KR100292305B1

KR100292305B1 - 글라스세라믹및자기정보기억매체용글라스세라믹기판

Info

Publication number: KR100292305B1
Application number: KR1019980037548A
Authority: KR
Inventors: 나오유키 고토
Original assignee: 가지카와 히로시; 가부시키가이샤 오하라
Priority date: 1998-09-11
Filing date: 1998-09-11
Publication date: 2001-11-30
Also published as: KR20000019436A

Abstract

주결정상(主結晶相)이, α-쿼츠(quartz)(α-SiO₂), α-쿼츠 고용체(固溶體)(α-SiO₂고용체), α-크리스토발라이트(cristobalite)(α-SiO₂) 및 α-크리스토발라이트 고용체(α-SiO₂고용체) 중에서 선택되는 최소한 1종 이상 및 2규산리튬(Li₂O·2SiO₂)이고, -50 ∼ +70℃에서의 열팽창계수가 +65∼+130×10^-7/ ℃이고, 연마가공후의 표면조도(表面粗度)(Ra)가 3∼9Å인 것을 특징으로 하는 글라스세라믹 및 자기(磁氣)정보기억매체용 글라스세라믹기판.

Description

글라스세라믹 및 자기정보기억매체용 글라스세라믹기판

본 발명은 글라스세라믹에 관한 것이다. 또한 본 발명은 상기 글라스세라믹을 사용한 정보기억장치에 이용되는 자기정보기억매체용 기판으로, 특히 니어콘택트 레코딩(near-contact recording)이나 콘택트레코딩방식에 적합한 극도로 평활한 기판표면을 가지고, 또 한편 CSS(콘택트 스타트 및 스톱)방식에서는 자기디스크와 자기헤드의 흡착방지를 위한 랜딩영역의 표면 특성이 양호한, 자기디스크 등의 정보기억매체용 글라스세라믹기판 및 이 자기정보기억매체용 기판에 성막(成膜)프로세스를 실시하여 형성되는 자기정보기억매체에 관한 것이다.

본 명세서에서 “자기정보기억매체”란, 퍼스널컴퓨터의 하드디스크로서 사용되는 고정형 하드디스크, 리무벌(removal)형 하드디스크, 카드형 하드디스크, 디지털비디오카메라, 디지털카메라에 사용가능한 자기정보기억매체 등의 디스크형 자기정보기억매체를 의미한다.

근래 퍼스널컴퓨터의 멀티미디어화나 디지털비디오카메라, 디지털카메라 등의 보급에 따라서 동화(動畵)나 음성 등의 큰 데이터가 취급되게 되고, 대용량의 자기정보기억장치의 수요가 크게 신장하고 있다. 그러므로 자기정보기억매체는 기록밀도를 크게 하기 위하여 비트 및 트랙밀도를 증가시키고 비트셀의 사이즈를 축소화할 필요가 있다. 그리고 자기헤드는 비트셀의 축소화에 따라 자기정보기억매체표면에 근접된 상태에서 작동하게 된다. 이와 같이 자기헤드가 자기정보기억매체기판에 대하여 저부상(低浮上)상태(즉, 니어콘택트상태) 또는 접촉상태(콘택트상태)에서 작동하는 경우, 자기정보기억장치의 기동 및 정지기술로서, (1) 자기정보기억매체기판의 특정 부분(주로 자기정보기억매체 내외경측의 미기억부)에 자기헤드흡착방지처리(텍스쳐링가공)를 실시한 CSS(콘택트 스타트 및 스톱)를 행하기 위한 랜딩영역을 형성하는 방식, (2) 자기정보기억매체가 정지중에는 자기헤드가 자기정보기억매체의 외경의 외측의 장소에서 대기하고, 디스크 기동시에는 자기정보기억매체가 회전후에 자기헤드가 자기정보기억매체 상에 로딩되고, 이어서 조용하게 매체상으로 헤드가 내려지고, 정지시에는 자기정보기억매체가 회전하고 있는 상태에서 자기헤드를 상승시키고, 이어서 자기정보기억매체의 외경의 외측의 장소에 로딩한다는 램프로딩방식이 있다.

CSS방식에서는, 자기헤드와 자기정보기억매체의 양자의 접촉면이 필요 이상으로 거울면으로 되면 정지(靜止)시에 흡착이 발생하고 정지마찰계수의 증대에 따라 회전시동이 원활하게 이루어지지 않고, 자기정보기억매체 표면의 손상 등이 발생하는 문제가 있다. 이에 대하여, 램프로딩방식에서는, 디스크 기동 및 정지시에는 자기헤드가 자기정보기억매체의 외경 외측의 부분에 있고, 디스크기동 중에만 자기헤드를 자기정보기억매체 상에 로딩한다. 이 방식은 자기헤드를 로딩시키기 위한 정밀한 동작제어 등이 필요하게 되지만, CSS방식에서 필요로 했던 랜딩영역이 불필요하게 되므로, 랜딩영역에만 충당되어 있던 부분을 데이터영역으로 이용할 수 있고, 그러므로 기록용량을 증가시킬 수 있고, 또한 디스크 기동시의 자기정보기억매체 표면의 손상이라는 문제도 해소되는 장점이 있다.

이상과 같이, 자기정보기억매체는, 기억용량의 증대에 따라 자기헤드의 저부상(低浮上化) 또는 접촉상태에 의한 자기신호의 입출력과, 자기헤드-자기정보기억매체간의 흡착방지라는 상반되는 요구에 대하여 2가지 방식이 검토되고 있지만, 어느 경우나 데이터영역의 표면 특성은 종래 이상으로 평활성이 높아야 하고, 따라서 기판에도 동일하게 종래 이상의 평활한 표면이 요구되고 있다. 또한 이들 기억매체에 대해서는 현재의 고정형 자기정보기억장치와 대조를 이루어 리무벌방식이나 카드방식 등의 자기정보기억장치가 검토 및 실용단계에 있고 디지털비디오카메라 및 디지털카메라 등의 용도 전개도 시작되고 있고, 그 강도 등에 대한 조건도 포함하여 기판에 요구되는 특성은 더욱 고도로 되어 있다.

