專利名稱：磁記錄存儲(chǔ)器介質(zhì)用微晶玻璃基片材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁記錄存儲(chǔ)器介質(zhì)用的玻璃基片材料及其制造方法，特別是一種雙層結(jié)構(gòu)的磁記錄存儲(chǔ)器介質(zhì)用納米相微晶玻璃基片材料及制備方法
背景技術(shù)：
近年來(lái)，作為磁記錄材料的記錄用盤，光記錄磁盤的使用大大地增加。特別是為了信息技術(shù)的日益發(fā)展的需要，對(duì)高密度記錄的磁盤，光磁盤的要求更加嚴(yán)格、更規(guī)范。為了達(dá)到使各類磁盤或光磁盤具有高密度記錄，其基板必須滿足如下各項(xiàng)指標(biāo)與性能為了提高磁記錄密度，磁頭需要更接近磁盤，其要求磁盤表面更平坦、更光滑，一般要求表面粗糙度Ra≤10，也要求基板材料應(yīng)均質(zhì)、致密及無(wú)缺陷；隨著科技發(fā)展，數(shù)據(jù)的傳輸速度更高，磁盤的轉(zhuǎn)速將會(huì)更快，有時(shí)可達(dá)15000轉(zhuǎn)/分，故要求磁頭接觸的基底材料有足夠的機(jī)械強(qiáng)度及硬度；除此以外，基板要涂覆介質(zhì)膜，需進(jìn)行各種化學(xué)前處理，則基片要有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性；由于記憶介質(zhì)膜都是玻璃態(tài)的金屬膜，玻璃類的基板將會(huì)更適宜；但是，從基板的生產(chǎn)過(guò)程分析，則需要玻璃本身有良好的融解性，能批量生產(chǎn)，即使制造條件有一定的變動(dòng)，其各項(xiàng)特性，結(jié)構(gòu)及微晶粒的尺寸，不會(huì)有較明顯的變化；另外，目前因新的磁頭技術(shù)的要求，其基板的內(nèi)沿及外沿某些特定部位要有特定的網(wǎng)紋，即這些基板材料能吸收特定的激光，能用激光在其上面刻網(wǎng)紋等等。
以往，磁盤基板主要是鋁鎂合金材料，然而此種材料的機(jī)械強(qiáng)度不能滿足上述要求，更無(wú)法對(duì)應(yīng)更高速的旋轉(zhuǎn)。另外，經(jīng)過(guò)加工后的鋁鎂合金基板表面會(huì)出現(xiàn)一些點(diǎn)狀的凹凸不平，影響表面粗糙度，使之不能達(dá)到高密度記憶介質(zhì)盤的要求或產(chǎn)生記錄失真。為了克服鋁鎂合金材料基板的不足，日本的HOYA公司及日本板玻璃公司首先推出了化學(xué)鋼化基板玻璃(見(jiàn)JP321034號(hào)等)。但是，化學(xué)鋼化玻璃基板在薄板化時(shí)使強(qiáng)化層產(chǎn)生不安定因素很多，同時(shí)其玻璃含有大量的Na+，K+元素離子，而Na+，K+離子會(huì)沾污及破壞磁膜的成膜的特性。所以，在成膜前一定要經(jīng)過(guò)表面處理以保護(hù)介質(zhì)膜，但工序增加使制備成本提高，對(duì)批量生產(chǎn)商與消費(fèi)者均不利。經(jīng)研究后人們發(fā)現(xiàn)，微晶玻璃有非常好的機(jī)械強(qiáng)度，可與強(qiáng)化玻璃材料相媲美，又因其不含有如Na，K等金屬氧化物，故減少了不必要的制備保護(hù)膜的工序，既降低了對(duì)介質(zhì)膜的沾染的可能性，又使成本下降，甚至在某些特性上更勝一籌。故早90年代中期，日本的HOYA(小原)公司已將微晶玻璃用于磁盤基板，從而導(dǎo)致了相應(yīng)的各項(xiàng)研究，并在SiO2-Li2O-Al2O3-RO-R2O3-P2O5系玻璃的基礎(chǔ)上，制成了TS-10基板微晶玻璃，申請(qǐng)了專利JP247138，名稱是《結(jié)晶化玻璃及其制造方法》，并已投放市場(chǎng)。開(kāi)始時(shí)，其微晶粒徑尺寸較大(＞0.3μm)，很難滿足表面粗糙度≤10的要求，不適用于作高密度記憶存儲(chǔ)器用的基片材料?，F(xiàn)在，通過(guò)努力，尤其在再拋光技術(shù)，熱處理技術(shù)等方面的改進(jìn)，基本上已達(dá)到表面粗糙度≤10的要求。但是，為了能降低熔制時(shí)的溫度，符合工業(yè)化生產(chǎn)要求，同時(shí)又要有效地消除氣泡條紋，以滿足微晶化的結(jié)構(gòu)，玻璃中加入了一定量的K，Na等輕元素，此類輕元素在記錄介質(zhì)膜時(shí)，非常容易被等離子擊出，污染記憶介質(zhì)膜，同時(shí)影響了表面粗糙度。
