TW301743B - - Google Patents

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301743五、發明説明（1 ) A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 此申請案是1994年11月12日申請之共審査中之美國第 08/354，185號檔等之連薄申請案。 本發明係有關電腦磁碟片基材、其製造方法及由其製 成物。詳言之本發明係有關於陶瓷基質複合物所製成之電 腦磁碟片基材，其製法及其製成物。 現今電腦工業的潮流走向更薄、更輕及更硬之電腦碟 片基材。傳統的硬碟片為635μιη厚者，其外圍直徑（0.R)為 65πηη，或外圍直徑為95mm、80〇μιη厚者。傳統硬碟以鋁基 材製成，拋光、鍍Μ鎳磷塗層，Μ數種方式加Μ紋路化， 然後施Μ濺鍍使其上產生磁性中介層。磁性中介層外再施 Μ額外層Μ潤滑並保護該中介層。 欲使電腦更小或尺寸相同而記憶體增加的一種方法即 使基材更薄，當外徑（〇.R)95«nn基材之厚度小於800ιιιη或62 mmCLD基材厚度小於635iim，鋁磁碟片（現行技術）於處理及 使用時會開始彎曲、下凹、搌動或共鳴。電腦公司之目標 係欲製造65mO.D、381μιη厚之基材及95mmO.D、508μιη厚之 基材。這些較薄基材可使一定容積之電腦裝置更多的碟片 。然而，該基材將需要加強其韌度Μ防止處理及使用中產 生彎曲、下凹、振動及共鳴。再者，對撝帶式電腦而言， 較輕的基材是一項利點，因為碟片的轉動需要很大的能量 。一較輕基材將需要較少或較小的電池。此外，可利用同 樣電池，但那些電池消耗電量將不致和現在一樣快。 由於鋁碟片不可能做得更輕而不致犧牲其韌性並增加 其旋轉形變，故提出其他種類材料，包括玻璃及陶瓷基材 請 先 閱， 讀Μ 背 面 之 注 意 事 項 再

頁 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210 X 297公釐） 4 301743 Α7 Β7 五、發明説明（2 ) 。此兩種材料都符合某些基材所需之性質。該類性質包括 低材料密度、高韌度、高熱導度、高電導度（或相反的， 低電阻度）及一良好表面紋理Μ便於接受鍍膜或濺鍍磁性中 介層，當玻璃及陶瓷符合某些要求，然而其等卻無法符合 對硬度的要求，即言之，掉落時不破碎，即使該基材比現 今使用的為薄，掉落時基材應不破裂。 攜帶式電腦的大量製造，使得須要防止因電腦移動所 產生的力而破壞硬碟。在蓮送中，當其置於或猛烈撞擊一 平面，電腦及其所有組件承受快速加速度。在加速度中讀 /寫磁頭承受相當高的力且磁頭以相當衝量敲擊硬碟，在 產業中，該磁頭敲擊即為所知的”磁頭撞擊”，磁頭撞擊所 造成的傷害包括資料破壞及硬碟破裂，鋁磁碟不像驅動機 製造商所欲，可抗磁頭撞擊，所以製造商已經開始利用他 種更硬的基材如玻璃，以減少可能的傷害，然而，仍有必 要使苈一較玻漓硬度高之物證，Μ製造硬碟基材。 此外，硬碟基材材料應可被”紋理化”。t防止固著， 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 即當兩高度拋光表面靜止接觸時所產生抗拒蓮動的現象， 需要一紋理化基材表面。傳統地，鋁基材係鍍Μ錁或鎳磷 鍍膜。在鎳或鎳磷層上濺鍍一磁性中介層之前先將加Κ紋 理化，因此，一較好基材材料應是易於紋理化，或其本身 已紋理化。 由如玻璃及陶瓷等新的易碎基材所造成的其他問題包 括缺乏耐衝撞性及缺乏避免硬碟磁頭組裝時的破壞抗性， 由於另類基材的易碎性，在其上常可發現邊緣缺口及斷裂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（BOX29?公釐） 5 五 、發明説明（3 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 。不單缺口或斷裂易使硬碟失效，組裝過程中遣留在驅動 器上的基材未知粒子也會破壊驅動器。且不幸的，大部分 另類基材為絕緣體，該性質會造成表面之靜電累積，進一 步造成粒子污染及資料破壞。在玻璃及陶瓷基材中，普遍 不具有導電及導熱性，此二性質對於消除累積靜電及累積 熱量卻很重要。 最後，非電導基材易於被寫透，其發生於當在磁碟之 一面寫下資訊卻傷害或破壞其另一面的資料。這對於控制 讀/寫磁頭位置之磁頭是非常麻煩的。在硬碟上許多製造 商將自動資訊寫在硬碟之一面，該資料不會被重寫，所Μ 任何寫透的資料是會累積的且易破壞整個驅動器，該驅動 器若無完美伺服資訊，將無法蓮作。 為努力解決這所有問題，作為另類材料之習知材料及 方法通常包含陶瓷及玻璃，例如矽磺化物陶瓷及加那塞 ” Canasite”，其為一部份結晶化玻璃或陶瓷/玻璃，由 Corning Inc.製造，其商檫名爲” MEMMCOR”。然而矽碩化 物成本高、密度大，因此重量重且其導電度低。 ” Canasite”玻璃成本低，儘管其易碎，其因邊緣缺口難Μ 精製且相對硬度低。另外，”Canasite”上的表面離子擴散 問題易破壞磁性層且”Canasite”還有導電不良的缺點。氧 化鋁陶瓷具有特定有利的性質，儘管密度大，且1015 ohm -cm的電阻係數使其成為電的非導體或絕緣體，而非所需之 導電體。更甚者，在熱處理中氧化鋁燒結薄片的收縮使其 不易保持表面平整。