종래 자기디스크기판재로는 알루미늄합금이 사용되고 있지만 알류미늄합금기판에서는 여러 가지 재료결함의 영향에 의하여 연마공정에서의 기판 표면의 돌기 또는 스폿형의 요철을 발생시켜 평활성의 면에서 충분하지 못하다. 또 알루미늄합금은 부드러운 재료이므로 변형이 생기기 쉬워 박형화(薄形化)에 대응하기 어렵고, 또한 헤드의 접촉에 의한 변형을 발생시켜 미디어를 손상시키는 등, 오늘날의 고밀도기록화의 요구에 충분히 대응할 수 없다.

또 알루미늄합금기판의 문제점을 해소하는 재료로서 화학강화글라스의 소다라임 글라스(SiO₂- CaO- Na₂O)와 알루미노실리케이트글라스(SiO₂- Al₂O₃- Na₂O)가 알려져 있지만, 이 경우,

(1) 연마는 화학강화 후에 행해지고, 디스크의 박판화에서의 강화층의 불안정요소가 높다.

(2) 기판에는 시동/정지(CSS) 특성 향상을 위한 기판 표면에 요철을 만드는 텍스쳐링을 행하지만 기계적 또는 레이저빔과 같은 열적인 처리 등은, 화학강화층의 왜곡에 의하여 크랙 등을 발생시키므로, 케미칼에칭법이나 성막입계성장법(成膜粒界成長法)을 행할 필요가 있어 제품의 저코스트의 안정된 생산성을 얻기 어렵다는 결점이 있다.

(3) 글라스 중에 Na₂O 성분을 필수 성분으로서 함유하므로 성막 특성이 악화되고, Na₂O 용출(溶出) 방지를 위한 전체면의 배리어코팅처리가 필요하게 되어 제품의 저코스트의 안정된 생산성을 얻기 어렵다는 결점이 있다.

알루미늄합금기판이나 화학강화글라스기판에 대하여 몇 개의 결정화글라스가 알려져 있다. 예를들면 일본국 특개평(特開平) 6-329440호 공보 기재의 SiO₂-Li₂O-MgO-P₂O₅계 결정화글라스는 주결정상(主結晶相)으로서 2규산리튬(Li₂O·2SiO₂) 및 α-쿼츠(quartz)(α-SiO₂)를 가지고 α-쿼츠(α-SiO₂)의 구상(球狀)입자 사이즈를 제어함으로써 종래의 메카니컬 텍스쳐링, 케미컬 텍스쳐링을 이용하지 않고, 연마하여 이루어지는 표면조도(表面粗度)(Ra)를 15∼50Å의 범위에서 제어를 가능하게 한 기판 표면 전체면의 텍스쳐링재로서 매우 우수한 재료이지만, 목표로 하는 표면조도(Ra)가 3∼9Å로, 급속하게 진행되는 기록용량 향상에 맞춘 저부상화에 충분히 대응할 수 없다. 또 후술하는 랜딩영역에 대한 논의가 전혀 이루어져 있지 않다.

일본국 특개평 7-169048호 공보에는 자기디스크용 기판 표면에 기록영역과 랜딩영역을 형성한 것을 특징으로 한 SiO₂-Li₂O계 글라스에 감광성 금속의 Au, Ag를 함유하는 감광성(感光性) 결정화글라스가 개시되어 있지만, 이 결정화글라스의 주결정상은 규산리튬(Li₂O·SiO₂) 및 /또는 2규산리튬(Li₂O·2SiO₂)으로 이루어지고, 특히 규산리튬(Li₂O·SiO₂)은 일반적으로 화학적 내구성이 불충분하여 실용상의 문제가 크다. 또한 랜딩영역의 형성에 있어서는 기판의 일부분(랜딩영역)을 결정화하고, HF6% 용액에 의한 케미칼에칭을 행하고 있지만, 디스크기판에 대하여 미결정화부와 결정화부를 부여하는 것은 열적, 기계적으로도 불안정요소가 높아지는 것이다. 또 HF에 의한 케미칼에칭에 관해서도 HF용액의 휘발 등의 문제에 의하여 농도콘트롤이 어려워 양산성이 나쁘다.

일본국 특개평 9-35234호 공보에는 SiO₂-Al₂O₃-Li₂O계 글라스에서 주결정상이 2규산리튬(Li₂O·2SiO₂)과 β -스포듀민(spodumene)(Li₂O·Al₂O₃·4SiO₂)으로 이루어지는 자기디스크용 기판이 개시(開示)되어 있지만, 이 결정화글라스의 주결정상은 부(負)의 열팽창특성(결과적으로 기판은 저팽창 특성이 된다)을 가지는 β-스포듀민(Li₂O·Al₂O₃·4SiO₂)이고, α-석영(α- SiO₂)이나 α-크리스토발라이트(cristobalite)(α-SiO₂)결정 등 SiO₂계의 정(正)의 열팽창특성(결과적으로 기판은 고팽창특성이 된다)을 가지는 결정의 석출을 규제한 것이다. 이 결정화글라스는 자기디스크로서의 연마하여 이루어지는 중심선 평균 표면조도는 20Å 이하이지만, 실시예에서 개시되는 중심선 평균 표면조도는 12∼17Å로, 상기 요구에 대하여 아직 거칠어 기억용량 향상에 따른 자기헤드의 저부상화에 충분히 대응할 수 없다. 또 β-스포듀민의 석출에 필요 불가결한 Al₂O₃성분이 5% 이상 함유되어 있고, 또한 주결정으로 하는 부의 열팽창특성을 가지는 결정을 석출시킨 재료는 정보기억매체장치의 구성부품과의 열팽창율 차(差)에 관하여 악영향을 주는 것은 명백하다. 이에 더하여 결정화열처리온도에 관해서도 820∼920℃로 고온을 필요로 하고, 저코스트, 양산성을 방해하는 것이다.

