用於磁介質的玻璃基板和基於此種玻璃基板的磁介質的製作方法
2023-06-05 13:24:01 1
專利名稱：用於磁介質的玻璃基板和基於此種玻璃基板的磁介質的製作方法
技術領域：
本發明公開了用於磁介質例如硬碟驅動器的玻璃基板。還公開了製備此種基板的方法，由此種基板製備磁介質的方法和所得的磁介質。
然而，玻璃基板的實際應用性由於從直接衝壓或從玻璃板(即玻璃材料通過製成板材的裝置)製備具有合適表面性能的基板需要複雜的加工步驟而受到阻礙。已公知通過幾種工藝製備玻璃的板材，包括下拉法、浮法玻璃、上拉法(up draw process)和壓鑄法。至於用作磁介質基板的玻璃板的製備，已公開了一種類型的下拉法，公知為熔融型下拉法；參見Kitayama的US5,725,625。然而，由這個熔融下拉法製得的玻璃板仍然具有不足夠的用於直接製備磁介質用基板的表面性能，即所需的平整度、波紋度、厚度變化和表面粗燥度。由此，例如由Kitayama所公開，必須使玻璃基板經受一個顯著的平整化步驟。事實上，Kitayama的發明主要涉及對通過熔融下拉法製得的玻璃板進行平整化的方法。另外，在Kitayama的發明中從平整化後的玻璃板切割的圓盤(即基板坯料)要求顯著的表面處理以使得基板具有用作磁介質基板、特別是硬碟驅動器基板的足夠表面性能。由此，在Kitayama的發明的實施例2-1中，從平整化後的玻璃板切取的坯料仍然要求一個粗研磨、一個拋光和兩個額外的研磨步驟以使得基材具有足夠的表面性能。
通過浮法玻璃方法製得的玻璃的板材也沒有導致表面性能的足夠結合。表面性能的組合和浮法玻璃方法具有要求從玻璃中浸析出在浮法玻璃方法中固有的雜質和/或留在玻璃表面上的雜質的加工步驟的又一缺點。
所有這些額外的加工步驟均要求大量的時間和資源。它們也要求以足夠厚度的玻璃板作為原材料，以致於在研磨材料的所有表面處理完成之後，所得的磁介質基板具有更合適的厚度。由此，必須製成更高厚度的坯料的方法具有附加的成本，例如每個基板坯料要熔融和加工更多量的玻璃材料的成本。
提供磁介質用玻璃基板的公知方法是不足以提供一種特別適用的方法，即具有所要求的優異表面性能的基板能夠從玻璃板上直接切取製成，成形之後，使得用作製備磁介質，特別是硬碟驅動器時稍微要求或不要求表面處理。
因此，本發明包括-一種從玻璃板製得的磁介質用基板或由縫模下拉法(Slotdowndraw process)拉制的玻璃條帶，特別是由於從縫模下拉法拉制而沒有任何的後續表面處理，玻璃板具有下列性能平整度≤25微米，特別是≤10微米，波形度小於100埃，特別是小於40埃，厚度變化±20微米，特別是±15微米，和表面粗燥度低於10埃，特別是低於5埃。
-一種磁介質基板，該基板表面從縫模下拉法拉制而僅僅通過玻璃板的接觸研磨和清洗就具有足夠的表面性能。
-用作硬碟驅動器的如上述的基板，特別是其中基板為圓盤狀和其上有磁性層。
-一種用於製備玻璃磁介質基板的方法，其包括下列步驟由縫模下拉法拉制玻璃板，和從該玻璃板切取所述玻璃磁介質基板。
-在上述方法中，在從縫模下拉法拉制之後進行任何表面處理之前，基板的平整度≤25微米，波形度小於100埃，厚度變化±20微米和表面粗燥度低於10埃。
-在上述方法中，使得玻璃材料從基板表面除去的唯一處理是接觸研磨和清洗，優選地，其中所述接觸研磨降低了基板的總厚度至多0.02毫米，優選至多0.01毫米。
-一種磁介質，其包含由上述方法製得的玻璃基板和磁性層，特別是其中磁介質是硬碟驅動器。
-一種製備具有玻璃基板的硬碟驅動器的方法，其包括如下步驟由縫模下拉法拉制一玻璃板，從該玻璃基板切取一圓盤，接觸研磨和清洗所述圓盤，和塗布磁性層至圓盤表面。