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2H)X297公釐） 請 先 閱 讀· 背 面 之 注 意 事 項 再 寫 頁 訂 舞 6 301743 A7 B7 五、發明説明（4 ) 因此，對該產業而言最好能有一重量輕、靱度強及可 導電之基材材料，其為易生產且成本低之一濺鍍紋理化基 材。 若有一具優良物理性質之基材，且其於製程中可Μ在 鍍膜同時或其後被紋理化，那將是最有利的。如果碟片基 材可同時紋理化，則可省去製程中許多步驟，且不需再鍍 Μ鎳磷，並可在高於現今使用溫度之較佳溫度下，進行磁 性鍍膜濺鍍。 若由改良材料形成之碟片基材在如鎳磷之碟片基材傳 統鍍膜製程後才進行紋理化，該改良碟片基材仍具優良性 質，因該結果碟片基材之表面和產業現行者相似，所以仍 然需要進行產業現今所使用的後鍍膜中介製造程序。 若碟Η基材外鍍Μ改良鍍膜材料，該材料表現較傳統 鍍膜材料更佳之性質，如平滑性及可高溫下使用，這樣的 基材及其製成方法亦將是非常有助益的。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 據此，本發明是一多相陶瓷基質材料所製造之硬碟基 材，其至少具有兩相，其非晶形佔陶瓷化材料髏積之1體 積百分比以下。另一方面，此硬碟設備是一多相陶瓷基質 材料，其至少有兩相，且至少其中一相為游離金屬。 亦揭露使用於硬碟電腦中陶瓷基質電腦碟片基材之製 造方法，該製造方法包含一多孔陶瓷平碟片，及其後以金 羼滲入多孔陶瓷，如此則製成完成多相陶瓷基質電腦硬碟 。另外，在滲入步驟進行之前，先藉由將多孔陶磁之溫度 提高至1300至1800° CM使孔隙陶瓷鈍化，如此表面將被鈍 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X：297公釐） 7 A7 B7 ^01743 五、發明説明（5 ) 化且可控制滲入步驟中的反應動能。 在另一實施例中，本發明為一由多相硼碳化物複合材 料所製成之複合材料，其具一平均粗糙度Ra為1-200A該 粗糙度可於在原位拋光之同時設定，其藉由在將多相硼碳 化物複合材料之不同相中製造一自19至3200KG/M25之微 硬度梯度而形成。 第1圖為一電腦硬碟之側視圖，其說明個別磁碟之構 形及現今產業減少尺寸或於同樣尺寸加強記憶的驅勢。 第2画為使用於電腦中之基材製備所採用製程步驟之 圖解。 第3圖為基材於大致拋光後表面之側視圖，其說明根 據本發明產生之表面粗糙度。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本發明之一觀點為使用於電腦硬碟機中之新碟片基材 ，該硬碟機包含一硬碟設備，其由至少兩相，較佳至少三 相之多相陶瓷基質材料所製成，該多相陶瓷基質材料可能 為一多相陶瓷-陶瓷複合材料或多相陶瓷-金屬複合材料， 較佳地，兩相之任一相至少Μ多相陶瓷化材料體積之5體 積百分比存在。任何非均相Μ少於多相陶瓷化材料體積之 1體積百分比存在或至少一相為結晶陶瓷及至少一相為游 離金屬亦為較佳的。 首先參考第1圖，左方所示為一檫號10之傳統電腦硬 碟機排列之圖式。在右方者為所欲之排列。包括習知技藝 之”Ε區塊14”臂間插入四片磁碟片12。在Ε區塊14臂端為讀 /寫磁頭16，其與於操作旋轉之碟片12緊密接觸。一未詳 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ 297公釐） 8 301743 Α7 Β7 五、發明説明（6 ) 細列出之主軸與夾板18，當磁片12旋轉時將之固定於定位 上，第1圖顯示，右上方圖中，該產業驅向使硬碟體積 更密實，或另一方面，如右下圖所示，同樣空間達到更大 量之記憶體。 參考第2圖，顯示習知技術於製造硬碟步驟之圖式， 首先說明爲鋁基材胚料20，其下為拋光胚料22 (將鋁胚料 20抛光）。基材24為鎳或鎳磷鍍膜後之拋光胚料。Μ機槭 方法使鎳或鎳磷鍍膜基材紋理化，Μ在鍍膜基材上形成溝 槽。該紋理化基材如基材26所示。紋理化基材然後鍍Μ磁 性介質，並以基材28說明。介質鍍膜基材28為可使用於電 腦之終產品。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 用於本發明製備碟片之多相陶瓷基質材料可為一陶瓷 -陶瓷複合材料或陶瓷-金屬複合材料，此類多項陶瓷基質 材料之特定例示之相包括：B4C/A1B24C4/AUBC、TiB2/ AIB24C4/AI, ZrC/ZrBx/AK T1B2/B4C/AK A1B24C" A1B12/A“BC、SiC/BJ/Al、B4C/AI4BC/AI、 AlBi 2/ AUBi-sU/Al、B4C/A1B2/A1/A14B(^A1B24C4/A1B12/A1/ Si Bx。下檫X表示化合物可有不同化學計量。較佳地，形 成本發明磁碟基材之材料為鋁硼碳化物（A1 -B-C)複合材料 。該（A1-B-C)複合物材料包含至少一含硼相、至少一含碳 相及至少一含鋁相，其中各相可Μ瑱充陶磁加Μ混合，填 充陶瓷擇自硼化物、碳化物、気化物、氧化物、矽化物及 其等混合物及組合。所使用之填充陶瓷較佳為多相陶瓷基 質材料體積之卜50體積百分比。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 9 301743 A7 B7 五、發明説明（7 ) 多相陶瓷基質材料可能包含相對硬及軟相，其中較硬 相較佳地均勻分佈在較軟相之中，若需要非均相，較硬材 料可集中在特定區域中。而較軟相則集中在另一區。