국제공개번호 WO97/01164는 상기 일본국 특개평 9-35234호 공보를 포함하고, 상기 조성계의 Al₂O₃성분의 하한을 낮추고 결정화열처리를 저온화(680∼770℃)한 자기디스크용 결정화글라스가 개시되어 있지만, 그 개선효과는 불충분하고 실시예중에서 개시되는 모든 결정화글라스의 결정상은 역시 부의 열팽창특성을 가지는 β-유크립타이트(eucryptite)(Li₂O·Al₂O₃·2SiO₂)를 석출시키는 것이고, 정보기억매체장치의 구성부품과의 열팽창율 차에 관하여 악영향을 주게 된다. 그리고 이들 공보에서는 MgO성분을 실질적으로 함유하지 않는 것을 특징으로 하고 있다.

자기디스크기판 표면으로의 랜딩영역 및 데이터영역의 형성에 관하여 몇 가지의 기술이 알려져 있다. 예를들면 일본국 특개평 6-290452호 공보에는 카본기판에 대하여 파장 523nm의 펄스레이저에 의한 랜딩영역형성방법이 개시되어 있지만, 이 경우,

(1) 카본기판은 고압프레스 및 약 2600℃의 고온소성(燒成)에 의하여 성형체를 얻으므로 저코스트화 및 양산성을 방해하고 있다.

(2) 카본기판은 표면경도가 높고 단면(斷面)가공이나 표면정밀연마가 곤란하여 저코스트화 및 양산성을 방해하고 있다.

(3) 랜딩영역의 형성방법은 펄스레이저에 의한 카본의 산화 및 기화를 이용하는 것이지만 열산화반응이 심한 재료이므로 가공형상이 불안정하여 재현성(再現性)에 문제가 있다.

또 일본국 특개평 7-65359호 공보에는 펄스레이저에 의한 알루미늄합금기판의 랜딩영역형성방법이 개시되어 있지만 어느 것이나 상기 기재한 알루미늄합금기판의 문제점은 물론, 알루미늄합금기판의 레이저에 의한 가공은 레이저 조사후의 가공면이 금속 특유의 용융부의 산화 및 비말(飛沫)이 남아 결함이 되어 버리므로 실용상 문제가 있다.

본 발명의 목적은 상기 종래 기술에서 보여지는 모든 결점을 해소하면서 자기헤드의 기동 및 정지(콘택트 스타트 및 스톱)부가 존재하는 랜딩영역에서는 자기헤드의 안정된 부상을 가능하게 하고, 또한 데이터영역(램프로딩방식도 포함한다)에서는 고기록밀도화(高記錄密度化)에 대응한 데이터영역에서의 저부상화 또는 접촉상태에서의 자기신호의 입출력을 가능하게 하는 종래에는 없던 양호한 표면특성을 겸비한 자기정보기억매체용 글라스세라믹기판 및 그 제조방법 그리고 이 글라스세라믹기판 상에 자기매체의 피막(被膜)을 형성하여 이루어지는 자기정보기억매체와 상기한 글라스세라믹기판에 사용될 수 있는 글라스세라믹을 제공하는 것에 있다.

제1도는 본 발명에 관한 CSS방식의 자기(磁氣)정보기억매체용 글라스세라믹기판의 일 실시형태의 중심에 있는 원형 구멍을 둘러싸는 랜딩영역과 데이터영역을 나타낸 상면도.

제2도는 상기 실시형태의 랜딩영역에 형성되는 요철(凹凸)의 형상을 나타낸 단면도.

제3도는 상기 실시형태의 랜딩영역에 형성되는 돌기의 형상을 나타낸 단면도.

제4도는 상기 실시형태의 랜딩영역에 형성되는 요철 또는 돌기의 간격을 나타낸 단면도.

제5도는 상기 실시형태의 랜딩영역에 형성되는 요철 또는 돌기의 높이를 나타낸 단면도.

제6도는 본 발명의 글라스세라믹(실시예 2)의 HF에칭후의 입자구조를 나타낸 주사형(走査型) 전자현미경 사진.

제7도는 종래의 글라스세라믹(비교예 1)의 HF에칭후의 입자구조를 나타낸 주사형 전자현미경 사진.

제8도는 본 발명의 글라스세라믹(실시예 3)의 CO₂레이저 조사(照射)후의 요철을 나타낸 주사형 전자현미경 사진.

제9도는 종래의 알루미노실리케이트계 강화글라스의 CO₂레이저 조사후의 요철을 나타낸 주사형 전자현미경 사진.

제10도는 자기헤드의 기동 및 정지를 랜딩영역에서 행하는 랜딩존방식의 자기정보기억장치를 나타낸 도면.

제11도는 자기헤드의 기동 및 정지를 자기정보기억매체기판에서 분리하여 행하는 램프로딩방식(ramp loading system)의 자기정보기억장치를 나타낸 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 글라스세라믹기판 2 : 데이터영역

3 : 랜딩영역 4 : 링

5 : 원형구멍 6 : 자기정보기억장치

7 : 자기헤드암

본 발명자는 상기 목적을 달성하기 위하여 예의 시험연구를 거듭한 결과, SiO₂-Li₂O-K₂O-MgO-ZnO-P₂O₅-Al₂O₃-ZrO₂계의 글라스에서, 그 주결정상이 α-쿼츠(α -SiO₂), α-쿼츠 고용체(固溶體)(α-SiO₂고용체), α -크리스토발라이트(α-SiO₂) 및 α-크리스토발라이트 고용체(αSiO₂고용체) 중에서 선택되는 최소한 1종 이상 및 2규산리튬(Li₂O·2SiO₂)이고, 특정 범위의 열팽창계수를 가지고, 결정입자는 어느 것이나 미세한 구상 입자형태로 이루어지고, 연마하여 이루어지는 표면 특성이 보다 평활성에서 우수하고, 또한 CO₂레이저 가공에 의한 가공 특성이 우수하다는 점에서 자기정보기억매체기판 표면의 랜딩영역 및 데이터영역의 형성에도 더욱 유리한 자기정보기억매체용 글라스세라믹이 얻어지는 것을 발견하여 본 발명에 이르렀다.

