KR0137076B1

KR0137076B1 - 자기헤드용 비자성 세라믹 기판제

Info

Publication number: KR0137076B1
Application number: KR1019940032444A
Authority: KR
Inventors: 고재현
Original assignee: 이헌조; 주식화사 금성사
Priority date: 1994-12-01
Filing date: 1994-12-01
Publication date: 1998-05-15
Also published as: KR960025359A

Abstract

본 발명은 자기헤드용 비자성세라믹 기판재에 관한 것으로 특히 응력발생을 저감시키는 새로운 조성의 세라믹 기판재료를 제공하여 금속자성 박막과 비자성 세라믹 기판과의 열팽창계수차에 의한 금속자성박막의 박리, 쪼개짐, 깨짐 등의 결점발생을 방지하고 조직의 치밀화로 미세경도를 증가시키도록 조성하여, 자기헤드가 테이프와 영상 기록및 재생시 습동주행에 의한 내마모성을 향상시킴으로 자기헤드의 수명을 연장시킬수 있도록한 것으로서,

기본 조성은 CaO가 10~30 mol%, NiO가 50~80 mol%, Al₂O₃가 10~30 mol% 비율로 되는 삼성분계 복합 산화물 비자성 비판재료이고, 상기 재료에 Y₂O₃, MnO, SiO₂중에서 선택한 1종 이상을 0.5~5 wt%의 소결조제를 첨가시켜 조성한 것이다.

Description

자기헤드용 비자성 세라믹 기판재

본 발명은 자기헤드용 비자성 세라믹 기판재에 관한 것으로서 특히 세라믹 기판에 금속박막을 증착시킬경우 금속자성막과 기판과의 열팽창계수차에 의한 응력발생으로 쪼개짐, 균열등의 결함 발생을 막도록 금속박막과 유사한 열팽창 계수를 가진 세라믹 기판을 개발하여 헤드특성을 향상시킬수 있도록한 것이다.

최근에는 고밀도, 고포화 자속밀도가 요구되는 HD-VCR, DI-8mm VCR 등의 제품이 개발되고 있다. 이 첨단기기에 사용되는 영상기록및 재생용 자기헤드는 고밀도 기록의 요구에 부응하여 고밀도 기록의 고포화 자속밀도의 헤드가 요구되고 있다. 또 이헤드는 테이프와 함께 고속재행이 되기 때문에 헤드재료의 내마모성도 큰것이 요두되고 있다. 이러한 현재추세에 맞추어 이에 알맞는 고포화 자속밀도, 고경도, 자수명화가 되는 자기헤드가 요구되고 있다.

종래에 사용되던 자기헤드 재료로서 망간 (Mn), 아연(Zn) 단결정을 고주파대에서 전자기적 특성및 내마모성이 나쁘며 또한 사용되는 고열팽창계수 박막과도 열팽창계수차가 나서 박막의 깨짐, 박리 등이 발생하였다.

그리고 CaTiO₃(티탄산 칼슘), BaTiO₃(티탄산 바륨)ㅣ, Al₂O₃(알루미나)등의 기판재료 역시 열팽창계수가 95~110×10^-7/℃정도로 최근 많이 사용되고 있는 금속 자성박막인 Sendust, Fe(철)-Ni(니켈), Co(코발트)-Nb(니오븀)-Zr(지르코늄)계등의 금속 박막의 열팽창계수 120~140×10^-7/℃보다 작기때문에 박막을 비자성 세라믹 기판에 스퍼터링(Suttering)등의 방법으로 증착시킬 경우 기판과 금속자성막과의 열팽창계수가 발생하여 재료 내부에 응력 발생으로 박리, 깨짐등이 발생하여 수율을 저하 시키고 자기 헤드의 전자기적 특성을 감소 시키게 되는 문제점이 있었다.