為目 前硬碟基材之應用，儘管預期未來磁碟基材之某些區域較 其他區域更加紋理化，但目前一致表面粗糙度仍為必需， 其為有必要地，較硬相以所有材料體積之30-80體積百分 比存在，更必要地，40-60體積百分比，較軟相之硬度較 較硬相低25-75百分比，更好為低於50-70百分比。同樣較 佳地，介於較硬及較軟相陶瓷介面至少50百分比為游離金 屬。 多相陶瓷基質材料較佳地由結晶材料粉粒化陶瓷所製 ，該材料為0.1至50um直徑之晶粒，較佳為0.1至5um直徑 。由於多相陶瓷基質複合物之各別相具不同硬度，如此粒 度分佈可控制材料之表面粗糙度，使其於拋光後仍保有峰 、谷及平台。該結晶粒子可為穀粒狀、桿狀或碟狀。表面 粗糙度提供一 ”紋理化”表面以防止使用中發生粘合。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 事實上，本發明之多相陶瓷基質材料可以具有一控制 表面粗糙度，其於拋光之同時形成，如此，該磁碟基材具 有一平均粗糙度值Ra從1-2000 A。取決於不同拋光技巧 ，多相材料之各相平均粗糙度值較佳地由1-200A。此處 揭露之基材具一表面成品Μ足K於其上濺鍍或沉積磁性介 質。若必要可於多相陶瓷基質材料基材與磁性介質間施Κ 不同層之材料。 本發明可用之陶瓷-陶瓷複合材料為一第一陶瓷及一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 10 B7 五、發明説明（8 ) 第二陶瓷合併所製成，第一陶瓷及第二陶瓷各擇自硼化物 、氧化物、碳化物、気化物、矽化物及其等之組合，陶瓷 之組合實例包含硼碩化物、氧気化物、碳気化物、氧碳化 物及碳気化物。可使用兩種Μ上陶瓷以生成陶瓷複合材料 用Μ製成複合材料之陶瓷粉粒典型Μ化學鍵結至陶瓷 粉粒之硼、氧、碩、気或矽的金屬，該鍵結金屬可擇自含 硼、矽、鎂、鋁、鈦、釩、鉻、鐵、鎳、銅，鈷，褡、鈮 、鎢、朗、锆及其等之合金。 相較於單相材料，多相陶瓷-陶瓷複合材料之一主要 優勢爲，其額外相（第二、第三或更多〉可加強第一相Μ增 加複合物之抗斷裂韌度。例如，當一相為穀粒而額外相為 桿狀或碟狀等其它形態，則可增加其抗斷裂靭度。 第一及第二陶瓷適當組合之特定例包括Sic/au〇3及 TiB2/SiC。西爾龍（SiALON)亦為本發明所適用之多相陶瓷 -陶瓷複合材料例，西爾龍由含鋁化合物、含矽化合物、 氧及氮所製成。 本發明所使用之多相陶瓷-金屬複合材料至少有兩相 ，其中一相為起始陶瓷，另一相為金屬。若存在其他相， 則可能為起始陶瓷與金屬反應之產物。 該陶瓷-金屬複合材料較佳有4-30體積百分比之殘留 游離金靥，更佳為4-15體積百分比。其有必要的，少於 50%之殘留金屬存在於陶瓷-陶瓷介面，其更有必要的，大 多數游離金屬只存在於間隙中。 11 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210x297公釐） Α7 Β7 五、 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 發明説明（9 ) 本發明所用之多相陶瓷-金靥複合材料可由結晶陶瓷 粉粒及一金屬所製成，該金屬擇自含矽、鎂、鋁、鈦、釩 、鉻、鐵、鎳、銅，鈷，褡、鈮、鎢、鉬、锆及其等之合 金所組成之組群。於提昇溫度時，如金屬熔點或更高溫， 該金屬可能也可能不和陶瓷粉粒反應，該陶瓷粉粒可擇自 有硼化物、氧化物、碳化物、氦化物、矽化物及混合物所 組成之組群團。陶瓷組合例包含硼硕化物、氧氮化物、氧 磺化物及碳氮化物。 用Μ生成複合材料之陶瓷粉粒典型包含金靥，該金屬 化學鍵結至陶瓷中的硼、氧、磺、気或矽。該鍵結金屬擇 自含硼、矽、鎂、鋁、鈦、釩、鉻、鐵、錁、銅、鈷、褡 、鈮、鎢、鉬、锆及其等之合金的組群。 使用陶瓷及金屬之組合Μ生成多相陶瓷-金靥複合材 料之特定例包含：B4.C/A1、SiC/Al、Α1Ν/Α1、TiB2/Al、 A“〇3/Al、 SiBx/Al, Sil/Al、 SiC/Mg、 SiC/Ti,

Si C/Ms~AlΛ AI2O3/AI、 SiBx/Ti、 B4C/Ni、 B 4 C/T i > B4C/Cu、 Al2〇"Mg、AI2O3/T1, TiN/Al、TiC/Al、 ZrB2/Al、ZrC/Al、AlBi2/Al、A1B2/A1、A1B24C"A1、 A1B"/Ti、AlB24C"Ti、TiN"i、TiC/Ti、ZrlWTi、 TiB2/B4C/Al、 SiC/TiB2/Al、 TiC/Mo/Co、 ZrC/ZrB2/Zr、 TiB2/Ni、TiB2/Cu、TiC/Mo/Ni、SiC/Mo、TiB“TiC/Al、 TiB2,/TiC/M、TiB2/Ti(VTi、WC/Co及 WC/Co/Ni，下橒’， x”用M表該化合物可有不同化學計量。 較佳地，生成本發明之硬碟基材材料為硼碳化合物基 本紙張尺度適用中國國家標準（cns )M規格（2ΐ〇χ297公釐） .^m· asi m·— mu In··— ml·* mu· ϋ··-— ·_111 mB.1 ϋϋ— ΙΒΙϋΒΒΙ n^ii-*V ml ϋ·ϋ·1 —mmtMmt ml —an— emmmtit ϋ d IT (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)- 12 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 3017^3 A7 B7 五、發明説明（10 ) 質材料，硼碩化合物陶瓷可和任何金屬合成κ生成硼碳化 合物基質材料，但鋁為較佳的金屬，其生成A1-B-C複合材 料。因鋁質輕、可導熱、且易和硼碳化合物反應。鋁最好 Μ合金使用之，較之純鋁其可提供一改良之韌度。鋁和一 種Μ上的銅、鎂、矽、錳、鋅等之合金爲較佳，該合金如 AL-Cu、AL-Mg、Al-Si、Α1-Μη-Mg、及 Al-Cu-Mg-Cr-Ζη等 之混合物為較佳，該類合[金之例為6061合金、7075合金 及13 5 0合金，其等由美國賓州匹Η堡A1 u n i u in C 〇 m p a n y 〇 f Amer i ca所製造。