본 발명의 상기 목적을 달성하기 위하여, 주결정상이 α-쿼츠(α-SiO₂), α-쿼츠 고용체(α-SiO₂고용체), α-크리스토발라이트(α-SiO₂) 및 α-크리스토발라이트 고용체(α-SiO₂고용체) 중에서 선택되는 최소한 1종 이상과 2규산리튬(Li₂O·2SiO₂)이고, -50∼ +70℃에서의 열팽창계수가 +65∼ +130×10^-7/ ℃이고, 연마가공후의 표면조도(Ra)가 3∼9Å인 것을 특징으로 하는 글라스세라믹 및 자기정보기억매체용 글라스세라믹기판이 제공된다.

본 발명의 일 양상에 의하면, 상기 글라스세라믹 및 글라스세라믹기판은 Na₂O, PbO를 실질적으로 포함하지 않는다.

본 발명의 다른 양상에 의하면, 2규산리튬의 결정입자는 구상(球狀)입자형태를 가지고 있으며 그 입자경(粒子徑)은 0.05∼0.30㎛의 범위내이고, α-쿼츠 및 α -쿼츠 고용체의 결정입자는 복수의 입자가 응집한 구상입자형태를 가지고 있으며 그 입자경은 0.10∼1.00㎛의 범위내이고, α-크리스토발라이트 및 α-크리스토발라이트 고용체의 결정입자는 구상입자형태를 가지고 있으며 그 입자경은 0.10∼0.50㎛의 범위 내이다.

본 발명의 다른 양상에 의하면, 글라스세라믹은 중량백분율로,

의 범위의 각 성분을 함유한다.

본 발명의 다른 양상에 의하면, 상기 범위의 각 성분을 함유하는 베이스 글라스를 핵(核) 형성을 위하여 450℃∼550℃의 핵 형성온도에서 1∼12시간의 범위에서 열처리하고, 또한 결정 성장을 위하여 680∼800℃의 결정화온도에서 1∼12시간의 범위에서 열처리한 후, 표면을 3∼9Å의 표면조도(Ra)로 연마하여 얻어진다.

본 발명의 다른 양상에 의하면, 데이터영역과 랜딩영역을 가지는 정보기억매체용 글라스세라믹기판에서, 이 랜딩영역은 CO₂레이저 조사에 의하여 형성된 다수의 요철 또는 돌기를 가진다.

본 발명의 다른 양상에 의하면, 랜딩영역에, CO₂레이저에 의한 다수의 요철 또는 돌기를 형성하고, 그 요철 또는 돌기의 높이가 50∼300Å, 표면조도(Ra)가 10∼50Å, 그 요철 또는 돌기의 간격이 10∼200㎛이다.

본 발명의 다른 양상에 의하면, 특허청구범위의 제1항에 기재된 상기 글라스세라믹기판상에 형성된 자성막 및 필요에 따라서 1이상의 언더코트층, 중간층, 보호층, 윤활층 등을 가지는 자기정보기록매체를 제공한다.

본 발명의 글라스세라믹기판의 주결정상과 그 입경·입자형태, 열팽창률, 표면특성, 조성, 열처리조건, 텍스쳐링 후의 표면 등을 한정한 이유를 다음에 설명한다. 그리고 조성은 동일 산화물 기준으로 표시한다.

먼저 주결정상은 α-쿼츠(α-SiO₂), α-쿼츠 고용체(α-SiO₂고용체), α-크리스토발라이트(α-SiO₂) 및 α-크리스토발라이트 고용체(α-SiO₂고용체)중에서 선택되는 최소한 1종 이상 및 2규산리튬(Li₂O·2SiO₂)으로 해야 한다. 이것은 주결정상이 열팽창률, 기계적 강도, 결정형태 및 이것에 기인하는 표면 특성을 좌우하는 중요한 요인이고, 전술한 고밀도기록용 기판으로서 요구되는 각종 특성을 실현하기 위해서는 이것들이 주결정상이여야 한다.

다음에 열팽창률에 대해서는, 기록밀도의 향상에 따라 자기헤드와 매체의 포지셔닝에 높은 정밀도를 요하므로 매체 기판이나 디스크의 각 구성부품에는 높은 치수 정밀도가 요구된다. 그러므로 이들 구성부품과의 열팽창계수의 차의 영향도 무시할 수 없게 되므로 이들 열팽창계수 차를 적게 해야 한다. 특히 소형의 자기정보기억매체에 사용되는 구성부품의 열팽창률은, +90∼+100×10^-7/ ℃ 정도인 것이 이용되고 있고, 기판도 이 정도의 열팽창계수가 필요하게 되지만 드라이브의 설계에 따라서는 이 범위에서 벗어난 열팽창계수(+70전후∼+125전후×10^-7/ ℃)를 가지는 재료를 구성부품으로 이용하는 경우가 있다. 이상과 같은 이유에 의해서 본 발명의 결정계에서 강도와의 균형을 도모하면서 이용하는 구성부품의 재질에 넓게 대응할 수 있도록 열팽창계수는 -50∼+70℃의 범위에서 +65∼+130×10^-7/℃여야 한다.

상기 기판은 Na₂O, PbO성분을 실질적으로 포함하지 않는다. 자성막의 고정밀도화, 미세화에서 재료 중의 Na₂O는 문제가 되는 성분이다. 이것은 Na이온이 자성막입자의 이상성장이나 배향성의 저하를 현저하게 초래하는 것이므로 이 성분이 기판 중에 존재하면 성막 중에 자성막 내로 확산되어 자기 특성의 저하를 초래하기 때문이다. 또 PbO성분은 환경상 바람직하지 않은 성분이므로 사용을 피해야 한다.

