WO2006115016A1 - 薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料 - Google Patents

薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料 Download PDF

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WO2006115016A1
WO2006115016A1 PCT/JP2006/307470 JP2006307470W WO2006115016A1 WO 2006115016 A1 WO2006115016 A1 WO 2006115016A1 JP 2006307470 W JP2006307470 W JP 2006307470W WO 2006115016 A1 WO2006115016 A1 WO 2006115016A1
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film magnetic
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powder
thin film
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Hidetaka Sakumichi
Shinzoh Mitomi
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Hitachi Metals, Ltd.
Nippon Tungsten Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a ceramic substrate material for a thin film magnetic head used for a thin film magnetic head slider of a hard disk drive device.
  • a hard disk drive device is a typical information recording device conventionally used in personal computers and the like. In order to meet the above requirements, it is required to increase the capacity of the hard disk drive and to reduce the size of the device.
  • AlTiC Al 2 O—TiC ceramics
  • It contains Al O as the first phase and TiC as the second phase, and has excellent thermal conductivity and precision processing.
  • Examples of materials having high thermal conductivity include Al 2 O—SiC ceramics and Al 2 O—TiB—T.
  • Examples include iC ceramics. However, the dispersed particles present in these ceramics are extremely hard, and are suitable for thin film magnetic heads that are subjected to fine and precise processing and require an extremely smooth processed surface. [0007] As another material with high thermal conductivity, Al O WC ceramics with WC added to Al O
  • Tas has almost the same hardness as Al O powder and WC powder, and is generally good processed
  • Patent Document 1 has a higher thermal conductivity than Al 2 O! And contains 10% to 90% by volume of WC.
  • Permissible Literature 2 describes the strength and toughness of AI O-WC ceramics disclosed in Patent Literature 1.
  • Patent Document 4 includes Al 2 O 3 -W disclosed in Patent Document 3.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 3-290355
  • Patent Document 2 JP-A-6-9264
  • Patent Document 3 JP-A-5-279121
  • Patent Document 4 Japanese Patent Laid-Open No. 6-340481
  • Al O—WC ceramics are applied to the ceramic substrate for thin film magnetic heads.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and its object is to provide high thermal conductivity and workability suitable for a thin film magnetic head, and to generate dust. Low, provide ceramic substrate material. Means for solving the problem
  • the ceramic substrate material for a thin film magnetic head of the present invention comprises 25% by volume or more and 70% by volume or less of WC, and the balance mainly containing Al 2 O 3.
  • nitrogen content is 0.1% by mass or less, 0.5% by mass or less, and 0.5% by mass, respectively.
  • the average particle diameter of the WC is 0.6 m or less.
  • the metal is Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zr,
  • a group force consisting of Nb and Mo is at least one selected from the group, and is dissolved in the WC.
  • V a force, or a carbide of the metal or an oxide of the metal.
  • the substrate of the present invention also has the above-described material strength of a ceramic substrate for a thin film magnetic head.
  • a thin film magnetic head slider of the present invention includes a substrate made of any one of the above ceramic substrate materials for a thin film magnetic head, and a writing element and a reading element held on the substrate.
  • a hard disk drive device of the present invention includes the above thin film magnetic head slider.
  • the above method for producing a ceramic substrate material for a thin film magnetic head includes mixing WC powder having an average particle size of 0.6 / zm or less and Al 2 O powder, Al O
  • the ceramic substrate material of the present invention is excellent in thermal conductivity and workability and suppresses dust generation, and is therefore suitable for a ceramic substrate for a thin film magnetic head of a high recording density high-speed disk drive. Can be used.
  • FIG. 1 is a graph showing the correlation between the average particle size of WC powder and dust generation characteristics in Experimental Example 2.
  • FIG. 3 is a graph showing the correlation between the volume ratio of WC, the average particle diameter of WC powder, and volume resistivity in Experimental Example 3.
  • the average particle size of WC used in the present invention is 0.6 m or less.
  • the average particle size of WC is 0.6 m or less.
  • the preferred average particle size is 0.3 / z m or less.
  • the preferable lower limit of the average particle diameter of WC is not particularly limited from the viewpoint of dust generation characteristics, but considering the ease of handling, press formability, and powder preparation cost, etc. ⁇ m.
  • the mean particle size means a 50% volume diameter of the particle size distribution obtained using a particle size distribution measuring device (device name: Microtrac HRA) by a laser diffraction scattering method. .
  • the contents of metal, oxygen, and nitrogen contained in WC are 0.1% by mass or less, 0.5% by mass or less, and 0.5% by mass or less, respectively.