雖然，不少與信息產(chǎn)業(yè)相關(guān)的公司，如日本的NEC(專利號(hào)JP138941)，NGS(專利號(hào)JP138942)等公司相應(yīng)提出了制造不含或少含上述堿金屬或輕元素的微晶玻璃技術(shù)，并提出了鍍一層過(guò)渡金屬元素氧化物TiO2，F(xiàn)e2O3，V2O5及稀土元素CeO2等構(gòu)成的膜，以滿足激光網(wǎng)紋加工。但要涂一層網(wǎng)紋成膜劑，使工序復(fù)雜，成本仍較高，不利于大批量生產(chǎn)。而關(guān)鍵的問(wèn)題是，并不能更好地解決微晶玻璃的易加工的表面粗糙度與光滑平整性，乃至更高的強(qiáng)度問(wèn)題。目前，保谷公司(Ohara公司)等已制備了納米相(≤0.1μm)微晶玻璃，如專利JP293003及JP299827等，并聲稱其楊氏彈性模量可達(dá)140Pa或更高，雖一定程度解決了強(qiáng)度提高問(wèn)題。然后，其表面的易于加工拋光仍末得到改進(jìn)，也很難保證由于此類微晶玻璃基板可能存在的微區(qū)應(yīng)力的不均勻性問(wèn)題，以及表面與磁介質(zhì)記錄膜的匹配問(wèn)題所引起的若干損壞，甚至引起的危險(xiǎn)因素。具體地說(shuō)，即盤片在內(nèi)應(yīng)力下，尤當(dāng)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生陰蔽斷裂可能性的存在，而構(gòu)成對(duì)使用者的很大風(fēng)險(xiǎn)。另外，由于介質(zhì)膜與基板的結(jié)合，應(yīng)該以節(jié)約成本、提高相容性或結(jié)合力為目的，以解決類似激光網(wǎng)紋加工及提高介質(zhì)膜的穩(wěn)定性及可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種磁記錄存儲(chǔ)器介質(zhì)用微晶玻璃基片材料，旨在改變目前單一微晶基片的結(jié)構(gòu)，通過(guò)不同的熱膨脹系數(shù)的微晶玻璃及納米相結(jié)構(gòu)微晶玻璃結(jié)合，以提高其整個(gè)磁介質(zhì)用的基片的機(jī)械性能。
本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供這種基片材料的制備方法。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案本發(fā)明的一種磁記錄存儲(chǔ)器介質(zhì)用微晶玻璃基片材料，由基體及其表面涂層構(gòu)成，其特征在于基體為微晶玻璃；涂層為玻璃釉料，其厚度為60μm-100μm。
上述的作為基體的微晶玻璃的成分及重量百分比為SiO270-80％，Li2O 9-12％，Al2O30.5-5％，RO 1-2％，P2O51.5-3％，ZrO21-6％，R2O30.2-0.5％及稀土元素氧化物1-6％；其中RO為MgO、ZnO、CaO中的一種或兩種；R2O3為Sb2O3、As2O3；稀土元素氧化物有CeO2、La2O3、Y2O3、Sm2O3。
上述的的作為涂層的玻璃釉料的成分及重量百分比為攪和劑∶水∶玻璃釉基料＝1∶5∶10-15。
上述的作為涂層的玻璃釉料中攪和劑為正硅酸乙酯(TEOS)或正硅酸甲酯(TMOS)；玻璃釉基料的成分及重量百分比為SiO285-89％，Al2O31-3％，B2O37-12％，Na2O 0-1％，稀土元素氧化物1-3％，其中稀土元素氧化物為Fe2O3，Ti2O，CeO2，V2O5、EuO、Cr2O3。