다음에 기판의 표면 특성은 CSS방식에서의 랜딩영역(자기헤드의 시동 및 정지부)의 표면상태는, 그 요철 또는 돌기가 50Å 이하에서는 정지시에 생기는 접촉저항의 증대에 따라 헤드와 매체 기판의 흡착이 발생하고, 디스크기동시에 자기매체 또는 헤드파손을 발생시킬 위험성이 현저하게 높아진다. 한편 표면상태의 요철 또는 돌기가 300Å 이상의 거친 표면에서는 디스크 기동후에 헤드크래쉬 등을 발생시키므로 랜딩영역의 표면상태가 50∼300Å의 높이일 필요가 있고, 그 요철 또는 돌기의 문제가 10∼200㎛로 제어되고, 그 표면조도(Ra)가 10∼50Å로 제어된 표면 상태일 것이 요구된다.

또 자기정보기억매체의 면기록밀도 향상에 따라 헤드의 부상 높이가 0.025㎛ 이하로 감소되는 경향이 있고, 디스크 표면의 데이터영역은 이 부상 높이를 가능하게 하는 표면조도(Ra)가 3∼9Å일 것이 요구된다. 램프로딩방식에서는 매체의 전체면이 데이터영역으로 될 수 있으므로 이 경우에는 텍스쳐링가공을 하지 않고 전체 영역의 표면조도(Ra)가 3∼9Å일 것이 요구된다.

다음에 이들 석출결정의 입자형태와 입경은 상기와 같은 평활성(데이터영역에서 3∼9Å)을 가지는 글라스세라믹기판을 얻기 위해서는 그 결정입자와 형태가 중요한 인자가 된다. 상기 각 결정의 결정입경보다 크거나 작아도 원하는 표면조도는 얻어지지 않는다. 또 형태에 대해서도 구상이므로 이들이 연마후의 표면에 노출되고, 평활하고 벌(burr) 등의 발생되지 않는 양호한 표면을 실현하고 있다.

다음에 베이스 글라스의 조성범위를 상기와 같이 한정한 이유에 대해서 다음에 설명한다. 즉 SiO₂성분은 베이스 글라스의 열처리에 의하여 주결정상으로서 석출하는 2규산리튬(Li₂O·2SiO₂), α-쿼츠(α-SiO₂), α-쿼츠 고용체(α-SiO₂고용체), α-크리스토발라이트(α-SiO₂), α-크리스토발라이트 고용체(α-SiO₂고용체)결정을 생성하는 매우 중요한 성분이지만, 그 양이 70% 미만에서는 얻어진 글라스세라믹의 석출결정이 불안정하고 조성이 과도하게 거칠어지기 쉽고 또 80%를 넘으면 베이스 글라스의 용융 및 성형성이 어렵게 된다.

Li₂O성분은 베이스 글라스의 열처리에 의하여 주결정상으로서 석출되는 2규산리튬(Li₂O·2SiO₂)결정을 생성하는 매우 중요한 성분이지만 그 양이 9% 미만에서는 상기 결정의 석출이 곤란하게 되는 동시에, 베이스 글라스의 용융이 곤란하게 되고, 또 12%를 넘으면 얻어지는 결정이 불안정하고 조직이 과도하게 거칠어지기 쉽고 또 화학적 내구성이 악화된다.

K₂O성분은 글라스의 용융성을 향상시키는 동시에 석출결정이 과도하게 거칠어지는 것을 방지하는 성분이지만, 그 양이 2% 미만에서는 상기 효과가 얻어지지 않고 또 5%를 넘으면 석출결정이 과도하게 거칠어지고 결정상 변화 및 화학적 내구성이 악화되고 또한 성막시에 매체로의 확산이 커지고 매체의 이상성장이나 배향성의 저하를 초래할 위험성이 높아진다.

MgO, ZnO성분은 본 발명의 주결정상으로서의 2규산리튬(Li₂O·2SiO₂), α-쿼츠(α-SiO₂), α-쿼츠 고용체(α-SiO₂고용체), α-크리스토발라이트(α-SiO₂), α-크리스토발라이트 고용체(α-SiO₂고용체)의 각 결정입자를 구상 입자형태로 석출시키는 것을 발견한 중요한 성분이지만, 각각 MgO성분은 0.5% 미만, ZnO성분은 0.2% 미만, 이들의 합계량이 1.2% 미만에서는 상기 효과가 얻어지지 않고, 또 MgO성분, ZnO성분이 각각 4.8%, 3%를 넘어 합계량이 5%를 넘으면 원하는 결정이 석출되기 어려워진다.

P₂O₅성분은 본 발명에서 글라스의 결정핵 형성제로서 불가결하지만, 그 양이 1.5% 미만에서는 결정핵 형성이 불충분하여 석출결정상을 과도하게 거칠게 만들고 또 3%를 넘으면 베이스 글라스의 유백실투(乳白失透, devitrification)에 의한 양산성이 악화된다.

ZrO₂성분은 P₂O₅성분과 마찬가지로 글라스의 결정핵 형성제로서 기능하고 또한 석출결정의 미세화와 재료의 기계적 강도 향상 및 화학적 내구성의 향상에 현저한 효과를 가지는 매우 중요한 성분이지만, 그 양이 0.5% 미만에서는 상기 효과가 얻어지지 않고 또 5%를 넘으면 베이스 글라스의 용융이 곤란하게 되는 동시에 ZrSiO₄등의 용융되지 않은 잔여물이 발생된다.

Al₂O₃성분은 글라스세라믹의 화학적 내구성 및 경도를 향상시키는 성분이지만, 그 양이 2%미만에서는 상기 효과가 얻어지지 않고 또 5%를 넘으면 용융성, 실투성이 악화되고, 석출결정상이 저팽창결정의 β-스포듀민(Li₂O·Al₂O₃·4SiO₂)으로 상변화되어 버린다. β-스포듀민(Li₂O·Al₂O₃·4SiO₂) 및 β-크리스토발라이트(β-SiO₂)의 석출은 재료의 열팽창계수를 현저하게 저하시키므로 이들 결정의 석출을 피할 필요가 있다.

Sb₂O₃및 /또는 As₂O₃성분은 글라스 용융시의 청징제(淸澄劑)로서 첨가할 수 있지만, 그 합계량은 2% 이하로 충분하다.

