用於磁性信息存儲介質的玻璃-陶瓷基片的製作方法
2023-08-02 01:43:26 1
專利名稱：用於磁性信息存儲介質的玻璃-陶瓷基片的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於信息存儲設備磁性信息存儲介質的基片，具體講，涉及諸如具有適宜接觸式記錄體系且在CSS型(接觸啟動和停止)磁性信息存儲介質中能防止磁頭粘於磁性信息存儲介質上的包括超平滑度表面的表面特性有所改進的玻璃陶瓷製磁碟一類的用於磁性信息存儲介質的基片及用成膜工藝將磁性信息存儲介質基片成形為磁性信息存儲介質。
使用帶多媒體目的個人計算機和帶有對移動圖像和聲音信息處理的數字視頻攝相機大有增加的趨勢，此趨勢需要較大記錄容量的信息存儲介質。為此目的，必須增加磁性信息存儲介質的位編號和位密度，為了增加縱向記錄密度，必須減少位單元的尺寸。作為磁頭，在位單元尺寸減少的情況下，必須在十分接近磁性信息存儲介質表面上運行。如果磁頭在十分低的浮動高度或在與磁性信息存儲介質處於半接觸的狀態下運行，就會發生磁頭粘於磁性信息存儲介質表面的情況和在磁頭啟動或停止時，就會隨之發生磁頭斷裂和損傷磁膜。
為了克服這些問題，日益迫切需要開發諸如滑道(ramp)裝載體系和著陸(landing)區體系一類有關磁頭啟動和停止的新技術，根據前一體系，在磁頭啟動或停止時將完全把磁頭置於磁性信息存儲介質表面之外；根據後一體系，在磁性信息存儲介質基片的特定部分(即在環繞不記錄或存儲數據的內園周部分)應進行防止磁頭粘連的處理，磁頭在此部分啟動和停止。在目前的CSS型信息存儲設備中，此設備啟動運行前，磁頭保持與磁碟接觸而重複運行，而在設備啟動運行時，將磁頭從磁碟上提起。如果磁頭與磁碟接觸面是鏡面，會由於摩擦力的增加而使磁碟不能平穩地啟動轉動而發生磁頭粘於磁碟上的現象，且會發生損壞磁碟的現象。這樣，磁碟需要滿足兩個相互矛盾的要求，即一方面由於記錄容量的增加而需要降低磁頭，另一方面，又需防止磁頭粘連。為滿足這兩個相互矛盾的要求，正在開展研製滑道(ramp)裝載體系和著陸(landing)區體系的技術，根據前一體系，使磁頭完全置於磁信息存儲介質之外；根據後一體系，磁頭需在磁性信息存儲介質的特定區域中提供磁頭啟動和停止的區域。而且，不僅研製用於例如數目前的字視頻攝像機的固定型信息存儲設備，也研製用於例如數字視頻攝像機的可移動式信息存儲設備。從這樣的新技術觀點來考慮，磁性信息存儲介質基片應需具備如下特性(1)對於磁性信息存儲設備的滑道裝載體系而言，由於記錄容量的增加，磁頭在與磁性信息存儲介質表面處於半接觸狀態或完全接觸狀態下運行，鑑於此，磁性信息存儲介質基片必須具有粗度為1-5的超平表面，且基片必須能拋光到這樣的超平表面。
(2)對於磁性信息存儲設備的著陸區體系而言，著陸區(即磁頭啟動和停止的區域)必須具有足以能防止磁頭粘連的表面狀態。為此，需用裝有雷射二極體的固體雷射器或CO2雷射器在磁性信息存儲介質表面上形成凸臺和凹槽。
(3)對於著陸區型磁性信息存儲介質的CSS特性而言，如果在此介質著陸區磁性信息存儲介質具有粗度(Ra)為50以下的光滑表面，由於磁頭磁性信息存儲介質高速轉動而引起的接觸阻力的增加，往往會在磁頭和磁性信息存儲介質之間發生粘連現象。另一方面，如果在此介質著陸區磁性信息存儲介質具有粗度(Ra)為300以上的粗糙表面，則有發生磁頭斷裂的危險。因此，有必要把著陸區表面凸臺和凹槽的高度控制在50-300的高度，和把著陸區凸臺或凹槽的間隔控制在10μm-200μm及將此著陸區表面粗度(Ra)控制在10-50.
