JPS6359984B2

JPS6359984B2 -

Info

Publication number: JPS6359984B2
Application number: JP59128692A
Authority: JP
Priority date: 1984-06-22
Filing date: 1984-06-22
Publication date: 1988-11-22
Also published as: JPS6110052A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明はデータ処理技術、特に磁気デイスク・
フアイルの分野で使用される磁気ヘツドのスライ
ダーに使用される非磁性基板の材料に関する。（従来の技術）磁気デイスクに用いられる磁気ヘツドとして
は、例えば日本特許公告公報特公57−569号に示
されているような構造のものがよく使用されてい
る。このようなフローテイングヘツドにおいて
は、非磁性基板あるいは磁性基板からなるスライ
ダーの後端部に高透磁率をもつ磁性材料で作られ
た磁気コアが固定されている。スライダーの下面
側で、磁気コアは磁気変換用ギヤツプを有し、ま
たこの磁気コアには電磁変換用巻線が施されて磁
気トランスデユーサーが構成されている。このよ
うな構成のフローテイング磁気ヘツドは磁気デイ
スクが静止している時は、スプリングの力で軽く
磁気デイスクに接触している。磁気デイスクが回
転している時には、磁気デイスク表面付近の空気
が同様に動いて、磁気ヘツドのスライダー下面を
持ち上げるように流れる。磁気ヘツドの磁気トランスデユーサー部分は
Mn−ZnフエライトやNi−Znフエライトのよう
なソフトフエライトで作られることが多い。しか
し、磁気デイスクの記録密度を上げた場合、磁気
コアの幅及び磁気変換用ギヤツプの長さを小さく
することが要求される。この場合、磁気コアとし
てスパツタリングなどで作られた磁性薄膜−パー
マロイ薄膜、アモルフアス金属薄膜−が使用され
る。また、一方の磁気コアをソフトフエライトで
作り、他方のコアを磁性薄膜にすることも行われ
ている。薄膜コアにした場合、Al₂O₃などの絶縁
性材料の薄膜を磁性薄膜とスライダーとに共通
に、設けて電磁変換用巻線と磁性薄膜間、電磁変
換用巻線間の電気絶縁を得ることもある。また、
非磁性基板スライダーが比較的低い電気抵抗を持
つた材料で作られている場合、スライダーと磁性
薄膜間を絶縁するためにスライダー面に絶縁性材
料の薄膜を付着させ、その上に磁気トランスデユ
ーサーが形成されることもある。このような磁気ヘツドは、磁気デイスクの回転
中は空気の流れによつて浮上しているので磁気デ
イスクと接触することはないが、磁気デイスクの
回転を開始するとき及び回転を止める時には、磁
気ヘツドは磁気デイスク面に接触する。磁気デイ
スクの回転を止める時の接触の状況は、磁気デイ
スクの回転を落して来た時に、その表面の空気の
流れも次第に遅くなる。こうして、磁気ヘツドの
浮力が失われた時磁気ヘツドは磁気デイスク面に
ぶち当る。その反動で、磁気ヘツドはとび上り、
またデイスク面に落ちる。このような運動を何度
か繰返した上で、磁気ヘツドは磁気デイスク上を
引きづられる様になり、最後に停止する。このよ
うな起動停止時の衝撃に磁気ヘツドは耐える必要
があり、その性能をCSS性（Contact−Start−
Stop）と呼ばれることがある。 CSS性能を向上させるには、磁気ヘツドのスラ
イダー部は摺動性に優れていることが重要であ
る。更に、スライダーの表面が平坦で気孔が存在
しないこと。耐摩耗性の良いことなどが必要であ
