一種磁記錄盤玻璃基片離子交換表面增強方法
2023-10-26 14:08:17 1
專利名稱：一種磁記錄盤玻璃基片離子交換表面增強方法
技術領域：
本發明涉及磁記錄存儲器玻璃基片表面離子交換表面增強方法，屬玻璃材料表面熱處理技術領域。
過去的鋁鎂合金基片，因其材料固有的弊端已逐漸被玻璃基片所取代。自90年代以來，常用的玻璃基片有兩大類即一般強化玻璃及微晶玻璃。
實際上，強化玻璃一般不用風冷鋼化法，因這種強化過程常會產生較明顯的應力不均。尤其用在計算機磁記錄硬碟上，為提高信息記錄或讀取的速度或存儲密度，磁碟常要高速旋轉，現已達15000rpm(即每分鐘15000轉)，甚至更高，故風冷強化玻片高速旋轉時會發生較為嚴重的突發性破裂，造成人、機的損害，甚至危及生命。
自從玻璃基片出現後，人們開始著手對微晶玻璃應用的研究。目前有不少的國外專利報導了以微晶玻璃(或稱玻璃陶瓷)片來作基片。其方法是將低鈉或無鈉矽酸鹽玻璃，經晶核形成和結晶成長的晶化熱處理，最終製得微晶玻璃，這種微晶玻璃具有較大的強度，可以作為磁記錄盤的基片。日本專利JP平-92680A和USP5476821A公開了一種典型的微晶玻璃產品，但是其關鍵的微晶玻璃加工周期長及耗能較大，製取成本較高，在一定程度上影響了其應用。目前，也有採用離子交換法的化學增強方法，使基片達到強化。近年來，國外如美國的Corning(康寧)公司，日本的Hoya(即保谷公司)及日本板硝子公司，他們都是以離子交換法獲得了增強的玻璃基片。
離子交換這種化學增強方法，可以改變基礎玻璃基片表面的結構特性，使之產生壓縮應力，導致玻璃增強。
離子交換法主要以一種半徑較大的離子取代玻璃中相應離子半徑較小的組份，導致玻璃，尤其表面層玻璃的結構變化，以半徑大的離子擠進了玻璃中的若干半徑較小離子位置，形成體積膨脹，使之產生壓縮應力，此種壓縮應力有利於抑制玻璃破裂時的張力所引起的危險，即因玻璃表面均勻受到壓縮應力作用時，一般其破裂的張力首先用來抵消壓縮應力，離子交換的結果所產生的壓縮應力層必然會使玻璃基片的強度得到一定增強。
本發明提供了一種磁記錄盤玻璃基片離子交換表面增強方法，其特徵在於採用的玻璃基片的成份為鈉鈣矽酸鹽玻璃，其基本組成(wt％)為SiO260-70％，Na2O 5-14％，CaO 3-7％，MgO 1-5％，Al2O31-4％，K2O 0.2-2％及其他微量氧化物。玻璃基片表面離子交換的工藝方法如下第一步，採用浸漬法處理將玻璃基片浸入含有欲交換的離子如K+、Li+、Na+的鹽類的高溫融鹽溶液中，處理溫度為340～540℃，處理時間為8-36小時；也可以將上述這類鹽加熱到500～850℃，以其蒸汽K+、Li+、Na+與玻璃中的相關金屬離子進行交換；第二步，採用雙溫區法處理即第一溫區處理是將欲交換的離子如K+、Li+、Na+及Ba2+等金屬離子鹽類加熱到500～650℃溫區，使之蒸發成相應的具有該金屬離子的蒸汽；第二溫區處理是將玻璃基片放置於周圍具有相應金屬離子的氣氛中，靜置於350～500℃溫區，時間為10-48小時。
上述的K+離子鹽類為KNO3、KCl、K2CO3；Li+離子鹽類為LiCl、LiNO3；Na+離子鹽類為NaCl、NaNO3、Na2SO4；Ba2+離子鹽類為Ba(NO3)2。