Al-B-C複合材料之獨特特性爲其化性、微結搆及性質 之可變性，取決於起使材料及其各別層、加溫過程及用Μ 製造A1-B-C複合材料之製造條件。可製造不同之A1-B-C複 合材料材料，其產物範圍自富含金屬至無存在金屬。 由於材料之性質及物理表現，A1-B-C複合材料為生成 硬碟基材之理想材料。舉例而言，該A1-B-C複合材料可具 小於38/(：〇:之密度，較佳則為2.58-2.7(^/(：(：，至少為220 GPa之彈性模量，較佳為220-380GPa，至少為450MPa之抗 彎強度，較佳為450-650MPa，至少為4MPa-m1/2之斷裂韌 度，較佳為4-12MPai1/2，於30磅承載下至少為700 Kg/ππη2之凡克思硬度（Vinkers)，較佳為 700-1700Kg/min2 ，最大為 l〇-3ohcm之電阻，較佳為 l〇-3-l〇-3ohm-cffi，20 -40W/m-°C之熱導係數（於 20(TC下〉，5·3 X 10·6 - 7. IX 10〃/°C之熱膨係數，且可完成其表面粗度小於 200A。此外，該Al-B-C複合材料經密實後所造成之維度 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） —ll·------#1. (請先閱讀背面之注意事項再填{馬本頁y

、1T -13 - 301743 A7 B7 五、發明説明（η ) 變化典型上小於2%。 較佳A1 -B-C複合材料之其它主要性質為其特定剛度及 其熱膨脹係數。特定剛度為材料之一性質，其用Μ將阻止 加速和減速時所產生之内部負載而造成之撓曲量化，特定 剛性之定義為材料於張力下之彈性係數除Μ材料之密度。 A1-B-C複合材料之特定剛度可大於8· 3x105 cm且較好大於 14.3xlOsm，其中該特定剛度為重力所產生之加速度（9·8ιη /s2>正常化。佔優勢的，該材料具接近鋁金屬之熱膨脹係 數，其為7.1Xl〇-s/eC-8Xl〇-s/°C。因此，若某些電腦元 件如主軸軸承由鋁製成，和某些A1-B-C複合材料所製成之 硬碟基材，當曝露在因使用所集結的熱時，此兩種材料會 以大約相同的量膨脹。 因複合材料的特性不同於現今所使用硬碟基材材料者 之特性，A1-B-C複合材為硬碟基材非預期之良好選用材 料。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁> 第1表為非鋁電腦硬碟另類基材材料之特性比較圖。 箭頭表示是否一較高或較低值為所欲者。A1-B-C陶瓷係一 製造基材之極佳材料，因其質輕、導電佳、較其鋁先質強 韌且硬，其密度低於其它陶瓷，導電性則接近純鋁金屬， 強度佳，斷裂韌度非常好、且其硬度超乎滿意。如所視， A1 -B-C複合材料可輕易符合或超越基材所須之所有性質。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 14 A7 B7 五、發明説明（12 ) 鋁 氧化鋁 氧化砂 傳統 陶瓷 鋁硼磺陶瓷 密度 2.7 3.95 3. 17 2.7 <3 彈性模量 GPa 个 6.8 380 414 83 220 - 380 單位模量 Ώ 个 2.57 xi〇-6 9.8 X106 13.3 X10e 3. 13 X106 8.3-14.3 X106 電阻係數 oh m-c m 10_5 10" 105 1013 <icr3 抗彎強度 MPa 个 70 450 450 200 450- 650 斷裂韌度 MPa 个 23 4 3.5 1-5 4-8 硬度 Kg/mm2 个 30 2000 2500 650 700- 1700 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 鋁硼碳複合材料典型包含B4c、A1B24C4、A13-4BC、 A1B2、A1B12、Al12ca、AlBi^C*及游離金羼鋁之相。較 佳材料為B4C榖粒、鋁及至少三種其它陶瓷相所製成之多 相材料，較佳為A1B24C4、A13〃BC及A1B2。該B4C晶粒較 佳地小於10um且須圍繞以鋁硼及鋁硼碳之相。另言之，該 複合材料具一連續Al-B、B-C及A1-B-C之陶瓷結構。於B4C 陶瓷基底材料之特定結合相表現一微硬度19-3200kg/miii2 之梯度，游離金屬鋁之撤硬度為19kg/mffl2，而B4C為2750 -3200kg /mm2，AΙΒμ為 2600kg/ mm2，2530-2650 kg/mra2，A13-4BC為 1300-1400kg/mffl2，A1B2約 980kg/inin2。 15 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 30^ A7 B7 i、發明説明（13 ) 第3表說明該A1-B-C複合材料基材於拋光後之表面漸 次粗度，該漸次值為平均粗度Ra，其隨不同拋光化合物及 技術而不同。