이러한 문제점들을 해결하기 위하여 지금까지 삼성분계 산화물, 비자성계 세라믹 기판을 개발하여 왔다. 그 일예로 앞서 제안된 바 있는 일본 공개특허 평2-296765에서는 산화망간(Mno) 51~66 mol% 산화니켈(Nio) 34 ~ 49 mol% 포함한 암염형 구조체에 Cao, Y₂O₃, ZrO₂및 Al₂O₃중에서 1 종 또는 2 종 이상을 1 ~ 15 mol% 함유한 비자성 기판재료가 개발되어 있는데 이 기판재료는 열팽창계수가 금속자성 박막과 근사하고 기공 함유율이 감소하고 있다. 또 각종 첨가제의 첨가로 소결성을 향상 시켰다. 그의 제조방법으로는 일정량의 원료를 배합하여 순수중에서 12 ~ 24 시간 혼합하고 N₂분위기 중에서 900℃에서 4시간 가소후 분해하여 33×40×14mm의 블럭형상을 3ton/cm²의 압력으로 성형하여 N₂분위기중 1330℃에서 6 시간 소경을 행한후 Ar 분위기중 1000atm에서 1200℃까지 1시간 열처리를 행하였다. 이 때 각 특성은 측정한 것중 열팽창계수가 110×10^-7/℃이하로 되었다.

그리고 다른예로서 제안된 바 있는 일본 공개특허 평5-105505 에서는 TiC를 15~60 wt%의 주성분으로 하고 Al₂O₃를 나머지로 하며 질화규소 입자를 3~40 wt% 함유하는 비자성기판 재료로서 이재료는 내마모성, 내파괴인성, 기계가공성이 우수하고 또 비저항이 작고 마찰 대전성이 우수한 것으로 나타나 있으나 이는 재료내부에 응력이 발생하는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 비자성 세라믹 기판재료에 Cao-NiO-Al₂O₃를 주성분으로 하고 소결조제로서 Y₂O₃, MnO, SiO₂중 적어도 1 종 이상을 첨가함으로써, 기판과 금속박막사이에 열팽창계수차에 의한 박리,쪼개짐,깨짐 등의 결점발생을 방지하고 내마모성을 향상시켜 자기헤드의 수명을 연장시키도록 하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기본 조성은 CaO 가 10~30 mol%, NiO가 50~80 mol%, Al₂O가 10~30 mol% 비율로 되는 삼성분계 복합 산화물 비자성 기판재료이고, 상기 재료에 Y₂O₃, MnO, SiO₂중에서 적어도 1 종 이상을 선택하여 0.5~5 wt%의 소결조제를 첨가시켜 조성하였다. 이것을 100~800kg/cm²의 압력하에의 대기중 또는 질소 분위기 하에서 열압력을 가하여 치밀한 소결체를 얻게 되는 것이다.

상기 조성물중 CaO는 백색 분말체로서 소결성에 큰 영향을 주기 때문에 세라믹 기판의 경도에도 큰 영향을 준다. 열팽창계수는 100×10^-7로 낮은편이다. 만일 CaO가 10 mol%미만이 되면 소결성이 현저히 떨어져서 세라믹 기판재료로서의 기계적 가공성및 내마모성이 저하되어 자기헤드 가공시 자기헤드의 수명을 단축 시킨다. 또 CaO가 30 mol%를 넘으면 열팽창계수가 저하되어 열팽창계수가 큰 금속자성박막은 증착시 박리, 깨짐, 쪼개짐 현상이 발생하여 가공수율을 저하시킨다.

NiO는 고온에서 암염형 구조를 가진 짙은녹색의 분말로 열팽창계수가 130×10^-7/℃ 정도로 크다. NiO의 함량이 50 mol%이하로 되면 열팽창계수가 110×10^-7/℃ 이하로 되고 80 mol%이상이 되면 소결특성이 약화되고 내마모성이 저하된다.

Al₂O₃는 백색분말체로 이온결합성이 크고 열팽창계수는 80×10^-7/℃ 정도 되며 연장감도와 압축강도 등이 크다. 이것은 10 mol%미만이 되면 소결성이 약화되며 내마모성이 약화된다. 또 30 mol%이상 첨가되면 열팽창계수가 현저히 저하되어 원하는 열팽창계수범위를 얻을수 없다.

그리고 첨가되는 소결조제 Y₂O₃, MnO, SiO₂는 0.5 wt% 이하가 되면 소결조제로서의 특성이 없어지고 5 wt%를 초과하면 주성분과의 반응에 의해서 거대 입성장이 발생하여 재료의 물리적 특성을 저하시킨다.