上述的一種磁記錄存儲(chǔ)器介質(zhì)用微晶玻璃基片材料的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟a.涂層，即玻璃釉料的制備按攪和劑∶水∶玻璃釉基料＝1∶5∶10-15(重量比)的比例稱取攪和劑、水及玻璃釉基料，先將玻璃釉基料放入球磨桶中，再加入一定配比的攪和劑，然后加入適量的酸調(diào)節(jié)PH值，使PH＜3，最后加入一定量的水，一起攪拌研磨，形成漿狀的玻璃釉料，其粘度一般為12厘泊(CP)，粒度小于2μm，并將制備好的玻璃釉料放入帶有噴槍的儲(chǔ)藏桶內(nèi)備用；b.將上述制備基體的微晶玻璃體料，放入熔化爐內(nèi)，于1400℃溫度下進(jìn)行熔制，時(shí)間為6小時(shí)；然后在模具溫度為200-300℃壓制成型，壓制成片后在500℃溫度下進(jìn)行退火處理，并保溫4-8小時(shí)，降溫后，在560-600℃成核4-7小時(shí)，在780-850℃溫度下晶化2-5小時(shí)；這樣就制成了微晶玻璃基體；c.將上述制備好的微晶玻璃基體放置在載物臺(tái)上，在氮?dú)鈿夥毡Ｗo(hù)下，在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)將儲(chǔ)藏桶內(nèi)的玻璃釉料通過(guò)噴槍涂到基體的表面，形成玻璃釉料涂層，涂層的厚度為60μm-100μm；然后將其放入熔化爐內(nèi)在850-900℃溫度下保溫1小時(shí)，使玻璃釉料涂層融化成型，以涂覆形式結(jié)合在基體上；最后形成具有雙層結(jié)構(gòu)的微晶玻璃磁記錄介質(zhì)用基片材料。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的顯著優(yōu)點(diǎn)和突出特點(diǎn)本發(fā)明采用的微晶玻璃基體的熔融溫度較低，小于1400℃，尤其若以其中適量的K2O或B2O3化合物加入以降低其熔化溫度；而玻璃釉料的涂覆于微晶玻璃表面，可以摻入或調(diào)合加入Fe2O3，V2O5，TiO2，或部分稀土元素CeO2等，舍去了網(wǎng)紋加工成膜工藝，有利于網(wǎng)紋加工；又因壓應(yīng)力提高整體基板的機(jī)械強(qiáng)度；因表面的涂層少含或基本不含若干輕元素，尤其不含或少含Na+，K+的氧化物，大大提高防污染記憶膜的能力；因涂層僅是提高其壓應(yīng)力的低熱膨脹系數(shù)的一般玻璃，其硬度較低，故易研磨拋后使表面粗糙度小于5以下。尤在進(jìn)行表面處理拋光后，一般可達(dá)3左右。


圖1本發(fā)明的磁記錄存儲(chǔ)器介質(zhì)用微晶玻璃基片材料的結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
實(shí)施例一以生產(chǎn)1千克本發(fā)明的一種磁記錄存儲(chǔ)器介質(zhì)用微晶玻璃基片材料為例，按上述工藝步驟，具體如下a.涂層2，即玻璃釉料的制備攪和劑采用正硅酸乙酯(TEOS)，玻璃釉基料的成分及重量百分比為SiO285％，Al2O32％，B2O310.5％，Na2O 0.5％，F(xiàn)e2O31％，V2O51％，按攪和劑∶水∶玻璃釉基料＝1∶5∶10的重量百分比稱重，先將玻璃釉基料放入球磨桶中，再加入攪和劑，然后加入適量的酸調(diào)節(jié)PH值，使PH＜3，最后加入水，一起攪拌研磨，形成漿狀的玻璃釉料，其粘度一般為12厘泊(CP)，粒度小于2μm，并將制備好的玻璃釉料放入帶有噴槍的儲(chǔ)藏桶內(nèi)備用；b.基體1的制備將SiO2725克，Li2O 105克，ZrO240克，MgO 12克，Na2O18克，Al2O320克，Sb2O32克，P2O520克，CeO215克，Y2O320克，La2O323克，混合后裝入熔化爐中，在1400℃下熔融，澄清，攪拌后壓制成型為薄片，其模具溫度為300℃，壓制成片后在500℃溫度下退火處理5小時(shí)，降溫后在560℃溫度下核化5小時(shí)，在820℃溫度下晶化3小時(shí)，并控制其長(zhǎng)晶速率使晶粒尺寸在100nm以下；c.將上述基體1放置于旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)上，然后在氮?dú)鈿夥罩?，將上述已制備好的玻璃釉料通過(guò)噴槍噴到基體1表面，厚度為60μm；然后再放在爐中，在850℃溫度下保溫1小時(shí)，使涂層2融結(jié)在微晶玻璃基體1表面；最終形成了雙層結(jié)構(gòu)磁記錄存儲(chǔ)器介質(zhì)用微晶玻璃基板材料。
