又はTiC の炭素と反応させ、それぞれの粒界にSiO2ある
いはSiC を形成させて粒子間の結合力を増大させると共
に、焼結過程に発生するCO2 を取り込み空孔の形成を抑
制して緻密化の向上を図るためである。Siの含有量が0.
5 重量部未満では、このような効果が得られず、一方、
3.0 重量部を越えると焼結体の強度が低下する。また、
混合するSiの平均粒径は25μm以下が好ましい。Siとし
ては、純度99.9%以上の高純度品を使用するのが望まし
い。
【0011】また、焼結促進剤及び快削性付与剤の含有
量は、Al2O3 とTiC の混合粉末100重量部に対し、それ
ぞれ0.5 〜3.0 重量部である。焼結促進剤は、Al2O3
TiCの焼結性を大きく向上させ、同時にAl2O3 の粒成長
を抑制させる。快削性付与剤は、粒界強度を効果的に制
御し耐チッピング性を向上させ機械加工性を改善する。
焼結促進剤の添加量が0.5 重量部未満では焼結性が充分
でなく、一方、3.0 重量部を越えるとAl2O3 の粒成長を
逆に促進させチッピングが発生しやすくなる。また、快
削性付与剤が0.5 重量部未満では耐チッピング性及び鏡
面加工性が低下し、3.0 重量部を越えるとAl2O3 とTiC
の粒子間結合力が弱まり、チッピングの発生が増えるば
かりでなく、硬度及び耐摩耗性が低下する。
【0012】焼結促進剤としてはMgO 、CaO 、Cr2O
3 が、また快削性付与剤としてはY2O3、Yb2O3 、CeO2
La2O3 等を用いることができるが、MgO とY2O3の組み合
わせが最適である。
【0013】基本配合成分であるAl2O3 とTiC の混合粉
末において、Al2O3 の含有量は60〜80重量%、TiC は20
〜40重量%である。Al2O3 の含有量が80重量%を越える
と焼結体の硬度及び強度が著しく低下し、一方、60重量
%未満では焼結性が悪化し気孔が残存するので緻密な焼
結体でなくなり鏡面加工性が低下する。
【0014】焼結体中でマトリックスを形成するAl2O3
粒子とマトリックス中に分散するTiC 粒子の平均結晶粒
径は、それぞれ1.0 μm以下にすることによって、Al2O
3 とTiC の結晶間結合力をさらに増大させ、耐チッピン
グ性と鏡面加工性を向上させる。つまり、スライシング
におけるチッピングの発生は、Al2O3 とTiC 粒子の結晶
粒径に依存しており、これらの結晶粒径が1.0μmを越
えるとチッピングの発生が多くなる。
【0015】焼結体中のAl2O3 粒子とTiC 粒子の平均結
晶粒径の大きさは、鏡面研磨を施した表面を加熱エッチ
ング処理し、その反射電子組成像をTV画像解析システ
ム(日本アビオニクス社製商品名「 SPICOA-2 」)で2
直化処理し、2直化画像の形状寸法解析によって算出す
ることができる。
【0016】本発明のセラミックス材料の用途として
は、薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板が好適である
が、電磁気材料用の非磁性セラミックス基板や切削工具
等の構造材としても使用できる。
【0017】本発明のセラミックス材料は以下の方法に
よって好ましく製造することができる。すなわち、原料
としては、平均粒径0.1 〜0.4 μmのAl2O3 60〜80重量
%と、平均粒径0.2 〜0.8 μmのTiC 20〜40重量%の混
合粉末100重量部に、平均粒径25μm以下のSiを0.5 〜
3.0 重量部、さらに焼結促進剤を0.5 〜3.0 重量部及び
快削性付与剤を0.5 〜3.0 重量部含有した混合原料粉末
を用い、これを焼成する。Al2O3 粒子の平均粒径が0.4
μmを越えると焼結体中のAl2O3 の平均結晶粒径を1.0
μm以下に制御することが困難となり、一方、0.1 μm
未満では焼成中に粒成長が著しく進むので好ましくな
い。
【0018】本発明においては、原料のAl2O3 として、
有機金属の加水分解法や均一沈澱法で合成された平均粒
径0.1 〜0.4 μmで平均アスペクト比0.9 〜1.1 の球状
単分散Al2O3 を使用することが好ましい。これによって
マトリックスとなるAl2O3 が容易に緻密化され、TiC 粒
子を均一に分散でき、粒界結合力が増大して機械加工
性、特に耐チッピング性が著しく向上する。
【0019】上記混合原料粉末は、それぞれの原料の所
定量をエタノール等の有機溶媒と共にボールミルにて20
〜40時間の湿式混合を行い、乾燥後、解砕することによ
って調製することができる。混合原料粉末は、ホットプ
レス法または熱間静水圧法(HIP 法)のいずれかによっ
て相対密度99%以上の高密度焼結体とすることができ
る。
【0020】ホットプレス法の場合は、上記混合原料粉
末を黒鉛ダイスに充填し、100kg/cm2 程度に予備圧縮し
た後、焼成温度1500〜1700℃まで600 ℃/minで昇温し、
圧力100 〜400kg/cm2 で焼結する。また、HIP 法を利用
する場合、上記混合原料粉末を1000〜3000kg/cm2の圧力
で冷間静水圧法(CIP 法)によって相対密度50%以上の
成形体を得、次いで予備焼結として、温度1500〜1700℃
で真空焼結を行って相対密度95%以上の焼結体を作製す
る。そして、それをさらに温度1400〜1600℃、圧力1500
〜2000atm のアルゴン雰囲気下でHIP 焼結する。
【0021】
【実施例】次に実施例と比較例をあげてさらに具体的に
本発明を説明する。
【0022】実施例1〜18 平均粒径0.5 μmのTiC と平均粒径0.3 μmのバイヤー
法Al2O3 の所定量100重量部に対し、平均粒径20μmのS