본 발명의 제조방법을 설명하면, 먼저 각각의 분말의 순도가 99%이상인 CaO, NiO, Al₂O₃분말을 각각 10~30 mol, 50~80 mol%, 10~30 mol%의 양을 계산하고 칭량하여 알루미나 볼밀(Ball Mill)에서 순수와 알루미나볼(Ball)과 혼합하여 24~72시간 습식분쇄를 행한다. 건조후 대기중에서 900~1100℃로 가소한후 분쇄하여 다시 알루미나분쇄기에 순수와 볼과 함께넣고 38~72시간 습식 분쇄를 행한다. 이때 바인더로 PVA를 2~7 wt%첨가한다. 경우에 따라서는 약간량의 소포제도 첨가한다. 건조후 200매쉬(mesh)의 채로 분급한 다음 20×40×40mm 크기로 압척성형하고 CIP 처리를 100~300kg/cm²압력으로 행한다. 이것을 공기중 또는 질소분위기 하에서 1200~1350℃ 에서 2~5시간 상압 소결을 행한다. 이것을 다시 고온압력에서 200~500kg/cm²의 압력으로 공기또는 질소가스중에서 1200~1300℃에서 2~5시간 상온압력을 가하여 치밀한 세라믹기판을 얻는다. 이것의 특성은 각각 측정하여 자료를 얻는다. 특성치는 상대소결밀도가 99%이상이 되고 열팽창계수는 상온의 500℃범위에서 120~140×10^-7/℃값을 가졌다. 항절강도는 시편크기가 3×4×35mm로서 4단자법을 사용하여 측정한 결과 2100kg/mm²정도값을 나타내었고 미세경도는 890~985kg/cm²값을 나타내었다. 입경 (Grain)크기는 1㎛까지 경면연사후 1200℃에서 5분동안 화이어에칭(Fire etching)을 행하여 크기를 조사한결과 4~6㎛크기를 나타내었다.

상기의 주조성 범위에서의 8가지 실험예를 도표1 에 나타내었다. 먼저 각각의 조성을 계산하여 칭량하고 알루미나 분쇄기로 순수를 혼합하여 36시간 습식 분쇄를 행하고 건조후 공기중에서 1000℃로 1시간 가소를 행하며 이것을 100㎛정도로 분쇄하여 순수와 바인더로 PVA 를 5 wt%넣고 64시간 볼분쇄를 행한다. 건조분쇄후 20×40×40크기로 성형하고 300kg/cm²의 압력으로 CIP를 향한후 1300℃에서 공기중 3시간 소결시켰다. 이것을 질소분위기중 1200℃로 500kg/cm²의 압력으로 2시간동안 고온압력을 행하여 제품을 제조한다.

그리고 도표2 는 본 발명의 다른 실시예로서 주조성으로서 Cao, NiO, Al₂O₃를 15/70/15로 하고 Y₂O₃, MnO, SiO₂를 각각 3 wt%씩 넣어 각각의 특성을 측정한 결과를 나타내고 있다.

이와같은 본 발명은 응력발생을 저감시키는 새로운 조성의 세라믹 기판재료를 제공하여 금속자성 박막과 비자성 세라믹 기판과의 열팽창계수차에 의한 금속자성박막의 박리, 쪼개짐, 깨짐등의 결점을 방지하고 조직의 치밀화로 미세경도를 증가시켜 자기헤드의 내마모성을 향상시켜 자기헤드의 수명을 연장시킬수 있는 것이어서 고경도화, 장수명화가 요구되는 기록매체인 HD-VCR, HI-8mm 캠코더등의 영상기록재생용 자기헤드에 적용되어 사용될수 있는 유용한 발명이다.

Claims

금속자성 박막과 비자성 세라믹 기판과의 열팽창계수를 저감시킬수 있도록 세라믹기판 재료를 CaO 10~30 mol%, NiO 50~80 mol%, Al₂O₃10~30 mol% 비율로 조성하여 이루어 짐을 특징으로 하는 자게헤드용 세라믹 기판재.
상기 CaO, NiO, Al₂O₃인 주성분에 Y₂O₃, MnO, SiO₂중에서 적어도 1 종 이상을 선택하여 0.5~5 중령 % 첨가시켜 조성하여 이루어짐을 특징으로 하는 자기헤드용 세라믹 기판재.