經(jīng)測(cè)量，該微晶玻璃基板材料中玻璃釉料涂層2的熱膨脹系數(shù)15×10-7/℃，微晶玻璃基體1的熱膨脹系數(shù)112×10-7/℃。涂層2壓應(yīng)力產(chǎn)生，使之抗彎強(qiáng)度＞350MPa，楊氏模量140Gpa，經(jīng)CeO2粉體研磨拋光后表面粗糙度小于3。且可以激光網(wǎng)紋加工。
實(shí)施例二以生產(chǎn)1千克本發(fā)明的一種磁記錄存儲(chǔ)器介質(zhì)用微晶玻璃基片材料為例，按上述工藝步驟，具體如下a.涂層2，即玻璃釉料的制備攪和劑采用正硅酸乙酯(TEOS)，玻璃釉基料的成分及重量百分比為SiO285％，Al2O33％，B2O39.5％，F(xiàn)e2O31％，V2O51％，EuO 0.5％，按攪和劑∶水∶玻璃釉基料＝1∶5∶12的重量百分比稱重，先將玻璃釉基料放入球磨桶中，再加入攪和劑，然后加入適量的酸調(diào)節(jié)PH值，使PH＜3，最后加入水，一起攪拌研磨，形成漿狀的玻璃釉料，其粘度一般為12厘泊(CP)，粒度小于2μm，并將制備好的玻璃釉料放入帶有噴槍的儲(chǔ)藏桶內(nèi)備用；b.基體1的制備將SiO2760克，Li2O 120克，P2O525克，ZrO235克，CaO 10克，ZnO 5克，SrO 5克，K2O 10克，CeO210克，La2O320克，，混合后裝入熔化爐中，在1400℃下熔融，澄清，攪拌后壓制成型為薄片，其模具溫度為200℃，壓制成片后在500℃溫度下退火處理4小時(shí)，降溫后在580℃溫度下核化4小時(shí)，在840℃溫度下晶化3小時(shí)，并控制其長(zhǎng)晶速率使晶粒尺寸在100nm以下；c.將上述基體1放置于旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)上，然后在氮?dú)鈿夥罩?，將上述已制備好的玻璃釉料通過(guò)噴槍噴到基體1表面，厚度為100μm；然后再放在爐中，在900℃溫度下保溫1小時(shí)，使涂層2融結(jié)在微晶玻璃基體1表面；最終形成了雙層結(jié)構(gòu)磁記錄存儲(chǔ)器介質(zhì)用微晶玻璃基板材料。
經(jīng)測(cè)試，該微晶玻璃基體1的玻璃釉料涂層2的熱膨脹系數(shù)18×10-7/℃，微晶玻璃基體1熱膨脹系數(shù)120×10-7/℃，涂層2壓應(yīng)力產(chǎn)生，使之抗彎強(qiáng)度達(dá)360MPa，楊氏模量137GPa。經(jīng)CeO2粉體研磨拋光后表面粗糙度小于3，且可以激光網(wǎng)紋加工。
在實(shí)際加工工程中，可以根據(jù)具體情況來(lái)確定該微晶玻璃基片材料的總厚度及尺寸。
權(quán)利要求
1.一種磁記錄存儲(chǔ)器介質(zhì)用微晶玻璃基片材料，由基體(1)及其表面涂層(2)構(gòu)成，其特征在于基體(1)采用微晶玻璃；涂層(2)采用玻璃釉料，其厚度為60μm-100μm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁記錄存儲(chǔ)器介質(zhì)用微晶玻璃基片材料，其特征在于作為基體(1)的微晶玻璃的成分及重量百分比為SiO270-80％，Li2O 9-12％，Al2O30.5-5％，RO 1-2％，P2O61.5-3％，ZrO21-6％，R2O30.2-0.5％及稀土元素氧化物1-6％；其中RO為MgO、ZnO、CaO中的一種或兩種；R2O3為Sb2O3、As2O3；稀土元素氧化物有CeO2、La2O3、Y2O3、Sm2O3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁記錄存儲(chǔ)器介質(zhì)用微晶玻璃基片材料，其特征在于作為涂層(2)的玻璃釉料的成分及重量百分比為攪和劑∶水∶玻璃釉基料＝1∶5∶10-15。