  • the thermal conductivity is further improved by reducing the content of impurities contained in WC (see Experimental Example 1 below).
  • the above metal is at least one selected from the group consisting of Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zr, Nb, and Mo. These metals are inevitably included in the production process of WC powder, etc., and usually exist as solute power or metal carbide in WC, but exist in WC as metal oxide. Sometimes. The smaller the content of these impurities, the better.
  • the preferred contents of metal, oxygen, and nitrogen contained in WC are Respectively, 0.01 mass% or less, 0.1 mass% or less, and 0.1 mass% or less. From the standpoint of improving thermal conductivity, the lower limit of the content of these impurities is not particularly limited.
  • the content of the metal is measured using an inductively coupled plasma (ICP) analyzer.
  • ICP inductively coupled plasma
  • the oxygen and nitrogen contents are measured using a simultaneous oxygen and nitrogen analyzer (infrared absorption method for oxygen and thermal conductivity method for nitrogen).
  • the proportion of WC in the ceramic according to the present invention is 25 vol% or more and 70 vol% or less.
  • the thermal conductivity decreases (see Experimental Example 1 and Experimental Example 3 below).
  • the ratio of WC is large.
  • the addition of more than 70% by volume only saturates the above action and causes an increase in cost.
  • a preferable ratio of WC is 30% by volume or more and 50% by volume or less.
  • the ceramic substrate material of the present invention contains WC that satisfies the above requirements, with the balance being mainly Al 2 O.
  • Al O used in the present invention is usually used for Al O—WC ceramic materials.
  • sinterability is improved by using Al 2 O having a crystal ⁇ phase ratio of 90% by volume or more and an average particle diameter of about 5 ⁇ m or less.
  • the preferred average particle size of 2 3 2 3 is 1 m or less.
  • the ceramic of the present invention may be composed of two components of WC and AlO.
  • Components other than Al 2 O contained in the parts include Mg, Si, Ca, Zr, Cr, Y, Er and Yb.
  • Oxide and it can be exemplified these composites, these content ratio in total, relative to the overall ceramic substrate material, 1. is 0 mass 0/0 or less.
  • a WC powder having an average particle size of 0.6 ⁇ m or less is prepared.
  • Such a WC powder having a small average particle diameter can be obtained, for example, by mechanically pulverizing WC coarse particles using a ball mill or the like. Alternatively, it can also be obtained by adjusting the particle size of the raw material metal W or W oxide or adjusting the production conditions during the production of the WC powder.
  • Al 2 O powder is added to and mixed with the WC powder so that the ratio of WC powder is 25% by volume or more and 70% by volume or less. Adjust the particle size of WC powder using a ball mill
  • the particle size of the WC powder may be adjusted before mixing the WC powder and the Al 2 O powder.
  • the obtained mixed powder is sintered by hot pressing (HP) or hot isostatic pressing (HIP) to obtain a desired sintered body. Alternatively, these may be combined and sintered.
  • sintering is performed by controlling the sintering atmosphere to an inert atmosphere or under vacuum, at a temperature of about 1400 ° C to 1800 ° C, and at a pressure of about lOMPa to 50MPa. It is preferred to sinter for about 30 to 300 minutes.
  • the sintering atmosphere is controlled in an inert atmosphere, and the temperature is about 1400 ° C to 1800 ° C, and the pressure is about lOOMPa to 2000MPa for about 30 to 300 minutes. I prefer to sinter! /.
  • Sample number 1 is Al O TiC
  • the amount of impurities contained therein was adjusted by controlling the production conditions of the WC powder.
  • the average particle size of the WC powder was adjusted by using WC coarse particles (average particle size of about 1.5 m) and changing the grinding time with a ball mill.
  • Ceramics were obtained by sintering this granulated powder by hot pressing in an Ar gas atmosphere at a pressure of 20 MPa, a temperature of about 1400 ° C and a temperature of about 1800 ° C for about 60 minutes for about 120 minutes.
  • Polishing efficiency * Expressed as a relative ratio when No. 1 is 100.
  • the thermal conductivities of the examples of sample numbers 2 to 7 were all 26 W / m'K or higher, and the thermal conductivity increased as the volume ratio of WC increased.
  • the polishing efficiency is about twice as high as that of AlTiC ceramics, indicating that the workability is remarkably improved.
  • Bending strength and fracture toughness have values that are practically no problem when applied to thin-film magnetic heads.
  • Sample Nos. 21 to 27 are force averages where the volume ratio of Al O to WC is constant at 75%: 25%
  • WC powders having different particle sizes are used, sample numbers 21 to 22 are examples, and sample number 23 is a comparative example.