(4)由於為了改進磁性信息存儲介質的記錄密度而有將磁頭的提升量減少到0.025μm或0.025μm以下的量級的趨勢，所以磁性信息存儲介質表面的數據區應具有能使磁頭維持此提升量的表面粗度(Ra)，即1-5的範圍。
(5)由於增加了縱向記錄密度，磁性信息存儲介質基片不應有各項異性晶體、夾雜物或其它缺陷，且須有緻密、細和均勻的組織結構。
(6)為了能經受住高速轉動、與磁頭接觸和用作諸如移動式信息存儲設備一類的可攜式設備，磁性信息存儲介質的材料應具有足夠的機械強度和硬度。
(7)隨著磁性信息存儲介質縱向記錄密度的增加，需要諸如豎置磁性信息薄膜一類的極精細的磁性薄膜。由於在成膜過程中，Na2O、K2O、B2O3、F或OH基團這些成分會引起這些成分的離子色散，從而導致磁性薄膜特性的退化，所以為了滿足這種要求，一般要求磁性信息存儲介質基片的材料必須不含這些成分。
(8)磁性信息存儲介質材料必須對各種化學試劑的漂洗和浸蝕具有化學耐久性。
(9)就磁性薄膜成形而言，為避免薄膜成形期間因噴鍍和熱處理而導致薄膜特性的退化，磁性信息存儲介質基片應具有低的熱膨脹特性，如在-10×10-7/℃至20×10-7/℃範圍內。
一般將鋁合金用作磁性信息存儲介質基片材料。然而，由於這種材料固有的缺陷，所以在拋光工藝期間，此材基片往往會產生具有凸臺或者類似斑點凸臺和凹槽的基片表面。所以鋁合金基片不夠光滑。而且，由於鋁合金質地軟，往往會變形，以至於不適應使磁性信息存儲介質例如磁碟變薄一類的新要求和高記錄密度的要求，因為與磁頭接觸往往會使磁性信息存儲介質變形從而使記錄內容損失。
在公知技術中，有用化學玻璃鋼化玻璃，例如鈉石灰玻璃(SiO2-CaO-Na2O)和矽鋁酸鹽玻璃(SiO2-Al2O3-Na2O)制的磁性信息存儲介質的玻璃基片來作為克服鋁合金基片的這種缺陷的材料。然而，這些玻璃基片有下述缺陷(1)在玻璃鋼化後要進行拋光，這樣在磁性信息存儲介質薄化中，玻璃鋼化層往往會引起不穩定。
(2)為了改進CSS特性，必須經過使此基片表面上有凸臺和凹槽的組構化。鑑於機械加工或如用雷射束一類的熱處理會由於化學玻璃鋼化層的變形而引起斷裂或其它缺陷，所以須用化學浸蝕或噴濺來進行組構化，但由於競爭價格的原因，此工藝不適用於工業規模的生產。
(3)由於其中的Na2O或K2O是此種玻璃中的必要成分，所以此玻璃磁性薄膜特性會由於此基片不適應表面記錄密度增加的需要而退化。
在公知技術中，除鋁合金基片和化學玻璃鋼化玻璃基片外，還有某些玻璃陶瓷製基片。例如，日本專利申請特開平6-329440公開了包括二矽酸鋰(Li2O·2SiO2)和α-石英(α-SiO2)作為主要晶相的SiO2-Li2O-MgO-P2O5體系玻璃陶瓷。鑑於控制了α-石英球狀顆粒粒度，通常的機械組構化或化學組構化已成為不需要的工藝且可將拋光表面的表面粗度(Ra)控制在15-50的範圍內，所以此種玻璃陶瓷是一種優異材料。但此種玻璃陶瓷不適用上述1-5指標的表面粗度且不足以適應於上述由於記錄容量的迅速增加而必須降低磁頭浮動高度的趨勢。此外，在此玻璃陶瓷中，根本沒有涉及本說明書下面將予介紹的著陸區。
日本專利申請特開平7-169048公開了一種包括Au和Ag作為光敏金屬的SiO2-Li2O體系的光敏玻璃陶瓷，其特徵在於在磁碟基片表面上形成數據區和著陸區。此玻璃陶瓷的主要晶相是矽酸鋰(Li2O·SiO2)和/或二矽酸鋰(Li2O·2SiO2)。對於使用矽酸鋰而言，此種玻璃陶瓷的化學耐久性差，這就帶來嚴重的實際問題。而且，在著陸區的成形中，部分基片(即著陸區)將會結晶並用6％HF溶液進行化學浸蝕。然而，未結晶部分和結晶部分的基片的成形將會使基片的機械和化學穩定性均變差。就用HF溶液化學浸蝕而言，由於蒸發和其它原因，HF溶液濃度難於控制，所以此法不適用於大規模生產。
已知幾種在磁性信息存儲介質表面上成形著陸區和數據區的方法。例如，日本專利申請特開平6-290452公開了一種用波長為523nm的脈衝雷射來在碳質基片上成形著陸區的方法。然而，此法有下述缺點(1)用高壓和約2600℃高溫燃燒成形碳質基片這就導致難以在低成本下大規模生產。
(2)碳質基片機械性能(楊氏模量和斷裂強度)差，這就難於適應變薄的趨勢和設備高速轉動的要求。
(3)藉助脈衝雷射來使碳氧化和蒸發而成形著陸區。由於碳是一種引起極強的熱氧化反應的材料，所以成形的著陸區就變得不穩定，因而在複製中有嚴重問題。