る。磁気ヘツドのスライダー部の構造は、例えば日
本特許公開公報特開55−163665号に示されている
様に、極めて複雑な構造をしている。このような
構造の磁気ヘツドを生産性良く作るには、機械加
工性の良好なことが必要である。加工時の切削抵
抗の少ないことや、切断ブレードなどへの目づま
りのないことなどが要求される。また、加工時に
加工された部分の結晶粒の脱落が起るが、この脱
落部分が出来るだけ小さいことが望ましい。その
ためには、スライダーを構成している材料の結晶
粒が小さいことが望ましい。以上述べたような磁気ヘツドは、上述した特開
55−163665号に開示されている。その磁気ヘツド
のスライダーはAl₂O₃とTiCとの混合物で作られ
ていて、Al₂O₃とTiCの重量比は60：40から80：
20の範囲にある。Al₂O₃−TiCセラミツクスは、
加工性が良好で複雑な形状のものを加工した際、
クラツクやチツピングを生じることはない。また
耐摩耗性にも優れている。しかし、このセラミツ
クを磁気ヘツドのスライダーとして用いた際の最
も重要な性能であるCSS性、特に摺動特性に劣つ
ている。このようにAl₂O₃−TiCセラミツクスは摺動特
性に劣つているので、スライダー面のTiC粒子を
反応性イオンスパツタリングで除去することが日
本特許公開公報特開58−166562号で提案された。
しかし、反応性イオンスパツタリングでTiCを除
去した後に数nmの深さのポアが生じ、長く使用
しているうちにAl₂O₃粒子の欠落などによるCSS
性が悪化することがあつた。一方、Al₂O₃−ZrO₂系セラミツクスは正方晶ジ
ルコニアを内部に含むことによつて、工具に使用
するのに適した高い曲げ強度や強い靫性を有する
ことは、特開昭57−100976号やランゲ（F.F.
Lange）の米国特許第4316964号及びジヤーナ
ル・オブ・マテリアルズ・サイエンス（Journal
of Materials Science）17（1982）247−254など
に示されている。しかし、このように強靫なセラ
ミツクスをスライダーに使用した場合、加工性が
悪く複雑な加工が困難となる。（発明が解決しようとしている問題点）そこで、本発明は摺動特性の優れたスライダー
などに用いられる薄膜磁気ヘツド用基板材料を提
供することを目的とする。更に、本発明の基板材料によれば、機械加工性
も良好になる。（問題点を解決するための手段）そこで、本発明の磁気ヘツド用基板材料は、摺
動性のよいアルミナ・ジルコニアセラミツクスを
用いたことを特徴としている。本発明のアルミナ・ジルコニアセラミツクスは
摺動性のよい立方晶結晶構造を実質的に有する酸
化ジルコニウムを５〜70mol％含有し、残部が実
質的に酸化アルミニウムである。酸化ジルコニウ
ムを実質的に立方晶構造にするために、酸化ジル
コニウムは、Y₂O₃，Dy₂O₃，Yb₂O₃の少なくと
も１種をZrO₂量に対して５〜20mol％含ませるこ
とが望ましく、好ましくは８〜12mol％含む。酸化アルミニウム中の酸化ジルコニウムが
5mol％よりも少ない場合、正方晶ジルコニアが
５％以上になり、摺動性のよい立方晶ジルコニア
が少ないので摺動特性が悪くなる。また、２種類
のセラミツクスを複合したことによる結晶粒微細
化の効果がなくなる。また、酸化ジルコニウム量
が70mol％を越えた場合、、セラミツクス中の空
孔（ポア）が多くなり、HIPをした後でも相対密
度が低い。また、一般に立方晶ジルコニアは粒成
長を起し易いものであるが、アルミナに比して酸
化ジルコニウム量がこのように多い場合、結晶粒
が大きくなる。そこで、酸化ジルコニウム量が５