本發明又可適用於另一種鈉鋁矽酸鹽系玻璃磁，其基本組成(wt％)為SiO262-72％，Na2O 7-13％，Li2O 2-7％，Al2O312-18％，K2O 0.2-3％，ErO2或其他KO20.5-5％，及其他微量氧化物；玻璃基片表面離子交換的工藝方法如下第一步，採用浸漬法處理將玻璃基片浸入含有欲交換的離子如K+、Li+、Na+的鹽類的高溫融鹽溶液中，處理溫度為350～600℃，處理時間為10-36小時；第二步，採用雙溫區法處理即第一溫區處理是將欲交換的離子如K+、Li+、Na+及Ba2+等金屬離子鹽類加熱到500～650℃溫區，使之蒸發成相應的具有該金屬離子的蒸汽；第二溫區處理是將玻璃基片放置於周圍具有相應金屬離子的氣氛中，靜置於360～520℃溫區，時間為10-36小時。
上述的欲交換的離子如K+、Li+、Na+及Ba2+的鹽類各為KNO3、KCl或K2CO3；LiCl、LiNO3；NaCl、NaNO3或Na2SO4；Ba(NO3)2。
本發明的離子交換玻璃基片表面增強方法具有改變表面結構的作用，只要溫度選擇適當，尤其是選擇具有壓應力效應離子的注入或取代，並在有限時間內達到一定深度後，完全能增強玻璃基片的力學性能。
經處理後，玻璃基片試樣其外觀無變化；其力學性能即抗折強度大幅度增強，即處理前的抗折強度為108Kg/cm2，處理後的抗折強度為414Kg/cm2，提高了4倍。其離子交換深度為75 um。
實施例二採用鈉鈣矽酸鹽玻璃即片，其組成(wt％)為SiO273％，Na2O 12.5％，CaO 8.6％，MgO 4.1％，Al2O31.6，Li2O 0.4％，B2O3適量。首先採用浸漬法進行處理即將該成份的玻璃加工成厚度d≤1.8mm，直徑φ≤9.0cm的玻璃基片，置於一密閉箱內，以適當掛架將玻璃基片託掛妥當，然後浸漬於含K+、Li+離子的鹽，即KNO3(70wt％)和LiNO3(30wt％)的共混鹽熔融鹽液中，浸漬溫度為400℃，浸漬時間為12小時。其離子交換方式為K+→Na+(交換離子K+→基片被交換離子Na+)。然後再將該基片置於密閉箱內，採用雙溫區法進行處理先在600℃溫度下，將含Li+、K+和Ba2+的鹽，即LiNO3(20wt％)、KNO3(40wt％)和Ba(NO3)2(40wt％)的共混鹽進行加熱，並使之蒸發生成相應的金屬離子蒸汽；然後在第二溫區470℃下靜置12小時，將該玻璃基片進行離子交換處理。其交換方式是K+→ Na+、Li+，Ba2+→Ca2+、Mg2+(交換離子K+→基片被交換離子Na+，交換離子Ba2+→基片被交換離子Ca2+、Mg2+)。
經處理後，玻璃基片試樣其外觀無變化；其力學性能即抗折強度大幅度增強，即處理前的抗折強度為110Kg/cm2，處理後的抗折強度為511Kg/cm2，提高了5倍。其離子交換深度為100um。
