KR940007049B1 - 연자성 합금막 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

연자성 합금막

제1도는 본 발명의 실시예인 합금막의 각 조성과 비교예의 각 합금막의 각 조성에 대응하는 자왜 정수와 비저항의 관계를 나타낸 삼각 조성도이다.

이 발명은 자왜 정수가 작음과 동시에 높은 전기 저항을 나타내고, 자기 헤드용으로서 적합한 연자성 합금막에 관한 것이다.

자기기록의 분야에 있어서는, 기록밀도를 높히기 위하여 자기테이프 등의 기록매체의 고보자력화가 추진되고 있으나, 그것에 대응하는 자기헤드의 재료로서 포화자속밀도(Bs)가 높은 것이 요구되고 있다.

종래의 고포화 자속밀도의 연자성 재료(막)로서, Fe-Si-Al 합금(센더스트)가 대표적인 것이나, 최근 강자성 금속원소인 Co를 주체로 하는 비정질의 합금막이 개발되고 있다. 또 최근의 시도로서, Fe를 주성분으로 하는 미세결정으로 이루어지는 합금막(Fe-C, Fe-Si 등)에 의하여 Fe의 결정자기 이방성의 영향(연자성에 대한 악영향)을 결정의 미세화에 의하여 경감하고, 고포화 자속밀도이고, 또 연자기 특성이 우수한 막을 얻었던 예가 있다.

그런데, 자기헤드를 조립한 장치는 소형화, 경량화 되는 경량이 있으며, 이동에 따른 진동에 처해지거나, 나쁜 환경하에서 사용되거나 하는 일이 많아지고 있다. 그래서, 자기헤드에는 자기특성이 우수하여 자기 테이프에 대한 내마모성이 우수한 것은 물론, 온도나 부식성의 분위기중에서의 내용성, 즉 내환경성이나, 내진동성 등이 높은 것이 요구되고 있다. 그때문에 갭 형성이나 케이스에의 조립등을 유리용착으로 행하는 것이 필요해지고, 자기헤드의 소재는 헤드의 제조공정에 있어서의 유리용착 공정의 고온에 견디어 낼수 있는 것이 필요하다.

그러나, 상기 종래의 연자성 합금막에 있어서, Co계의 아몰파스 합금막은 아몰파스 합금의 포화자속밀도를 높히려고 하면 아몰파스 형성 원소인 Ti,Zr,Hf,Nb,Ta,Mo,W 등의 첨가량을 적게할 필요가 있으나, 첨가량을 적게하면 아몰파스 구조의 안정성이 저하하여 유리용착에 필요한 온도(약 500℃ 이하)에 견디기 어려운 문제가 있다.

또, 상기한 Fe를 주성분으로 하는 미세결정으로 이루어지는 합금막(Fe-C,Fe-Si 등)은 고온에서 결정성장을 일으켜, 연자기 특성이 열화하기 때문에, 역시 유리용착에 적합하다고는 말하기 어렵다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 자왜 정수가 작으며, 가공변형과 열변형에 의한 자기 특성의 열화가 적음과 동시에, 막의 전기저항이 높고, 과전류 손실에 의한 고주파 투자율의 저하가 일어나기 어려운 것 이외에, 구성원소수가 적어서 실현이 용이하고, 유리용착의 신뢰성도 높은 연자성 합금막을 제공하는 것을 목적으로 한다.

청구항 1에 기재한 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여, 조성식이 Cox My Cz으로 표시되고, M은 Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Mo,W중 1종류 또는 2종류 이상으로 이루어지는 금속원소 또는 그 혼합물이고, 조성비 x,y,z은 원자%로 50

x<65, 15

y<30, 20<z

30, x＋y＋z=100으로 이루어지는 관계를 만족시킴과 동시에 그 금속조직이 기본적으로 평균입경 0.05μm 이하의 결정입자로 이루어지고, 그 일부에 원소 M의 탄화물의 결정상을 포함하는 것이다.

청구항 2에 기재한 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여 청구항 1에 기재한 금속 조직이 기본적으로 평균입경 0.05μm 이하의 결정입자와 비정질 조직으로 이루어지고, 그 일부에 원소 M의 탄화물의 결정상을 포함하는 것이다.

이하에 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

상기 합금막의 생성 방법으로서는 합금막을 스퍼터, 증착등의 박막 형성 장치에 의하여 제조한다. 스퍼터 장치로서는 RF 2극 스퍼터, DC 스퍼터, 마그네트론 스퍼터, 3극 스퍼터, 이온빔 스퍼터, 대향 타게트식 스퍼터 등의 기존의 것을 사용할 수가 있다. 또 C를 막중에 첨가하는 방법으로서는 타게트 판상에 그라파이트의 펠릿을 배치하여 복합 타게트로 하고, 이것을 스퍼터하는 방법 또는 C를 포함하지 않는 타게트(Co-M계)를 사용하고, Ar등의 불활성 가스중에 메탄(CH₄)등의 탄화수소가스를 혼합한 가스 분위기에서 스퍼터하는 반응성 스퍼터법 등을 사용할 수가 있으며, 반응성 스퍼터법에서는 막중의 C농도의 제어가 용이하므로 소망의 C농도가 우수한 막을 얻을 수가 있다.