用在製備本發明的玻璃板的縫模下拉法中的原材料可以是選自廣範圍的材料。然而，為用作磁介質的基板，所述玻璃優選具有下列性能a.化學淬火性b.膨脹係數為35至100×10-7C-1c.在淬火之前楊氏模量高於65Mpad.密度為2.3-2.7(g/cm3)e.硬度高於500HK(努普硬度，按照ISO 9385方法)還受歡迎的是，所述玻璃在成型區域中僅僅擁有小的溫度對粘度變化，以得到實現所需尺寸性能的最佳方法。這是因為在下拉過程中玻璃流過縫模的控制必須是均勻的，以使得玻璃具有所定的厚度和性能。
可用的玻璃的非限制性實例包括鋁矽酸鹽、鈣矽酸鹽、鋅矽酸鹽和硼矽酸鹽玻璃，硼矽酸鹽是特別優選的。應當將玻璃組合物配製成使得玻璃基板和磁介質的磁性層之間具有功能上不顯著的鹼反應。可用的玻璃組合物的實例通常包含(基於氧化物的摩爾％)，60-75％SiO2，0-12％B2O3，0-17％Al2O3，6-13％Na2O，3-8％K2O，0-10％ZnO，0-4％TiO2，0-5％MgO，0-10％CaO，和0-1％BaO。為了精煉的目的，可混入少量的As2O3，Sb2O3或其它加工助劑。可用的玻璃材料的具體實例連同它們的材料性能是描述在下表1中。
表1 適用於下拉法的組合物玻璃類型分類 玻璃規格 鋁矽酸鹽 鈣矽酸鹽 鋅矽酸鹽 硼矽酸鹽 硼矽酸鹽 鈣矽酸鹽氧化物摩爾％SiO261.7 71.46 67.13 69.77 74.44 73.73B2O30.93 7.89 10.52Al2O316.8 1.31 1.78 2.69Na2O 12.2 8.07 9.07 6.75 9.05 8.17K2O4.1 6.28 6.33 4.79 4.87 5.65ZnO 2.77 9.60 4.743.34TiO20.8 0.32 0.49 3.28 0.16 0.20MgO 3.7 4.50CaO 0.2 9.67 0.020.23 7.92BaO 0.67 0.88As2O30.5 0.08 0.09Sb2O30.04 0.060.090.07 0.13性能化學淬火性有有有有 有 有有膨脹係數35-100 869696 72 8394×10-7C-1化學淬火之前＞16 737269 73 8272的楊氏模量密度gm/m32.3-2.72.5 2.5 2.6 2.5 2.5 2.55硬度HK ＞500 595 511 沒有測得590 610 540
還可用的玻璃原材料包括例如在US4,148,661中公開的那些，其公開內容在此引入作為參考。
如
背景技術：
部分所述，熔融下拉法在製備磁介質用基板的現有技術(Kitayama)中被教示，然而，熔融下拉法不足以提供具有足夠平整度和表面性能的玻璃板。該熔融下拉法使用具有接受熔融玻璃原材料的通道的引上池，其中沿著該通道了的兩側具有溢流口，以致於當通道填滿時，熔融玻璃溢出溢流口並靠重力流出引上池的表面。這些外表面向下和向內延伸以致於它們在引上池之下的邊緣處連接。兩個流動的玻璃表面在這個邊緣連接以形成單個流動板，即它們熔融。熔融下拉法的通常特徵是描述在例如US3,338,696和3,862,609中，它們的公開內容在此引入作為參考。這些參考文獻顯示熔融下拉法的優勢是沿著通道流動的兩個板材熔融在一起，所得的板材的外表面均不與裝置的任何一部分接觸且由此，它的表面性能不受此種接觸的影響。
如