例如，對一特定拋光程序B4 C相是最硬的， 因此，其於拋光步驟中除去極少材料。次較硬相為A14 BC ，其除去500A材料，其次之A1B2除去700A材料，若於反 應後仍剩餘純金屬鋁，其移去2000 A材料，其取決於抛 光條件。可明顯減少步驟之差異，而得到一較小Ra。該作 用提供自動紋理化於本發明拋光時同時發生，藉由本發明 所使用的方法可實際控制相的硬度，本發明控制基材表面 之自動紋理化。 製造由多相陶瓷基質複合材料所生成的硬碟基材方法 之一為混合適當粉粒Μ加壓或無壓燒結形成先質。適合之 粉粒混合物可爲如陶瓷/陶瓷粉粒混合物或陶瓷/金屬粉粒 混合物，混合法可為任何如乾混或濕混之傳統混合法。可 Μ傳統方法如條帶鑲成，押出、射出成形、押模、件組、 壓縮成形、滑脫鑄造等生成粉粒先質多孔體。多孔體之孔 隙度之較佳範圍在10至75百分比之間，更佳在25至50百分 比之間，最佳則在25至35百分比之間。為生成多孔體，可 於生成先質之前將黏合物加入粉粒中。若使用黏合物、則 必須進行去除黏合物之操作。舉例而言，在惰性氣體環境 下加熱使..黏合物沸騰散逸。 隨後，以加壓或無壓燒結該先質密度大於98%理論密 度較佳地大於99. 5%。 燒結後，該密實體可Κ機械加工成形及/或Μ拋光介 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、言 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 16 301743 Α7 Β7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（Η 質加Μ拋光。此外，可在該密實體之表面鍍膜質以改善其 表面平滑度或提供其它所欲性質，其如下文討論。 本發明另一方面關於一生成多相陶瓷基質材料之方法 ，其包含陶瓷多孔體之生成及其後金屬之滲入陶瓷Μ生成 硬碟基材。多孔體的生成可伴隨陶瓷粉粒之帶鑄造，其粉 粒之較佳榖粒尺寸為0. ：L-50iim，其更佳平均直徑小於lOuin ，最佳小於5nm。較佳地為堆積起見，該粉粒具落於上述 範圍的廣泛晶粒分佈。 反應速度（反應動能〉影饗材料中的相及結構形態且其 經控制而得所欲材料，舉例而言，當先質陶瓷材料為硼碩 化物。其為特別有益的，若增加碩化物中碳的數量Μ減少 碳化物的反應能力且於較嚴格控制環境來增加產物中相的 數目。儘管有大約同樣數目的相未經如此控制，但藉由減 弱碳化物先質材料的反應能力Μ控制相的數目將有助於了 解存在有那些相。 作為其它控制材料中相及形態結構的方法，包含一鈍 化多孔體之步驟有時是有益的。以硼碳化物陶瓷為例，將 其於滲入步驟前加溫至1300°C-1800°C，如此可鈍化其表 面且更易控制滲入步驟之反應動能。鈍化步驟可於1800。C Μ上進行，然而在高於此溫度下並未觀察到鈍化反應之改 良。完成鈍化步驟之較佳溫度介於1400。C至1450。C之間， 鈍化步驟可發生在氮、氬或任何其它氣體中，但較好完成 在1分鐘至20小時氬氣環境下，多孔體的厚度將決定滲入 步驟所需之時間，Μ利整個多孔體材料。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁y 4. 、11 17 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 1、發明説明（15 ) 若該陶瓷基質複合材料不須表面平滑，則可省略鈍化 步驟。當省略鈍化步驟，直接將金屬滲入多孔體，無鈍化 陶瓷體之滲入對硬碟基材提供50體積百分比之雙層及三層 之A1-B-C反應相，該型產物可達20至30A粗度，若欲進一 步改善材料之表面平滑度、相一致性或縮小峰谷之範圍， 則需對材料之相及表面形態結構施Μ額外控制如鈍化步驟。 鈍化後，滲入步驟可Μ熱（融）摻入、真空滲入、加壓 滲入、重力/熱滲入及其它已知方法Μ完成滲入步驟。例 如，將陶瓷多孔體揷入兩片金靥箔片中，隨後加熱至足夠 溫度Μ熔融金屬箔片，進而使金靥滲入該陶瓷體，Μ完成 滲入步驟。Μ金屬箔片之金屬熔點作為步驟操作時之溫度 。例如，若使用鋁則滲入步驟溫度應大於700° C，但較佳 為900-1200°C。再者，可於真空、常壓或加壓下進行滲入 步驟，其環境可為氬之鈍氣，若施K壓力則可降低滲入溫 度。此技法之一原來技巧已知許多熔融金屬及將其加入多 孔陶瓷之法。較佳的金屬為鋁，且特別佳地將硼碳化物加 入兩片鋁箔中，並加熱該結構，Μ整合鋁及多孔硼碳化物。 於金屬滲入多孔陶瓷體過程中，該多孔體可置於抗熱 平板中以保持其形狀。例如陶瓷多孔體先插入鋁箔中，然 後將塗佈Μ鋁氮化物粉粒之鋁氦化物基材置於鋁箔之外層 。於是該堆從上至下之組成為鋁気化物基材、鋁気化物粉 粒、鋁箔、陶瓷多孔體、鋁箔、鋁氮化物粉粒、鋁氮化物 基材。因鋁気化物不為熔融鋁所滲入，所Μ選擇鋁氦化物 可做為耐熱基材及粉粒的材料，如此鋁只能滲入陶瓷多孔 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 18 ^01743 A7 B7 五、發明説明（16 體中，陶瓷條帶/金屬箔具有許多不同堆叠方式，其等皆 可用於此方法。 進行滲入直到該金屬滲入陶瓷體以密實，藉Μ密實該 多孔體以達98%理論密度，更典型地大於99.5¾，使用金屬 滲入Μ密實該多孔體時，該多孔體之密實線性收縮小於2¾ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 可藉由所使用陶瓷等级的改變及/或殘留較多數量之 未反應金颶於陶瓷介面中，而無需改變其密度，而改變多 相陶瓷基質材料之韌度。 