그 외에도, 기판재료는 결정이방성(結晶異方性), 이물, 불순물 등의 결함이 없고 조직이 치밀하고 균질, 미세한 것이나, 고속회전이나 헤드의 접촉 및 리무벌기억장치와 같은 휴대형에 사용시에 충분히 견딜 수 있는 기계적 강도, 높은 영율(Young′s modulus), 표면경도를 가지는 것이 요구되고, 본원의 글라스세라믹기판은 이들 조건을 모두 만족하는 것이다.

다음에 본 발명에 관한 자기정보기억매체용 글라스세라믹기판을 제조하는 데는, 상기의 조성을 가지는 글라스를 용해하고 히트성형 및 /또는 콜드가공을 행한 후 450∼550℃의 범위의 온도에서 1∼12시간 열처리하여 결정핵을 형성하고, 이어서 680∼800℃의 범위의 온도에서 약 1∼12시간 열처리하여 결정화를 행한다.

이렇게 하여 열처리에 의하여 결정화된 글라스세라믹의 주결정상은, α-쿼츠(α-SiO₂), α-쿼츠 고용체(α-SiO₂고용체), α-크리스토발라이트(α-SiO₂), α-크리스토발라이트 고용체(α-SiO₂고용체) 중에서 선택되는 최소한 1종 이상 및 2규산리튬(Li₂O·2SiO₂)으로서, 2규산리튬의 결정입자는 구상 입자구조를 가지며 그 크기는 0.05∼0.30㎛의 범위내의 지름을 가지고 있고, 또 α-크리스토발라이트, α-크리스토발라이트 고용체의 결정입자는 구상 입자구조를 가지며 그 크기는 0.10∼∼0.50㎛의 범위내의 지름을 가지고 있다. 또 α-쿼츠, α-쿼츠 고용체의 결정입자는 복수의 입자가 응집된 구상 입자구조를 가지며 그 크기는 0.10∼1.00㎛의 범위내의 지름을 가지고 있다.

다음에 이 열처리결정화된 글라스세라믹을 종래기술에 따라 래핑한 후 폴리싱함으로써 표면조도(Ra)가 3∼9Å의 범위내의 자기디스크기판재가 얻어진다.

또한 이들 기판은 랜딩영역으로의 요철 또는 돌기의 형성을 위하여 CO₂레이저를 이용하며 랜딩영역으로의 조사를 행한다. 레이저 조사후의 랜딩영역에는 50∼300Å의 요철 또는 돌기가 25∼250㎛의 간격으로, 표면조도가 10∼50Å의 범위에서 형성된다. 제1도에서 글라스세라믹기판(1)은 중심에 있는 원형 구멍(5)을 둘러싸는 랜딩영역(3)과 그 외측의 데이터영역(2)을 가진다. 그리고 4는 링이다. 제2도에서 랜딩영역에 형성된 요철의 형상을 나타낸다. 제3도에서 랜딩영역에 형성된 돌기의 형상을 나타낸다. 제4도에서 랜딩영역에 형성되는 요철 또는 돌기의 간격을 나타낸다. 제5도에서 랜딩영역에 형성되는 요철 또는 돌기의 높이를 나타낸다.

일반적으로 알려진 재료의 표면변경(절단, 용접, 미세가공)에 이용되는 레이저는, Ar레이저, CO₂레이저, 엑시머레이저, LD여기고체레이저(laser diode pumped solid-state laser)로 크게 분류할 수 있지만, 특히 본 발명에서의 글라스세라믹의 레이저가공에 대해서는 Ar레이저, 엑시머레이저는 가공표면의 형상 및 비말에 의한 표면결항을 발생시키므로 CO₂레이저에 한정되는 것을 알 수 있었다.

CO₂레이저에 의하여 랜딩영역을 형성하는 데는, 연마된 글라스세라믹기판을 스핀들에 의하여 클램프된 상태에서 회전시키면서 펄스레이저를 기판 표면에 수직으로 일정간격으로 조사하여 랜딩영역의 요철 또는 돌기를 형성한다.

이 펄스레이저의 조사에서 CO₂레이저의 스폿지름이 약 10∼50㎛로 글라스세라믹조성에 맞춰 레이저출력, 레이저펄스폭 등의 모든 조건을 제어하여 행한다.

CO₂레이저 조사에 의한 기판 표면의 요철 또는 돌기의 형성에 영향을 미치는 모든 조건은(1) 레이저출력, (2) 레이저펄스 길이, (3) 레이저스폿지름 즉 기판 표면의 조사면적 등이 주된 것이지만, 레이저 조사를 받는 측의 기판재질에서는 특히 레이저 조사(히트업)에 의한 글라스의 용융점(Melting Point)이나, 석출결정의 용융점이 영향을 미치는 것이다. 예를들면 결정을 석출하지 않는 일반적인 글라스기판에서는 표 1에 나타낸 바와 같이 글라스세라믹에 비하여 그 용융점이 낮고, 레이저 조사를 받은 경우, 용융부가 매우 불안정하고 요철 또는 돌기형상을 콘트롤 하기가 곤란하다. 또 레이저조사부와 미조사부에서 열적 원인에 의한 왜곡이나 마이크로크랙이 생겨 기판의 강도를 현저하게 저하시킨다. 또 글라스세라믹기판에서는 석출결정의 종류에 따라서 용융점의 차가 매우 큰, 본 발명의 글라스세라믹은 글라스기판에 비하여 용융점이 고온이고, 레이저 조사후의 요철 또는 돌기형상이 안정되는 것이다. 이에 대하여, 일반적으로 MgO-Al₂O₃-SiO₂계, ZnO-Al₂O₃-SiO₂계, Li₂O-Al₂O₃-SiO₂계 등의 글라스세라믹은 표 1에 나타낸 바와 같이 본 발명의 글라스세라믹에 비하여 용융점이 고온이므로 레이저를 고출력으로 가공할 필요가 있는 동시에 목표로 하는 요철 또는 돌기형성을 제어하기가 곤란하게 된다.