圖1所示的縫模下拉法是不同於熔融下拉法。根據該方法，玻璃熔融原材料(1)是供應至由電阻加熱器(3)加熱的引上池(2)中。該引上池的底部具有帶噴嘴(4)的開口縫模，該噴嘴超過縫模的長度。玻璃流過縫模/噴嘴並從中被下拉成板材(5)並然後通過退火區(6)而由拉絲機下拉成連續板材。相比於熔融下拉法，縫模下拉法具有提供更薄的玻璃板就具有所需性能的優勢，因此僅僅單個板材通過縫模拉制而不是兩個板材通過熔融下拉法熔融。具體地說，縫模下拉法有利地提供了厚度為0.03-1.9毫米的基板，但是0.8-1.1毫米的厚度優選適用於硬碟驅動器基板。申請人發現，雖然玻璃明顯地接觸到縫模/噴嘴的側面，但是該方法將使得玻璃板具有磁介質基板用的極佳表面性能。
為得到本發明的合適的基板，縫模下拉法在板材成型的不同階段必須包括對玻璃的粘度進行緊密的控制；參見圖2所示。由此，成型板材和提供所需表面性能的能力是受在引上池中提供的玻璃熔體的粘度，板材成型在玻璃的成型點和軟化點之間的範圍內進行的玻璃粘度和特別是在退火期間的粘度影響。
已發現，如D.Boettger，Glass Technology International，Year IX，(1998 7-8月)製備平板顯示基板的縫模下拉法對製備本發明的用作磁介質基板的玻璃板提供了教示；由此，該文獻在此引為參考。Boetter教示了提供儘可能均勻的熔融和精煉玻璃並充分混合至引上池的優選性。Boettger例舉了對此所用方法，例如通過使用其中所述的鉑或鉑合金技術。
也正如在Boettger文獻中所討論，引上池和縫模的噴嘴兩者的幾何特徵將影響拉制產品的均勻性。噴嘴的幾何性和高度是使得相對於噴嘴的整個寬度上並由此在所得的玻璃板中實現均勻的玻璃厚度。縫模和噴嘴的角部區域是特別重要的。如果角部區域太寬，則外流的玻璃熔體太熱且比流向縫模/噴嘴的中心的熔體流動得更快。如果角部區域太窄，外流的玻璃熔體將冷得太快和比流向中心的熔體流得更慢。在這些情況之一中，在玻璃中將產生應力，這將損壞其性能。
另外，通過加熱可影響粘度。由此，引上池和噴嘴兩者優選能夠在不同的區域合適地加熱，優選通過直接電阻加熱法。
還重要的是，控制離開噴嘴後的拉制玻璃板的溫度。在離開噴嘴之後，不同的作用力影響玻璃板的均勻性，例如由拉制機產生的向下方向的張力，重力和表面張力。由此，優選對在玻璃板離開噴嘴之後玻璃板的預退火溫度進行調整。此後，可進行更常規的退火步驟。退火機必須以受控和均勻的方式快速地冷卻玻璃板。另外，被拉制的玻璃板的粘度必須增高以使得它即使上述力施加至其上也能保持其所需形狀。所使用的拉制機可以是薄板材應用通常使用的那些。
根據本發明，玻璃板直接從上述的縫模下拉法製得，其具有優異的表面性能，優選平整度≤25微米，特別是≤10微米，
波形度小於100埃，特別是小於40埃，厚度變化±20微米，特別是±15微米，和表面粗燥度低於10埃，特別是低於5埃。
這些值可通過公知的方法測定，例如由SEMI在SEMI D15-1296中所述的測量平板型顯示基板的表面性能的標準方法。平整度、波形度和粗燥度性能的基準是示於圖3中，其中可見所研究的表面分為平整性(即在表面的整個程度上完全光滑的變量)、波形性(即在中等程度上完全光滑性的變量)和表面粗燥性(即在小程度上完全光滑性的變量)。
由於性能在上述的值範圍內，玻璃板可切割成稍微經過表面處理或不經過表面處理而適用作磁介質的坯料。例如，玻璃板可提供在塗布磁性層之前僅僅要求接觸研磨和清洗的磁介質用坯料。因為玻璃板已經具有來自於下拉法的優異的表面性能，所以可避免額外的表面處理步驟，例如平整化、研磨、拋光(噴砂)和/或重研磨步驟。由此，大大節約了時間並省去對附加設備的需求。這對於購買坯料並由此製備磁介質特別是例如硬碟驅動器的磁介質製造商而言是特別有利的。另外，由於不必形成較厚的原始玻璃板而節省了原料，因為通過上述的表面處理步驟需要除去較少材料以形成最終的產物。