日本專利申請特開平7-65359和US 5062021公開了一種用脈衝雷射在鋁合金上成形著陸區的方法。鋁合金有上述問題。此外，雷射束照射後的基片表面會因熔融部分的氧化和其表面上仍存有噴濺金屬，而勢必有缺陷。所以此法難於在實際中使用。
日本專利申請特開平63-46622公開了一種多元低熱膨脹材料制的磁性信息存儲硬碟。此參考文獻僅對熱變形進行了討論。據證明96％矽質(silica)玻璃和石英玻璃可作為適用的材料，但是這些材料的機械強度差，且不實用。而且，提出作為適用的玻璃陶瓷為通常已知的含有Na2O成分的玻璃陶瓷。關於適應高記錄密度趨勢必不可少的磁性薄膜的問題在此參考文獻中並未予討論。既沒討論基片表面的表面粗度也未討論滑道裝載和著陸區技術。
日本專利申請特開平6-92681和8-133783披露了一種SiO2-Al2O3-SiO2體系低膨脹透明玻璃陶瓷。此兩分公知技術中並未涉及用這樣的玻璃陶瓷作為磁性信息存儲介質基片，且關於基片的超平滑表面也未討論。
因此，本發明的目的是克服現有技術中的上述缺陷並提供一種具有下述特性的磁性信息存儲介質基片該基片使用於同高記錄密度趨勢相適應的兩種技術；該基片的整個基片表面上特別是滑道裝載體系表面上具有超平滑表面特性且該基片也具有兩個表面特性，即在磁頭啟動和停止(接觸啟動和停止)的著陸區中，能穩定地提升磁頭和在同高記錄密度相適應的數據區中能允許磁頭有低的浮動高度。
本發明的另一目的是提供一種通過對磁性信息存儲介質基片進行成膜工藝而成形的磁性信息存儲介質。
本申請是其發明人進行潛心研究並取得大量實踐經驗和實現了上述目的後而提出的，其中發現，於特定的溫度範圍內，對SiO2-Al2O3-Li2O體系的鹼性玻璃或同一體系的並含有從V2O5、CoO、NiO、Cr2O3和CuO中選出的至少一種化合物作為著色劑的鹼性玻璃進行熱處理獲得的玻璃陶瓷具有β-石英固溶體(β-SiO2固溶體)晶相或β-石英固溶體(β-SiO2固溶體)和β-鋰輝石固溶體(β-Li2O·Al2O3·SiO2固溶體)的具有細球狀晶粒的混晶相；具有拋光後對滑道裝載體系十分有利的超光滑表面粗度；具有用對著陸區體系十分有利的雷射(即裝有雷射二極體的固體雷射器或CO2雷射器)加工的優異性能。
可用提供的下述磁性信息存儲介質玻璃陶瓷基片來實現本發明的目的，該基片具有同滑道裝載體系相適應的表面粗度(Ra)為1-5的拋光面，根據此體系，磁頭完全在磁性信息存儲介質表面之外的區域內啟動和停止。
在本發明的一方面中，具有著陸區和與著陸區體系相適應的數據區的玻璃陶瓷基片上有藉助雷射束照射而在著陸區形成的凸臺和凹槽。
就著陸區體系而論，裝有雷射二極體的固體雷射器或CO2雷射器是特別優選的。
就裝有雷射二極體的固體雷射器而言，可以使用NdYAG、NdYVO4或NdYLF雷射器。
在本發明的另一方面中，所述的裝有雷射二極體的固體雷射器的波長在0.2μm-0.6μm範圍內或1.05μm-1.40μm範圍內。
在本發明的再一方面中，裝有波長在0.2μm-0.6μm範圍內或1.05μm-1.40μm範圍內雷射二極體的固體雷射器在厚度為0.635nm處時的透射百分率為0％-10％。
在本發明的再一方面中，數據區拋光面的表面粗度(Ra)為1-5，經雷射束照射在著陸區形成了許多凸臺或凹槽，形成的凸臺或凹槽的高度在50-300範圍內，著陸區的表面粗度(Ra)在10-50範圍內。
在本發明的再一方面中，經雷射束照射在著陸區形成的高度在50-500範圍內的凸臺或凹槽間隔在10μm-200μm範圍內。
在本發明的再一方面中，磁性信息存儲介質基片的玻璃陶瓷包括SiO2-Al2O3-Li2O體系的玻璃陶瓷且具有作為其主要晶相的β-石英固溶體(β-SiO2固溶體)或β-石英固溶體(β-SiO2固溶體)和β-鋰輝石固溶體(β-Li2O·Al2O3·4SiO2固溶體)的混合物。
在本發明的再一方面中，磁性信息存儲介質基片的玻璃陶瓷包括SiO2-Al2O3-Li2O體系的玻璃陶瓷且具有作為其主要晶相的β-石英固溶體(β-SiO2固溶體)或β-石英固溶體(β-SiO2固溶體)和β-鋰輝石固溶體(β-Li2O·Al2O3·4SiO2固溶體)的混合物，且β-石英固溶體和β-鋰輝石固溶體的晶粒直徑在200-5000範圍內。
在本發明的再一方面中，磁性信息存儲介質基片的玻璃陶瓷的表面粗度(Ra)在1-5範圍內。