  • Sample Nos. 24 to 27 are examples in which the average particle size of the WC powder is constant at 0.2 ⁇ m, but the volume ratio between Al 2 O and WC is different.
  • sample numbers 26 to 27 are examples.
  • WC powders Prepare various WC powders.
  • the contents of impurities contained in WC are the same in all samples, and the contents of metal, oxygen, and nitrogen are 0.01% by mass, 0.3% by mass, and 0.1%, respectively. % By mass.
  • Dust generation characteristics are as follows: A sample processed into a rod shape (size: approx. 50mm X I. 2mm X O. 4mm) is immersed in ultrapure water, cleaned with 68kHz ultrasonic waves for 1 minute, and then washed in the cleaning solution. The number of ticules (average particle size of about 0.5 ⁇ m or more) was evaluated by measuring using an LPC (laser light scattering counter). This washing operation was repeated a total of 5 times. Here, when the number of particles in the cleaning liquid after performing the above cleaning operation once was 30000 or less, it was evaluated as “excellent in dust generation characteristics”.
  • the contents of impurities contained in WC are the same for all samples, and the contents of metal, oxygen, and nitrogen are 0.01 mass%, 0.3 mass%, and 0.1 mass, respectively. %.
  • the volume resistivity of Al O-WC ceramics is the volume ratio of WC.
  • the volume ratio of WC was 25% or more, it was about 0.12 ⁇ 'cm or less. Even if such ceramics are used as the material for the magnetic head slider, there is no problem of static electricity, and it has a sufficient level of conductivity.
  • the ceramic of the present invention is suitably used as a material for a magnetic head slider for a high-density recording HDD. Further, by using a magnetic head slider manufactured using the ceramic substrate material according to the present invention, a highly reliable high-density recording HDD can be obtained.
  • the method of manufacturing the magnetic head slider using the ceramic substrate material according to the present invention and the HDD using the same can be executed by a known method, and thus the description thereof is omitted.
  • a ceramic substrate material for a thin film magnetic head used for a thin film magnetic head slider of a hard disk drive device is provided.

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Abstract

 薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板に適した高度の熱伝導性と加工性とを備えており、発塵を抑えられる薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料を提供する。本発明の薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料は、25体積%以上70体積%以下のWCと、主にAl2O3を含む残部とからなる。WC中に含まれる金属、酸素、および窒素の含有量は、それぞれ、0.1質量%以下、0.5質量%以下、および0.5質量%以下であり、WCの平均粒径は0.6μm以下である。

Description

明 細 書
薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料
技術分野
[0001] 本発明は、ハードディスクドライブ装置の薄膜磁気ヘッドスライダーに用いられる薄 膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料に関する。
背景技術
[0002] 近年、通信 '情報技術分野の発展に伴って、コンピュータで扱える情報量が飛躍的 に増大してきている。特に、従来ではアナログ信号としてのみ扱うことが可能であった 音声や音楽、画像などの情報もデジタル信号に変換してパーソナルコンピュータで 処理できるようになってきて!/、る。このような音楽や画像などのマルチメディアデータ は、多くの情報を含むため、パーソナルコンピュータなどに用いられる情報記録装置 の容量を大きくすることが求められて 、る。
[0003] ハードディスクドライブ装置は、パーソナルコンピュータなどに従来より用いられてい る典型的な情報記録装置である。上述した要求に応えるため、ハードディスクドライブ の容量をより大きくし、また、装置を小型化することが求められている。
[0004] このようなハードディスクドライブ装置の薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板の材料と して、 Al O—TiC系のセラミックス(以下、 AlTiCと略す)が知られている。 AlTiCは、
2 3
Al Oを第 1相とし、 TiCを第 2相として含んでおり、熱伝導性に優れ、精密加工にも
2 3
適している。このため、従来のハードディスクドライブ装置の薄膜磁気ヘッドにはほと んどすべて AlTiCが用いられて!/、た。
[0005] し力しながら、ハードディスクドライブ装置を小型化する要求がますます高まるにつ れて、 AlTiCよりも熱伝導性に優れ、より高精度の加工が可能な薄膜磁気ヘッド用セ ラミックス基板材料の提供が望まれて ヽる。
[0006] 熱伝導性の高い材料として、例えば、 Al O—SiC系セラミックス、 Al O—TiB—T
2 3 2 3 2 iC系セラミックスなどが挙げられる。しかしながら、これらのセラミックス中に存在する 分散粒子は極めて硬質であり、微細かつ精密な加工が施され、極めて平滑な加工面 が要求される薄膜磁気ヘッドには適して 、な 、。 [0007] 熱伝導性の高い他の材料として、 Al Oに WCを添カ卩した Al O WC系セラミック
2 3 2 3
スが挙げられる(例えば、特許文献 1から特許文献 4を参照)。 Al O WC系セラミツ
2 3
タスは、 Al O粉末および WC粉末の硬度がほぼ同等であり、おおむね、良好な加工
2 3
性を備えている。
[0008] 特許文献 1には、 Al Oに比べて熱伝導率が高!、WCを 10容量%〜90容量%含
2 3
み、残部が実質的に Al O力もなる Al O—WC系セラミックスが開示されている。特
2 3 2 3
許文献 2には、特許文献 1に開示された AI O— WC系セラミックスの強度や靭性をさ
2 3
らに改善するため、このセラミックスに対して MgOをさらに 0. 5重量%〜2. 0重量% 添加した WC— Al O系複合焼結体が開示されている。特許文献 3には、 WC以外に
2 3
所定量の W Cを添加することによって靭性ゃ硬度がさらに高められた Al O—WC系
2 2 3 セラミックスが開示されている。特許文献 4には、特許文献 3に開示された Al O -W
2 3
C系セラミックスの耐酸ィ匕性ゃ耐摩耗性を高めるため、その表面が第 4a族元素や A1 の化合物などで被覆された表面被覆セラミックスが開示されている。
特許文献 1:特開平 3 - 290355号公報
特許文献 2:特開平 6— 9264号公報
特許文献 3 :特開平 5— 279121号公報
特許文献 4:特開平 6— 340481号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0009] このように Al O WC系セラミックスの特性を改善するため、種々の技術が提案さ
2 3
れている。し力しながら、 Al O—WC系セラミックスを薄膜磁気ヘッド用セラミックス基
2 3
板に適用するには、熱伝導性やカ卩ェ性などの更なる向上が望まれている。
[0010] また、磁気ヘッドの表面に微細な粒子が付着すると、情報の書き込みや読み出しの 動作を正確に行うことができないため、薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料には、 発塵を抑えられること、すなわち、発塵特性が低いことも要求される。