이와같이 하여 제조한 그대로의 막은 아몰파스상을 상당한 비율로 포함한 것으로, 불안정하므로, 400 내지 700℃ 정도로 가열하는 열처리를 실시함으로써 미결정을 석출한다. 그리고, 이 열처리를 정자계중 또는 회전 자계중에서 행함으로써 보다 우수한 연자기 특성이 얻어진다. 또, 이 열처리는 자기헤드의 제조공정에 있어서의 유리용착 공정과 겸해서 행할 수가 있다.

또한, 상기 미결정의 석출공정은 완전하게 행해질 필요가 없이, 미결정이 상당수(바람직하게는 50% 이상) 석출하면 좋으므로, 아몰파스 성분이 일부 잔류해 있어도 지장이 없고, 잔류한 아몰파스 성분이 특성 향상의 장해가 되는 일은 없다.

이하에, 상기와 같이 성분을 한정한 이유에 관하여 설명한다.

Co는 주성분이고, 자성을 담당하는 원소로서 적어도 페라이트 이상의 포화자속밀도(Bs≒5000G)를 얻기 위해서는 x

50%인 것이 필요하다. 또, Co량의 상한인 65%는 원소 M과 C의 최저로 필요한 함유량에 대비시켜 결정하였다.

원소 M은 연자기 특성을 양호하게 하기 위하여 필요하고, C와 결합하여 탄화물의 미세결정을 형성한다. C는 연자기 특성을 양호하게 하기 위해서 및 내열성을 향상시키기 위해서 필요하고, 또 원소 M과 결합하여 탄화물의 미세결정을 형성한다. 다시, 원소 M과 C가 지나치게 고농도가 되면 막중에 차지하는 원소 M의 탄화물의 체적비가 높아지고 Co의 결정입자 끼리의 교환결합을 단절해 버려 양호한 연자기 특성이 얻어지지 않게 된다.

원소 M의 탄화물의 미세결정은 자벽의 핀닝사이트로서 작용하며, 투자율이 고주파 특성을 향상시키는 작용이 있음과 동시에, 막중에 균일하게 분산시키는 것으로, Co의 미결정이 열처리에 의하여 성장하여 연자성을 손상시키는 것을 방지하는 작용이 있다. 즉, Co의 결정입자가 성장해서 커지면 결정자기 이방성의 악영향이 커져, 연자기 특성이 악화되나, 원소 M의 탄화물의 미결정이 Co의 입자성장의 장벽으로서 작용함으로써 연자기 특성의 악화를 방지한다.

그리고, 금속조직이 기본적으로 0.05μm 이하의 미결정으로 이루어져 있기 때문에, 비정질에 비하여 열적 안정성이 우수하고, 비정질상중의 Co의 자기모멘트에 비하여 결정중에서의 Co의 자기모멘트가 높아지므로 포화자속밀도를 높게 할 수가 있다.

상기 연자성 합금막에 있어서는 그 조직이 Co를 주체로 하는 미결정으로 이루어져 있으므로, 높은 포화자속밀도가 얻어진다. 또, 원소 M 및 C가 포함되어 있음과 동시에, 금속조직이 미세한 결정입자로 이루어져 있고, 결정자기 이방성에 의한 연자성에의 악영향이 경감되므로 양호한 연자기 특성이 얻어진다.

또한, 원소 M의 탄화물이 석출하여 Co를 주성분으로 하는 결정입자의 성장을 억제하므로, 유리용착 공정에서 가열되어도 결정입자가 거칠고 엉성하게 되는 일이 없다.

[실시예]

(1) 막형성

RF 2극 스퍼터 장치를 사용함과 동시에 Co 타게트상에 Ta의 펠릿을 적절하게 배치하여 구성한 복합 타게트를 사용하고, Ar 가스와 CH₄가스의 혼합가스 분위기중에서 스퍼터를 행하여 막두께 5 내지 6μm의 Co-Ta-C 합금박막을 형성하였다. 막중의 Ta 농도는 타게트상의 Ta 펠릿의 매수에 의하여 변화시키고, C농도는 스퍼터링 가스중의 CH₄농도를 변화시킴으로써 변화시켜, 제1도에 나타낸 바와 같은 여러가지 조성의 막을 제조하였다.

얻어진 막의 자왜 정수는(λs)는 광레버 법(켄틸레버 법)에 의하여 측정하고, 비저항(p)은 사탐침법에 의하여 측정하였다.