在本發明的再一方面中，玻璃陶瓷是對由下述成分(重量百分數)組成的鹼性玻璃進行熱處理獲得的SiO2+P2O556-65％其中SiO250-60％P2O56-10％Al2O322-26％Li2O+MgO+ZnO 4.0-6.5％其中Li2O 3-5％MgO 0.6-2％ZnO 0.5-2％CaO+BaO 0.5-5％其中CaO 0-4％BaO 0.5-3％TiO21-4％ZrO21-4％As2O30-2％Sb2O30-2％其中P2O5與SiO2的重量比介於0.10-0.17之間，所述玻璃陶瓷包含作為其主要晶相的β-石英固溶體(β-SiO2固溶體)或β-石英固溶體(β-SiO2固溶體)和β-鋰輝石固溶體(β-Li2O·Al2O3·4SiO2固溶體)的混合物。
在本發明的再一方面中，玻璃陶瓷是對由下述成分(重量百分數)組成的鹼性玻璃進行熱處理獲得的SiO2+P2O556-65％其中SiO250-60％P2O56-10％Al2O322-26％Li2O+MgO+ZnO 4.0-6.5％其中Li2O 3-5％MgO0.6-2％ZnO0.5-2％CaO+BaO0.5-5％其中CaO0-4％BaO0.5-3％TiO21-4％ZrO21-4％As2O30-2％Sb2O30-2％V2O5+CoO+NiO+Cr2O3+CuO 1-4％V2O50-3％CoO 0-3％NiO 0-3％Cr2O30-3％CuO 0-3％其中P2O5與SiO2的重量比介於0.10-0.17之間，所述玻璃陶瓷包含作為其主要晶相的β-石英固溶體(β-SiO2固溶體)或β-石英固溶體(β-SiO2固溶體)和β-鋰輝石固溶體(β-Li2O·Al2O3·4SiO2固溶體)的混合物。
在本發明的再一方面中，玻璃陶瓷是對玻璃材料進行熔融、成形和退火併在650-750℃下對成形的鹼玻璃進行形成晶核和在750-950℃下結晶的熱處理，此玻璃陶瓷在-60℃至+600℃下的熱膨脹係數在-10×10-7/℃和+20×10-7/℃範圍內。
在本發明的再一方面是提供一種具有在有上述特性玻璃陶瓷基片上形成的磁介質膜的磁性信息存儲介質。
在鹼性玻璃中，以氧化物的組成為基準來表示本發明玻璃陶瓷基片的組成。下面將介紹選擇上述各成分含量範圍的原因。
當對鹼性玻璃進行熱處理時，SiO2便是一種製得β-石英固溶體(β-SiO2固溶體)和β-鋰輝石固溶體(β-Li2O·Al2O3·4SiO2固溶體)作為其主要晶相的重要成分。如果此成分的量低於50％，玻璃陶瓷中形成的晶體便不穩定，且其組織往往會因拋光後機械強度和表面粗度的粗糙度的降低而變得太粗糙。如果此成分的量超過60％，在熔融和成形鹼性玻璃時則會出現困難。
當P2O5與SiO2共存時，P2O5便是一種改進鹼性玻璃熔融性和透明度的有效成分。如果此成分的量低於6％，就不能獲得此效果，但如果此成分的量超過10％，鹼性玻璃中就會發生失透性現象，玻璃陶瓷的組織就會變得粗糙。為了獲得最好的效果，SiO2與P2O5總量應在56-65％範圍內，P2O5與SiO2重量比應介於0.10-0.17之間。Al2O3可以改進此玻璃陶瓷的熔融性和化學耐久性。如果此成分的量低於22％，鹼性玻璃的熔融就變得困難，且也不能獲得足夠的化學耐久性。如果此成分的量超過26％，其熔融性就會退化，也會發生失透性現象。Li2O、MgO和ZnO三種成分是構成β-石英固溶體晶體的重要成分。當這些成分與有限效果的SiO2和P2O5共存時，既可改進玻璃陶瓷的低熱膨脹特性又可改進鹼性玻璃的熔融性和透明度。如果Li2O的量低於3％，不僅不能獲得這些效果，而且也難於析出上述的預定晶相。如Li2O的量超過5％，就不能獲得低熱膨脹特性且鹼性玻璃的失透性也會變差。如MgO的量低於0.6％，就不能獲得上述效果，而如果此成分的量超寸2％，低熱膨脹特性就不能獲得。如ZnO的量低於0.5％，就不能獲得上述效果，如此成分的量超過2％，低熱膨脹特性就不能獲得且鹼性玻璃的失透性也會變差。為了獲得最好效果，Li2O、MgO和ZnO的總量應控制在4.0-6.5％範圍內。
CaO和BaO為析出晶體後仍存留於玻璃陶瓷中的玻璃基材。這些成分是在晶相和玻璃基材之間進行有效調節的重要成分。如果CaO的量超過4％，就不會生成目標晶相，此外，鹼性玻璃中也會發生失透性現象。如果BaO的量低於0.5％，就不能獲得此效果，但如此量超過3％，鹼性玻璃的熔融性就會變差，而且會還發生失透性現象。為了獲得最好的效果，CaO和BaO的總量應控制在0.5-5％範圍內。
TiO2和ZrO2是必不可少的成核劑。如果其每一成分的量低於1％，就不能析出所需要的晶相，但如每一成分的量超過4％，就會由於未熔部分的存在而使鹼性玻璃的熔融性變差。
As2O3和Sb2O3是為了獲得均勻產品而作為澄清劑加在熔融玻璃中的。每一成分的量加到2％就足夠了。