[0011] 本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、薄膜 磁気ヘッドに適した高度の熱伝導性と加工性とを備えており、発塵特性が低 、セラミ ックス基板材料を提供する。 課題を解決するための手段
[0012] 本発明の薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料は、 25体積%以上 70体積%以下 の WCと、主に Al Oを含む残部とからなる。前記 WC中に含まれる金属、酸素、およ
2 3
び窒素の含有量は、それぞれ、 0. 1質量%以下、 0. 5質量%以下、および 0. 5質量
%以下であり、前記 WCの平均粒径は 0. 6 m以下である。
[0013] ある好ましい実施形態において、前記金属は、 Ti、 V、 Cr、 Mn、 Fe、 Co、 Ni、 Zr、
Nb、および Moよりなる群力 選択される少なくとも 1種であり、前記 WC中に固溶して
V、る力、または前記金属の炭化物若しくは前記金属の酸ィ匕物として存在する。
[0014] 本発明の基板は、上記の 、ずれかの薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料力もな る。
[0015] 本発明の薄膜磁気ヘッドスライダーは、上記のいずれかの薄膜磁気ヘッド用セラミ ックス基板材料からなる基板と、前記基板に保持された書き込み素子および読み出 し素子とを備える。
[0016] 本発明のハードディスクドライブ装置は、上記の薄膜磁気ヘッドスライダーを備える
[0017] 上記の 、ずれかの薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料を作製する方法は、平均 粒径が 0. 6 /z m以下の WC粉末と、 Al O粉末とを混合し、前記 WC粉末と前記 Al O
2 3 2 粉末との混合粉末を得る工程と、前記混合粉末を、熱間プレス若しくは熱間静水圧
3
プレス、またはこれらを組合わせて焼結を行う工程と、を包含する。
発明の効果
[0018] 本発明のセラミックス基板材料は、熱伝導性や加工性に優れており、発塵も抑えら れるため、記録密度の高 ヽノヽードディスクドライブ装置の薄膜磁気ヘッド用セラミック ス基板に好適に用いることができる。
図面の簡単な説明
[0019] [図 1]実験例 2において、 WC粉末の平均粒径と発塵特性との相関を示すグラフであ る。
[図 2]実験例 2において、 Al O WC系セラミックスに占める WCの体積比率と発塵
2 3
特性との相関を示すグラフである。 [図 3]実験例 3において、 WCの体積比率および WC粉末の平均粒径と、体積抵抗率 との相関を示すグラフである。
発明を実施するための最良の形態
[0020] 本発明者は、薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板に適した材料を提供するため、 A1
2
O—WC系セラミックスに着目して検討を行った。その結果、平均粒径が小さぐ且つ
3
、そのなかに含まれる不純物の量が低減された WCを所定量含有する Al O -WC
2 3 系セラミックスを用いると、 AlTiCに比べて熱伝導性やカ卩ェ性が向上するとともに、発 塵も抑えられることを見出し、本発明に到達した。
[0021] まず、本発明の薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料を構成する各成分を説明す る。
[0022] 本発明に用いられる WCの平均粒径は、 0. 6 m以下である。このように平均粒径 が小さい WCを用いることによって発塵量を抑えることができる(後記する実験例 2を 参照)。さらに、ユアコンタクトの磁気ヘッド用基板などに要求される高度の面粗度(お おむね、 Ra^ lnm)を確保することもできる。発塵特性の低減や面粗度の向上という 観点からすれば、 WCの平均粒径は小さい方が良ぐ好ましい平均粒径は 0. 3 /z m 以下である。 WCの平均粒径の好ましい下限は、発塵特性の観点からは特に制限さ れないが、取り扱いの容易さ、プレス成形性、および粉末の調製コストなどを考慮す ると、おおむね、 0. 05 μ mである。
[0023] 本明細書にぉ 、て、平均粒径は、レーザ回折散乱法による粒度分布測定装置 (装 置名:マイクロトラック HRA)を用いて得られた粒度分布の体積 50%径を意味する。
[0024] WC中に含まれる金属、酸素、および窒素の含有量は、それぞれ、 0. 1質量%以 下、 0. 5質量%以下、および 0. 5質量%以下である。このように WC中に含まれる不 純物の含有量を低減することによって熱伝導率がさらに向上する(後記する実験例 1 を参照)。上記金属は、 Ti、 V、 Cr、 Mn、 Fe、 Co、 Ni、 Zr、 Nb、および Moよりなる群 力も選択される少なくとも 1種である。これらの金属は、 WC粉末の作製工程などで不 可避的に含まれるものであり、通常、 WC中に固溶する力、または金属炭化物として 存在するが、金属酸化物として WC中に存在することもある。これら不純物の含有量 は、少ないほど良ぐ WC中に含まれる金属、酸素、および窒素の好ましい含有量は 、それぞれ、 0. 01質量%以下、 0. 1質量%以下、および 0. 1質量%以下である。熱 伝導率向上の観点力 すれば、これら不純物の含有量の下限値は特に制限されず