實施例三採用鈉鈣矽酸鹽玻璃即片，其組成(wt％)為SiO263％，Na2O 15.2％，CaO 1.2％，MgO 0.8％，Al2O34％，Li2O 6％，ZnO 5.8％。首先採用浸漬法進行處理即將該成份的玻璃加工成厚度d≤1.8mm，直徑φ≤9.0cm的玻璃基片，置於一密閉箱內，以適當掛架將玻璃基片託掛妥當，然後浸漬於含K+、Na+離子的鹽，即KNO3(75wt％)和NaNO3(25wt％)的共混鹽熔融鹽液中，浸漬溫度為380℃，浸漬時間為20小時。其離子交換方式為K+→ Na+、Li+(交換離子K+→基片被交換離子Na+、Li+)。然後再將該基片置於密閉箱內，採用雙溫區法進行處理先在620℃溫度下，將含K+和Ba2+的鹽，即KNO3(50wt％)和Ba(NO3)2(50％wt％)的共混鹽進行加熱，並使之蒸發生成相應的金屬離子蒸汽；然後在第二溫區450℃下靜置15小時，將該玻璃基片進行離子交換處理。其交換方式是K+→Na+、Li+(交換離子K+→基片被交換離子Na+、Li+)，Ba2+→Ca2+、Al3+(交換離子Ba2+→基片被交換離子Ca2+、Al3+)。
經處理後，玻璃基片試樣其外觀稍有變化，略帶灰色；其力學性能即抗折強度大幅度增強，即處理前的抗折強度為97Kg/cm2，處理後的抗折強度為496Kg/cm2，提高了5倍。其離子交換深度為100um。
實施例四採用鈉鋁矽酸鹽玻璃即片，其組成(wt％)為SiO263％，Na2O 11％，CaO 0.2％，MgO 0.1％，Al2O314％，Li2O 6％，ZrO2適量。首先採用浸漬法進行處理將該成份的玻璃加工成厚度d≤1.8mm，直徑φ≤9.0cm的玻璃基片，置於一密閉箱內，以適當掛架將玻璃基片託掛妥當，然後浸漬於含K+離子的鹽，即KNO3熔融鹽液中，浸漬溫度為520℃，浸漬時間為20小時。其離子交換方式為K+→Na+、Li+(交換離子K+→基片被交換離子Na+、Li+)。然後再將該基片置於密閉箱內，採用雙溫區法進行處理先在640℃溫度下，將含K+和Ba2+的鹽，即KNO3(或KCl)(50wt％)和Ba(NO3)2(50％wt％)的共混鹽進行加熱，並使之蒸發生成相應的金屬離子蒸汽；然後在第二溫區540℃下靜置10小時，將該玻璃基片進行離子交換處理。其交換方式是K+→Na+、Li+(交換離子K+→基片被交換離子Na+、Li+)，Ba2+→Ca2+、Al3+(交換離子Ba2+→基片被交換離子Ca2+、Al3+)。
經處理後，玻璃基片試樣其外觀稍有變化，略帶灰色；其力學性能即抗折強度大幅度增強，即處理前的抗折強度為141Kg/cm2，處理後的抗折強度為510Kg/cm2，提高了4倍。其離子交換深度為95um。
實施例五採用鈉鋁矽酸鹽玻璃即片，其組成(wt％)為SiO266％，Na2O 8％，CaO 2％，MgO 2.5％，Al2O315％，Li2O 3％，SnO2適量、ZrO2適量。首先採用浸漬法進行處理即將該成份的玻璃加工成厚度d≤1.8mm，直徑φ≤9.0cm的玻璃基片，置於一密閉箱內，以適當掛架將玻璃基片託掛妥當，然後浸漬於含K+離子的鹽，即KNO3熔融鹽液中，浸漬溫度為540℃，浸漬時間為20小時。其離子交換方式為K+→Na+、Li+(交換離子K+→基片被交換離子Na+、Li+)。然後再將該基片置於密閉箱內，採用雙溫區法進行處理先在650℃溫度下，將含K+和Ba2+的鹽，即KNO3(50wt％)和Ba(NO3)2(50wt％)的共混鹽進行加熱，並使之蒸發生成相應的金屬離子蒸汽；然後在第二溫區520℃下靜置12小時，將該玻璃基片進行離子交換處理。其交換方式是K+→Na+(交換離子K+→基片被交換離子Na+)，Ba2+→Ca2+、Al3+(交換離子Ba2+→基片被交換離子Ca2+、Al3+)。
