JPS6259566A - 磁気ヘツド基板用材料 - 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、高密度記録に適した薄膜磁気ヘントスライダ
用材料に関する。

〔従来の技術〕

従来、コンビエータ用のディスクヘッドスライダは、フ
ェライトのブロック材料を加工して製造されていた。し
かし、フェライト（オでは高周波透磁、斜が低いため、
高速データ転送や薄膜による磁気回路形成時に磁気ヘッ
ドとしての記録或いは再生出力が低くなる。ところが、
最近ではディスクヘッドのインダクタンスを小さくして
、より高周波領域で動作させるようにし、また、ギヤノ
ブ幅を小さくして高速転送と記録密度の向上を図る傾向
にある。現在、記録密度の高密度化に対応し、薄膜磁気
ヘッド化が進められている。薄膜磁気ヘッド用基板に要
求される特性をまとめてみると、下記の項目が挙げられ
る。

（１）結晶粒子が微細均一で緻密であり、気孔が存在し
ないこと。

（２）記録媒体とのなじみ、潤滑性、耐摩耗性に優れて
いること。

（３）機械加工性がよいこと。すなわち、快削性があり
、かつ精密加工性に優れていること。

（４）表面にコーティングされる材質とのなじみがよい
こと。

この傾向に沿うものとして、酸化アルミニウムと炭化チ
タンを主成分としたもの（特開昭６０−６６４０３号）
や、炭化チタンに対して窒化チタンを一部固溶させた複
合材料などが開発されている。

また、上記成分の他に材料の焼結性をよくするために、
酸化アルミニウムに対して粒成長抑制剤又は焼結促進剤
として効果的なＭｇＯ，Ｃａｂ、Ｎｉ０−などが添加さ
れている。

このようなａ膜磁気ヘッド用素材にあっては、超精密鏡
面仕上げをしてから使用されるため、その基板を超精密
鏡面仕上げした時に基板表面に微細な気孔さえも存在し
ないこと、及びその基板の精密機械加工性が容易なこと
が特に要求されていそこで、超精密鏡面仕上げされた基
板に微細な気孔が存在しないようにするには、そのセラ
ミ。

クス混合粉末を殆ど理論密度となるまで焼結形成し、（
７かもセラミックス結晶粒子内の結合が強く微細なＮｉ
織を作ることが必要である。反面、そのような緻密性及
び祖織をもつセうミックス焼結体は、Ｎ液加工性が非常
に劣るものとなる。

この問題を解消するものとして、酸化アルミニウムと炭
化チタンを主成分とする系に快削性付与剤を添加した材
料が開発されている（特開昭５７＝１３５７７２号）、
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、この複合セラミックスは酸化アルミニウ
ムと炭化チタンとから成り立っているため、硬くて脆い
という欠点があり、精密加工時にチッピングを生じやす
く、また、フェライト系材料に較べ、機械的加工性（快
削性）に劣るという問題があった。

本発明は、上記実情に対処すべくなされたちのであり、
酸化アルミニウムー炭化チタン複合材を′３膜磁気ヘッ
ドスライダに加工する際に、加工によるチッピングを生
しることなく、精密に、より早く加工できるように、酸
化アルミニウムー炭化チタン複合材の性質を改良するこ
とを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、その目的にこたえるべく、酸化アルミニウム
ー炭化チタン系における炭化チタンの含存量を４５〜７
５重世％に特定することにより、精密加工時における耐
チッピング性の改善を図ったものである。更にこの酸化
アルミニウムー炭化チタン系の基本組成に、快削付与剤
とし゛ζ０．５〜５重量％のＭｇ、Ｃａ、Ｂ、Ｎｉ、Ｃ
ｒ及びＺｒの酸化物のうち１種又は２種以上、焼結性を
改善するためにＹ２Ｏ，換算で０．０５〜２重量部のア
ルミニウム−イツトリウムの複合酸化物を必要に応じて
添加したものである。また、酸化アルミニウムー炭化チ
タン系の炭化チタンにおける酸素固溶量が、ＴｉＯ□又
はチタンの炭酸化物に換算して１５重景％以下に抑える
と、セラミックスの破壊靭性が向上する。更に、炭化チ
タンの２〜２０重星％重量期・を表■ａ　＋　Ｖ　ａ及
び■ａ族金属の炭化物（炭化チタンを除く）１窒化物、
硼化物及びこれらの複合化合物のうち１種又は２種以上
で置換すると、微細な結晶粒子の生成等が図られるもの
である。このようにし７て得られたセラミックス材料は
、５．５バＰａｎ以上の破壊靭性値をもっている。