、少なければ少ないほど良ぐ 0質量%を含み得る。
[0025] 上記金属の含有量は、誘導結合プラズマ (ICP)分析装置を用いて測定する。酸素 および窒素の含有量は、酸素 ·窒素同時分析装置 (酸素は赤外線吸収法、窒素は 熱伝導度法)を用いて測定する。
[0026] 本発明によるセラミックス中に占める WCの比率は、 25体積%以上 70体積%以下 である。 WCの比率が 25体積%未満になると熱伝導性が低下する(後記する実験例 1および実験例 3を参照)。熱伝導性向上の観点からすれば、 WCの比率は多い方が 好ましいが、 70体積%を超えて添加しても上記作用が飽和し、コストの上昇を招くだ けである。 WCの好ましい比率は、 30体積%以上 50体積%以下である。
[0027] 本発明のセラミックス基板材料は、上記の要件を満足する WCを含み、残部は主に Al Oである。本発明に用いられる Al Oは、 Al O—WC系セラミックス材料に通常
2 3 2 3 2 3
使用されるものであれば、特に制限されない。例えば、結晶 α相の割合が 90体積% 以上であり、平均粒径が約 5 μ m以下の Al Oを用いると焼結性が向上する。 Al O
2 3 2 3 の好ましい平均粒径は、 1 m以下である。
[0028] 本発明のセラミックスは、 WCと Al Oとの 2成分から構成されていてもよいが、本発
2 3
明による作用を損なわない範囲で、機械的特性などの他の特性を改善するため、 A1
2
O— WC系セラミックス材料に通常用いられる成分をさらに含有することもできる。残
3
部に含まれる、 Al O以外の成分としては、 Mg、 Si、 Ca、 Zr、 Cr、 Y、 Erおよび Ybの
2 3
酸化物、ならびにこれらの複合物を挙げることができ、これらの含有比率はトータルで 、セラミックス基板材料の全体に対して、 1. 0質量0 /0以下である。
[0029] 次に、本発明によるセラミックス基板材料を作製する方法を説明する。
[0030] まず、平均粒径が 0. 6 μ m以下の WC粉末を用意する。このように平均粒径が小さ い WC粉末は、例えば、ボールミルなどを用い、 WCの粗粒を機械的に粉砕すること によって得ることができる。あるいは、 WC粉末の製造時に、原料の金属 Wや Wの酸 化物などの粒度を調整したり、製造条件を調整したりすることによつても得ることがで きる。 [0031] 次に、 WC粉末の比率が 25体積%以上 70体積%以下となるように、上記の WC粉 末に Al O粉末を添加し、混合する。ボールミルを用いて WC粉末の粒径を調整する
2 3
場合には、 WC粉末と Al O粉末とを混合する前に WC粉末の粒径を調整してもよい
2 3
し、あるいは、これらの粉末を混合した後にボールミルを用いて WC粉末の粒径を調 整してちょい。
[0032] 次に、得られた混合粉末を熱間プレス (HP)または熱間静水圧プレス (HIP)によつ て焼結し、所望とする焼結体を得る。あるいは、これらを組合わせて焼結を行ってもよ い。
[0033] 焼結は、例えば、熱間プレスでは、焼結雰囲気を不活性雰囲気または真空下に制 御し、約 1400°C以上 1800°C以下の温度、約 lOMPa以上 50MPa以下の圧力で、 約 30分から 300分焼結することが好ましい。また、熱間静水圧プレスでは、焼結雰囲 気を不活性雰囲気下に制御し、約 1400°C以上 1800°C以下の温度、約 lOOMPa以 上 2000MPa以下の圧力で、約 30分から 300分焼結することが好まし!/、。
[0034] (実験例 1)
本実験例では、表 1に示すように WCの体積比率や平均粒径が異なる実施例 (試 料番号 2〜7)および比較例(試料番号 8〜12)の Al O—WC系セラミックスを作製し
2 3
、熱伝導性や力学特性などに及ぼす影響を調べた。試料番号 1は Al O TiC
2 3 系セ ラミックスの従来例であり、比較のために用いた。
[0035] [表 1]
A l 203 WC WC中の不純物含有量 (質量%) WCの平均粒径 試料番号
(体積%) (体積%») 金属 酸素 至 3¾ ( w m)
1 * - - - 1.00
2 75 25 0.01 0.3 0.1 0.42
3 70 30 0.01 0.3 0.1 0.39
4 60 40 0.01 0.3 0.1 0.39
5 50 50 0.01 0.3 0.1 0.40
6 40 60 0.01 0.3 0.1 0.43
7 30 70 0.01 0.3 0.1 0.50
8 80 20 0.01 0.3 0.1 0.46
9 70 30 0.50 0.3 0.1 0.40
10 70 30 0.01 1 .2 0+1 0.45
1 1 70 30 0.01 0.3 1.5 0.38
12 70 30 0.01 0.3 0.1 1 .20 注: 1 *=70%A I 203-30%T i Cを使用。
[0036] 実施例および比較例のセラミックスは、以下のようにして作製した。
[0037] まず、 Al O粉末(平均粒径約 0. 5 m)と、表 1に示す WC粉末とを用意する。 WC
2 3
中に含まれる不純物の量は、 WC粉末の製造条件を制御することによって調整した。 WC粉末の平均粒径は、 WCの粗粒(平均粒径約 1. 5 m)を用い、ボールミルによ る粉砕時間を変えることによって調整した。