本發明中，如用裝有雷射二極體的固體雷射器來在著陸區形成凸臺和凹槽，加入著色劑來吸收雷射束是必不可少的。如用CO2雷射器來形成凸臺或凹槽，就無需加著色劑，但CO2雷射束可以照射到含著色劑的體系上。
本發明中，至少應使用從V2O5、CoO、NiO、Cr2O3和CuO中選出的一種氧化物作為著色劑。
如每一成分的量超過3％，往往會生長出有較大直徑的晶體，且鹼性玻璃中會發生失透性現象。如各成分重總量低於1％，就不能獲得本發明目的要求的透射百分率，這樣就難於用雷射器來進行加工。如各成分總量超過4％，鹼性玻璃中的失透性現象變差，且難於大規模生產。
人們已經發現，用波長為0.2μm-0.6μm或1.05μm-1.40μm範圍內的雷射二極體的固體雷射器不用過高雷射器能量來進行充分加熱時，厚度為0.635mm處的適當的透射百分率範圍為0％-10％使用此範圍的透射百分率時，可把雷射束的照射時間控制在最小數值上，這樣，在基片表面部分就不會產生過剩應力，據此便可以穩定方式成形凸臺或凹槽而又確保能大規模生產基片。
為了製備磁性信息存儲介質的玻璃陶瓷基片，對具有上述組成的鹼性玻璃進行熱成形和/或冷成形，在650-750℃下熱處理以產生晶核，進而在750-950℃下熱處理以結晶。
如此熱處理獲得的玻璃陶瓷的主晶相是β-石英固溶體(β-SiO2固溶體)或β-石英固溶體(β-SiO2固溶體)和β-鋰輝石固溶體(β-Li2O·Al2O3·4SiO2固溶體)的混合物。這些晶粒具有球狀晶粒結構。含著色劑體系和不含著色劑體系的晶粒直徑均為200-5000在-60℃至+600℃溫度範圍內，此玻璃陶瓷的熱膨脹係數在-10-7/℃至20×10-7/℃範圍內。
對用上述熱處理獲得的玻璃陶瓷進行通常的磨光和拋光處理即可獲得表面粗度(Ra)為1-5的磁性信息存儲介質的玻璃陶瓷基片。
對於著陸區體系而言，然後在著陸區，用有雷射二極體的固體雷射器或者CO2雷射器對玻璃陶瓷進行凸臺或凹槽的成形處理。
此時，將雷射二極體固體雷射器的雷射波長限制在0.2μm-0.6μm或1.05μm-1.40μm範圍內。用此波長範圍的雷射束照射時，在著陸區以10μm-200μm的間隔形成高度為50-300表面粗度(Ra)為10A-50A的凸臺或凹槽。這樣可以提供一種磁性信息存儲介質的玻璃陶瓷基片如
圖1所示，此玻璃陶瓷基片有凸臺或凹槽高度為50-300的著陸區和具有優異的光滑表面的數據區。在圖1中，玻璃陶瓷基片1有設於中心開孔5外側的著陸區3和設於著陸區3外側的數據區2符號4代表著陸區3內側形成的稱之為「圓環」部分。圖2示出了著陸區中形成的凸臺或凹槽的形狀。圖3示出了著陸區中形成的凸臺形狀。圖4示出了著陸區中形成的凸臺或凹槽的間隔。圖5示出了著陸區中形成的凸臺或凹槽的高度。
一般用於表面變換例如材料切割、焊接和微處理的雷射器分為Ar雷射器、CO2雷射器、eximer雷射器和雷射二極體固體雷射器。人們已經發現，由於熔融材料的噴濺，Ar雷射器和eximer雷射器會產生不適宜的形狀缺陷，所以用於加工本發明玻璃陶瓷的雷射器中，適宜的雷射器局限於雷射二極體固體雷射器和CO2雷射器。
為了用雷射二極體固體雷射器或CO2雷射器在著陸區形成凸臺或凹槽，使拋光的玻璃陶瓷基片在夾持狀態下繞軸轉動，在預定間隔處，用脈衝雷射束垂直照射在著陸區表面上。
在脈衝雷射照射時，用雷射二極體固體雷射器，使用光點直徑為2μm-50μm範圍的雷射束，而用CO2雷射器，則用光點直徑為15μm-50μm範圍的雷射束。根據處理的玻璃陶瓷組成來控制雷射器照射的條件，例如雷射器功率和脈衝寬度。
影響用雷射束照射基片表面形成凸臺或凹槽的主要條件有(1)雷射器功率；(2)雷射器脈衝寬度和(3)雷射器光點直徑，即基片表面的照射面積。對於雷射二極體固體雷射器所照射的基片材料而言，波長為(0.2μm-0.6μm或1.05μm-1.40μm)的雷射器的吸收特性，所用雷射器波長時的低透射百分率是最重要的因素。例如，沒有晶體生長的一般玻璃制的基片不能選擇吸收所用的雷射二極體固體雷射器的波長，因此，由於不能形成凸臺或凹槽，所以基片表面不變熱。
然後用公知的成膜方法，對經雷射照射而在著陸區形成有凸臺或凹槽的玻璃陶瓷基片進行成膜工藝，據此形成高記錄密度的磁性信息存儲介質。具體講，在真空中加熱玻璃陶瓷基片，然後用噴濺工藝塗覆以鉻質中間層、鈷合金質磁性層、和碳質保護層，最後在保護層表面塗覆一層潤滑材料層即可得到磁性信息存儲介質。
下面將參照附圖來描述本發明的實施例。
在附圖中，圖1是根據本發明磁性信息存儲介質的玻璃陶瓷基片中心開口外側形成的著陸區和數據區的俯視平面圖。