すなわち、本発明複合セラミックスにあっては、酸化ア
ルミニウムと炭化チタンとの間の結合力を強化すること
により、セラミックス材料を磁気ヘッドスライダに加工
する際にチッピングの先住を防止するものである。この
酸化アルミニウムー炭化チタンを基本組成とし、その基
本組成のセラミックス材料の諸性質を任意添加成分で適
宜改善するものである。

ここで、本発明の成分及びその組成範囲に関して詳しく
説明する。

この発明において、炭化チタンは酸化アルミニウムとと
もに本系材料の主成分であり、４５重量％未満では精密
加工を行なう時にチッピングを生し易い傾向にあり、ま
た、破壊靭性値も小さくなる。

一方、７５重量％を超えると、焼結温度が高くなり、酸
化アルミニウムの結晶粒子径が大きくなり、破壊靭性も
小さく、機械加工時にチッピングを生じ易く、磁気ヘッ
ド用材料として不適なため、炭化チタンの範囲はチタン
化合物の最終焼結体中に含存する酸素因容唖は、酸化チ
タンに換算して１５重型筒を超えると破壊靭性を低下さ
せるとともに、精密機械加工時にチッピングを生じる傾
向にあり好ましくない。しかしながら、チタン化合物に
存在する酸素は、酸化アルミニウムと炭化チタン成分の
結合強度を高め強靭な焼結体を得る上で重要なものであ
る。酸化アルミニウムは炭化チタンとともに木系材料の
主成分であり、炭化チタンの含−有範囲が限定されるこ
とにより、５５〜２５重１％となる。機械加工法は、好
ましくは快削付与剤としてＭｇ、　Ｃａ、Ｂ、Ｎｉ、Ｃ
ｒ、Ｚｒの各種酸化物を１種ヌは２種以上の添加を行な
うことでその効果をみることができその最適量は０．５
〜５重石部である。すなわち、０．５重￥部未満では酸
化アルミニウムの粒成長１１１１制剤として効果がみら
れ緻密な焼結体を得ることはできるが、機械加工性の向
上はみられない。また、５重量部を越えると、焼結体の
結晶粒子間の結合強度が弱くなり好ましくない。

酸化ジルコニウムについては、粒度０．３μｌ以下の未
安定１１ｏｚまたはＹ２Ｏ：１．ＭｇＯ，Ｃａｂ、Ｃｅ
Ｏの少なくとも１種で部分安定された’１ｒｏｚあるい
は安定化ＺｒＯ，を用いてもよい。これらのＺｒＯ２は
粒成長１ｒｌｌ制効果と靭性向上効果による超精密加＝
Ｌ性に効果を！ｊλるとともに、記録媒体とのなしみ、
潤滑性、耐１ｒ耗性にも優れたものとなるが、５重要部
以上の添加は加工性に著しく悪い影ちシを与える。

アルミニウムーイツトリウム複合酸化物は、Ｙ２Ｏ，換
算で０．０５重型部未満では酸化アルミニウムと他の配
合主成分との相互焼結性を助成する作用がなく、また２
重量部を越えると焼結体に気孔を生し、焼結体の破壊靭
性が下がり機械加工時にチッピングを生し易くなる。従
って、０．０５重り部から２型開部の範囲で焼結促進剤
としての効果がみられる。またアルミニウムーイツトリ
ウム複合酸化物粉末としては、たとえば複合酸化物の１
つとして、次式に示すガーネットの形で使用することも
できる。

Ｙ３（ＡＩＹ）ｚ（＃Ｏ，）：＋　　−””””””’
ｔｌ）（Ｙ　Ａｌ）　ｓＡＩ　Ｚ　＜ＡＩ　Ｏａ）　ｘ
　　　　−−−−−（２１同様に、Ｙ３Ａ！ｚｃＡｌｏ
ａ＞ｙの組成のガーネットやＹｗＡｌ　ｎ−ｘ、Ｏｉ（
ここでｘく１）で表される組成でも使用可能である。

炭化チタンの一部を周期率表ＩＶａ、Ｖａ及び■ａ族金
属の炭化物（炭化チタンを除く）、窒化物、硼化物及び
それぞれの複合化合物で置換することも可能である。そ
の場合、酸化アルミニウムー炭化チタン複合材料の特徴
を残し、更に結晶粒子の微細化等を行なうには炭化チタ
ンの２〜２０重星％重量換して、初めてその効果がみら
れる。すなわち、２重四部未満の置換ではその効果はな
く、２０重足部を越えると焼結性が悪くなり、無理して
得られた焼結体の破壊靭性は小さく、積富加工性に劣る
。