本發明在製備玻璃磁介質基板的方法中具有有利的經濟性。如所述，公知的玻璃基板是通過涉及如下步驟的方法製成形成玻璃板和使該玻璃板進行各種平整化和表面改性步驟以提供具有足夠性能的磁介質用基板。根據本申請人的發明製得的基板不要求平整化和/或重度的表面處理。
如上所述，磁介質用坯料可從由下拉法拉制的玻璃板製得，並稍微經過或不經過表面處理。所述坯料是通過現有技術中公知的步驟由玻璃板製成。例如，將玻璃板切割成尺寸均一的板材，它們通過每個板材之間的交織層堆垛在一起，優選使每個板材相互粘合。然後將具有交織層的玻璃板材堆垛進行鑽孔以切取磁碟的外徑和磁碟中孔的內徑。每個板材可提供多個磁碟，磁碟的數目乘以每堆中板材的數目就得到對板材堆鑽孔一次所得的磁碟數目。除去鑽孔之外，磁碟也可從單個的板材雷射切割成預定的尺寸。本發明優選是適用於在所述領域中目前普遍使用的任何尺寸的磁碟。目前普遍使用的尺寸包括用於5.25，3.5，3.0，2.5和1.8英寸驅動器的磁碟。用於此種驅動器的磁碟的實際尺寸是如下5.25(OD 130mm，ID 40mm)，3.5(OD 95mm，ID 25mm)，3.0(OD 84mm，ID 25mm)，2.5(OD 65mm，ID 20mm)和1.8(OD 48mm，ID 12mm)。然而，如果要求不同的尺寸，本發明也不因此受到限制。在鑽孔之後，磁碟以圓柱形堆垛的形式提供，且粘合交織層將多個磁碟的圓柱形堆垛保持在一起。然後優選研磨內徑邊緣和外徑邊緣，同時以圓柱形堆垛的形式保持和然後清洗以除去研磨化合物。所得圓柱形堆垛的坯料是以這種形式製成以送至消費者手中並具有的明顯優勢是消費者僅僅需要從圓柱形堆垛中分離出坯料和使它們僅僅進行接觸研磨並清洗以提供用於磁性層塗布用的基板以製得一磁介質，特別是硬碟驅動器。
接觸研磨可通過公知的方法進行。優選是使用氧化鎘水懸浮液研磨化合物和去離子水在由塑料(例如聚乙烯醇)墊施加的壓力下的化學機械研磨用的公知方法。接觸研磨或壓邊研磨導致僅僅最小量的材料除去，磁碟的總厚度優選降低0.02毫米，更優選至多0.01毫米。例如，1.0毫米厚的磁碟可通過1.01毫米厚的坯料的接觸研磨從坯料表面除去僅僅0.01毫米厚的材料而製得。
在接觸研磨進行之前或之後，優選使得坯料進行化學淬火以增強。淬火是通過公知的方法進行，例如通過用含有更大離子半徑的離子的受熱溶液處理受熱的坯料以替換玻璃表面上的離子。例如，淬火溶液可含有鈉和鉀離子，其在表面放置在壓力下時將分別替代在玻璃表面上的鋰離子和鈉離子。
坯料(優選被化學淬火、接觸研磨和清洗的)適用於塗布磁性層的合適基板以提供一磁介質，特別是硬碟驅動器。所述磁性層可通過公知的方法提供。例如這通常通過在可選擇性地濺射一個或多個底塗層之後，濺射一個或多個磁性層並在該磁性層的上面塗布一個保護層而完成。在此玻璃基板相比於鋁基板能提供額外優勢，因為玻璃可承受更高的溫度範圍而不改變其形狀。由此，對使用可要求更高溫度的濺射步驟提供了更大的靈活性。
本發明由此提供了一種製備克服了在現有技術中碰到的缺點的磁介質用玻璃基板的更經濟的方法。具體地說，本發明提供一種製備玻璃磁介質基板的方法，其在拉製成磁介質製備用的玻璃板之後需要明顯更少的加工步驟。而且，本發明提供了通過該方法製得的玻璃基板，和基於此種基板的磁介質，它們優於現有的玻璃磁介質基板和由此製得的磁介質，因為所述基板不進行可能影響其性能的後續加工步驟。
上面和下面引用的所有申請、專利和出版物的全部公開內容均在此引入作為參考。
