KR0142702B1 - 자기헤드용 비자성 세라믹기판 및 그 제조방법 - Google Patents
자기헤드용 비자성 세라믹기판 및 그 제조방법Info
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Abstract
본 발명은 금속자성막과 기판재료의 열팽창 계수차이에 따른 박리, 깨짐을 방지하고 고경도화로 편마모 현상을 방지하여 장수명을 갖는데 적합한 자기헤드용 비자성 세라믹 기판재료와 그 제조방법에 관한 것으로, CaO 5 ∼ 25 mol % (몰비), NiO 65∼ 85 mol %, MnO 10 -30 mol%로 조성되고, 필요에 따라 ZrO2, Y2O3, Al2O3, ZnO, SnO2중 적어도 1종이상 1 ∼ 5 wt % 첨가하여서 된 새라믹기판으로 구성되고, 이를 제조함에 있어서는 CaC03, MnCO3, NiO를 분쇄혼합하는 공정과, 900 ∼ 1050℃ 로 가소한 후 바인더를 가하여 볼밀하는 공정과 1.200 ~ 1.400 ℃ 에서 3 ∼ 6 시간 소결하는 공정과, 1.300 ∼ 1.350 ℃ 에서 1 ∼ 4 시간 Hot Press 하는 공정으로 이루어진 제조방법이다.
Description
첨부도면은 Fe 함량과 NiO 함량에 따른 종래의 자화율 특성을 나타낸 그래프
본 발명은 자기헤드용 비자성 세라믹기판에 관한 것으로, 특히 금속자성막과 기판 재료의 열팽창 계수차이에 따른 박리·깨짐현상을 방지하고 고경도화로 편마모현상을 방지하는등 긴수명을 갖는데 적합한 자기헤드용 비자성 세라믹기판에 관한 것이다.
최근 자기기록 분야에서는 사용주파수의 고주파화, 기록의 고밀도화가 진행되고 있으며, 이와같은 기록밀도를 높이기 위해서는 사용되는 테이프(Tape)의 고항자력(Hc)이 요구된다.
이에따라 자기헤드는 항자력이 큰 기록매체를 자화시키기 위하여 자기헤드의 포화 자화값은 기록매체의 항자력 보다 6 ∼ 8배 정도커야 기록재생이 가능하다.
현재 사용되고 있는 산화철계 테이프는 항자력이 600 ∼ 800 Oe 정도로 포화자화가 5.500 가우스(Gauss)인 Mn - Zn 페라이트계 헤드를 사용하고 있다.
그러나 8 mm VCR,DAT 등에 사용되는 태이프는 항자력이 높기 때문에 상기 헤드로는 기록재생이 어렵다.
따라서, 고포화 자화값을 갖는 센더스트(sendust) (Fe - Al - Si 합금), 퍼어마로이(Permalloy), SofRax 등과 같은 금속박막을 기판과 갭(Gap)막 사이에 성막하고 있다.
그러나, 금속박막과 기판은 열팽창 개수의 차에 따라 박리, 크랙(Crack)등이 발생 함은 물론 편마모 현상이 생기는 등의 문제가 있어왔다.
이를 개선하기 위한 일환으로서, 일본국 특허공보 평 4-95204에서는 기판에 이용되는 암염형(Nacl)결정구조를 가진 MnNio2의 비자성 기판이 제안되고 있다.
여기서 기판의 주성분은 MnO와 NiO가 몰비(mol)로서 20 % MnO 40 %, 60 NiO 80 % 로 되고 여기에 Fe 의 함량이 Fe2O3로 환산하였을때 0.5 wt% 미만으로 하고 있다.
그러나, 최근 고밀도기록, 고투자화에 따른 기록매체의 고경도화가 이루어지고 있어, 이와같은 기판을 사용한 헤드는 자기기록 매체에 대한 습동 마모특성이 악화되고 헤드의 수명이 단축된다.
따라서, 상기한 기본조성에 소결성을 개선하고 입경을 적정크기로 유지하고 기계가 공시 내칩핑성(Chipping)을 힝상시키기 위해 Y2O3, CaO, Al2O3, ZrO2등의 부성분을 1종 또는 2종을 포함하였다.