そこで、周期率表ＩＶａ、Ｖａ　、　Ｖｌａ族金属の炭
化物（炭化チタンを除く）、窒化物、硼化物及びそれぞ
れの複合化合物の第３成分を炭化チタンの一部に置換す
る場合、炭化チタンの２〜２０重猪％の範囲でＡｌｚＣ
ｈ　　ＴｉＣ系の特性を残し、なおかつ第３成分の特徴
を生かすことができる。なお、製造工程途中より混入す
る金属あるいは酸化物系不純物のほは０．５重量部を超
えて存在すると、必然的に６Ｒ性を有する不純物も増加
することになり、薄膜磁気へ、ド用スライダ材料として
使用する場合好ましくない。

またこれらの材＄４は、上記原料混合粉末を調整した後
、焼結工程を経て製造される。焼結は、好ましくはホッ
トプレス法や熱間静水圧焼結法などの熱間加圧焼結法に
より行われる。ホットプレス法による場合は加圧力５０
〜３５０　Ｋｇ−１１ｃｍ２．焼成温度１５５０〜１８
００℃、一方、熱間静水圧焼結法では加圧力５００Ｋｇ
−ｆ／ｃｍ２以上、温度１４５０〜１６００℃の条件下
で好結果を得ることができる。

このようにして得られる焼結体は、理論密度９９％以上
と極めて緻密で殆ど気孔がなく、粒径も微細であり、破
壊靭性も５．５ＭＰａ＝”２以上で機械的加工性に優れ
る。また加工によるピッチングも発生せず精密加工に際
して卓抜した加工性を具備する。

なお、ホットプレス法または熱間静水圧焼結法により焼
結した材料を、非酸化性雰囲気で加圧力０〜１０Ｋｇ／
Ｃｍｚ、温度１０００’ｃから焼結温度より１００℃高
い温度範囲で熱処理することににより歪を除去すること
ができる。したがって、熱処理した材料は精密加工時に
歪による微細チッピングが発生せず、かつコーテイング
膜の密着性が良（非常に優れた材料が得られる。

〔実施例〕

本発明磁気ヘッド基板用材料の５！遣方法及びその精密
加工性能につき実施例により説明する。

−実験ｌ− 下記ｉｌｌ〜（２１）の各成分構成に調整された原料粉
末（α−Ａｌ　ｚ　Ｏ３：平均粒子径０．３μｍ、純度
９９．９χ。

チタン化合物（Ｔｉ　Ｃ、Ｔｉ　Ｏ２）　：平均粒子径
０．５　ｐ　ｍ。

ＴｉＣ”ＴｉＯ，固溶体、ＭｇＯ，Ｚｒ０ｚ、Ａ／ｚ○
ｚ・Ｙｚｏｚ固溶体の焼結促進材及び快削性付与剤１周
期率表１Ｖａ、Ｖａ、ＶＩａ族金属の炭化物、窒化物、
硼化物；平均粒子径０．８μ畑、）〕を５０　Ｘ　５０
ｍｍ角、高さ６０１の黒鉛型内に充填して、高周波コイ
ル内に挿入し、それぞれの最適焼結温度（１５５０〜１
８００℃）で２００Ｋｇ／ｃｍ”の圧力を加え６０分間
保持した。次いで圧力を除去し、放冷することにより５
０Ｘ５０Ｘ５．５　ｍｓの目的とする焼結体を得た。各
々の焼結体をダイヤモンド砥石で切断研削して試験片を
作成し、各種試験に供した。

破壊靭性の測定は、ビッカース圧痕の対角線の延長上よ
り発生するクラック長さから求める１、Ｆ。

法（Ｉｎｄｅｎ　Ｌａむｉｏｎ　Ｆｒａｃｔｕｒｅ　Ｍ
ｅｔｈｏｄ）によった。試験片は、表面をダイヤモンド
ホイールで表面研削後、機械研磨により鏡面に仕上げた
。試験荷重は全て１０Ｍｇ４とし、負荷時間は２０秒と
した。

ｔ＃宇前加工性は、ディスクヘッドスライダのトラック
幅に合わせて加工する際にエッヂ部の欠けが発生し、使
用上好ましくないものをＸ印、欠は発生が殆どなく使用
上問題のないものをΔ印、特に良好なものを○印で示す
。

快削性とは、同じ断面積を切断するのに要する時間が短
いものをＯ印で、切断時間が長くて生産性上好ましくな
いものを×印で示す。

破壊靭性は、５．５ＭＰａｍ””以上を○で示し、それ
以下を×で示す。

相対密度に関しては、上記条件範囲で焼結させたもので
スライダとして必要な耐摩耗性を存する程度にまで焼結
できないものをＸ印、使用できるものをΔ印、特に優れ
ているものを○印で示す。