iと焼結促進剤及び快削性付与剤の所定量を表1に示す
割合で混合し、エタノールを溶媒として20時間の湿式混
合を行い混合原料粉末を調製した。これを圧力 200kg/c
m2、焼成温度1500〜1700℃の範囲でホットプレス条件を
変えて焼結し、表1に示すAl2O3-TiC 系セラミックス焼
結体を作製した。得られた焼結体のAl2O3 とTiC の平均
結晶粒径の大きさと、相対密度、硬度、研磨面の表面粗
さ(鏡面加工性)、及びクリープフィードによる耐チッ
ピング性を測定した。その結果を表1に示す。
【0023】物性は以下の方法により測定した。 (1)焼結体中の平均結晶粒径の大きさ:鏡面研磨を施
した表面を加熱エッチング処理し、その反射電子組成像
をTV画像解析システム(日本アビオニクス社製商品名
「 SPICOA-2 」)で2直化処理し、2直化画像の形状寸
法解析によって算出した。 (2)相対密度:焼結体を微粉砕し懸ちょう法によって
真比重を求め、アルキメデス法を用いて測定した。 (3)硬度:JIS Z 2245に準じて測定した。 (4)研磨面の表面粗さ(鏡面加工性):焼結体からφ
76.2×4mmtの円板を切り出し、#400のカップ砥石を用い
て平面研削し、次いで0.2 〜3.0 μmのダイヤモンド砥
粒によって、砥粒別に一定時間、3段階の鏡面加工を施
し、研磨面の表面粗さを非接触式の表面粗さ測定器を用
いて測定した。 (5)耐チッピング性:上記鏡面研磨を施したφ76.2×
4mmtの円板を、#500のメタルボンドのホィールを用い
て、回転数10000rpm、切削速度40mm/minで切断し、その
切断面に発生した10μm以上のチッピング数を400 倍の
金属顕微鏡による観察でカウントし、チッピングが確認
されないものを○、10μm以下の微細なチッピングの発
生が認められるものを△、また、10μm以上のチッピン
グが認められたものを×とした。さらにチッピングの発
生しないものについて特に優れているものを◎とした。
【0024】
【表1】
【0025】表1から明らかなように、本発明のセラミ
ックス材料は、いずれも耐チッピング性、鏡面加工性及
び緻密性に優れることがわかる。
【0026】比較例1〜7 混合原料粉末組成を表2に示すように変えたこと以外は
実施例1〜18と同様にしてセラミックス材料を作製し
試験した。その結果を表2に示す。
【0027】
【表2】
【0028】実施例19〜26 Al2O3 原料として、均一沈澱法で合成された平均粒径0.
3 μmで平均アスペクト比0.9 である球状単分散Al2O3
を用い、混合原料粉末組成を変えたこと以外は実施例1
〜18と同様にして焼結体を作製し試験した。その結果
を表3に示す。
【0029】
【表3】
【0030】表3から明らかなように、マトリックスに
球状単分散Al2O3 を使用することによって、均一組成と
なり鏡面加工性及び緻密性がさらに向上することがわか
る。
【0031】
【発明の効果】本発明のAl2O3-TiC 系セラミックスス材
料は、焼結体中のAl2O3 粒子及びTiC粒子間の結合力が
増大し、スライシングによるチッピングの発生が低減
し、鏡面加工性及び緻密性に優れたものである。従っ
て、本発明のセラミックス材料を用いて精密加工を必要
とする薄膜磁気ヘッド用セラミック基板を製造するに際
しては歩留りが向上する。本発明のセラミックス材料
は、薄膜磁気ヘッド用セラミック基板材料として最適で
あるが、その他、電磁気材料用の非磁性セラミック基板
として、さらには切削工具などの構造材としても使用で
きる。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Al2O3 60〜80重量%とTiC 20〜40重量%
    からなる混合粉末100 重量部に対し、Siを0.5 〜3.0 重
    量部、焼結促進剤を0.5 〜3.0 重量部及び快削性付与剤
    を0.5 〜3.0 重量部含む混合原料粉末を焼成して得られ
    たものであって、焼結体中のAl2O3 粒子の平均結晶粒径
    が1.0 μm以下で、TiC 粒子の平均結晶粒径が1.0 μm
    以下であることを特徴とするセラミックス材料。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のセラミックス材料で構成
    されてなることを特徴とする薄膜磁気ヘッド用セラミッ
    クス基板。
JP3214169A 1991-08-01 1991-08-01 セラミツクス材料及び薄膜磁気ヘツド用セラミツクス基板 Pending JPH0543311A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005161766A (ja) * 2003-12-04 2005-06-23 Tdk Corp 焼結体の切断方法及び平面パネルディスプレイ用スペーサの製造方法
JP2005336034A (ja) * 2004-05-28 2005-12-08 Kyocera Corp Al2O3系セラミックス及びその製造方法並びにこれを用いた磁気ヘッド用基板
JP2010055685A (ja) * 2008-08-28 2010-03-11 Kyocera Corp 磁気ヘッド用基板および磁気ヘッドならびに磁気記録装置
JP5148502B2 (ja) * 2006-11-07 2013-02-20 京セラ株式会社 セラミック焼結体とそれを用いた磁気ヘッド用基板および磁気ヘッドならびに記録媒体駆動装置

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