〜70mol％の範囲では、複合化による結晶粒の微
細化の効果が大きく、結晶粒が2μm以下になつ
て、チツピングも少ない。特に20mol％の前後で
粒径が最小となり、チツピングも最も少なくな
る。アルミナ・ジルコニアセラミツクスには、通
常微量の不純物が含まれることがある。不純物と
しては、SiO₂，CaO，HfO₂，MgOが合計で
2mol％以下含まれてもよい。アルミナ・ジルコニアセラミツクス相には常温
においても立方晶ジルコニアとして存在するだけ
の安定化剤を含有させている。Y₂O₃，Dy₂O₃，
Yb₂O₃の場合、ジルコニア相のなかに５〜20mol
％含有され、残部実質的にZrO₂であることが望
ましい。しかし、MgOやCaOも同時に含有され
ても問題ない。このような安定化剤が過剰に含まれた場合、例
えばY₂O₃のケースでは立方晶ジルコニアのなか
にY₄Zr₃O₁₂のようなZrO₂−Y₂O₃の化合物が析出
して、摺動性の劣化、強度の低下をまねく。そこ
で20mol％以上のY₂O₃，Dy₂O₃，Yb₂O₃を含有す
ることは望ましくない。安定化剤が少なくなると
ジルコニアの５％以上が正方晶になり、これが基
板への膜付け、パターン付けの際の数百℃までの
加熱や冷却に起因して単斜晶にかわり、この際に
体積膨張を伴ない基板の反りやパターンずれが生
じるおそれがある。そこで、安定化ジルコニアに
するための安定化剤の下限値は約5mol％である。
Y₂O₃の含有量は5mol％以上でできるだけ少ない
ことがよく、より適当な量は約８〜約12mol％で
ある。なお、正方晶立方晶ジルコニアの量はＸ線
回析で測定することができる。8mol％以上では
ジルコニアは完全に立方晶になり、12mol％以上
になると焼結性が悪くなつてくる。更に、本発明の磁気ヘツドに使用される基板材
の相対密度（理論密度と比して）は99％以上であ
ることが望ましく、ポアの極めて少ないものとな
つている。このように高い密度を持つので、摺動
性の優れたものとなる。本発明の磁気ヘツド用基板材料においては、ア
ルミナスライダーと磁気トランスデユーサーの間
にAl₂O₃薄膜のような絶縁膜を必ずしも付ける必
要はない。アルミナ・ジルコニアセラミツクスは
Al₂O₃とほぼ同じ電気抵抗（10¹²〜10¹³Ω・cm）を
もつので、絶縁膜を付ける必要はないのである。本発明のアルミナ・ジルコニアセラミツクスを
製造するには、ZrO₂微粉末、Y₂O₃、Dy₂O₃、
Yb₂O₃粉末及びAl₂O₃粉末を所定の割合で配合
し、十分混合し、これを乾燥させ、少量のバイン
ダーを加えて造粒する。この造粒粉を、得るべき
形状のキヤビテイを持つたプレス機で成形体に予
備成型する。この成形体を大気中で1400℃〜1600
℃の温度で焼成して相対密度を98％程度にした後
で、1300℃〜1500℃でHIPして99％以上のアルミ
ナ・ジルコニアセラミツクスを得る。このHIP（ホツト・アイソスタテイツク・プレ
ス）を行う時の温度は得られたアルミナ・ジルコ
ニアセラミツクスの性能を左右する。1300℃以上
の温度はセラミツクスの相対密度を99％以上にす
るために必要である。しかし、1500℃以上にする
と安定化ジルコニアの結晶粒の粒成長が著しくな
るので1500℃以下でHIPすることが望ましい。アルミナ・ジルコニアセラミツクスは上に述べ
たように常圧焼結の後でHIPをして作ることがで
きるので量産性があるが、ホツトプレスによつて
も作ることができるる。このようにして得たアルミナ・ジルコニアセラ
ミツクスは磁気ヘツドスライダーの形状にダイヤ
モンドブレードで切断し、グラインダーなどで仕
上げ加工をする。スライダーの形状になつたもの