滲入步驟之額外熱處理步驟可增加反應金屬之數量及 多相陶瓷基質材料之一致性，特別於鋁硼磺之粒中，該額 外熱處理加熱該滲入體至625-1000° C至少一小時，較佳熱 處理溫度為625-90(Τ(：，加熱時間爲25-50小時，熱處理步 驟可於空氣、氮氣或氧氣中進行，於熱處理中可達成多相 形成至最大控制，熱處理可為高溫長時間或低溫短時間。 可藉由改變製成狀態Μ控制多相陶瓷基材之整體性 質，其包含於起始陶瓷接觸金屬前先施Μ熱處理、滲入溫 度及時間、以及滲入陶瓷體之熱處理。 於滲入步驟及選擇性熱處理步驟之後，冷郤該滲入體 Μ固化所滲入金屬，之後，Μ拋光中介施Μ拋光或機械加 工成所欲形狀，其為有必要Μ拋光中介加Μ拋光，如此可 使該碟片基材之表面具一致平均粗糙度，其為1-2000 A， 較之較軟相如金屬鋁，硬相如碳化硼較不易為拋光，因此 於材料表面生成峰、谷及平台，這些峰谷造成表面之紋理 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁> - 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 19 A7 -----!Z_ 五、發明説明（Π ) Μ及粗糙度，如上文所討論，Μ尖針探測儀測得於拋光後 表面具一梯度屬性，造成本發明中紋理化具獨特優勢，' 因其可不須鎳磷塗怖，若省略該步驟則因無鎳磷層溫度限 制（其轉化溫度為270° C)，可提高其濺度磁性中介溫度。 若須次表面塗怖（於磁性中介層下），該次表面材料可 爲金屬（如鉻、鎳、鈷、矽、鋁、銅、鈦或鎂）、金屬合金 、金屬氧化物、金屬気化物、金屬炭化物、玻璃、聚合材 料及其等之組合，塗怖可為線晶或非均態，塗怖方法可為 任何密實塗佈如原子沉澱、粒子沉澱、大型塗怖或表面改 質，最傳統之鎳磷塗佈法為電種鍍法，若有益，亦可使用 其它下部塗鍍物於鎳（磷）下，如金、銅、 、鈷、銀或鋁 ，此下塗鍍物具不同作用，如減少基材及塗佈樹脂之熱膨 差異、改善黏合、結合或種晶製程，可進一步處理塗佈物 以增加其全部（數據表面及讀寫區）或一部（讀寫區）之紋理 ，可Μ如機工技術、化學技術、光學技術、電子技術或其 等之組合Μ完成進一步處理。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁y 使用另類塗佈材料Μ取帶傳統材料之一優點為其可容 許較高之磁性中介應用溫度（大於270°C)，若可於270°C Μ上施Μ磁性中介，則其將可Μ利用須較高溫度之鐵酸鋇 (BaFei2〇13>M為磁性中介材料，該磁性中介較傳統之磁 性中介之抗磁性為佳，另一提高傳統磁性中介抗磁性之方 法為添加各種金屬（其亦須高應用溫度），例如，下列材料 組合為已知之改善方案：鈷-鉻-褡、鈷-鉻-鈀、鈷-鎳-鉻 、鈷-鈦及鈷-鈦-鐵酸鋇，再者，選擇高應用溫度有助於 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 3017^3 A7 B7 五、發明説明（18 ) 不同新的、改良磁性中介'之發展，高溫磁性中介可直接使 用於硬碟基材上或硬碟基材上之耐高溫次表面層上，舉例 而言，當硬碟基材表面過於粗糙或要求磁性中介之介面生 長方向時，磁性中介層可施於耐高溫次表面層上。 另一方面，基材上塗佈Μ鎳可使今產業製程及磁性中 介繼續使用，取決於基材之形態及要求之性質，如硬度等 级或平滑度等级、不同合金原件如將磷、銅及鉻加入鎳中 〇 本發明所使用之多相陶瓷基質複合材料之另一優點為 ，其於複合材料和塗佈物間產生一較傳統鋁基材及鎳磷間 為佳之黏合力，複合材料基材之拋光優先去除表面之游離 金颶，於表面留下谷紋，當於拋光表面塗佈Μ塗怖材料時 ，該塗佈材料填滿表面上所有空隙，包含谷紋，其提供一 額外機工黏合於複合材料及塗佈物間。 經濟、那中央標準局員工消費合作社印製 此外，複合材料/金屬塗佈介面之化性不同於鋁/金屬 塗佈介面之化性，於鋁硬碟基材例中，金屬（如鎳磷）層直 接黏合於鋁上，於陶瓷基質材料硬碟基材例中，Μ—主要 爲陶瓷-塗佈-金屬複合物之過渡區分隔純金屬層及陶瓷基 底材料硬碟基材，其中陶瓷為起始陶瓷，金屬爲塗佈金屬 ，例如，於塗佈Μ鎳之硼碳化物/鋁複合材料例中，過渡 區大都由碳化硼-鎳組成，其典型為l-10uin厚，更典型為1 -5uin厚，視鍍膜狀態而定。 無論多相陶瓷硬碟基材上是否有如鎳或鎳磷等次表面 層，其更進一步處理可含於基材上濺鍍一磁性中介，磁性 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 21 301743 A7 B7 五、發明説明（η 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 中介塗佈厚度為100-1000Α，其成份如鈷-鎳、鈷-鐵、鈷 -鎳-磷、鈷-铼、鈷-鉑、鈷-鉻、鈷-鎳-鉻及鉻-鈦。 據此，本發明提供一硬碟基材及其製造方法，其中該 材料具高硬度、高耐磨性、高斷裂韌度、高受潮能力、低 密度、高單位剛度及具導電性，此外，由此材料所製成之 基材表現出組合性質之獨特表現，如高剛度及高韌度、高 硬度及高強度、高剛度及高受潮能力，再者，生成該硬碟 基材之材料於密實過程中只有少數收縮。 以下之實例只做爲說明，而非發明之限制，本發明之 較適當描述於專利申請範圍中。 