經處理後，玻璃基片試樣其外觀稍有變化，略帶灰色；其力學性能即抗折強度大幅度增強，即處理前的抗折強度為147Kg/cm2，處理後的抗折強度為527Kg/cm2，提高了4倍。其離子交換深度為95um。
權利要求
1.一種磁記錄盤玻璃基片離子交換表面增強方法，其特徵在於採用的玻璃基片的成份為鈉鈣矽酸鹽玻璃，其基本組成(wt％)為SiO260-70％，Na2O 5-14％，CaO 3-7％，MgO 1-5％，Al2O31-4％，K2O 0.2-2％及其他微量氧化物；玻璃基片表面離子交換的工藝方法如下第一步，採用浸漬法處理，即將玻璃基片浸入含有欲交換的離子如K+、Li+、Na+的鹽類的高溫融鹽溶液中，處理溫度為340～540℃，處理時間為8-36小時；也可以將上述這類鹽加熱到500～850℃，以其蒸汽K+、Li+、Na+與玻璃中的相關金屬離子進行交換；第二步，採用雙溫區法處理即第一溫區處理是將欲交換的離子如K+、Li+、Na+及Ba2+等金屬離子鹽類加熱到500～650℃溫區，使之蒸發成相應的具有該金屬離子的蒸汽；第二溫區處理是將玻璃基片放置於周圍具有相應金屬離子的氣氛中，靜置於350～500℃溫區，時間為10-48小時。
2.根據權利要求1所述的一種磁記錄盤玻璃基片離子交換表面增強方法，其特徵在於所述的欲交換的離子如K+、Li+、Na+、Ba2+的鹽類各為KNO3、KCl、K2CO3；LiCl、LiNO3；NaCl、NaNO3、Na2SO4；Ba(NO3)2。
3.一種磁記錄盤玻璃基片離子交換表面增強方法，其特徵在於採用的玻璃基片的成份為鈉鋁矽酸鹽玻璃，其基本組成(wt％)為SiO262-72％，Na2O 7-13％，Li2O 2-7％，Al2O312-18％，K2O 0.2-3％，ZrO2或其他KO20.5-5％，及其他微量氧化物；玻璃基片表面離子交換的工藝方法如下第一步，採用浸漬法處理即將玻璃基片浸入含有欲交換的離子如K+、Li+、Na+的鹽類的高溫融鹽溶液中，處理溫度為350～600℃，處理時間為10-36小時；第二步，採用雙溫區法處理即第一溫區處理是將欲交換的離子如K+、Li+、Na+及Ba2+等金屬離子鹽類加熱到500～650℃溫區，使之蒸發成相應的具有該金屬離子的蒸汽；第二溫區處理是將玻璃基片放置於周圍具有相應金屬離子的氣氛中，靜置於360～520℃溫區，時間為10-36小時。
4.根據權利要求4所述的一種磁記錄盤玻璃基片離子交換表面增強方法，其特徵在於所述的欲交換的離子如K+、Li+、Na+、Ba2+的鹽類各為KNO3、KCl、K2CO3；LiCl、LiNO3；NaCl、NaNO3、Na2SO4；Ba(NO3)2。
全文摘要
本發明述及一種磁記錄盤玻璃基片離子交換表面增強方法，玻璃基片為鈉鈣矽及鈉鋁矽系玻璃。其方法是採用浸漬處理法和雙溫區處理法，以達到離子交換或離子注入的目的。實施技術方案中，除以K離子交換表面改性強化外，又以雙溫區處理將Ba
文檔編號C03C21/00GK1424271SQ02157748
公開日2003年6月18日 申請日期2002年12月26日 優先權日2002年12月26日
發明者劉重慶, 高為彪 申請人:上海瑩力科技有限公司