圖2是表示在著陸區形成的凸臺和凹槽的形狀的剖面圖。
圖3是表示在著陸區形成的凸臺形狀的剖面圖。
圖4是表示在著陸區形成的凸臺和凹槽間隔的剖面圖。
圖5是表示在著陸區形成的凸臺和凹槽高度的剖面圖。Li2O4.0 4.0 4.0MgO 1.0 1.0 0.7ZnO 0.5 0.5 0.8CaO 1.0 1.0 1.0BaO 1.0 1.0 1.0TiO22.5 2.5 2.3ZrO22.0 2.0 1.8As2O31.0 1.0Sb2O31.0V2O51.0 0.4CoO 1.5NiO 1.5Cr2O31.0CuO晶核形成溫(℃) 750 730 700結晶溫度(℃) 800 900 850外觀顏色 透明 黑色 黑色晶相和晶粒直徑 β-石英 β-石英 β-石英固溶體固溶體固溶體250 320 1500β-鋰輝石1000晶粒形狀球形 球形 球形波長為0.2μm-0.6μm雷射在板厚0.635mm處的百分平均透射率80％ 0％ 0％波長為1.05μm-1.40μm雷射在板厚0.635mm處的百分平均透射率90％ 0％ 0％雷射器類型 CO2NdYAG NdYVO4Li2O 4.04.0 4.0MgO1.01.0 0.7ZnO0.50.5 0.8CaO1.01.0 1.0BaO1.01.0 1.0TiO22.52.5 2.3ZrO22.02.0 1.8As2O31.01.0Sb2O31.0V2O51.0 0.4CoO1.5NiO1.5Cr2O31.0CuO晶核形成溫(℃) 750 730700結晶溫度(℃) 800 900850外觀顏色 透明 黑色 黑色晶相和晶粒直徑 β-石英 β-石英β-石英固溶體固溶體 固溶體250 320 1500β-鋰輝石1000晶粒形狀 球形 球形 球形波長為0.2μm-0.6μm雷射在板厚0.635mm處的百分平均透射率 80％ 0％0％波長為1.05μm-1.40μm雷射在板厚0.635mm處的百分平均透射率 90％ 0％0％雷射器類型 CO2NdYAGNdYVO4波長 10.5μm 1.064μm 1.064μm凸臺或凹槽高度150 200 120著陸區表面粗度(Ra)14 16 13數據區表面粗度(Ra)2 31熱膨脹係數(×10-7/℃)(-60℃至+600℃) 2 10 15表2實施例4 5 6SiO255.053.058.0P5O27.0 7.0 6.5Al2O324.023.022.5Li2O 4.0 3.8 4.2MgO1.0 0.6 0.7ZnO1.0 0.6 0.5CaO1.5 1.0 0.5BaO1.0 0.8 0.7TiO22.5 2.3 2.0ZrO22.0 1.8 1.5As2O31.0Sb2O31.0 0.8V2O51.0 1.0CoO 2.0NiO 1.5 0.5Cr2O30.5 0.4CuO 0.3晶核形成溫度(℃)740 730 750結晶溫度(℃)830 920 880外觀顏色 透明 黑色黑色晶相和晶粒直徑 β-石英β-石英β-石英固溶體 固溶體 固溶體300 500 +600β-鋰輝石 β-鋰輝石3000 4000晶粒形狀球形 球形 球形波長為0.2μm-0.6μm雷射在板厚0.635mm處的百分平均透射率81％ 0％0％波長為1.05μm-1.40μm雷射在板厚0.635mm處的百分平均透射率93％ 0％8％雷射器類型 CO2NdYAGNdYVO4波長10.5μm1.064μm 0.532μm凸臺或凹槽高度 200 300 500著陸區表面粗度(Ra) 18 25 40數據區表面粗度(Ra) 543熱膨脹係數(×10-7/℃)(-60℃至+600℃) 8 15 18表3實施例7 8 9SiO254.056.555.0P5O27.5 7.5 7.0Ai2O324.023.523.0Li2O 4.0 4.0 4.0MgO 1.0 1.5 1.5ZnO 0.5 0.5 0.5CaO 1.0