[0038] 次に、 WC粉末と Al O粉末とを、表 1に示す配合比となるように秤量し、約 40時間
2 3
ボールミルで湿式混合した後、スプレードライヤを用いて乾燥させ、造粒粉末を得た 。この造粒粉末を Arガス雰囲気下、 20MPaの圧力、約 1400°C力ら約 1800°Cの温 度で約 60分力も約 120分、熱間プレスによって焼結することによってセラミックスを得 た。
[0039] このようにして得られた実施例および比較例のセラミックス、並びに従来例 (試料番 号 1)のセラミックスを用い、表 2に示す種々の特性を測定した。熱伝導率 WIS R 1 611に基づくレーザフラッシュ法、破壊靭性 «JIS R1607に基づく方法、ヤング率 WIS R1602の 3点曲げ法、曲げ強度 ¾JISの R1610 (3点曲げ試験)に基づく方 法で、それぞれ、測定した。各セラミックスの研摩能率は、平均粒径 0. 5 mの単結 晶ダイヤモンドパウダーを用い、 20分間あたりの研摩量をリニアゲージで測定するこ とによって評価した。ここでは、従来例 (試料番号 1)における研摩能率を 100としたと きの相対特性で評価した。
[0040] これらの結果を表 2に併記する
[0041] [表 2]
Figure imgf000010_0001
注:研摩能率 *= No. 1を 100としたときの相対比率で表す。
[0042] 試料番号 2から 7の実施例の熱伝導率は、すべて、 26W/m'K以上であり、 WCの 体積比率が多くなると熱伝導率は高くなつた。研摩能率は、 AlTiCセラミックスよりも 約 2倍の高値を示しており、加工性が著しく向上していることが分かる。曲げ強度およ び破壊靭性は、薄膜磁気ヘッドに適用するに当たつて実用上何の問題もな ヽレベル の値を備えている。
[0043] これに対し、 WCの体積比率が小さい試料番号 8の比較例、並びに、 WC中に含ま れる金属、酸素、および窒素の含有量が、それぞれ、多い試料番号 9、 10、および 1 1の比較例の熱伝導率は、いずれも、 21WZm'K力 24WZm.Kであり、実施例 に比べて熱伝導性が低下した。これらの比較例では、 WC粉末の平均粒径は実施例 とほぼ同等にも力かわらず、熱伝導性が低下したことから、熱伝導性を高めるために は、 WCの体積比率や WC中に含まれる不純物の含有量を適切に制御することが重 要であることが分かる。
[0044] また、 WCの体積比率が小さ 1、試料番号 8の比較例では、熱伝導率のほか、破壊 靭性ゃヤング率も低下した。 [0045] WC粉末の平均粒径が 1. 20 μ mと大きい試料番号 12の比較例では、表 1に示す ように、熱伝導率や曲げ強度などの特性は実施例と同程度に優れているが、発塵特 性が低下することを確認している。 WC粉末の平均粒径と発塵量との関係は、後記す る実験例 3で詳しく述べる。
[0046] (実験例 2)
本実験例では、表 3に示すように WCの体積比率や平均粒径が異なる Al O -WC
2 3 系セラミックス (試料番号 21から 27)を作製し、発塵特性に及ぼす影響を調べた。試 料番号 21から 23は、 Al Oと WCとの体積比率は 75% : 25%と一定である力 平均
2 3
粒径が異なる WC粉末を用いた例であり、試料番号 21から 22は実施例、試料番号 2 3は比較例である。一方、試料番号 24から 27は、 WC粉末の平均粒径はすべて 0. 2 μ mと一定であるが、 Al Oと WCとの体積比率が異なる例であり、試料番号 24から 2
2 3
5は比較例、試料番号 26から 27は実施例である。
[0047] これらのセラミックスは以下のようにして作製した。
[0048] まず、実験例 1と同様にして、 Al O粉末 (平均粒径約 0. 5 m)と、表 3に示す種
2 3
々の WC粉末とを用意する。なお、 WC中に含まれる不純物の含有量は、いずれの 試料も同じであり、金属、酸素、および窒素の含有量は、それぞれ、 0. 01質量%、 0 . 3質量%、および 0. 1質量%である。
[0049] 次 、で、このようにして得られた WC粉末と、 Al O粉末とを、表 3に示す配合比とな
2 3
るように秤量し、実験例 1と同様にして混合した後、表 4に示す条件で熱間プレスおよ び熱間静水圧プレスを順次、行って焼結を実行した。
[0050] このようにして得られた実施例および比較例のセラミックスを用い、発塵特性を調べ た。発塵特性は、棒状に加工したサンプル(サイズ:約 50mm X I. 2mm X O. 4mm )を超純水中に浸漬し、 68kHzの超音波を用いて 1分間洗浄した後、洗浄液中のパ 一ティクル(平均粒径約 0. 5 μ m以上)の数を、 LPC (レーザ光散乱カウンター)を用 いて測定することによって評価した。この洗浄操作を合計 5回繰り返した。ここでは、 上記の洗浄操作を 1回行った後の洗浄液中のパーティクル数が 30000個以下の場 合、「発塵特性に優れる」と評価した。
[0051] これらの結果を表 4に併記する。さらに、試料番号 21から 23の発塵特性を図 1に、 試料番号 24から 27の発塵特性を図 2に示す,
[0052] [表 3]
Figure imgf000012_0002
[0053] [表 4]
Figure imgf000012_0001
