KR970004614B1 - 자기헤드용 비자성 세라믹기판재료 - Google Patents
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Abstract
없음.
Description
첨부된 도면은 테이프 주행시간에 따른 자기헤드 마모량의 변화를 나타낸 그래프.
본 발명은 자기헤드용 비자성 재료에 관한 것으로, 특히 비자성 세라믹 기판 재료를 금속자성박막의 열팽창계수에 근접되고, 자기 테이프의 접촉 주행시 마모가 적고, 가공성이 양호한 재질로 하여 자성 박막층의 박리 및 균열 억제 등에 따라 사용 수명을 증대시키는데 적합한 비자성 세라믹기판재료에 관한 것이다. 최근 VTR의 고기능화, 고밀도 기록 추세에 따라 VIR의 자기헤드도 고성능화되어가고 있다.
특히 테이프(tape)의 속도가 기존의 VTR보다 훨씬 빠른 D-VCR(Digital VCR)등에는 습등 노이즈(Noise)가 적은 적층헤드가 사용되고 있다.
이와같은 헤드의 비자성 기판 재료로서 종래에는 티탄산바륨(BaTiO3), 티탄산칼슘(CaTiO3)등이 이용되고 있다.
그러나 이런 재료들은 열팽창계수가 90~110×10-7/℃ 정도로 헤드의 급속자성박막으로 쓰이는 센더스트(sendust)나 Fe계 금속박막재료의 열팽창계수 (120~150×10 -7/℃)보다 작아 금속자성박막의 박리 또는 균열등이 발생되어 자기헤드의 전자기적 특성을 저해시키고 가공수율을 저하시키는 등의 문제점이 있어 왔다.
이런 문제를 해결하기 위해 최근에는 CoO-NiO계(일본공개특허 평 3-80412 및 80143호), MnO-NiO계(일본공개특허 평 4-95204호)의 소재를 사용하여 열팽창계수가 120~150×10-7/℃정도인 재료를 비자성 기판재료로 적용하고 있다.
상기한 평 3-80412에서는 CoxNi1-xO2(0≤x≤0.2)의 암염형 구조의 바자성기판 재료에 관한 것으로, 열팽찰율이 150×10-7/℃ 정도이고, 경도는 비커스(Vikers)로 500~700 정도이다.
그리고, 일본 공개 특허 평 3-80413 에서는 CoO-NiO계에서 핫 프레스(Hot press)를 사용하여 결정입계를 5㎛ 이하로 하여 chipping이 없는 가공성이 우수한 소재를 얻었다.
일본 공개 특허 평 4-95204에서는 암염형 결정구조의 MnNiO2의 비자성 기판재료로써 MnO가 20~40mole%, NiO가 50~80mole%으로 되는 주성분을 가지며 이러한 기본 조성에 소결성을 개선하고 입경을 조절하기 위하여 Y2O3, CaO, Al2O3, ZrO2등 1종 또는 2종 이상 포함하며 이때의 열팽창계수는 130~140 정도가 된다.
또한 일본 공개특허 평 4-59650에서는 주성분인 MnO가 77~98mole% TiO2가 2~33mole%로 구성되는 비자성 기판에 대한 것으로, MnO가 77%미만에서는 열팽창계수가 100×10-7미만으로 되어 금속자성박막과 비자성 기판재료의 열팽창계수를 일치시킬수 없고, MnO가 98% 넘게 존재하면 크기가 5㎛가 넘는 기공이 존재하여 소결 특성이 약화 되었다.
이를 개선하기 위해 MnO에 TiO2를 2~23mole% 첨가하여 기공제거 및 소결특성을 개선하고 있다.
그러나 상기한 티탄산바륨, 티탄산칼슘 등의 재료는 금속자성막과 열팽창계수 차이로 인해 금속자성박막의 박리 또는 크랙 등의 발생으로 자기헤드의 전자기적 특성과 가공 수율을 저하시키는 문제가 있고, CoO-NiO계나 MnO-NiOrP의 재료들은 열팽창 계수는 큰 반면 내마모성이 작아 테이프 주행속도가 증가할 경우 마모량이 크게 증가되어 헤드의 사용 수명이 감소하는 등의 문제점이 있다.
본 발명은 비자성 세라믹 기판의 재질을 종래와 다른 화학조성물로 하여 열팽창계수를 자성금속박막에 근접되게 함과 함께 내마모성을 갖게함으로써 종래에서의 문제점을 해결하고자 하는데 그 목적이 있다.
이하 본 발명을 설명한다.
본 발명은 기본 조성이 CaO 10~35mole%, TiO210~40mole%, NiO 10~60mole%, CoO 10~50mole%로 구성되며, 필요에 따라 SiO2, Cr2O3, V2O5, Al2O3, ZrO2중에서 선택한 1종 또는 2종 이상 조성될 수 있다.
이와같은 조성에서 NiO와 CoO를 더한 함량은 50~90mole% 범위로 함이 바람직하다. 이때 그 함량이 50mole% 미만이 되면 열팽창계수가 120×10-7/℃ 이하고 되고, 90mole%를 초과하면 소결성이 나빠져 거대한 기공이 형성될 염려가 있다.
TiO2는 열팽창계수가 100×10-7/℃정도로서 그 함량이 10mole%미만이 되면 내 마모성이 악화되고 40mole% 초과하면 액상을 형성하여 이상 결정성장이 일어나게 되어 가공성을 해치게 되며, 또한 열팽창계수가 떨어져 금속자성박막의 박리현상이 발생하기 시작한다.