通過上述的描述，本領域一般技術人員可容易地確定本發明的本質的特徵，而在不偏離本發明的精神實質和範圍的情況下，可對本發明進行各種變化和改進以使其適用於各種用途和條件。
權利要求
1.一種從由縫模下拉法拉制的玻璃板製得的磁介質用基板。
2.如權利要求1所述的基板，其中由於從縫模下拉法拉制而沒有任何的後續表面處理，玻璃板具有下列性能平整度≤25微米，波形度小於100埃，厚度變化±20微米，和表面粗燥度低於10埃。
3.如權利要求1所述的基板，其中由於從縫模下拉法拉制而沒有任何的後續表面處理，玻璃板具有下列性能平整度≤10微米，波形度小於40埃，厚度變化±15微米，和表面粗燥度低於5埃。
4.如權利要求1所述的基板，其中基板表面從縫模下拉法拉制而僅僅通過所述玻璃板的接觸研磨和清洗就具有足夠的表面性能。
5.如權利要求1所述的基板，其中磁介質是硬碟驅動器。
6.一種硬碟驅動器，其包含圓盤形狀的權利要求1所述的基板和磁性層。
7.一種用於製備玻璃磁介質基板的方法，其包括下列步驟由縫模下拉法拉制玻璃板，和從該玻璃板切取所述玻璃磁介質基板。
8.如權利要求7所述的方法，其中從縫模下拉法拉制之後任何表面處理之前，玻璃板具有下列性能平整度≤25微米，波形度小於100埃，厚度變化±20微米，和表面粗燥度低於10埃。
9.如權利要求7所述的方法，其中從縫模下拉法拉制之後任何表面處理之前，玻璃板具有下列性能平整度≤10微米，波形度小於40埃，厚度變化±15微米，和表面粗燥度低於5埃。
10.如權利要求7所述的方法，其中使得玻璃材料從基板表面除去的唯一處理是接觸研磨和清洗。
11.如權利要求10所述的方法，其中所述接觸研磨降低了基板的總厚度至多0.02毫米。
12.如權利要求10所述的方法，其中所述接觸研磨降低了基板的總厚度至多0.01毫米。
13.如權利要求7所述的方法，其中玻璃磁介質基板是以圓盤狀從玻璃板切取且是用作硬碟驅動器的基板。
14.如權利要求7所述的方法，其中多個玻璃板與每個板材之間的粘合交織層一起排列成堆垛狀且以單個切割步驟從堆垛上切取多個基板。
15.如權利要求7所述的方法，其中玻璃磁介質基板的厚度為0.8-1.1毫米。
16.如權利要求7所述的方法，其中玻璃磁介質基板的厚度為0.03-1.9毫米。
17.一種磁介質，其包含由權利要求7所述方法製得的玻璃基板和其上的磁性層。
18.一種磁介質，其包含由權利要求10所述方法製得的玻璃基板和其上的磁性層。
19.如權利要求17所述的磁介質，其中磁介質是硬碟驅動器。
20.一種製備具有玻璃基板的硬碟驅動器的方法，其包括如下步驟由縫模下拉法拉制一玻璃板，從該玻璃基板切取一圓盤，接觸研磨和清洗所述圓盤，和塗布磁性層至圓盤表面上。
21.如權利要求20所述的方法，其中在玻璃板拉製成之後使玻璃材料從圓盤表面除去的唯一處理是接觸研磨和清洗。
22.如權利要求17所述的方法，其中所述接觸研磨降低了基板的總厚度至多0.02毫米。
23.如權利要求17所述的方法，其中所述接觸研磨降低了基板的總厚度至多0.01毫米。
全文摘要
本發明介紹了一種磁介質用基板，因為由縫模拉拔玻璃板形成方法直接製備，具有極佳的表面性能。基板坯料直接從玻璃板切割，經過拉伸，要求稍微進行表面處理或不要求表面處理，以用作磁介質的基板，特別是硬碟驅動器。還公開了製備此種基板的方法，和從此種基板製備磁介質的方法。進一步公開了由此種方法製備的基板和磁介質。
文檔編號G11B5/84GK1397065SQ01803316
公開日2003年2月12日 申請日期2001年1月5日 優先權日2000年1月5日
發明者詹姆斯·M·烏赫利克, 亞當·奧賴恩, 霍斯特·洛赫, 霍爾格·韋格納 申請人:斯科特玻璃技術有限公司