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種磁記錄存儲(chǔ)器介質(zhì)用微晶玻璃基片材料，其特征在于作為涂層(2)的玻璃釉料中攪和劑為正硅酸乙酯(TEOS)或正硅酸甲酯(TMOS)；玻璃釉基料的成分及重量百分比為SiO285-89％，Al2O31-3％，B2O37-12％，Na2O0-1％，稀土元素氧化物1-3％，其中稀土元素氧化物為Fe2O3，Ti2O，CeO2，V2O5、EuO、Cr2O3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、或2、或3、或4所述的一種磁記錄存儲(chǔ)器介質(zhì)用微晶玻璃基片材料的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟a.涂層(2)，即玻璃釉料的制備按攪和劑∶水∶玻璃釉基料＝1∶5∶10-15(重量比)的比例稱取攪和劑、水及玻璃釉基料，先將玻璃釉基料放入球磨桶中，再加入一定配比的攪和劑，然后加入適量的酸調(diào)節(jié)PH值，使PH＜3，最后加入一定量的水，一起攪拌研磨，形成漿狀的玻璃釉料，其粘度一般為12厘泊(CP)，粒度小于2μm，并將制備好的玻璃釉料放入帶有噴槍的儲(chǔ)藏桶內(nèi)備用；b.將上述制備基體(1)的微晶玻璃體料，放入熔化爐內(nèi)，于1400℃溫度下進(jìn)行熔制，時(shí)間為6小時(shí)；然后在模具溫度為200-300℃壓制成型，壓制成片后在500℃溫度下進(jìn)行退火處理，并保溫4-8小時(shí)，降溫后，在560-600℃成核4-7小時(shí)，在780-850℃溫度下晶化2-5小時(shí)；這樣就制成了微晶玻璃基體(1)；c.將上述制備好的微晶玻璃基體(1)放置在旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)上，在氮?dú)鈿夥毡Ｗo(hù)下，在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)將儲(chǔ)藏桶內(nèi)的玻璃釉料通過(guò)噴槍涂到基體(1)的表面，形成玻璃釉料涂層(2)，涂層(2)的厚度為60μm-100μm；然后將其放入熔化爐內(nèi)，在850-900℃溫度下保溫1小時(shí)，使玻璃釉料涂層(2)融化成型，以涂覆形式結(jié)合在基體(1)上；最后形成具有雙層結(jié)構(gòu)的微晶玻璃磁記錄介質(zhì)用基片材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種磁記錄存儲(chǔ)器介質(zhì)用的玻璃基片材料及其制造方法，特別是一種雙層結(jié)構(gòu)的磁記錄存儲(chǔ)器介質(zhì)用納米相微晶玻璃基片材料及制備方法。本發(fā)明的一種磁記錄存儲(chǔ)器介質(zhì)用納米相微晶玻璃基片材料，由基體及其表面涂層構(gòu)成，其特征在于基體為微晶玻璃；涂層為玻璃釉料，其厚度為60μm－100μm。本發(fā)明的微晶玻璃基片材料的制備方法包括三個(gè)步驟玻璃釉料的制備、微晶玻璃基體材料的制備，將玻璃釉料涂覆于基體上形成雙層結(jié)構(gòu)的微晶玻璃基片材料。玻璃釉料的涂覆于微晶玻璃表面，舍去了網(wǎng)紋加工成膜工藝，有利于網(wǎng)紋加工；又因壓應(yīng)力提高了整體基板的機(jī)械強(qiáng)度；因表面的涂層少含或基本不含若干輕元素，大大提高防污染記憶膜的能力；由于涂層硬度較低，故易研磨。在進(jìn)行表面處理拋光后，其表面粗糙度一般可達(dá)3左右。
文檔編號(hào)C03C3/076GK1554608SQ20031012276
公開(kāi)日2004年12月15日 申請(qǐng)日期2003年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月23日
發(fā)明者張建成, 姜盛瑜, 王 華, 顧峰, 沈悅 申請(qǐng)人:上海大學(xué)