CaO는 TiO2와 반응하여 CaTiO3로 되므로써 열팽창계수가 110~120×10-7/℃ 정도로 금속자성박막에 비해 작지만 여기에 상기한 열팽창계수가 큰 NiO 및 CoO를 복합 첨가하면 CaTiO3의 내마모성을 그대로 유지하면서 열팽창계수를 높일 수 있다.
이때 CaO가 35mole%이상이되면 CaO가 수화물을 형성하여 소결성이 떨어지며 기공이 많아지게 된다.
이와같은 본 발명을 제조함에 있어서는 상기한 조성의 mole%범위로 칭량하여 알루미나 볼밀을 사용하여 순수중에서 36~48시간 습식으로 혼합한다.
이것을 건조하고 900~1100℃에서 2~3시간 가소한후 이것을 습식으로 볼밀링하여 입도가 3㎛ 정도까지 분쇄한다.
그리고, 10% PVA용액을 5~10% 정도 넣고 혼합한후 스프레이 드라이로 100㎛ 정도의 입자로 만든다.
그후 1~3ton/㎠의 압력으로 성형한후 동방가압성형(CIP)를 2~5/ton/㎠의 입력으로 행한다.
그후 대기중에서 1250~1450℃에서 2~5시간 상압 소결 시킨다.
이것을 다시 1100~1350℃의 온도, 100~400㎏/㎠의 압력으로 1~4시간동안 핫프레싱(Hot pressing)한다.
이렇게 얻어진 비자성 기판은 상대 밀도가 99.5% 이상이 되며 열팽창계수도 130~150×10-7/℃로 금속자성 박막과 거의 근사한 값을 나타낸다.
결정립의 크기는 2~4㎛정도이었고 미세 경로는 800~950Hv로 기존의 기판 재료보다 커서 헤드의 내마모성을 향상시킬수 있다.
또한 CaO-TiO2-NiO-CoO의 기본 조성에 ZrO2, Al2O3, Cr2O3, SiO2, V2O5중에서 1종 또는 2종 이상첨가한다.
이때, ZrO2, Al2O3, Cr2O3등은 결정성장을 억제하는 효과가 있어 경도를 증가시키나 그 첨가량이 0.1wt%미만시는 효과가 거의 없으며, 5wt% 이상시는 오히려 소결성을 저하시킨다.
또한, SiO2, V2O5등은 소결시 액상을 형성시켜서 재료의 밀도화를 촉진시켜 기공의 발생을 억제하여 경도를 증가시키지만 0.1wt%미만에서는 효과가 없고, 5wt%이상시에는 입계편석이 일어나 경도가 감소하고 열팽창 계수가 감소하게 된다.
다음은 실시예에 따라 설명한다.
(표 1)과 같은 화학 조성의 시료를 칭량하여 36시간 습식 볼링하고 1000℃에서 2시간 가소하였다.
그리고 알루미나 볼릴에서 48시간 밀링후 스프레이 드라이 하였다.
1ton/㎠의 압력으로 40×50×15㎜의 크리로 성형한후 약 2000기압으로 동방가압성형(CIP)하고, 1350℃에서 2시간 소결후 300㎏/㎠의 압력으로 1300℃에서 2시간 핫 프레싱하였다.
(표 1)에는 이렇게 하여 얻은 재료의 물성을 나타내었다.
본 발명의 열팽창계수는 120~150×10-7/℃정도이었으며 미세경도는800~950이었으며 입경 크기는 2~4㎛이었다.
(표 2)에서는 CaP-TiO2-(NiO-CoO)의 기본조성에 ZrO2, Al2O3, SiO2, Cr2O3, V2O5등을 첨가하였을때의 물성을 나타내고 있다.
첨부도면은 본 발명의 CaO-TiO2-(NiO-CoO)계의 재료(표 1의 No. 8과 No. 10) 적층헤드와 종래의 재료인 MnO-NiO 재료 만든 헤드의 주행시간에 따른 마모량의 변화를 나타낸 것으로 MnO-NiO계에 비해 CoO-TiO2-(NiO-CoO)재가 마모량이 훨씬 적음을 알 수 있다.
또한, 15㎛정도의 마모량이 헤드 수명의 한계라고 할때, MnO-NiO재 헤드는 그 수명이 200시간인 반면, CaO-TiO2-(NiO-CoO)재의 헤드 경우 1000시간이 훨씬 넘고 있다.
따라서 본 발명 재료는 테이프의 상대 속도가 매우 빠른 Digital VCR의 적층 헤드의 기판 재료를 쓸 경우 종래의 재료에 비해 월등한 내마모성을 가진다.
[표 1]
[표 2]
Claims (3)
- CaO 10~35mole%, TiO210~40mole%, NiO 10~60mole%, CoO 10~50mole%로 조성됨을 특징으로 하는 자기헤드용 비자성 세라믹기판재료.
- 제1항에 있어서, CaO, TiO2, NiO, CoO인 주성분에 ZrO2, Al2O3, SiO2, Cr2O3, V2O5중에서 선택한 1종 또는 2종 이상을 0.5~5.0wt% 첨가하여 조성됨을 특징으로 하는 자기헤드용 비자성 세라믹기판재료.
- 제1항에 있어서, NiO와 CoO를 더한 함량이 50~90mole%인 것을 특징으로 하는 자기헤드용 비자성 세라믹기판재료.
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