これらの結果を、第１表に示す。

−一実験２−− 第２表に快削性付与剤であるＭＨＯ，Ｃｒ２Ｏ，、、Ｎ
ｉｎ、ＺｒＯ□等の効果を調査した結果を示すゆなお、
試験片（ま実験ｌと同一方法で作成した。また、加工性
テストは第１図の方法により行った。

−−実験３− 第３表にホットプレス温度を一定にし焼結したとき、焼
結体に存在する気孔との関係を示す。

−実験４− 実験ｌに用いた調整された原料粉末をホットプレス法に
より焼結した後、除圧し、ホットプレス焼結温度より５
０℃高い温度で熱処″理を行った。同様に実験１に用い
た調整された原料粉末をホットプレス法により相対密度
９５％まで焼結を行い、次に熱間静水圧＋！ＩＰ焼結法
でホットプレス温度より１００℃低い温度で焼結を行っ
た。次に、非酸化性雰囲気で１３００℃の熱処理を行っ
た。

次に、これらの材料の精密加工性及びコーテイング膜の
密着性について評価を行った。精密加工性の評価は、材
料をダイヤモンド切断砥石で切断し角部の微細デツピン
グを観察することにより、行った。チッピングの発生し
たものは×印、チッピングを発生しないものはＯ印、特
に優れているものを◎印で示す。またＡｌ　ｚ　Ｏｚ　
、センダストコーティングを行い、コーテイング膜密着
性に優れているものをＯ印、密着性の余り良くないもの
をΔ印で示す。

第　　　３　　　表 第　　４　　表 〔発明の効果〕 本発明の酸化アルミニウムー炭化チタン複合材料は、従
来の酸化アルミニウムー炭化チタン複合材料と比べ破懐
靭性が大きいため、磁気ヘットスライダーに加工する際
、チッピングを生しることもなく、能率の良い加工がで
き、磁気ヘッドスライダ−用材料とし゛ζ卓越した精密
加工性と機械加工性に優れた性能を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は磁気へｙ’Ｆ基板用材料の加工の難易をデスト
する装置で、言人料を装着したＧ（４反の−・プ兆に１
．２　ｋｇの荷重をかけ、試料とＣＣ仮を切断し、切断
に要する時間を計測することで加工性を判断する装置で
ある。 １：ダイヤモンド切断ホイール （＃　３２５メタルボンド　φ１５０ｍ厳）２：磁気ヘ
ッド基板用材料

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、炭化チタン４５〜７５重量％と残部が酸化アルミニ
   ウムからなる基本組成をもつことを特徴とする磁気ヘッ
   ド基板用材料。 ２、特許請求の範囲１、記載の基本組成１００重量部に
   対して、快削性付与材として、マグネシウム、カルシウ
   ム、硼素、ニッケル、クロム、ジルコニウムの酸化物か
   ら選択した１種又は２種以上を０．５〜５重量部含有せ
   しめてなる磁気ヘッド基板用材料。 ３、特許請求の範囲１、及び２、記載の基本組成１００
   重量部に対して、酸化イットリウム換算量で０．０５〜
   ２．０重量％のアルミニウム−イットリウム複合酸化物
   を含有せしめてなる磁気ヘッド基板用材料。 ４、特許請求の範囲１、乃至３、記載の基本組成におい
   て、炭化チタンの１５重量％以下をチタンの酸化物又は
   炭酸化物で置換してなる磁気ヘッド基板用材料。 ５、特許請求の範囲１、乃至４、記載の基本組成におい
   て、酸化アルミニウムの２重量％以下をアルミ、チタン
   複合酸化物で置換してなる磁気ヘッド基板用材料。 ６、特許請求の範囲１、乃至５、記載の基本組成におい
   て、炭化チタンの一部を周期律表ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ
   族金属の炭化物（炭化チタンを除く）、窒化物、硼化物
   及びそれぞれの複合化合物（炭窒化物、炭硼化物、窒硼
   化物、炭窒硼化物）の１種又は２種以上で置換してなる
   磁気ヘッド基板用材料。 ７、特許請求の範囲１、乃至６、記載の材料が１０＾６
   Ω・ｃｍ以上である磁気ヘッド基板用材料。 ８、特許請求の範囲１、乃至７、記載の材料が熱間加圧
   焼結法によって製造されたものである磁気ヘッド基板用
   材料。 ９、特許請求の範囲８、記載の熱間加圧焼結法が熱間静
   水圧加圧焼結法又はホットプレス法であり、かつ熱間加
   圧焼結された後で熱処理された　ものである磁気ヘッド
   基板用材料。