[0054] 図 1に示すように、平均粒径が 0. 6 mおよび 0. 2 mと小さい WC粉末を用いた 試料番号 21および 22の実施例では、 1回の洗浄操作により、洗浄液中のパーテイク ル数を 30000個未満に低減することができた。発塵特性は、試料番号 22に比べ、 W C粉末の平均粒径が小さい試料番号 21の方が優れている。これに対し、平均粒径が 1. 5 mの WC粉末を用いた試料番号 23の比較例では、発塵量が多くなつた。した がって、 WC粉末の平均粒径は発塵を抑えるために重要な要因であることが分かる。
[0055] また、平均粒径が 0. 6 μ mの WC粉末を用いた場合、試料番号 24から試料番号 2 7のように、 WCの体積比率を 10%力も 40%の範囲内で変化させても、発塵量は、ほ ぼ、同程度に低く抑えられることも分力つた(図 2を参照)。
[0056] (実験例 3)
本実験例では、表 5に示すように WCの体積比率および平均粒径が異なる種々の Al O—WC系セラミックスを、実験例 1と同様にして作製し、体積抵抗率との関係を
2 3
調べた。 WC中に含まれる不純物の含有量は、いずれの試料も同じであり、金属、酸 素、および窒素の含有量は、それぞれ、 0. 01質量%、 0. 3質量%、および 0. 1質 量%である。
[0057] このようにして得られたセラミックスの体積抵抗率を 4端子 4探針法を用いて測定し た。これらの結果を表 5に併記する。さらに、 WCの体積比率および WC粉末の平均 粒径と、体積抵抗率との関係を図 3に示す。
[0058] [表 5]
Figure imgf000013_0001
[0059] 図 3に示すように、 Al O—WC系セラミックスの体積抵抗率は、 WCの体積比率
2 3
25%を境にして著しく低くなり、 WCの体積比率が 25%以上の場合、おおむね、 0. 12 Ω 'cm以下となった。このようなセラミックスを磁気ヘッドスライダーの材料に用い ても静電気の問題は発生せず、十分なレベルの導電性を備えて ヽる。
[0060] 上述したように、本発明によると、 AlTiCよりも熱伝導性や加工性が高ぐ発塵を抑 えられたセラミックスを得ることができる。従って、本発明のセラミックスは、高密度記 録 HDD用の磁気ヘッドスライダーの材料として好適に用いられる。また、本発明によ るセラミックス基板材料を用いて作製された磁気ヘッドスライダーを用いることによつ て、信頼性の高い高密度記録 HDDを得ることができる。なお、本発明によるセラミツ タス基板材料を用いて磁気ヘッドスライダーおよびそれを用いて HDDを製造する方 法は、公知の方法で実行できるので、説明を省略する。
産業上の利用可能性
[0061] 本発明によると、ハードディスクドライブ装置の薄膜磁気ヘッドスライダーに用いら れる薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料が提供される。

Claims

請求の範囲
[1] 25体積%以上 70体積%以下の WCと、主に Al Oを含む残部とからなる薄膜磁気
2 3
ヘッド用セラミックス基板材料であって、
前記 WC中に含まれる金属、酸素、および窒素の含有量は、それぞれ、 0. 1質量 %以下、 0. 5質量%以下、および 0. 5質量%以下であり、
前記 WCの平均粒径は 0. 6 /z m以下である、薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材 料。
[2] 前記金属は、 Ti、 V、 Cr、 Mn、 Fe、 Co、 Ni、 Zr、 Nb、および Moよりなる群から選 択される少なくとも 1種であり、前記 WC中に固溶している力、または前記金属の炭化 物若しくは前記金属の酸化物として存在する、請求項 1に記載の薄膜磁気ヘッド用 セラミックス基板材料。
[3] 請求項 1または 2に記載の薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料カゝらなる基板。
[4] 請求項 1または 2に記載の薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料力もなる基板と、 前記基板に保持された書き込み素子および読み出し素子とを備えた薄膜磁気ヘッド スライダー。
[5] 請求項 4に記載の薄膜磁気ヘッドスライダーを備えたノヽードディスクドライブ装置。
[6] 請求項 1または 2に記載の薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料を作製する方法 であって、
平均粒径が 0. 6 /z m以下の WC粉末と、 Al O粉末とを混合し、前記 WC粉末と前
2 3
記 Al O粉末との混合粉末を得る工程と、
2 3
前記混合粉末を、熱間プレス若しくは熱間静水圧プレス、またはこれらを組合わせ て焼結を行う工程と、
を包含する、薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料の作製方法。
PCT/JP2006/307470 2005-04-21 2006-04-07 薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料 WO2006115016A1 (ja)

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