BaO 1.01.01.0TiO22.52.52.0ZrO22.02.02.0As2O31.01.01.0Sb2O3V2O51.0 2.0CoO 0.5NiO0.5Cr2O3CuO晶核形成溫度(℃) 730 750 740結晶溫度(℃) 900 825 860外觀顏色 黑色 透明 黑色晶相和晶粒直徑 β-石英 β-石英 β-石英固溶體固溶體 固溶體320 240400β-鋰輝石 α-方英石1000晶粒形狀 球形 球形 球形波長為0.2μm-0.6μm雷射在板厚0.635nm處的百分平均透射率 0％ 81％ 0％波長為1.05μm-1.40μm雷射在板厚0.635mm處的百分平均透射率 0％ 92％ 0％雷射器類型 NdYAG CO2NdYVO4波長 0.266μm 10.5μm 1.064μm凸臺或凹槽高度 200 150250著陸區表面粗度 17 15 22(Ra)17數據區表面粗(Ra) 234熱膨脹係數(×107/℃)(60℃至+600℃) 10 5 10表4對比例1 2SiO271.0 82.0P5O21.9 2.5Al2O39.6 3.1Li2O12.0 8.5MgO 1.5ZnOCaO 0.4BaOTiO2ZrO2As2O30.3Sb2O3Na2O3.8Na2O1.6SrO0.4 K2O3.6PbO0.9晶核形成溫度(℃) 550 540結晶溫度(℃) 780 800外觀顏色 白色白色晶相和晶粒直徑 Li2Si2O5Li2Si2O51.2μm 1.5μmα-方英石α-方英石
0.5μm 0.3μm晶粒形狀 Li2Si2O5Li2Si2O5針狀針狀α-方英石 α-方英石球狀球狀波長為0.2μm-O.6μm雷射在板厚0.635mm處的百分平均透射率45％48％波長為1.05μm-1.40μm雷射在板厚0.635mm處的百分平均透射率87％86％雷射器類型波長凸臺或凹槽高度著陸區表面粗度(Ra)數據區表面粗度(Ra) 1412熱膨脹係數(×107/℃)(60℃至+600℃) 110 115為了製備上述實施例的玻璃陶瓷基片，在通常熔融設備中將包括氧化物、碳酸鹽和硝酸鹽的材料予以混合併在約1450-1500℃溫度下熔融。把熔融態玻璃攪拌均勻，成形為盤狀和退火即可得到成形玻璃。然後把成形的玻璃於700-750℃溫度下進行熱處理以形成晶核，然後於800-920℃再進行熱處理以結晶生產所希望要的玻璃陶瓷。然後用平均顆粒直徑為5-30μm的磨粒對其進行拋光和最後用平均粒徑為0.2-2μm的氧化鈰磨粒對其進行拋光。用固定在適當位置的裝有雷射二極體的固體雷射器或CO2雷射器對經拋光的玻璃陶瓷基片進行雷射處理，用脈衝雷射照射的同時，旋轉玻璃陶瓷基片以在著陸區成形凸臺或凹槽。
進行脈衝雷射照射時，諸如雷射波長、雷射功率、雷射束光點直徑、焦點和雷射脈衝寬度等條件是根據玻璃陶瓷基片的具體組成來控制的。
在實施例1-9中，著陸區和數據區的表面粗度(Ra)和著陸區凸臺或凹槽高度是用AFM(原子力顯微鏡)測定的。
如表1-4及圖6和7所示，本發明的實施例和和現有技術Li2O-SiO2體系的比較例在晶相和晶體顆粒形狀方面彼此完全不同。本發明的玻璃陶瓷中，β-石英固溶體和β-鋰輝石固溶體具有小顆粒直徑的球狀晶粒結構。相反，在對比例1和2的玻璃陶瓷中，二矽酸鋰晶體具有直徑為1.0μm或1.0μm以上的大直徑針狀晶粒結構。對於需要較光滑表面的情況而言，對比例的晶粒結構和晶粒直徑對拋光後的表面粗度有相反影響並有由於晶體顆粒從基片上脫落下來而導致的缺陷。因為對比例1和2中，難以獲得12或12以下的表面粗度的玻璃陶瓷。
正如圖8-10所示的表面粗度那樣，同現有技術鋁基片和化學玻璃鋼化玻璃基片所出現的上述缺點相反，利用本發明的玻璃陶瓷基片即可實現用雷射處理來獲得圖8和9所示的均勻及所需形狀的凸臺或凹槽。圖10示出了現有技術的矽鋁酸玻璃(SiO2-Al2O3-Na2O，K2O離子交換)，從此圖中可以清楚看出，經雷射照射後，此種玻璃呈現出了不穩定和不均勻的表面狀態。在圖10所示的矽鋁酸化學鋼化玻璃中，用波長為1.064μm和0.532μm的裝雷射二極體的固體雷射器(NdYAG)照射不能獲得足夠的加熱，而需用波長為0.266μm的雷射進行處理。其結果是得到如圖10所示的不穩定和不均勻的表面狀態。
據認為，根據本發明的玻璃陶瓷在耐熱性方面優於玻璃態化學鋼化玻璃；化學鋼化玻璃在鋼化表面層和非鋼化中間層之間沒有應力變化；具有能防止由各種外力作用而產生的微裂紋擴大的晶相。這些優點的總效果是改進了雷射束照射形成的凸臺或凹槽的性能。
圖12示出了作為根據本發明磁性信息存儲介質應用例的著陸區體系的信息存儲設備(例如個人計算機的硬碟設備)。
圖12中，磁性信息存儲介質1有數據區2和著陸區3磁性信息存儲介質1可轉動地固定於信息存儲設備6上。磁頭7可在樞軸上轉動地固定於磁性信息存儲設備6上。磁頭7在著陸區3中啟動，在低浮動高度狀態或接觸狀態下在數據區2中記錄或複製數據，此後再回到著陸區3中停止。
可用未經雷射照射成形著陸區的著陸體系磁性信息存儲介質基片的例子來作為滑道裝載體系的磁性信息存儲介質基片。