얻어진 각 조성의 막을 550℃에서 20분간 유지하는 열처리를 행한 후의 자왜 정수와 비저항의 값을 제1도에 병행하여 기입하였다(제1도에서는 시료의 조성을 나타낸 ○표시 근방의 [ ]내의 수치가 비저항(p)을 나타내고, ○표시 근방의 수치가 자왜 정수(λs)를 나타낸다).

제1도에 있어서, ①과 ②로 표시한 ○표시의 조성 시료가 본 발명의 조성막이나 ①의 조성 시료의 자왜 정수는 ＋6×10^-7, 비저항은 151μΩ.㎝를 표시하고, ②의 조성시료의 자왜 정수는 ＋8×10^-7, 비저항은 156μΩ.cm를 표시하고 있다. 따라서 어느 시료도 10^-7대의 작은 자왜 정수를 나타내어 높은 비저항을 표시하고 있다.

이에 대하여 Ta 함유량을 15원자% 이하로 한 시료 ③에서는 자왜 정수는 10^-6대이고, 비저항도 120μΩ.cm 이하이다. 또, C함유량을 20원자% 이상으로 한 시료 ④에서는 자왜 정수는 10^-7대이고, 비저항이120μΩ.cm 이하이었다.

또한, 그밖의 각 성분의 시료에 있어서는, 본 발명 조성으로부터 벗어나는 것은 자왜 정수의 절대치가 크고, 비저항이 작기 때문에 바람직하지 않다.

그런데 본 발명자들은 높은 포화자속밀도와 낮은 자왜 정수를 갖고 연자기 특성이 우수한 연자성 합금막에 관하여, 일본국 특원소62-278303호 명세서, 일본국 특원평1-196014호 명세서에 특허출원 하였다. 그러나, 이들의 특허출원의 합금막은 4원계의 것으로, 제4원소의 첨가에 의하여 비로소 10^-7대의 저자왜를 발휘하는 것이었다. 이점에 있어서 본원 발명의 막은 3원소의 것으로, 120μΩ.cm 이상의 전기저항과 저자왜를 실현하고 있으므로, 4원계와 같이 복잡한 조성제어가 불필요하게 되어 제조가 용이한 특징이 있다.

이상 상세히 설명한 바와 같이, 이 발명은 Co를 주성분으로 하는 미결정 입자로 이루어지는 연자성 합금막이므로 페라이트와 동등 이상의 포화자속밀도가 얻어짐과 동시에, 3원소이기 때문에 미결정에 있어서의 Co의 조성제어를 용이하게 할 수 있으므로, 실시가 용이한 특징이 있다. 또, 자왜 정수가 작으므로, 자기헤드에의 가공에 의하여 발생하는 변형과, 유리용착에 의하여 발생하는 열변형의 어느것에 의해서도 자기특성이 열화하지 않으므로, 우수한 자기헤드를 제공할 수 있다. 또 막의 전기저항이 높기 때문에, 자기헤드로서 사용했을 경우, 과전류 손실에 기인하는 고주파 투자율의 저하가 발생하기 어렵고, 높은 고주파에 있어서도 우수한 재생 특성을 가지는 자기헤드를 얻을 수가 있다.

한편, 원소 M(Ti,Zr, Hf,Nb,Ta,Mo,W) 및 C라는 연자성을 양호하게 하는 성분이 첨가됨과 동시에 금속 조성이 미세한 결정입자로 이루어지고, 결정자기 이방성에 의한 연자성에의 악영향이 경감되므로 양호한 연자기 특성이 얻어진다.

또, 미세 결정입자로 이루어짐과 동시에, 첨가된 원소 M이 C와 탄화물을 형성하여 균일하게 분산시키므로, 유리용착 공정에 있어서 가열되어도 결정입자가 거칠고 엉성하게 되는 일이 없다. 양호한 자기특성을 유지하는 것으로, 용착유리로서 신뢰성이 높은 중∼고융점 유리를 사용할 수가 있어, 고밀도 기록에 요구되는 높은 성능을 가진 자기헤드의 소재로서 적합하다.

Claims (2)

1. 조성식이 Cox My Cz으로 표시되고, M은 Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Mo,W중 1종류 또는 2종류 이상으로 이루어지는 금속원소 또는 그 혼합물로서, 조성비 x,y,z은 원자%

   50

   

   x<65

   15

   

   y<30

   20<z

   

   30

   x＋y＋z =100

   인 관계를 만족시킴과 동시에, 그 금속조직이 기본적으로 평균입경 0.05μm 이하의 결정입자로 이루어지고 그 일부에 원소 M의 탄화물의 결정상을 포함하는 것을 특징으로 하는 연자성 합금막.
2. 제1항에 있어서, 금속조직이 기본적으로 평균입경 0.05μm 이하의 결정입자와 비정질 조직으로 이루어지고, 그 일부에 원소 M의 탄화물의 결정상을 포함하는 것을 특징으로 하는 연자성 합금막.

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