に磁気コア、信号コイルを付けて磁気ヘツドとな
る。（発明の効果）以上説明したように、本発明の薄膜磁気ヘツド
用基板材料はアルミナ・ジルコニアセラミツクス
をその非磁性基板としているので、磁気デイスク
との摺動性、耐摩耗性に優れている。立方晶ジル
コニアは軟らかく摺動特性がよい。また、密度も
高くポアがほとんどないので、CSS性能が高い。更に、結晶粒が極めて小さく、チツピングがほ
とんどなく、機械加工性が良好なので、微細な加
工を行うことができる。（実施例）本発明のアルミナ・ジルコニアセラミツクスに
ついて、以下例を示す。例 Al₂O₃粉末、平均粒径0.03μmのZrO₂微粉末と
Y₂O₃，Dy₂O₃粉末を表に示す割合に配合し、純
水を溶媒としてアルミナボールミルで24時間混合
した。混合溶液を乾燥し10％のPVA溶液を添加
してらいかい機で造粒後、1ton／cm²の圧力で80φ
×６〜７の成型体に予備成型した。これを大気中
で1500℃で１時間焼成した上で、1500気圧で1350
℃で１時間HIPした。焼結体の密度は水中置換法
で測定し理論密度で除して相対密度を求めた。ま
た、ビツカース硬度測定（荷重200ｇ）は試片の
一部を鏡面研摩して行つた。また、この試料を顕
微鏡で見て平均結晶粒径を測定した。耐チツピング性はダイサーによる溝入れ加工の
際に稜に生ずるチツピングの大きさ（表では最大
チツピング深さで示す）によつて測定した。切削抵抗は外周スライサーで、スライサーに加
わる応力を圧電素子を用いて測定した。摺動特性は磁気デイスクを回転させて、これに
アルミナ・ジルコニアセラミツクスを接触摺動さ
せるCSSテストによつて判定した。表中で○印は
10万回以上の接触に耐えたもの、△印は３万回以
上10万回未満の接触に耐えたもの、×印は３万回
未満の接触で欠損が出たものである。なお、この
測定時にセラミツクスの先端にバイモルフで作つ
た圧電素子をつけ、この圧力変化によつて、欠損
の発生を測定した。

【表】表から明らかなように、試料No.１からNo.13まで
が、アルミナ・ジルコニアセラミツクスであり、
試料No.14はアルミナ・チタンカーバイドセラミツ
クスである。このNo.14は公知のものであり、アル
ミナ・ジルコニアセラミツクスに比較して摺動特
性が悪く、３万回未満のCSSで欠損が生じた。し
かしアルミナ・ジルコニアセラミツクスのものは
３万回以上のCSSに耐えた。また、5mol％以上
のZrO₂を含む試料No.３〜13は10万回以上のCSS
に耐えた。切削抵抗力は試料No.13のものが極めて大きかつ
た。これは、Y₂O₃が2mol％しか含まれていなか
つたので、正方晶ジルコニアが多く生じていたた
めである。結晶粒径及び最大チツピング深さを見ると、試
料No.３からNo.10においてきわめて小さくなつてい
ることが明らかである。この結果から、ZrO₂量が５〜70mol％の範囲で
結晶粒径、最大チツピング深さが小さく、摺動特
性がよくなることが出た。また、硬度はHvで1300〜1600、密度もHIPに
よつて99％以上が得られた。

Claims

【特許請求の範囲】１実質的に立方晶である酸化ジルコニウムを５
〜70mol％含有し、残部が実質的に酸化アルミニ
ウムであるアルミナ・ジルコニアセラミツクスか
らなる薄膜磁気ヘツド用基板材料。２特許請求の範囲第１項において、アルミナ・
ジルコニアセラミツクスはアルミナのマトリツク
ス中に、立方晶の酸化ジルコニウム粒子が分散し
ており、この立方晶の酸化ジルコニウム粒子は、
ZrO₂量に対して、Y₂O₃，Dy₂O₃，Yb₂O₃の少く
とも１種を５〜20mol％含んでいることを特徴と
する薄膜磁気ヘツド用基板材料。