[실시예]

다음에 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다. 표 1은 각 글라스 또는 글라스세라믹스를 제조할 때의 원료를 용융하는 온도의 일람이다. 표 2∼5는 본 발명의 자기디스크용 글라스세라믹기판의 실시조성예(No. 1∼10) 및 비교조성예로서 종래의 Li₂O-SiO₂계 글라스세라믹 2종(비교예 1 : 일본국 특개소(特開昭) 62-72547호 공보에 기재된 것, 비교예 2 : 일본국 특개평 9-35234호 공보에 기재된 것)에 대해서 이들의 글라스세라믹의 핵 형성온도, 결정화온도, 결정상, 결정입자경, 결정입자형태, 데이터영역의 연마되어 이루어지는 표면조도(Ra), 랜딩영역의 CO₂레이저 조사에 의하여 얻어진 요철 또는 돌기의 높이와 표면조도(Ra)의 값을 함께 나타낸다.

본 발명의 상기 실시예의 글라스는, 어느 것이나 산화물, 탄산염, 질산염 등의 원료를 혼합하고, 이것을 통상의 용해장치를 이용하여 약 1350∼1450℃의 온도에서 용해하고, 교반균질화한 후 디스크형으로 성형하고 냉각하여 글라스성형체를 얻었다. 그 후 이것을 450∼550℃에서 약 1∼12시간 열처리하여 결정핵 형성후, 680∼800℃에서 약 1∼12시간 열처리결정화하여 원하는 글라스세라믹을 얻었다. 이어서 상기 글라스세라믹을 평균입경 5∼30㎛의 그레인으로 약 10∼60분 래핑하고, 그 후 평균입경 0.5∼2㎛의 산화세륨으로 약 30∼60분간 연마하여 마무리하였다. 또한 연마된 글라스세라믹은 CO₂레이저의 조사계를 고정하고 글라스세라믹디스크기판을 회전시키고 펄스레이저를 조사하여 랜딩영역으로의 요철 또는 돌기를 형성하였다.

이 CO₂레이저의 조사는 레이저출력, 레이저빔 지름, 초점거리, 레이저펄스폭 등의 모든 조건을 글라스세라믹의 조성에 맞춰 제어함으로써 행하였다.

또한 랜딩영역을 형성한 글라스세라믹디스크는 광학 표면조도 해석장치 Zygo를 이용하여 데이터영역의 표면조도(Ra), 랜딩영역의 요철 또는 돌기의 높이와 표면조도(Ra)를 구하였다.

본 발명의 실시예 및 비교예의 결정형태를 제6도, 제7도에 나타내고, 또 본 발명의 실시예 및 공지된 알루미노실리케이트계 강화글라스의 레이저 조사후의 표면상태를 제8도, 제9도에 나타낸다. 제6도는 본 발명의 실시예(No. 2)의 글라스세라믹의 HF에칭후의 입자구조를 나타낸 주사형 전자현미경 사진, 제7도는 종래의 글라스세라믹(비교예 1)의 HF에칭후의 입자구조를 나타낸 주사형 전자현미경 사진, 제8도는 본 발명의 실시예(NO. 3)의 글라스세라믹의 CO₂레이저를 조사한 후의 주사형 전자현미경 사진, 제9도는 알루미노실리케이트계 강화글라스의 CO₂레이저를 조사한 후의 주사형 전자현미경 사진이다.

표 2∼5 및 제6도, 제7도에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명과 종래의 Li₂O-SiO₂계 글라스세라믹의 비교예에서는 결정상의 2규산리튬(Li₂Si₂O₅)의 결정입자경 및 결정형태가 전혀 상이하고, 본 발명의 글라스세라믹은 α-쿼츠, α-쿼츠 고용체, α-크리스토발라이트 및 α-크리스토발라이트 고용체 중에서 선택되는 최소한 1종 이상 및 2규산리튬(Li₂Si₂O₅)이 구상형태(α-쿼츠에 대해서는 응집구상형태)이고 또한 결정입경이 미세하였다.

이에 대하여, 비교예 1의 글라스세라믹은 2규산리튬(Li₂Si₂O₅)이 침상(針狀)형태이고 또한 결정입자경이 1.0㎛ 이상으로 큰 것이다. 이것은 더욱 평활성이 요구되는 상황에서, 연마하여 이루어지는 표면조도나 결정입자의 탈락으로부터 발생하는 결함에 영향을 미치는 것이고, 비교예 1, 2의 글라스세라믹은 12Å 이하라는 평활성이 특히 우수한 표면을 얻기가 곤란하였다. 또 비교예 2의 글라스세라믹스는 그 주결정상 중에 β-크리스토발라이트가 포함되고, 열팽창계수(×10^-7/ ℃)는 61로 저팽창으로 되어 있고, 자기정보기억매체용 장치의 각 구성부재와의 열팽창률 차가 큰 것이었다.

제8도, 제9도에 나타낸 레이저가공에 의한 표면상태에 대해서는, 상기 종래기술에서 기재한 바와 같이, 종래의 알루미늄기판이나 화학강화글라스에서 생기는 결점에 대하여, 본 발명의 글라스세라믹은 제8도에 나타낸 바와 같이 균질이고 형상이 우수한 레이저가공이 가능하다. 제9도에 나타낸 화학강화글라스(SiO₂-Al₂O₃-Na₂O, K₂O이온교환)는 레이저에 의한 가공이 불안정하고 오염된 표면상태인 것이 명백하다. 이에 관해서는 본 발명의 글라스세라믹은 아몰퍼스상태의 글라스에 비하여 내열성이 우수하고 또한 강화글라스 특유의 표면강화층과 내부 미강화층과의 사이의 응력변화가 없고, 또한 본 발명의 글라스세라믹의 내부에 석출되어 있는 결정상은 여러 가지 외적 작용에 의하여 생기는 마이크로크랙의 성장을 방지하는 효과가 있고, 이들의 종합적인 효과에 의하여 레이저 조사에 대한 내구성을 향상시키고 있는 것으로 생각된다.