이때 Fe의 성분함량 범위를 벗어나면 강자성체로 되는 Fe와 Ni 가 상호작용하여 그 화합물이 자화를 촉진시켜서, 그 결과 NiO의 비율이 높은 재료는 자화율이 높아진다.
따라서 첨부도면과 갈이 Fe의 함량을 Fe2O3로 환산하여 5% 경계에서는 자화율이 크게 변화되고 0.5%미만에서는 지장이 없는 등, 상기 기술에 따른 특성은(표 1 )과 같다.
한편, 일본공개특허 평 5-319896 에서는 Mno가 91 ∼ 99 mol %이고, NiO, ZrO2,WO2, Al2O3, SiO2, SnO2, BaO, BaTiO3, CaTiO3중 적어도 1종이 1 ∼ 9 mol %첨가된 것으로, 이때의 열팽창 계수는 (표 2)와 같이 140 ∼ 150× 10-7/ ℃ 이다.
이와관련하여, 사용되는 금속박막 재료는 Fe - Ni , Fe - Al - Si, Co - Nb - Zr등이 사용되는데 이때의 열팽창 계수는 130 ∼ 150 × 10-7/ ℃ 정도를 나타낸다.
그러나, 상기한 조성에서 MnO가 91 mol %이하가 되면 기공(Pore)생성율이 높고, 99 mol % 이상되면 직경이 3㎛ 가 넘는 기공(Pore)이 존재하게 되는 문제점이 있다.
한편, 상기한 부원료 중 BaTiO3, CaTiO3, Al2O3, TiC 등은 열팽창 계수가 90 ∼ 110× 10-7/ ℃ 로서 상당히 작기때문에 이와같은 비자성 세라믹 기판에 금속박막을 증착(Sputtering)등의 방법으로 입힐때 금속자성 박막과의 열팽창 계수차가 발생하여 재료내부의 응력 때문에 악리 ·깨짐등이 발생한다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결함과 함께 상기 조성물(성분 및 성분비)과 달리 함으로서, 기판과 금속박막간의 열팽창 계수차이에 따른 박리·깨짐을 방지하고 고경도화에 따른 내마모성을 갖게하여 편마모 현상을 억제하는데 적합한 비자성 세라믹기판을 재공하는데 그 목적이 있다.
이와같은 목적달성을 위한 본 발명은 CaO 가 5 ∼ 25 mol % , NiO 가 60 ~ 85 mol%, MnO 가 10 ∼ 30 mol % 로 되는 삼성분계 복합산화물을 기본 조성으로 하거나 여기에 첨가제로서 ZrO2, Y2O3, Al2O3, ZnO, SnO2중 적어도 1종 이상을 1 ~ 5 wt %첨가하여서 된 자기헤드용 비자성 세라믹 판재료로 이루어진다.
상기한 조성물에서, CaO 는 백색 산화물 분말로서, 소결특성에 따른 미세경도에 영향을 주는등 기공양에 영향을 준다.
CaO 는 열팽창 계수가 100× 10-7/ ℃ 정도 값을 가진것으로, 5 mol% 미만이 되면 소결성이 악화되어 기판의 기계가공시 가공성이 저하되고 소결이 치밀하게 되지 못하여 내마모성이 약화되는 등 자기헤드의 수명을 단축시킨다.
또한, 그 사용량이 25 mol %를 넘으먼 열팽창 계수가 저하되어 Fe - Ni 계, 센더스트등 박막에 적용할 수 없다.
NiO는 고온에서 암염형 구조를 가진 녹색의 분말로, 열팽창 계수가 크다(1300× 10-7/ ℃ ), NiO 량이 60 mol %미만이면 열팽창 계수가 110 × 10-7/ ℃ 이하로 되고, 그 량이 85 mol%가 넘으면 소결성이 저하되어 가공성 및 내마모성이 나빠진다.
이는 NiO - MnO의 암염형 구조가 붕괴되어 NiO의 일부가 단독 암염형 구조를 가지게 되기 때문이다.
MnO는 황색분말로서, MnCO3상태로 안정하게 존재하여 MnO 가 10 mol% 미만이 되면 기공(Pore)발생율이 높아 소결성이 나쁘고 30 mol% 이상이면 열팽창 계수의 저하를 가져온다.