以下實例中所使用之材料皆如下文製備，然而，下例 討論由基質材料製造空白板或條帶Μ製成基材之不同方法 ，空白板製成後，可機槭加工成基材形態，及濺鍍磁性中 介於其上，例中之第1步驟為條帶鑄造，其包含硼碳化物 粉粒完全分散水性懸浮液之製備，將ESK1500碳化硼粉粒（ ESK說明書，由 Elektrischemltzwerk Kempten of Munich ,Germany製造，平均粒度為3um)M55%髏積之粉粒承載量 分散於水中，其於PH = 7M全部懸浮液體積為基準，此外， 重複施Μ超音波Μ打散軟凝塊，一旦備好懸浮液，立即Μ 635meSh之濾網過濾該懸浮液Μ去除硬凝塊及外界雜質， 過濾後，將懸浮液除氣以去除陷阱氣泡，陷阱氣泡不單會 造成條帶的失效，因其無法完全為熔融鋁所充填，亦會於 乾燥中產生斷裂。 懸浮液製備後，加入如Rhoplex ΗΑ-8之乳狀粘合劑， (請先閱讀背面之注意事項再C寫本頁/ -1¾. 訂 #! 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 22 301743 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（2〇 ) 其為 R 〇 h m & H a a s 〇 f C a m b r i d g e , M a s s a c h u s e 11 s 擁有之 商標，該特殊乳液優於其他乳液之原因為其所含之分散劑 加強水性懸浮液在親水性Mylar 聚乙烯（其商標為E. I. du Pont de Nemours & Co., Wilmington, Delaware, U.S. A.)之潤濕，於薄膜上該懸浮液鑄成條帶而不需任何 潤濕劑，為製造可彎曲條帶，其可被剪裁而不損壞，需加 入Μ硼碳化物粉粒重量為基準之7%乳液，然而為製造可多 層堆積之條帶，較佳地使用10%乳液結合劑，當加入乳液 結合劑須小心勿使生成氣泡。 以速度1. Scin/sec手術刀將該結果硼碳化合物浮懸液及 乳狀黏合劑混合物於配向聚丙烯薄膜（Mylar D film)上鑄 成多層條帶，於鑲成後，無需任何特殊裝置將條帶於室溫 下乾燥，可乾燥達20mil(500um)厚度之條帶而無龜裂，視 條帶厚度決定乾燥時間，其範圍由10分鐘-12小時，乾燥 後，將條帶自Mylar薄膜剝下並剪裁成所欲尺寸，此條帶 可推叠於另一條帶上，也可於常溫下同軸壓縮黏合。 於條帶鑄成後，下一步驟為短時間去黏合而不使產生 龜裂或彎屈，將不同厚度之層昼及單一條帶置於耐高溫平 板中，M100°C,/h加熱至500°C，於500°C浸放2小時，於流 動気中Μ 100° C/h冷卻至常溫，其結果去黏合條帶將平且 無龜裂，所有去黏合時間不到1小時，去黏合後，該多孔 體可滲入Μ熔融鋁，以鋁箔處理時，Μ不同方法裝配去黏 合條帶Μ防止滲入或冷卻中產生彎曲。 下列各例係利用上述各不同構成之鋁硼碳化物材料Μ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁·.) I訂 23 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 〇〇17 4 3 A7 B7 五、發明説明（21 ) 於硼磺化物中滲入鋁，可利用數種其它不同反應金屬經由 真空滲入或於相鄰陶瓷旁熔融金屬箔片，嘗試下列方法Μ 使條帶平整，於例1-7中，如所述安排鋁及硼碳化合物Μ 製成條帶，於氬氣氛以900°C加熱該排列物，如此，鋁可 滲入陶瓷條帶中。 實例1 鋁氮化物基片上有一層鋁箔，於鋁箔上有硼碳化物磁 帶。 實例2 如實例1所使用之鋁氮化物基片，但硼碳化物陶瓷磁 帶係揷入兩片鋁箔中。 實例3 Μ之製程製備條帶，但鋁氮化物基片係置於條帶上下 兩面。 實例4 平置一鋁氮化物基片，並於其上置放砸碳化物陶瓷磁 帶，於硼碳化物條帶上堆叠三層鋁九厚之鋁丸。 實例5 將硼碳化物條帶插入兩鋁気化物基片中，然而，上層 板和中層板隔開，Μ鋁紈加入該分隔板中，並將此安排置 於爐中，隨壚溫度上昇，鋁九熔融並滲入分隔碳化鋁基片 中且透過碳化硼陶瓷條帶之多孔。。 實例6 另種由（a)鋁気化物基片板、（b)鋁箔及（c)硼碳化物 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁〇 Γ -24 - 301743 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（22 ) 陶瓷條帶搆成之四層堆叠Μ製成多層條帶。 實例7 於一鋁氮化物基片上依序覆一鋁箔、一硼碳化物陶瓷 條帶及另一鋁気化物基片。 於實例1-7所使用製造功能條帶之方法中，Μ實例3中 製造平坦鋁硼磺條帶之法為最有效。 實例8 將根據上述方法製備之硼碳化合物條帶於1425°C鈍化 1小時，Κ實例3方法將鋁滲入於鈍化硼磺化物條帶，於空 氣中M 700°C熱處理該滲入條帶25小時，該熱處理條帶具 一均勻顯微結構，及其化學組成為磺化硼、磺硼四鋁、二 硼化鋁及鋁，該熱處理條帶於30磅承載時之凡克思（Vi eke rs)硬度為1400Kg/mm2、斷裂韌度為6.3MPai1/2、彎曲強 度爲520MPa、導電度為lCr4ohin-ciinn及楊氏模量為290GPa Ο 實例9 將未經鈍化之上述方法所製備之硼碳化物條帶直接Μ 實例3之方法加以值佈，此滲入磁片無施以熱處理，該磁 帶之主要成份為碳化硼、二硼化鋁、四碳二十四硼鋁、碳 硼四鋁、鋁及十二硼鋁，此條帶於30磅承載時之凡克思（V ickers)硬度為 825Kg/nnn2、斷裂韌度爲 7.5MPa-m1/2、彎 曲強度為590MPa、導電度為l(r4ohni-Cinin及楊氏模量為235 GPa 0 實例10 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐）