또 상기한 실시예에 의하여 얻어진 글라스세라믹스기판에, DC스퍼터법에 의하여 Cr중간층(80nm), Co-Cr자성층(50nm), SiC보호막(10nm)을 성막하였다. 이어서 퍼플루오로폴리에테르계 윤활제(5nm)를 도포하여 자기정보기억매체를 얻었다. 이에 따라서 얻어진 자기정보기억매체는 그 양호한 표면조도에 의하여 종래보다 헤드 부상높이를 감소시킬 수 있고, 또 램프로딩방식에 의하여 헤드와 매체가 접촉상태에서의 입출력을 행하여도 헤드파손 및 매체파손을 발생시키지 않고 자기신호의 입출력을 행할 수 있었다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 상기 종래기술에서 보여지는 볼 수 있는 모든 결점을 해소하면서 랜딩영역에서 자기헤드의 안정된 부상을 가능하게 하는 동시에, 고기록밀도화에 대응한 데이터영역에서의 저부상화를 가능하게 하는, 2개의 표면특성도 겸비할 수 있는 글라스세라믹, 자기정보기억매체용 글라스세라믹기판 및 이 글라스세라믹기판상에 자기매체의 피막을 형성하여 이루어지는 자기정보기억매체를 제공할 수 있다.

Claims

주결정상(主結晶相)이, α-쿼츠(quartz)(α-SiO₂), α-쿼츠 고용체(固溶體)(α-SiO₂고용체), α-크리스토발라이트(cristobalite)(α-SiO₂) 및 α-크리스토발라이트 고용체(α-SiO₂고용체) 중에서 선택되는 최소한 1종 이상 및 2규산리튬(Li₂O·2SiO₂)이고, -50 ∼ +70℃에서의 열팽창계수가 +65∼+130×10^-7/ ℃이고, 연마가공후의 표면조도(表面粗度)(Ra)가 3∼9Å인 것을 특징으로 하는 자기(磁氣)정보기억매체용 글라스세라믹기판.
제1항에 있어서, Na₂O, PbO를 실질적으로 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 자기정보기억매체용 글라스세라믹기판.
제1항에 있어서, 2규산리튬의 결정입자는 구상(球狀)입자형태를 가지고 있으며, 그 입자경(粒子徑)은 0.05∼0.30㎛의 범위내이고, α-쿼츠 및 α -쿼츠 고용체의 결정입자는 복수의 입자가 응집한 구상입자형태를 가지고 있으며, 그 입자경은 0.10∼1.00㎛의 범위내이고, α-크리스토발라이트 및 α-크리스토발라이트 고용체의 결정입자는 구상입자형태를 가지고 있으며, 그 입자경은 0.10∼0.50㎛의 범위 내인 것을 특징으로 하는 자기정보기억매체용 글라스세라믹기판.
제1항에 있어서, 글라스세라믹은 중량백분율로,

의 범위의 각 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 자기정보기억매체용 글라스세라믹기판.
제4항에 있어서, 상기 범위의 각 성분을 함유하는 베이스 글라스를 핵(核) 형성을 위하여 450℃∼550℃의 핵 형성온도에서 1∼12시간의 범위에서 열처리하고, 또한 결정성장을 위하여 680℃∼800℃의 결정화온도에서 1∼12시간의 범위에서 열처리한 후, 표면을 3∼9Å의 표면조도(Ra)로 연마하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 자기정보기억매체용 글라스세라믹기판.
제1항에 있어서, 데이터영역과 랜딩영역을 가지는 정보기억매체용 글라스세라믹기판에 있어서, 이 랜딩영역은 CO₂레이저 조사(照射)에 의하여 형성된 다수의 요철(凹凸) 또는 돌기를 가지는 것을 특징으로 하는 자기정보기억매체용 글라스세라믹기판.
제6항에 있어서, 랜딩영역에, CO₂레이저에 의한 다수의 요철 또는 돌기를 형성하고, 그 요철 또는 돌기의 높이가 50∼300Å, 표면조도(Ra)가 10∼50Å, 그 요철 또는 돌기의 간격이 10∼200㎛ 것을 특징으로 하는 자기정보기억매체용 글라스세라믹기판.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 자기정보기억매체용 글라스세라믹기판상에 자성막(磁性膜) 및 필요에 따라 언더코트층, 중간층, 보호층, 윤활층 등을 형성하여 이루어지는 자기디스크.
주결정상이 α-쿼츠(α -SiO₂), α-쿼츠 고용체(α-SiO₂고용체), α-크리스토발라이트(α-SiO₂) 및 α-크리스토발라이트 고용체(α-SiO₂고용체) 중에서 선택되는 최소한 1종 이상 및 2규산리튬(Li₂O·2SiO₂)이고, -50 ∼ +70℃에서의 열팽창계수가 +65∼+130×10^-7/ ℃이며, 2규산리튬의 결정입자는 입자경이 0.05∼0.30㎛의 범위내이고, α-쿼츠 및 α-쿼츠 고용체의 결정입자는 입자경이 0.10∼1.00㎛의 범위내이며, α-크리스토발라이트 및 α-크리스토발라이트 고용체의 결정입자는 입자경이 0.10∼0.50㎛의 범위내인 것을 특징으로 하는 글라스세라믹.
제9항에 있어서, Na₂O, PbO를 실질적으로 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 글라스세라믹.
제9항에 있버서, 글라스세라믹은 중량백분율로,

의 범위의 각 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 글라스세라믹.
제11항에 있어서, 상기 범위의 각 성분을 함유하는 베이스 글라스를 핵 형성을 위하여 450℃~550℃의 핵 형성온도에서 1~12시간의 범위에서 열처리하고, 또한 결정성장을 위하여 680℃∼800℃의 결정화온도에서 1∼12시간의 범위에서 열처리하는 것을 특징으로 하는 글라스세라믹.
제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 연마가공후의 표면조도(Ra)가 3∼9Å인 것을 특징으로 하는 글라스세라믹.