다음은 실시예에 따라 설명한다.
[실시예 1]
순도 99 %이상의 분말 즉, CaCO3, MnCO3, NiO를 각각 (표 3)과 같이 가산하여 칭량하고 이를 알루미나 볼(Ball)을 사용, 순수를 넣고 12 ∼ 36 시간 분쇄 및 혼합한다.
이후 건조시켜 900 ∼ 1050 ℃ 에서 가소하고, 다시 순수와 알루미나 볼을 그리고 바인더로서 PVA 를 0.5 wt% 넣고 36 ∼ 72 시간 볼밀(Ball Mill)을 행한다.
이것을 건조시켜 #200 매쉬(mesh)체로 체질한 후 40 × 40 × 20 mm의 크기로 성형한다음 산소 또는 질소 분위기하에서 1,200 ∼ 1,400 ℃ 로 3 ∼ 6 시간 유지시키는 소결공정을 행한다.
이것을 핫프레스(Hot Press)에 넣어서 100 ∼ 500 Kg / ㎠ 의 압력으로 산소 또는 질소분위기에서 1200 ∼ 1350 ℃ 로 1 ∼ 4 시간 Hot Pressing 한다.
그리고 시편가공하여 각각의 특성을 측정하였다.
그 결과의 특성이 (표 3 )과 같이 나타났다.
[실시예 2]
실시예 1의 시료 2에 첨가제로서 Y2O3, A12O3, ZnO, ZrO2, SnO2중 적어도 1종 이상을 1 ∼ 5 wt%넣어서 계산 칭량하여 실시예 1과 같은 방법으로 실시하였다.
그 결과( 표 4 )와 같은 결과를 얻었다.
이와같이 본 발명의 비자성 세라믹 기판 재료는 CaO , MnO, NiO를 주성분으로 하거나, 소결조제로 Y2O3, Al2O3, ZnO, SnO2, ZrO2를 첨가한 재료로써 열팽창 계수값이 135 ∼ 145× 10-7/ ℃ 범위를 나타내기 때문에 금속박막과의 열팽창 계수차에 의한 박리·깨짐등의 결함을 방지할 수 있고, 또 미세경도가 650 ∼ 700 Hz 정도의 값을 갖기 때문에 자성막과 기판재료에 의해 편마모 현상을 제거할 수 있어서 가지 헤드의 수명을 연장시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 자기헤드용 비자성 세라믹 기판은 고경도화, 장수명화가 요구되는 고밀도 기록매체에 대응하는 영상, 기록재생용 자기헤드에 적용되어 사용될 수 있다.
Claims (4)
- CaO 5 ∼ 25 mol% (몰비), NiO 65 ∼ 85 mol %, MnO 10∼ 30 mol %로 조성됨을 특징으로 하는 자기헤드용 비자성 세라믹 기판.
- 제 1 항에 있어서, 상기 조성에 ZrO2, Y2O3, Al2O3, ZnO, SnO2중 적어도 1종이상 1 ∼ 5 wt %첨가하여서 됨을 특징으로 하는 자기헤드용 비자성 세라믹 기판.
- CaO 5 ∼ 25 mol % (몰비), NiO 65 ∼ 85 mol%, MnO 10 ∼ 30 mol%가 조성되게 CaCO3, MnCO3, NiO 원료를 분쇄 및 혼합하는 공정과 900 ∼ 1050 ℃ 에서 가소한 후 바인더를 가하여 볼밀(Bal1 Mill)하는 공정과, 건조, 성형한 후 1.200 ∼ 1.400 ℃ 에서 3 ∼ 6 시간 소결하는 공정과,산소 또는 질소분위기 하에서 1,200 ∼ 1350 ℃ 로 1 - 4 시간 핫프레스(Hot Press)하는 공정으로 이루어진 자기헤드용 비자성 세라믹 기판의 제조방법.
- 제3항에 있어서, CaO, NiO, MnO조성에 ZrO2, Y2O3, Al2O3, ZnO, SnO2중 적어도 1 종이상을 1 ∼ 5 wt %첨가하여서 된 자기헤드용 비자성 세라믹 기판의 제조방법.
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