圖13示出了使用滑道裝載體系的磁性信息存儲介質的信息存儲設備(例如個人計算機硬碟設備)。
圖13和12中的同一符號表示同一部件，因此在圖13中無必要重複寫出這些部件的名稱。在此體系中，磁頭7在所示出的磁性信息存儲介質1外側的區域中啟動和停止。具體講，磁頭7在示出的信息存儲介質1的外側區域啟動，在低浮動高度狀態或接觸狀態下在數據區2中記錄或複製數據，然後再回到信息存儲介質1外側區域停止。
權利要求
1.一種磁性信息存儲介質的玻璃陶瓷基片，該基片包含SiO2-Al2O3-Li2O體系的玻璃陶瓷且具有作為其主要晶相的β-石英固溶體(β-SiO2固溶體)或β-石英固溶體(β-SiO2固溶體)和β-鋰輝石固溶體(β-Li2O·AlO3·4SiO2固溶體)的混合物。
2.根據權利要求1的玻璃陶瓷基片，其中β-石英固溶體和β-鋰輝石固溶體的晶粒直徑為200-5000。
3.根據權利要求2的玻璃陶瓷基片，其中拋光後基片的表面粗度(Ra)為1-5。
4.根據權利要求1的玻璃陶瓷基片，該基片有數據區和著陸區，所述著陸區有雷射束照射形成的許多凸臺或凹槽。
5.根據權利要求4的玻璃陶瓷基片，其中所用雷射器是有雷射二極體的固體雷射器。
6.根據權利要求4的玻璃陶瓷基片，其中所用雷射器是CO2雷射器。
7.根據權利要求5的玻璃陶瓷基片，其中所述雷射二極體固體雷射器波長在0.2μm-0.6μm和1.05μm-1.40μm範圍內。
8.根據權利要求7的玻璃陶瓷基片，其中裝有雷射二極體的固體雷射器波長在0.2μm-0.6μm範圍內或1.05μm-1.40μm範圍內時在板厚0.635mm處的透射百分率為0％-10％。
9.根據權利要求4至6任一項的玻璃陶瓷基片，其中數據區拋光面的表面粗度(Ra)為1-5，經雷射束照射在著陸區形成許多凸臺或凹槽，形成的凸臺或凹槽的高度在50-300範圍內，著陸區的表面粗度(Ra)在10-50範圍內，凸臺或凹槽間隔在10μm-200μm範圍內。
10.根據權利要求1至3任一項的玻璃陶瓷基片，其中所述玻璃陶瓷是對由下述成分(重量百分數)組成的鹼性玻璃進行熱處理獲得的SiO2+P2O556-65％其中SiO250-60％P2O56-10％Al2O322-26％Li2O+MgO+ZnO4.0-6.5％其中Li2O3-5％MgO 0.6-2％ZnO 0.5-2％CaO+BaO 0.5-5％其中CaO 0-4％BaO 0.5-3％TiO21-4％ZrO21-4％As2O30-2％Sb2O30-2％其中P2O5與SiO2的重量比介於0.10-0.17之間，所述玻璃陶瓷包含作為其主要晶相的β-石英固溶體(β-SiO2固溶體)或β-石英固溶體(β-SiO2固溶體)和β-鋰輝石固溶體(β-Li2O·Al2O3·4SiO2固溶體)的混合物。
11.根據權利要求1的玻璃陶瓷基片，所述玻璃陶瓷是對由下述成分(重量百分數)組成的鹼性玻璃進行熱處理獲得的SiO2+P2O556-65％其中SiO250-60％P2O56-10％Al2O322-26％Li2O+MgO+ZnO4.0-6.5％其中Li2O 3-5％MgO 0.6-2％ZnO 0.5-2％CaO+BaO 0.5-5％其中CaO0-4％BaO 0.5-3％TiO21-4％ZrO21-4％As2O30-2％Sb2O30-2％V2O5+CoO+NiO+Cr2O3+CuO1-4％V2O50-3％CoO0-3％NiO0-3％Cr2O30-3％CuO0-3％其中P2O5與SiO2的重量比介於0.10-0.17之間，所述玻璃陶瓷包含作為其主要晶相的β-石英固溶體(β-SiO2固溶體)或β-石英固溶體(β-SiO2固溶體)和β-鋰輝石固溶體(β-Li2O·Al2O3·4SiO2固溶體)的混合物。
12.根據權利要求1的玻璃陶瓷基片，所述玻璃陶瓷是對玻璃材料熔融、成形和退火併將形成的鹼性玻璃經650-750℃下形成晶核和在750-950℃下結晶熱處理後獲得的，此玻璃陶瓷在-60℃至+600℃下的熱膨脹係數在-10×10-7/℃至+20×10-7/℃範圍內。
13.一種在權利要求1所述玻璃陶瓷基片上形成的具有磁性介質薄膜的磁性信息存儲介質。
全文摘要
本發明提供了一種具有適宜於接觸式記錄體系的超平滑磁性信息存儲介質如磁碟的玻璃陶瓷基片,該基片包括SiO
文檔編號G11B5/82GK1198415SQ9712649
公開日1998年11月11日 申請日期1997年11月14日 優先權日1996年11月14日
發明者後藤直雪 申請人:株式會社小原