(請先閱讀背面之注意事項再填窝本頁A 訂 25 301743 A7 B7 五、發明説明（23

Μ 30,000Psi之等靜力壓力加壓將四片硼碩化物，使 之層板化。隨後，將該層板去黏合並揷入兩鋁片中，將其 於真空下加熱至1000°C使熔融鋁滲入多孔硼磺化物，以此 法製造功能化層板，其厚度爲45mils(1125um)，其次，Μ 220砂度之氧化矽砂紙去除朋碳化物表面上多餘之鋁，之 後，將該層板削磨至31.5mils(787.5um)後，並M6um及1 um之鑽石膏硏磨至25mils(625um)，再以膠體二氧化矽硏 磨四小時，所得表面粗糙值Ra為30 A，峰谷距離為300 A (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁·) ·«今 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 實例11 根據實例10中之方法並去除多餘鋁所製成之鋁硼碳化 物層板，削磨層板使之粗糙度質為1600-2000A，Μ丙嗣 清洗1分鐘再Μ甲醇清洗1分鐘，將層板浸入溶液中加Μ鋅 酸鹽化，該溶液含100克氧化鋅、525氫氧化鈉及1升之HPL C级水，鋅酸鹽化後，以流動水清洗1分鐘後，將該層板浸 入” Nicnloy”22溶液中，其為一含鎳溶液由Shipley Compa ny, Inc.,製造，此溶液溫度為85°C，之後，再Μ流動水清 洗1分鐘，所得到層板之密實塗佈鎳層厚度為16-18um，鍍 鎳層板之交昼區為介於鍍鎳層及鋁硼碩化物複合材料為一 均勻B4C-Ni之過渡區。 實例12 削磨並硏磨該層板至180 A表面完成，再於20° CM — 水基質溶液電鍍Μ銅，此溶液含188克/升比例之CiiS〇4、 74克/升比例tH2SCU及1滴/500毫升比例之木膠，Ml伏特 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 26 A7 B7 S〇1743 五、發明説明（24 ) 之電壓及0. 6-0.8安培之電流進行電鍍，三分鐘後，產生 一均勻銅電鍍層並緊密結合至鋁硼碳條帶上。 請 先 閱 讀 背 5 意 事 項 再 Η ι 訂

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Claims (1)

1. ABCD 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 301743 ☆、申請專利範圍 1.一種硬碟基材，其包含一多相陶瓷基質材料，其至少有 兩相，且非晶形相佔陶瓷基質材料體積至多1%體積，或 具有至少二相之多相陶瓷基質材料，其中至少一相含游 離金屬相。 2·根據申請專利範圍第1項之棊材，其中多相陶瓷基質材 料為由第一陶瓷及第二陶瓷組合所製成之多相陶瓷-陶 瓷基質材料，該第一及第二陶瓷為硼化物、氧化物、碳 化物、気化物、矽化物或其等之組合。 3·根據申請專利範圍第2項之基材，其中多相陶瓷基質材 料含至少一含硼相、至少含一磺相、至少一含鋁相，其 中各相可以填充陶瓷加以混合，該瑱充陶瓷擇自硼化物 、碳化物、氮化物、氧化物、矽化物及其等之混合物及 組合，填充陶瓷之使用量為1-50體積百分比，其Μ多相 陶瓷基質材料之髏積為基準。 4. 根據申請專利範圍第3項之基材，其中多相陶瓷基質材 料為由一陶瓷及一金屬組合所製成之多相陶瓷-金屬複合 材料，該金屬擇自矽、鎂、鋁、钛、釩、鉻、鐵、鎳、 銅、鈷、妲、鈮、鎢、鉬、锆及其等之混合物和其等合 金之組合，且陶瓷為擇自硼化物、氧化物、碳化物、氮 化物、矽化物及其等之混合物和組合。 5. 根據申請專利範圍第4項之基材，於其碟片表面進一 步含一含鎳層。 6. 根據申請專利範圍第4項之基材，其中該陶瓷基質材料 含一鋁硼碳化物複合材料，且該基材進一步含一含鎳層 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐）

   301743 Α8 Β8 C8 D8 六、申請專利範圍 於其碟片表面和一介於複合材料及含鎳層間之含綳碳化 合物與鎳之過渡區。 7 ·根據申請專利範圍第6項之基材，其中該陶瓷基質材料 含一鋁硼碳化物複合材料，且該基材進一步含一磁性介 質層沉積於其上，一界質層為一需在溫度為270。C以上 沈積之材料。 8·—種製造如申請專利範圍第7項之丨基 • u：y ：·. ': 材的方法，該方法包含： ’'~-一· ^ 生成一平坦多孔陶瓷體；及以金屬滲入多孔隙陶瓷中， 藉以製造多相陶瓷基質電腦硬碟片。 9 ·根據申請專利範圍第8項之方法，其進一步含一步驟為 在滲入步驟前，將多孔陶瓷加熱至1300°C至130(TC以使 之鈍化，以致表面將被鈍化，且可控制滲入步驟時之反 應動能。 10.根據申請專利範圍第8項之方法，其進一步含滲入步 驟後之額外熱處理步驟，其中該額外熱處理步驟以加熱 滲入碟片至625° C至1000° C達1-50小時以完成該步驟。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 9 2 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐）