專利名稱：結(jié)晶玻璃及其制法、磁盤用基片和磁盤的制作方法
本申請是分案申請。原申請的申請日為1996年12月21日，其申請?zhí)枮?6123896.8，發(fā)明名稱為“磁盤用基片、磁盤及磁盤用基片的制造方法”。
本發(fā)明涉及磁盤用基片及其適用于基片的結(jié)晶玻璃、磁盤和磁盤用基片的制造方法。
計算機(jī)等磁記錄裝置的主要構(gòu)成要素有磁記錄載體和磁記錄重放用的磁頭。作為磁記錄載體，公知的有軟磁盤和硬磁盤。其中，作為硬磁盤用的基片材料目前可使用的主要是鋁合金。但是，最近隨著硬磁盤驅(qū)動器的小型化，使磁頭的上浮量明顯減少。伴隨而來的是對磁盤表面的平滑性有極高的精度要求。
一般，磁盤表面凹凸的最大高度必須在磁頭的上浮量的一半以下。例如，上浮量為75nm的硬磁盤驅(qū)動，盤表面凹凸的最大高度必須在38nm以下。特別是近來，要求磁盤用基片的讀寫區(qū)的表面粗糙度算術(shù)平均偏差值Ra在20埃以下。但是，對于鋁合金基片，由于其硬度低。采用高精度磨料及加工機(jī)械進(jìn)行研磨加工，由于研磨面塑性變形，難以制造一定程度以上的高精度平坦表面。即使鋁合金基片表面鍍鎳-磷，也無法形成上述水平的平滑面。
而且，隨著硬磁盤驅(qū)動器的小型化、薄型化的進(jìn)展，對磁盤用基片的厚度減小的要求日益強(qiáng)烈。但是，由于鋁合金的強(qiáng)度、剛性較低，所以既要保持由硬磁盤驅(qū)動器的規(guī)格所要求的強(qiáng)度，又要使磁盤薄型化是困難的。特別是，如果把磁盤用基片加工至0.5mm厚以下，則由于基片強(qiáng)度不足，存在產(chǎn)生基片高速旋轉(zhuǎn)時和裝置起動時基片反彈，基片面出現(xiàn)偏差的問題。
而且，近來開始使用磁阻效應(yīng)型磁頭(MR磁頭)，對磁盤噪聲的降低要求日益強(qiáng)烈。作為降低此噪聲的方法，已知在濺射磁性膜時，或者在濺射后，對磁性膜熱處理是有效的。這樣，由于熱處理能有效地降低磁盤噪聲，必須在280℃或以上的溫度下進(jìn)行此熱處理。但是，鋁合金基片不能加熱到280℃以上的此熱處理溫度。
為了解決上述問題，作為磁盤用基片材料，玻璃制的磁盤用基片已有一部分實(shí)用化了。但是，作為HDD用的磁盤用基片，由于要求極高的強(qiáng)度，必須使用化學(xué)強(qiáng)化玻璃和微晶玻璃等強(qiáng)化玻璃，而使用這些材料，則可形成具有20埃以下的極小Ra的磁記錄面。
由于玻璃的強(qiáng)度還是較低，所以作為HDD用磁盤用基片使用時，可靠性也不夠。而且，已知的還有鈉鈣玻璃等化學(xué)強(qiáng)化玻璃，如果使用這些玻璃作為磁盤用基片，則基片中含有的堿金屬離子會溶出，往往腐蝕磁性膜。
另一方面，停止磁盤驅(qū)動器時，為了防止磁盤表面與磁頭滑塊吸附在一起，而使磁頭滑塊升起，必須在磁盤表面形成由高200埃的突起構(gòu)成的紋理。另一方面，必須實(shí)現(xiàn)前述的高度平滑的表面。因此，在磁盤表面形成讀寫區(qū)和起落區(qū)，為了提高讀寫區(qū)的磁記錄密度而進(jìn)行精密研磨加工，在起落區(qū)形成紋理。
作為形成這種紋理的方法，對于鈉鈣玻璃(化學(xué)強(qiáng)化玻璃)，是采用光刻及腐蝕法。但是，此種方法成本高，特別是由于構(gòu)成紋理的突起頂部的面積較小，需要更大的成本。
而且，對于鋁制磁盤用基片等，采用如下方法，即在基片表面濺射低熔點(diǎn)金屬，通過加熱形成細(xì)微的半球狀突起。但是，僅在起落區(qū)形成這些突起是困難的，需要較高的成本。
對于結(jié)晶玻璃制的磁盤用基片，是采用如下方法，即利用構(gòu)成結(jié)晶玻璃的結(jié)晶粒與晶界相之間的硬度差，通過研磨加工形成紋理。但是，由此方法在起落區(qū)和讀寫區(qū)均形成紋理，不能僅在著靶區(qū)一方形成紋理。
因此，本發(fā)明人對作為磁盤用基片的材料所使用的結(jié)晶玻璃做了研究。在結(jié)晶玻璃中，所含的堿金屬離子大部分是存在于結(jié)晶相中，由于玻璃母體中連微量都不存在，所以不會發(fā)生堿金屬成分溶出，腐蝕磁性膜的問題。而且，對于結(jié)晶玻璃，與化學(xué)強(qiáng)化玻璃相比，由于不存在硬度和抗彎強(qiáng)度的偏差，所以可靠性更為優(yōu)異，尤其是磁盤用基片厚度薄至0.5mm以下時更好。
但是，由于化學(xué)強(qiáng)化玻璃整體是非晶的，為了作為磁盤用基片使用，要對化學(xué)強(qiáng)化的玻璃表面拋光加工，這樣可使加工后的表面粗糙度算術(shù)平均偏差值(Ra)降至6埃的程度。但是，對于結(jié)晶玻璃，由于結(jié)晶相與非晶相的硬度不同，即使拋光加工后，結(jié)晶相與非晶相之間也會產(chǎn)生不可避免的微小凹凸。結(jié)果，難以使加工面的表面粗糙度算術(shù)平均偏差值抑制在20埃以下。
基于這些理由，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，如果使用特定的Li2O-Al2O3-SiO2系結(jié)晶玻璃，則可使精密研磨加工后的加工面的表面粗糙度算術(shù)平均偏差值減小到20埃以下的水平，特愿平7-174895號說明書中詳細(xì)公開了使用此結(jié)晶玻璃的磁盤用基片。
但是，此后，隨著多媒體化的進(jìn)展，日漸希望把圖象信息等大容量信息記錄在更小型的磁盤內(nèi)，需要進(jìn)一步提高磁盤的記錄密度。結(jié)果，要求特別是磁盤的讀寫區(qū)中，表面粗糙度算術(shù)平均偏差值(Ra)在10埃以下。由一般的結(jié)晶玻璃構(gòu)成的基片，尤其是由Li2O-Al2O3-SiO2系結(jié)晶玻璃構(gòu)成的磁盤用基片中，極難滿足這些條件。不過，如果是非結(jié)晶化的玻璃，或者是結(jié)晶化率較低的結(jié)晶化過程的玻璃，則可以使精密研磨加工后的表面粗糙度算術(shù)平均偏差值在10埃以下，但這些材料強(qiáng)度相對較低，所以不能獲得磁盤用基片所要求的強(qiáng)度。
本發(fā)明的目的是提供一種在玻璃制磁盤用基片表面，特別是起落區(qū)等所希望的位置形成紋理的方法。
而且，本發(fā)明的目的是在短時間內(nèi)以高生產(chǎn)率對多個磁盤用基片形成。
另外，本發(fā)明的目的是在Li2O-Al2O3-SiO2系結(jié)晶玻璃中，一邊維持預(yù)定的結(jié)晶率和強(qiáng)度，一邊使結(jié)晶玻璃表面精密研磨加工后的表面粗糙度算術(shù)平均偏差值(Ra)顯著降低，特別是獲得具有10埃以下的Ra的平滑面。
進(jìn)而，本發(fā)明的目的是在Li2O-Al2O3-SiO2系結(jié)晶玻璃中，一邊維持預(yù)定的結(jié)晶率及強(qiáng)度，一邊獲得具有10埃以下的Ra的研磨加工面，而且在此面上形成適當(dāng)高度的紋理。
本發(fā)明第一方案涉及一種磁盤用基片，包括玻璃制的磁盤用基片本體，其特征在于，此磁盤用基片本體至少在表面區(qū)域含有吸收光的金屬元素，而且此磁盤用基片本體表面形成有紋理；而且還涉及一種磁盤，其特征在于包括所述的磁盤用基片，在所述磁盤用基片上形成的磁性膜。
而且，本發(fā)明的第一方案還涉及上述磁盤用基片的制造方法，其特征在于玻璃制的磁盤用基片本體至少在表面區(qū)域含有吸收光的金屬元素，通過在此磁盤用基片本體表面照射高能量光來形成紋理。
本發(fā)明的第二方案涉及結(jié)晶玻璃，其特征在于是Li2O-Al2O3-SiO2系結(jié)晶玻璃，含有65-85wt％的SiO2、8-15wt％的Li2O、2-8wt％的Al2O3、1-5wt％的P2O5和1-10wt％的ZrO2，主結(jié)晶相是焦硅酸鋰(Li2O·2SiO2)。
而且，本發(fā)明的第二方案還涉及一種磁盤用基片，其特征在于由所述結(jié)晶化玻璃構(gòu)成，具有表面粗糙度算術(shù)平均偏差值(Ra)在10埃以下的平滑面；而且還涉及具有所述磁盤用基片、在磁盤用基片的平滑面上形成的底膜和在此底膜上的金屬磁性層。
為了制造與第二方案相關(guān)的結(jié)晶玻璃，在制造Li2O-Al2O3-SiO2系結(jié)晶玻璃時，通過在最高溫度為680℃-770℃的熱處理，使含有65-85wt％的SiO2、8-15wt％Li2O、2-8wt％的Al2O3、1-5wt％的P2O5和1-10wt％的ZrO2的原料玻璃結(jié)晶化。
第一方案本發(fā)明人對為在玻璃制磁盤用基片、特別是結(jié)晶玻璃所構(gòu)成的磁盤用基片表面有效地形成紋理進(jìn)行了研究。在此過程中，磁盤用基片至少在表面區(qū)域預(yù)先含有吸收預(yù)定波長段的光的金屬離子，向磁盤用基片表面照射高能量光，從而可發(fā)現(xiàn)高能量光的照射區(qū)域隆起。因此，如果適當(dāng)控制此隆起的尺寸，可以發(fā)現(xiàn)作為磁盤用基片表面上的紋理，尤其是起落區(qū)上的紋理是非常有效的，因而做出了本發(fā)明。
至少借助在磁盤用基片的表面區(qū)域含有上述金屬元素，從而可以適當(dāng)?shù)貙?shí)施隆起的形成。特別是，根據(jù)本發(fā)明容易使形成的隆起成為其頂部極小的形態(tài)。這樣，通過使頂部面積減少，可以進(jìn)一步減少與磁頭表面的摩擦。
這樣，根據(jù)本發(fā)明，針對由各種玻璃構(gòu)成的磁盤用基片，可以在其特定部位、尤其是僅在起落區(qū)，在短時間內(nèi)極有效地形成具有所希尺寸的紋理，由此可以低成本地批量生產(chǎn)適合高密度記錄的磁盤用基片。
而且，可以僅控制高能量光的照射面積、輸出等，任意地控制頂部面積以及頂部全面積與起落區(qū)面積之比例，可以發(fā)現(xiàn)此控制極為容易。這里，所謂頂部全面積是指隆起部位的頂部中實(shí)際與磁頭滑塊接觸的部分的全面積。
本發(fā)明第一方案中，作為構(gòu)成磁盤用基片的玻璃，可例舉的有鈉鈣玻璃等化學(xué)強(qiáng)化玻璃、結(jié)晶玻璃、無堿玻璃、硅酸鋁玻璃。其中，從強(qiáng)度失來看，以化學(xué)強(qiáng)化玻璃和結(jié)晶玻璃為好。
另外，結(jié)晶玻璃與化學(xué)強(qiáng)化玻璃相比，由于其硬度和抗彎強(qiáng)度無離散，所以強(qiáng)度的可靠性進(jìn)一步提高。特別是，一邊使磁盤用基片厚度減薄至0.5mm以下，一邊保持期望的強(qiáng)度，這是非常理想的。作為這種結(jié)晶玻璃，特別是以Li2O-SiO2-Al2O3系結(jié)晶玻璃為好。以下說明這種良好新穎的結(jié)晶玻璃的組成和制造方法。
所謂磁盤用基片表面區(qū)域是指從表面看至少涉及深10μm的區(qū)域。必須至少在此范圍內(nèi)含有上述金屬離子。
如果磁盤用基片表面區(qū)域內(nèi)導(dǎo)入的金屬元素的量過多，則由高能量光產(chǎn)生的突起高度較大。而且，突起高度與照射的高能量光的光量、掃描速度及光圈狀態(tài)等、單位面積的光照射點(diǎn)、單位時間供給的熱量相關(guān)，必須適當(dāng)?shù)卦O(shè)定這些各種參數(shù)。
因照射高能量光而發(fā)生突起的原因，尚不明確，但可考慮如下理由。亦即，在磁盤基片表面區(qū)域，含有金屬離子的位置提高了對照射的光的吸收率，到達(dá)了產(chǎn)生物質(zhì)移動的溫度。磁盤用基片表面，殘留有精密研磨加工時增加的加工形變。這種形變由高能量光的熱所釋放，可考慮為體積膨脹。而且可認(rèn)為是，平滑切開的表面，在高能量光的熱作用下，向其表面積變小的方向發(fā)生物質(zhì)移動。進(jìn)而，基片所含的結(jié)晶相在高能量光的熱作用下轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷з|(zhì)，可以認(rèn)為隨著這種轉(zhuǎn)變體積發(fā)生膨脹。
作為上述金屬元素，以銀、一價銅、鉈、錳、鉻、鈷、鐵、鎳、鈦、釩、鈰、釹等各金屬元素為好。作在磁盤用基片表面照射的激光，以YAG激光、氬離子激光等為好。特別是YAG激光較好。而且，激光波長可根據(jù)表面導(dǎo)入的金屬元素種類來變化。
為了使磁盤用片至少在表面區(qū)域含有上述金屬元素，可采用以下兩種方法。
(方法一)僅在磁盤用基片表面區(qū)域含有金屬離子。為此，首先對磁盤用基片做精密研磨加工，之后，把此磁盤用基片浸漬在預(yù)定的金屬離子的融鹽中，金屬離子可在磁盤用基片表面區(qū)域擴(kuò)散。而且在磁盤用基片的精密研磨面上涂覆含有預(yù)定的金屬離子漿料，通過對磁盤用基片加熱處理，可使金屬離子向磁盤用基片表面區(qū)域擴(kuò)散。
此方法中，特別是以銀離子、一價銅離子、鉈離子為好，銀離子最好。而且，作為使這些金屬離子在基片內(nèi)擴(kuò)散的融鹽，可例舉硝酸銀、氯化亞銅、硝酸鉈等。
(方法二)磁盤用基片全部都可含有金屬離子。換言之，作為構(gòu)成磁盤用基片的玻璃成分，可以包括含金屬離子的氧化物。此時，在磁盤用基片的原料玻璃成形階段，在原料粉末中混合上述金屬的單體或者金屬化合物，獲得混合粉末，溶融此混合粉末，制造原料玻璃。
根據(jù)此方法的磁盤用基片及其制造方法，在與已有的磁盤用基片同樣的制造方法中，如果在原料玻璃制造階段添加上述金屬單體或者化合物則較好，因此制造上的便利較大。如果采用把磁盤用基片在上述融鹽中浸漬的方法，由于需要此浸漬工序，所以增加了一道制造工序，因而是不利的。而且，根據(jù)本方案，磁盤用基片的各部分的物性難以發(fā)生偏離。
此時，上述氧化物以選自下列集合中的一種以上的金屬氧化物為好，氧化錳、氧化鉻、氧化鈷、氧化鐵、氧化鎳、氧化鈦、氧化釩、氧化鈰、氧化釹、氧化銀、氧化銅及氧化鉈，選自下列集合中的一種以上的金屬氧化物更好，氧化錳、氧化鉻、氧化鈷、氧化鐵、氧化鎳、氧化鈦、氧化釩、氧化鈰及氧化釹。而且，可以使用選自下列集合中的一種以上的金屬氧化物，氧化銀、氧化銅、氧化鉈、氧化鐵、氧化鉻及氧化鈷。
作為玻璃原料中可含有的金屬化合物，以上述各種金屬的氧化物為好，但也可使用上述各種金屬的氫氧化物、碳酸鹽、硝酸鹽、磷酸鹽等。而且，在使用氧化鉻時，可使用氧化二鉻。
這里，玻璃原料中的金屬或金屬化合物的添加量，換算成金屬氧化物的重量時，相對于其原料粉末的100重量份，以0.01-3.0重量份的范圍內(nèi)為好。如果不足0.01重量份，則不能有效地吸收預(yù)定波長的高能量光。而且，如果添加量超過3.0重量份，則在接收光的場合的狀態(tài)，成為蒸發(fā)中心，難以形成適當(dāng)形狀的紋理。
以下展示上述各金屬氧化物與為形成紋理而最有效的高能量光的波長的關(guān)系。
表1
基片中可以含有上述各種金屬氧化物中的一種。這時，較好的是，對含有第一組的金屬氧化物的基片，照射波長為750-1600nm的高能量光，對含有第二組的金屬氧化物的基片，照射波長為400-750nm的高能量光，對含有第三組的金屬氧化物的基片，照射波長為200-400nm的高能量光。
基片中可含有二種金屬氧化物、三種以上的金屬氧化物。這時，如果基片同時含有從上述各組之中的不同組選擇的金屬氧化物，則當(dāng)高能量光波長屬于任一組的波長范圍，使用其波長高能量光均可有效地形成紋理。這時，屬于各組的金屬氧化物的比例，個個分別為0.01-3.0重量份為好。而且，金屬氧化物的總量以0.01-10.0重量份為好。
在起落區(qū)形成的突起高度，在磁頭滑塊的上浮量的一半以下為好，因此在250埃以下為好，在200埃以下更好。而且，當(dāng)磁盤反復(fù)使用時，由于此突起被磨損，此突起高度在50埃以上為好，在100埃以上更好。
如果起落區(qū)內(nèi)的上述突起頂部所占面積較大，則磁盤旋轉(zhuǎn)起始時的摩擦力較大。為此，該面積占起落區(qū)總面積的比例在50％以下為好。為了減少與磁頭滑動接觸引起的磨損，上述比例在2％以上為好。
本發(fā)明的制造方法中，精密研磨加工后的磁盤用基片，相對于高能量光，在一定方向上做相對旋轉(zhuǎn)，與此相對，通過間歇地照射高能量光，可以連續(xù)地形成多個突起。這時，可以旋轉(zhuǎn)高能量光的光源，也可旋轉(zhuǎn)磁盤用基片，或者旋轉(zhuǎn)兩者。此時，各突起的平面形狀成為磁盤用基片圓周方向延伸的圓弧狀。作為其它方法，可以在起落區(qū)照射形成環(huán)狀的高能量光，通過成形為預(yù)定圖形狹縫，在起落區(qū)照射高能量光，通過這樣，可以大幅度減少加工所需的時間。
在特別適合構(gòu)成本發(fā)明的磁盤用基片的結(jié)晶玻璃中，其主結(jié)晶層，由焦硅酸鋰(Li2O·2SiO2)相、β-鋰輝石(Li2O·Al2O3·4SiO2)相或者β-鋰輝石固溶體相所占據(jù)，而且SiO2結(jié)晶相所占比例在2wt％以下。
為了制造由這樣的結(jié)晶玻璃構(gòu)成的基片，要制造含有65-85wt％的SiO2、8-15wt％的Li2O、5-8wt％的Al2O3、1-5wt％的P2O5的組成的原料玻璃。在820-950℃的熱處理溫度加熱此原料玻璃，制造結(jié)晶玻璃。最好通過精密研磨加工，使由此結(jié)晶玻璃構(gòu)成的磁盤用基片的至少磁記錄側(cè)表面，其表面粗糙度算術(shù)平均偏差在20埃以下。
本發(fā)明人對構(gòu)成磁盤的Li2O-SiO2-Al2O3系結(jié)晶玻璃重復(fù)研究，結(jié)果，通過限定該原料比例、而在上述溫度條件下使原料玻璃結(jié)晶，Li2O-SiO2相和SiO2相大部分消失，成功地轉(zhuǎn)變?yōu)長i2O-2SiO2相和β-鋰輝石(Li2O·Al2O3·4SiO2)相或者β-鋰輝石固溶體相。此結(jié)晶玻璃的主結(jié)晶相為焦硅酸鋰相和β-鋰輝石相或者β-鋰輝石固溶體相所占據(jù)，而且SiO2相所占比例在2wt％以下。
這樣，對由此結(jié)晶玻璃構(gòu)成的磁盤用基片的磁記錄面一側(cè)進(jìn)行精密研磨加工，從而成功地使其表面粗糙度算術(shù)平均偏差值在20埃以下。并且，這種研磨加工所需要的時間，與由已有的Li2O-SiO2-Al2O3系結(jié)晶玻璃構(gòu)成的磁盤用基片相比，可以明顯地減少。
獲得如此的作用效果的理由，可以考慮為大概是因?yàn)?，Li2O-2SiO2相與β-鋰輝石相或者鋰輝石固溶體相具有幾乎相同的硬度，以這些相為主結(jié)晶相、而且?guī)缀醪缓琒iO2構(gòu)成的結(jié)晶相的陶瓷組織，從微觀來看具有相對于磨料大體上是均勻的物理特性。
這里，Al2O3是形成β-鋰輝石及β-鋰輝石固溶體的必要成分。其含量如果不足5wt％，則不能在結(jié)晶相中生成β鋰輝石，同時如果SiO2結(jié)晶量超過2％，則使研磨加工后的基片表面的粗糙度算術(shù)平均偏差值變劣。
SiO2是獲得焦硅酸鋰相等的結(jié)晶相所必不少的基本成分，但如果其含量不足65wt％，則難以析出期望的結(jié)晶相，超過85％，則玻璃難以溶融。
然后，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，試著對上述原料玻璃熱處理的結(jié)果，必須采用820-950℃作為結(jié)晶化溫度。亦即，已知已有的Li2O-SiO2-Al2O3系玻璃在700-950℃的寬范圍內(nèi)結(jié)晶化。但是，本發(fā)明中，通過使上述組成的原料玻璃結(jié)晶化，成功地實(shí)現(xiàn)了較好生成30-60wt％的焦硅酸鋰相和1-40wt％的β-鋰輝石及β-鋰輝石固溶體相，而且其比例在1.0以上。
另外，為了使結(jié)晶玻璃的強(qiáng)度處于最高的狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)結(jié)晶溫度在820-920℃的范圍較好，在820℃-900℃更好。
具體地講，原料玻璃熱處理時，如果此熱處理溫度、亦即結(jié)晶化溫度在700℃-750℃，會生成Li2O·SiO2相、Li2O·2SiO2相達(dá)30-50％，生成若干由SiO2構(gòu)成的結(jié)晶相。這時，溫度越高，Li2O·SiO2相和Li2O·2SiO2相就同時增加。這個階段可以使表面粗糙度算術(shù)平均偏差較小，但基片強(qiáng)度低，無法使用。
如果溫度上升至800℃，則Li2O·SiO2相急劇消失，Li2O·2SiO2相和SiO2相急劇增多。結(jié)果，表面粗糙度算術(shù)平均偏差增大，研磨加工所需時間顯著增多。
可是，在820℃SiO2相消失。同時，Li2O·2SiO2相僅稍有增多。與此同時，發(fā)現(xiàn)β-鋰輝石相急劇增多。亦即，在此溫度區(qū)域中，開始發(fā)生Al2O3成分的結(jié)晶化，生成β-鋰輝石相(Li2O、Al2O3、4SiO2)或者β-鋰輝石固溶體。而且，達(dá)到上述(Li2O、Al2O3、4SiO2)的組成的前一階段，結(jié)晶構(gòu)造類似，但不能達(dá)到結(jié)晶相內(nèi)Li2O、Al2O3及SiO2的正確比例，所以稱為β-鋰輝石固溶體。
因此，在820℃-900℃的范圍內(nèi)，焦硅酸鋰相、β-鋰輝石相或β-鋰輝石固溶體同時緩慢增加。而且，在此范圍內(nèi)，平均晶粒直徑在1.0μm以下，可以保持極高的基片強(qiáng)度。如果超過900℃，結(jié)晶相無大的變化，但如果玻璃陶瓷中的平均晶粒直徑超過1.0μm，則會增加，開始可見基片強(qiáng)度降低的傾向，如果超過920℃，則基片強(qiáng)度更為降低。
本發(fā)明的基片中，β-鋰輝石相與原來的焦硅酸鋰相比較，如果過分增加，則表明存在問題。亦即，焦硅酸鋰相/(β-鋰輝石相及β-鋰輝石固溶體總量)的重量比不足1.0之前，β-鋰輝石顆粒的成長一直進(jìn)行，作為磁盤用基片的機(jī)械強(qiáng)度降低。
這就意味著上述重量比例在1.0以上更好。
如果原料玻璃中的Al2O3成分超過8wt％，則β-鋰輝石顆粒的成長終止，磁盤用基片的強(qiáng)度較低。因此，Al2O3的量必須在8wt％以下。
而且，上述制造方法中的原料玻璃加熱時，至少在500℃以上的溫度區(qū)域把升溫速度控制在50-300℃/小時，從而有利于結(jié)晶核的生成。而且至少在500℃-580℃的溫度區(qū)域內(nèi)保持1-4小時，從而有利于結(jié)晶核的生成。
而且，此系的結(jié)晶玻璃中，可以含有其它成分。首先，作為P2O5以外的核形成劑，可單獨(dú)含有或者2種以上混合含有TiO2、ZrO2、SnO2等金屬氧化物或者鉑等的金屬、氟化物。而且可以含有0-7wt％的K2O。這樣，可在降低玻璃的溶融、成形溫度的同時，取得抑制成形時玻璃的失透現(xiàn)象。從發(fā)揮此作用來看，上述含量在2wt％以上更好。該含量超過7wt％，則出現(xiàn)玻璃陶瓷強(qiáng)度降低的傾向。As2O3和Sb2O3的一種或兩種的含量總計可在0-2wt％。它們是玻璃溶融時的澄清劑。
其它，可含有0-3wt％的B2O3成分、0-3wt％的CaO成分、0-3wt％的SrO、0-3wt％的BaO。最好實(shí)際上不含MgO成分。
制造原料玻璃時，符合上述重量比例適當(dāng)?shù)鼗旌虾猩鲜龈鞣N金屬原子的各種原料，使此混合物溶融。作為原料，例如可用各種金屬原子的氧化物、碳酸鹽、硝酸鹽、磷酸鹽、氫氧化物。而且，作為原料玻璃熱處理進(jìn)行結(jié)晶化時的氣氛，可選用大氣氣氛、水蒸汽氣氛、加壓氣氛。
為了對磁盤用基片精密研磨加工，可以采用通常所說的研磨、熱光等公知的精密研磨加工方法。
第二方案接著說明與本發(fā)明第二方案相關(guān)的結(jié)晶玻璃的實(shí)體及其制造方法。本發(fā)明人多次對Li2O-Al2O3-SiO2系結(jié)晶玻璃的研究，但存在解決上述問題的困難。亦即，此系的結(jié)晶玻璃(典型地記載于特愿平7-174895號說明書)中，通常析出β-鋰輝石相等，由此原料的組成中的添加劑種類如結(jié)晶化時的熱處理溫度，使得結(jié)晶彼此之間凝聚，往往形成二次顆粒，表明由此二次顆粒而使表面粗糙度算術(shù)平均偏差值進(jìn)一步增大。
例如，在特開平6-329440號公報中，記載了控制Li2O-Al2O3-SiO2系結(jié)晶玻璃的表面粗糙度的方法，而由此方法不能把表面粗糙度算術(shù)平均偏差值降到10埃以下水平。
這樣，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，具有65-85wt％的SiO2、8-15wt％的Li2O、2-8wt％的Al2O3、1-5wt％的P2O5這樣的Li2O-Al2O3-SiO2系的組成的原料玻璃結(jié)晶化時，此原料玻璃中含有ZrO2，原料玻璃在各種溫度結(jié)晶化的時候，令人驚奇的是，在預(yù)定的結(jié)晶化溫度的范圍內(nèi)，二次顆粒的凝聚消失，細(xì)小的微晶非常均勻地分散在玻璃相之間。結(jié)果，結(jié)晶玻璃在精密研磨加工后的表面粗糙度算術(shù)平均偏差明顯降低，發(fā)現(xiàn)按所期望的能實(shí)現(xiàn)10埃以下的Ra，實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明。
不添加ZrO2時，結(jié)晶中鋰霞石(Li2O·Al2O3·2SiO2)相和鋰輝石(Li2O·Al2O3·4SiO2)相占優(yōu)勢。如果添加0.5wt％的ZrO2，則鋰霞石相和鋰輝石相略有減少，但還殘留相當(dāng)多，并有若干二次顆粒殘留。通過添加1.0wt％以上的ZrO2，鋰霞石相和鋰輝石相均明顯減少，從顯微鏡看來發(fā)現(xiàn)二次顆粒的凝聚。與此同時，確定主結(jié)晶相成為焦硅酸鋰(Li2O·2SiO2)。但是，由于進(jìn)行結(jié)晶化，可以確認(rèn)結(jié)晶玻璃的強(qiáng)度增大，具有作為磁盤用基片的足夠的強(qiáng)度。
當(dāng)焦硅酸鋰的X射線衍射峰值強(qiáng)度為100時，鋰霞石相的X射線衍射峰值強(qiáng)度和鋰輝石相的X射線衍射峰值強(qiáng)度的總量，在50以下較好，40以下更好。
原料玻璃結(jié)晶化處理時，此結(jié)晶化工序的最高溫度必須在680℃-770℃。如果超過770℃，依然生成鋰霞石相等，精密研磨加工后的表面粗糙度算術(shù)平均偏差(Ra)增大。從這點(diǎn)講，最高溫度在760℃以下更好。而且，在680℃以上，可進(jìn)一步提高結(jié)晶玻璃的強(qiáng)度。按此觀點(diǎn)，在700℃以上更好。
本發(fā)明的結(jié)晶玻璃往往含有Al2O3相、β-方英石相、Li2O·SiO2相。當(dāng)焦硅酸鋰的X射線衍射峰值強(qiáng)度為100時，Al2O3相的X射線衍射峰值強(qiáng)度在50以下為好，β-方英石相的X射線衍射峰值強(qiáng)度在50以下為好，Li2O·SiO2相的X射線衍射峰值強(qiáng)度在70以下為好。這些的下限為零。但是，本發(fā)明的結(jié)晶玻璃實(shí)際上不含α-石英，亦即通過X射線衍射未檢出α-石英，或者其峰值強(qiáng)度在5以下。而且，結(jié)晶玻璃的結(jié)晶化率在60％以上為好。
原料玻璃的組成中，SiO2是獲得焦硅酸鋰相等結(jié)晶相所必不可少的基本成分，如果SiO2的量不足65wt％，則難以析出期望的結(jié)晶相，超過85％，玻璃的溶融變得困難。
如果原料玻璃的Al2O3成分超過8wt％，鋰霞石相的生成量容易過多，磁盤用基片的強(qiáng)度降低，而且粗糙度算術(shù)平均偏差增大，因此，Al2O3的量必須在8wt％以下。
ZrO2的含量與上述那樣必須在1wt％以上，通過設(shè)定成2wt％以上，可進(jìn)一步減小表面粗糙度算術(shù)平均偏差值。但是，如果ZrO2含量超過10wt％，玻璃的溶融溫度變高，工業(yè)化的操作變難。按此觀點(diǎn)，ZrO2含量在8wt％以下為好，在4wt％以下更好。
本發(fā)明的結(jié)晶玻璃中，可以含有其它成分。首先，可以單獨(dú)或者二種以上混合含有TiO2、SnO2、鉑等貴金屬的氟化物。
而且，可以含有0-7wt％的K2O。這樣可以降低玻璃溶融、成形溫度，與此同時還有抑制成形時玻璃失透的效果。為發(fā)揮此作用，其含量在2wt％以上更好。而且，其含量如果超過7wt％，則出現(xiàn)結(jié)晶玻璃強(qiáng)度降低的傾向。
還可以含有總量為0-2wt％的As2O3和Sb2O3中的一種或兩種。這些是玻璃溶融時的澄清劑。另外，可以含有0-3wt％的B2O3、0-3wt％的CaO、0-3wt％的SrO、0-3wt％的BaO。
但是，結(jié)晶玻璃中，以實(shí)質(zhì)上不含上述的MgO成分為好。但是，這里所說的實(shí)質(zhì)上不含有，其含意并不排除因其它成分的原料粉末中含有的不可避免的雜質(zhì)而帶來的MgO成分。
制造原料玻璃時，按上述重量比例適當(dāng)?shù)鼗旌虾猩鲜龈鞣N金屬原子的各原料，溶融此混合物。作為此原料，可例舉的有各金屬原子的氧化物、碳酸鹽、硝酸鹽、磷酸鹽、氫氧化物。而且，作為對原料玻璃熱處理進(jìn)行結(jié)晶化時的氣氛，可以選擇大氣氣氛、還原氣氛、水蒸汽氣氛、加壓氣氛等。
而且，在上述制造方法中的原料玻璃加熱時，至少把500℃以上的溫度區(qū)段的升溫速度控制在50-300℃/小時，這樣有利于結(jié)晶核生成的進(jìn)行。而且，在500℃-580℃的溫度區(qū)段內(nèi)保持1-4小時，從而有利于結(jié)晶核生成的進(jìn)行。
利用磨料對由上述結(jié)晶玻璃構(gòu)成坯材進(jìn)行精密研磨加工的工序，通過通常所稱的研磨、拋光等公知的精密研磨加工方法進(jìn)行研磨，做成磁盤用基片?？梢栽诒景l(fā)明的磁盤用基片主面上形成底處理層、磁性膜、保護(hù)膜等，還可以在保護(hù)膜上涂覆潤滑劑。
由本發(fā)明的結(jié)晶玻璃制造的磁盤用基片，可以設(shè)置與讀寫區(qū)不同的降落區(qū)。降落區(qū)的表面粗糙度算術(shù)平均偏差(Ra)，在5-10埃為好。而且，讀寫區(qū)的最大高度在100埃以下為好。
其次，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，采用第二方案的結(jié)晶玻璃制造磁盤用基片本體時，此磁盤用基片本體至少在表面區(qū)域含有吸收光的金屬元素，在此表面照射高能量光，形成紋理，在進(jìn)行此實(shí)驗(yàn)的位置，可以在表面粗糙度在10埃以下的極為平滑的精密研磨面上形成可控制高度的紋理。
磁盤用基片本體至少在表面區(qū)域含有吸收光的金屬元素的方法，與上述本發(fā)明第一方案的項(xiàng)目中所說明的兩種方法相同。特別是，結(jié)晶玻璃中作為氧化物含有的上述金屬元素是適合的。
本發(fā)明人進(jìn)行了進(jìn)一步研究，上述氧化物是除氧化鉻之外的氧化物時，其氧化物添加總量取0.01重量份以上，可以發(fā)現(xiàn)能形成高度適當(dāng)、生產(chǎn)性良好的紋理。如果增加上述氧化物的添加量，β-鋰霞石相的峰值強(qiáng)度將有增大的趨勢。如果大到一定程度，則難以形成精密研磨加工后具有10埃的表面粗糙度算術(shù)平均偏差值的平滑面。按此觀點(diǎn)，把上述氧化物的添加總量取在3重量份以下，特別是可抑制β-鋰霞石相的生成，實(shí)現(xiàn)平滑的研磨面，同時還可大量形成紋理。
例如，添加氧化鐵、氧化錳、氧化鈷時，如果添加總量或者單獨(dú)添加量超過3重量份，則在焦硅酸鋰相峰值強(qiáng)度(2θ=24.8°)為100時，β-鋰霞石相的峰值強(qiáng)度(2θ=26.1°)在50以上，不會使表面粗糙度算術(shù)平均偏差值在10埃以下。
但是，上述氧化物之中，如果添加氧化鉻，則具有抑制β-鋰霞石相生成的效果。因此，添加物中至少含氧化鉻時，氧化鉻的添加量在0.01重量份以上、10重量份以下為好。特別是，氧化鉻和其余的上述氧化物合用時，氧化鉻添加量在0.5重量份以上、10重量份以下，添加總量在3重量份以上-10重量份為好。
而且，根據(jù)本發(fā)明的磁盤用基片本體中可添加的吸收光的金屬以過渡金屬元素為好。


圖1(a)是磁盤用基片1的一個例子的平面圖。
圖1(b)是磁盤10的一個例子的平面圖。
圖2(a)是在起落區(qū)3上形成的紋理的平面形狀的平面示意圖。
圖2(b)是圖2(a)的部分放大圖。
圖3是磁盤用基片在AgNO3融鹽中的浸漬時間與因照射激光而產(chǎn)生的突起高度的關(guān)系示意圖。
圖4是用表面粗糙度計來測量因激光加工而生成的突起斷面形狀的結(jié)果曲線圖。
圖5是本發(fā)明的第二方案中，各種成分系的結(jié)晶玻璃的表面粗糙度算術(shù)平均偏差值(Ra)與結(jié)晶溫度的關(guān)系曲線圖。
圖6是各種成分系的結(jié)晶玻璃的鋰霞石相的衍射強(qiáng)度與結(jié)晶溫度的關(guān)系曲線圖。
圖7是對使用成分系C的原料，結(jié)晶溫度在750℃所得的結(jié)晶玻璃，進(jìn)行拋光加工所得的精密研磨加工面的陶瓷組織的掃描型電子顯微鏡象片。
圖8是對使用成分系C的原料、結(jié)晶溫度在790℃所得的結(jié)晶玻璃，進(jìn)行拋光加工所得的精密研磨加工面的陶瓷組織的掃描型電子顯微鏡象片。
圖9是對使用成分系A(chǔ)的原料、結(jié)晶溫度在750℃所得結(jié)晶玻璃，經(jīng)拋光加工所得精密研磨加工面的陶瓷組織的掃描型電子顯微鏡象片。
圖10是對使用成分系F的原料、結(jié)晶溫度在750℃ 所得結(jié)晶玻璃，經(jīng)拋光加工所得精密研磨加工面的陶瓷組織的掃描型電子顯微鏡象片。
如圖1(a)所示，本發(fā)明的磁盤用基片1中除了讀寫區(qū)2之外，還可設(shè)置起落區(qū)3。起落區(qū)3的平滑高度(Rp)定成50-200埃為好，另外，在起落區(qū)3內(nèi)側(cè)設(shè)置隔離多層部位4，同時此隔離多層部位4的表面粗糙度算術(shù)平均偏差值在3nm以下為好。在隔離多層部位4的內(nèi)側(cè)形成圓形孔5。
本發(fā)明的磁盤中，至少要在上述基片的主面上形成磁性膜。最好如圖1(b)所示，在磁盤用基片1的表面上，依次形成底處理層6、磁性膜7、保護(hù)膜8、潤滑膜9，由此制成磁盤10。
以下更具體地說明實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
第一方案的實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)施例1磁盤用基片的原料玻璃的制造選取76.5wt％的SiO2、7.1wt％的Al2O3、11.4wt％的Li2O、2.9wt％的K2O、1.9wt％的P2O5及0.2wt％的Sb2O3，混合含各種金屬的化合物粉末，在1350℃對此混合物熱處理20小時，使其熔融，對此熔融物成形，慢慢冷卻后獲得圓形原料玻璃。
制成磁盤用基片在大氣氣氛中以50℃/小時的速度提高所得原料玻璃的溫度，重850℃的大氣氣氛中熱處理4小時。然后，以50℃/小時的速度冷卻至室溫，獲得結(jié)晶玻璃構(gòu)成的基片材料。此基片材料的尺寸是外徑為65mm、內(nèi)徑為20mm的圓盤形狀。
對此基片材料做結(jié)晶相的判定，測量各結(jié)晶相的重量比。通過X射線衍射來做這些測量。結(jié)果，焦硅酸鋰相的比例占48wt％，β-鋰輝石相的比例占19wt％。
使用金剛石磨料對此基片材料兩側(cè)主面做平面研削加工，形成厚度為0.75mm、平面度為8μm。然后，使用GC磨料對兩側(cè)的研削面進(jìn)行研磨加工，獲得厚0.64mm的精密研磨體。之后，使用氧化鈰磨料，對精密研磨體精拋光加工，使其厚度為0.635mm。其表面粗糙度算術(shù)平均偏差值Ra為20埃，平面度在5μm以內(nèi)。
向磁盤用基片表面區(qū)域?qū)脬y離子把磁盤用基片在25℃的異丙醇中浸漬4分鐘，洗凈。在97％的AgNO3溶液(溫度250℃)浸漬磁盤用基片，從而在磁盤用基片表面區(qū)域含有銀離子。
照射激光形成紋理對旋轉(zhuǎn)中的磁盤用基片表面照射YAG激光(波長1.06μm、輸出50W)。磁盤用基片的旋轉(zhuǎn)速度為60mm/秒。這樣，形成多個如圖2(a)及(b)所示的平面形狀的突起。這里，起落區(qū)3中，朝向圓周方向形成多個細(xì)長的突起11，各突起11在起落區(qū)3的半徑方向排列有多個。用表面粗糙計來測量這些突起的表面形態(tài)。
各突起高度與溶液中磁盤用基片的浸漬時間的關(guān)系如圖3所示。浸漬時間為60秒時在磁盤用基片表面生成的突起的斷面形狀由表面粗糙計來測量，結(jié)果如圖4所示。
正如由這些結(jié)果可見，磁盤用基片在250℃的溶液中浸漬30-60秒時，在上述激光照射條件下，形成高度為100-200埃的突起。
實(shí)施例2與實(shí)施例1同樣地，對磁盤用基片表面做拋光精加工，在保持為250℃的97％AgNO3溶液中浸漬45秒，在磁盤用基片表面導(dǎo)入銀離子。在此磁盤用基片的起落區(qū)，用上述激光照射條件，按圖2(a)(b)所示圖形照射。結(jié)果，在激光照射部分，形成平均高度為170埃的突起。
這里，在圖2(b)中，突起11的半徑方向的尺寸c為0.05mm，突起11的圓周方向的尺寸a為0.065mm，相鄰各突起11的圓周方向的間距b為0.8mm，相鄰各突起11的半徑方向的間距d為0.2mm。這樣加工所需的時間每一塊磁盤用基片僅需10秒。
在此磁盤用基片上，形成圖1(b)所示的各層，制成CSS(接觸起止)試驗(yàn)用磁盤10。亦即，在磁盤用基片1表面上，形成厚150nm的鉻濺射膜作為底層6，在此表面上形成厚60nm的Co-Ta-Cr磁性膜7，在此表面上通過濺射形成厚30nm的碳膜作為保護(hù)膜8，在此表面涂覆潤滑劑形成潤滑層9。
此磁盤10供CSS試驗(yàn)用時，使用尺寸占磁頭滑塊的50％的薄膜磁頭，重3.5g、旋轉(zhuǎn)數(shù)為4500rpm，對起落區(qū)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。結(jié)果，5萬次CSS試驗(yàn)后，磁頭與磁盤的摩擦系數(shù)為0.3，還非常好。
實(shí)施例3與上述實(shí)施例1同樣，制造表2所示各實(shí)驗(yàn)序號的試料。
磁盤用基片的原料玻璃的制造選取76.5wt％的SiO2、7.1wt％的Al2O3、11.4wt％的Li2O、2.9wt％的K2O、1.9wt％的P2O5及0.2wt％的Sb2O3，混合含各金屬的化合物。此時，把混合物粉末中的上述氧化物換算為100重量份，與此相對，按表2所示各添加比例(重量份)添加表2所示各添加物。但是，實(shí)驗(yàn)3-3中不添加上述金屬氧化物。把此混合物放入鉑坩堝中，在1450℃熱處理15小時，使其熔融。把此熔融物注入鑄模中，緩慢冷卻，通過切割獲得圓板狀原料玻璃。
制做磁盤用基片在大氣氣氛中以50℃/小時的速度提高所得原料玻璃的溫度，在850℃的大氣氣氛中熱處理6小時。然后，以50℃/小時的速度冷卻至室溫，制成由結(jié)晶玻璃構(gòu)成的基片材料。此基片材料的尺寸是外徑為65mm、內(nèi)徑為20mm的圓盤狀。
對此基片材料做結(jié)晶相判定，測量各結(jié)晶相的重量比。由X射線衍射法來完成這些測量。結(jié)果，焦硅酸鋰相比例為48wt％，3-鋰輝石相比例在19wt％。
使用金剛石磨料，對基片材料兩側(cè)主面做平面研削加工，直至厚0.75mm、平面度8μm。然后，使用GC磨料對兩側(cè)研削面做研磨加工，獲得厚0.64mm的精密研磨體。之后，使用氧化鈰磨料，對精密研磨體做拋光精加工，使其厚度達(dá)0.635mm。其表面粗糙度算術(shù)平均偏差值Ra為10埃、平面度在5μm以內(nèi)。
照射激光形成紋理對旋轉(zhuǎn)中的磁盤用基片表面照射YAG激光。磁盤用基片的旋轉(zhuǎn)速度為60mm/秒。由此，形成圖2(a)和(b)所示平面形狀的多個突起。這里，在起落區(qū)3中，朝向其圓周方向形成多個細(xì)長的突起11，各突起11在起落區(qū)3的半徑方向成多個排列。由表面粗糙計測量這些突起的高度及表面形態(tài)。
表2
本發(fā)明的3-1、3-2號實(shí)驗(yàn)中，使用波長1064nm的激光，添加3.0重量份的NiO或CuO。結(jié)果，可以形成150、180埃的具有尖頂端良好形態(tài)的突起。本發(fā)明之外的3-3號實(shí)驗(yàn)，不可能生成突起。而且，本發(fā)明的3-4～3-8號實(shí)驗(yàn)，基片內(nèi)含有MnO2，其添加量做各種變化。結(jié)果，每一例均可形成突起。但是，由于作為紋理適當(dāng)?shù)耐黄鸶叨韧ǔ?0-200nm，所以MnO2添加量在0.01-3.0重量份為好。
實(shí)施例4與上述實(shí)施例3相同，制造表3所示各實(shí)驗(yàn)序號的試樣。但是，按表3所示改變添加金屬化合物和添加量。
表3
本發(fā)明的4-1、4-2號實(shí)驗(yàn)，使用波長533nm的激光，添加1.0或2.0重量份的CoO或Nd2O3。結(jié)果，可以形成具有60、100埃的高度、具有尖的頂端的好形態(tài)的突起。本發(fā)明的4-3～4-7號實(shí)驗(yàn)，使用波長266nm的激光，添加1.0重量份的TiO2、V2O5、K2Cr2O7、Fe2O3、CeO2。結(jié)果，可以形成具有80-170埃的高度及尖的頂端的良好形態(tài)的突起。
實(shí)施例5與上述實(shí)施例3相同，制造表4所示各實(shí)施序號的試樣。但是，按表4所示改變添加金屬化合物和添加量，分別添加三種金屬氧化物。
表4
本發(fā)明的5-1～5-3號實(shí)驗(yàn)，添加MnO2、CoO和K2Cr2O7，改變激光波長為1064nm、533nm、266nm。結(jié)果，無論照射何種波長的激光，均能形成高度為50-200埃、具有尖頂端的良好形態(tài)的突起。
本發(fā)明的5-4、5-5號實(shí)驗(yàn)，添加CoO、Fe2O3和TiO2或MnO2，激光波長是533nm。結(jié)果，能形成高度為50、110埃、具有尖頂端的良好形態(tài)的突起。
以下，說明與本發(fā)明第二方案相關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
按表5所示各氧化物的比例制備各成分系的原料。但是，表5所示各比例表示的原料玻璃中的各金屬的氧化物的重量百分比。
表5
由成份系C的制造例按表5的成分系C所示的各氧化物重量比，混合含各金屬的化合物，在1400℃對此混合物熱處理熔融，對此熔融物成形，緩慢冷卻，制得原料玻璃。把所得的原料玻璃在氮?dú)夥罩?20℃溫度下保持1小時，使形成晶核，然后以100℃/小時的速度升溫，用表6所示的一定晶化溫度保持4小時，接著冷卻至室溫，獲得晶體玻璃。
從各結(jié)晶玻璃切生長15mm、寬15mm、厚0.8mm的試樣，在貼有聚氨基甲酸乙酯襯墊的兩面拋光盤上，使用平均顆粒直徑為1.5μm的氧化鈰磨料，對試樣兩面進(jìn)行拋光精研磨加工。使用安裝有探針直徑為0.5μm的探針的表面粗糙度測量儀，測量此精拋光的表面的表面粗糙度算術(shù)平均偏差值(Ra)。表6列出了測量結(jié)果。通過X射線衍射法，判定結(jié)晶玻璃中的各結(jié)晶相，而且測量各結(jié)晶相的峰值強(qiáng)度。因此，以焦硅酸鋰(Li2O·2SiO2)的峰值強(qiáng)度為100時的各結(jié)晶相的峰值強(qiáng)度的相對比例列于表6。圖5展示了表面粗糙度算術(shù)平均偏差(Ra)與結(jié)晶溫度的關(guān)系，圖6展示了鋰霞石相的衍射強(qiáng)度(絕對值)與結(jié)晶溫度的關(guān)系。
表6
成分系A(chǔ)的制造例與上述同樣地制造各試樣，對各個試樣測量其Ra各結(jié)晶相的峰值強(qiáng)度的相對比例。結(jié)果如表7所示。而且，圖5展示了表面粗糙度算術(shù)平均偏差值(Ra)和結(jié)晶溫度的關(guān)系，圖6展示了鋰霞石相的衍射強(qiáng)度與結(jié)晶溫度的關(guān)系。
表7
成分系B的制造例與上述同樣地制造各試樣，測量各試樣的Ra和各結(jié)晶相的峰值強(qiáng)度的相對比例。結(jié)果如表8所示。而且，圖5展示了表面粗糙度算術(shù)平均值(Ra)與結(jié)晶溫度的關(guān)系，圖6展示了鋰霞石相的衍射強(qiáng)度與結(jié)晶溫度的關(guān)系。
表8
成分系D、E的制造例與上述同樣地制造各試樣，測量各試樣的Ra和各結(jié)晶峰值強(qiáng)度的相對比例。結(jié)果如表9所示。
表9
對使用成分系A(chǔ)、B、C、D、E的結(jié)晶玻璃的評價成分系A(chǔ)中不添加ZrO2。此時，隨著結(jié)晶溫度的降低，表面粗糙度算術(shù)平均偏差值緩慢下降，在730℃的結(jié)晶溫度時該平均值約為15埃。而且，鋰霞石相的衍射強(qiáng)度較大。
成分系B中添加了0.5wt％的ZrO2，但未發(fā)現(xiàn)其表面粗糙度算術(shù)平均偏差值和鋰霞石相等結(jié)晶相，與使用成分系A(chǔ)時明顯不同。
與此相對，使用添加了2.0wt％的ZrO2的原料的成分系C中，結(jié)晶溫度接近770℃時，表面粗糙度算術(shù)平均偏差值明顯減少，結(jié)果可獲得10埃以下的表面粗糙度算術(shù)平均偏差值。但是，此時未發(fā)現(xiàn)結(jié)晶玻璃的強(qiáng)度降低。
通過觀察結(jié)晶溫度與結(jié)晶相的關(guān)系，在使用成分系C時，尤其是從圖6可看出，生成鋰霞石相的結(jié)晶溫度，與不添加ZrO2時相比，向高溫側(cè)漂移。結(jié)果，鋰輝石相的生成溫度進(jìn)一步提高。并且，結(jié)晶溫度在從約790℃ 到約770℃時，鋰霞石相的生成量明顯減少，同時，焦硅酸鋰相增加，表明生成了Al2O3相。由此結(jié)果可知，鋰霞石相的峰值強(qiáng)度的相對比例在50以下時，結(jié)晶玻璃精密研磨加工后的表面粗糙度平均偏差值顯著降低。
成分系D相對于成分系C而言，SiO2略有增加，Li2O略有減少，但獲得同樣的結(jié)果。而且成分系E、成分系D中，還增加了0.1wt％的Fe2O3，而且減少了0.1wt％的K2O，但得到同樣的結(jié)果。
使用成分系F的制造例及評價使用成分系F的原料，如前所述，制造由結(jié)晶玻璃構(gòu)成的試樣，測量表面粗糙度算術(shù)平均偏差值和結(jié)晶相。在此成分系中，SiO2減少至71.0wt％，作為替換添加3.5wt％的MgO。在750℃結(jié)晶化時，由X射線衍射圖形不能觀察到鋰霞石相和鋰輝石相，但能觀察到α-石英相。拋光加工后的表面粗糙度算術(shù)平均偏差值為18埃。
利用電子顯微鏡觀察此精密研磨面，研磨面可見α-石英的二次顆粒。由于此凝聚的二次顆粒的硬度比其它結(jié)晶相和晶界還高，所以難以獲得高于上述的平滑性。
用電子顯微鏡觀察在拋光加工后，把上述各試樣在5wt％的氫氟酸溶液中腐蝕1分鐘，用掃描型電子顯微鏡觀察此腐蝕面。其中，圖7展示的是使用成分系C、結(jié)晶溫度為750℃ 的情形，圖8所示是使用成分系C、結(jié)晶溫度為790℃的情形，圖9所示是使用成分系A(chǔ)、結(jié)晶溫度為750℃的情形，圖10所示是使用成分系F、結(jié)晶溫度為750℃的情形。
由圖8可知，結(jié)晶溫度為790℃時，由鋰霞石相的生長形成二次顆粒，生成聚集顆粒，由于此二次顆粒與焦硅酸鋰相硬度不同，所以難以提高表面粗糙度算術(shù)平均偏差值。與此相對，由圖7可知，由于鋰霞石相減少，上述二次顆粒消失。正如由圖6也可知的此狀態(tài)那樣，殘留有微量的鋰霞石相，但可認(rèn)為其不生長對表面粗糙度無影響。這種現(xiàn)象，從未圖示的其它掃描電鏡照片也明確地看出。
圖9、圖10中也可見到由鋰霞石相或者α-石英相構(gòu)成的二次顆粒。
強(qiáng)度的測量結(jié)果由使用成分系C的原料、結(jié)晶溫度為730℃的結(jié)晶玻璃切出尺寸為4×40×3mm的試樣，根據(jù)“JIS R1601”測量室溫的4點(diǎn)抗彎強(qiáng)度。結(jié)果，是24OMPa。由使用成分系A(chǔ)的原料、結(jié)晶溫度為730的結(jié)晶玻璃切出尺寸為4×40×3mm的試樣，根據(jù)“JIS R1601”測量室溫的4點(diǎn)抗彎強(qiáng)度。結(jié)果是220MPa。
再對使用成分系A(chǔ)的原料、結(jié)晶溫度為700℃所得的結(jié)晶玻璃，使用與上述相同的方法測量其4點(diǎn)抗彎強(qiáng)度，結(jié)果是150MPa。
以下，說明在第二方案的磁盤用基片本體上通過激光形成紋理的實(shí)施例。
實(shí)施例6按如下組成比例混合含各金屬的化合物粉末，SiO276.1wt％、Li2O 9.9wt％、Al2O37.1wt％、K2O 2.8wt％、ZrO22.0wt％、P2O51.9wt％、Sb2O30.2wt％。此時，把該混合粉末按上述氧化物換算為100重量份，與其相對地按表10所示比例(重量份)添加表10所示的添加物。將此混合物放入鉑坩堝，在1450℃熱處理5小時，使其熔融。將此熔融物壓制成型，制成圓盤狀原料玻璃。
然后，對此圓盤狀原料玻璃研削加工，其外徑為65mm，并開出內(nèi)徑為20mm的孔。
所得原料玻璃在氮?dú)夥罩杏?20℃保持1小時，形成結(jié)晶核，之后以100℃/小時的速度升溫，在730℃保持2小時，然后冷卻到室溫，制成由結(jié)晶玻璃構(gòu)成的基片材料。
通過使用銅的Kα線的X射線衍射法，判定基片材料的結(jié)晶相。結(jié)果，除6-18號實(shí)驗(yàn)外，其余各水平均僅觀察到焦硅酸鋰的結(jié)晶相。
6-18號實(shí)驗(yàn)中觀察到焦硅酸鋰和β-鋰霞石相。此時，以焦硅酸鋰相的峰值強(qiáng)度(2θ=24.8℃)為100,β-鋰霞石相的峰值強(qiáng)度(2θ-26.1°)是200。這里，結(jié)晶溫度下降到680℃發(fā)生結(jié)晶化時，焦硅酸鋰相的峰值強(qiáng)度為100時，β-鋰霞石相的峰值強(qiáng)度成為35，在實(shí)驗(yàn)中使用此試樣。
使用金剛石砂輪，把這些基片材料的兩側(cè)主面平面研削加工成厚0.75mm、平面度為8μm。然后，使用GC磨料，對兩側(cè)的研削面研磨加工，制成厚0.64mm的精密研磨體。之后，使用氧化鈰磨料，拋光精加工使精密研磨體厚度達(dá)0.635mm，制成磁盤用基片。該表面的表面粗糙度平均值Ra是6-9埃，平面度在5μm以內(nèi)。
在此磁盤用基片表面照射YAG四次諧波的脈沖激光(波長266nm、脈沖振蕩、Q轉(zhuǎn)換)，進(jìn)行加工。此時的加工條件是，激光振蕩頻率為2KHz脈沖幅度為25毫微秒，光點(diǎn)直徑為20μm，加工速度為200mm/秒。一邊用熱量計式的功率計測量激光的輸出，一邊改變及加工。用光干涉式表面粗糙度測量儀、三維探針式形狀測量儀等測量激光照射的加工部位的形狀。
所得的加工形態(tài)如表10所列。凸?fàn)畹募庸ず圹E獲得率較高。
表10
無添加物水準(zhǔn)的6-1號實(shí)驗(yàn)試樣，即使激光輸出達(dá)到最大，也無法加工。除6-1號之外，在各添加比例的結(jié)晶玻璃中，激光輸出小時，其加工痕跡的形狀為“無加工痕跡”，激光輸出大時，則產(chǎn)生凸?fàn)盥∑?，如果進(jìn)一步提高激光輸出，則產(chǎn)生坑。此時，在坑周圍會產(chǎn)生環(huán)狀隆起，與激光輸出無關(guān)，環(huán)狀隆起的高度為500埃的程度，作為目標(biāo)的高度，利用200埃以下的紋理是可行的。
產(chǎn)生凸?fàn)盥∑饡r隆起高度與激光輸出成比例。調(diào)整激光輸出，按0.05重量份到1.60重量份的各添加比例，可得到目標(biāo)為高200以下的凸?fàn)睢?br> 隨著Fe2O3添加比例的增大，獲得凸?fàn)盥∑鹚匦璧募す廨敵鼋档?，范圍變窄。添?.20。重量份的Fe2O3的6-18號實(shí)驗(yàn)，由0.5mw的輸出，即可在加工部位開出孔。按上述減小激光輸出是不實(shí)用的，添加比例在3重量份以下為好。
實(shí)施例7與實(shí)施6相同，制造磁盤用玻璃基片。但是，按表11所示改變添加物種類和添加量。
采用銅的Kα線的X射線衍射法，制定此基片材料的結(jié)晶相時，僅觀察到各水平的焦硅酸鋰結(jié)晶相。
通過與實(shí)施例6相同的加工，對磁盤用基片精加工。該表面的表面粗糙度算術(shù)平均偏差值Ra是7-8埃，平面度在4μm以內(nèi)。
然后，按與實(shí)施例6相同的條件，用YAG的四次諧波脈沖激光加工，評價加工形狀。
表11
這樣，在添加V2O5、TiO2、CeO2、CuO的結(jié)晶玻璃中，如果調(diào)整激光輸出，可以獲得高度在200埃以下的凸?fàn)盥∑稹?br> 實(shí)施例8按如下組成比例混合含各金屬的化合物，SiO276.2wt％、Li2O 10.0wt％、Al2O36.5wt％、K2O 3.2wt％、ZrO22.5wt％、P2O51.5wt％、Sb2O30.1wt％。此時，把此混合粉末按上述氧化物換算為100重量份，與此相對按表12所示比例(重量份)添加表12所示添加物。
但是，對于Cr2O3。按表12所示的Cr2O3重量份數(shù)值，以K2Cr207的形式添加。
將此混合物置于鉑坩堝，在1450℃熱處理5小時，使其熔融。對此熔融物成形，制成圓盤狀原料玻璃。
表12
然后，按與實(shí)施例6同樣的順序，加工玻璃板的內(nèi)徑與外徑，使原料玻璃結(jié)晶化。此時，結(jié)晶溫度在680-760℃之間變化。
按與實(shí)施例6同樣的順序，采用X射線衍射，一樣判定結(jié)晶相。
對于各種添加水平，結(jié)晶溫度高時，出現(xiàn)β鋰霞石相的峰值強(qiáng)度大的傾向。而且，在同一溫度結(jié)晶時，對于8-1～5和8-8～10號實(shí)驗(yàn)，隨著添加量增多，出現(xiàn)β鋰霞石相的峰值強(qiáng)度增大的傾向。以焦硅酸鋰相的峰值強(qiáng)度(2θ=24.8°)為100時，實(shí)驗(yàn)中使用β鋰霞石相的峰值強(qiáng)度(2θ=26.1°)為40以下的試樣。
隨后，與實(shí)施例6相同地加工，對磁盤用基片精加工，使此表面的表面粗糙度算術(shù)平均偏差值Ra為7-10埃，平面度在5μm以內(nèi)。
在此磁盤用基片表面上照射YAG二次諧波脈沖激光(波長532nm、CW振蕩、Q轉(zhuǎn)換)，進(jìn)行加工。此時的加工條件是，激光振蕩頻率為1KHz，脈沖幅度75毫微秒，光點(diǎn)直徑為20μm，加工速度為40mm/秒。采用熱量計式的功率儀測量激光輸出，隨時調(diào)節(jié)，進(jìn)行加工。
與實(shí)施例6相同，對照射激光的加工部位的形狀的測量結(jié)果列于表13。
表13
使用YAG二次諧波的脈沖激光、加工結(jié)晶玻璃時的加工痕跡的形狀，與使用四次諧波時相同，隨著激光輸出的增大，依次由“無加工痕跡”→“凸?fàn)盥∑稹薄伴_孔”變化。
仍采用YAG二次諧波脈沖激光，同時調(diào)整激光輸出和添加物的種類、含量，可以獲得作為目標(biāo)的高度為200以下的凸?fàn)罴y理。
實(shí)施例9對實(shí)施例8的8-1序號試樣，照射氬激光(波長514nm、CW振蕩)，進(jìn)行加工。此加工條件是，激光輸出為700mW、光點(diǎn)直徑為50μm、加工速度為4mm/秒。激光焦點(diǎn)參差調(diào)諧在試樣上方同時進(jìn)行加工。
激光照射的加工部位，焦點(diǎn)參差調(diào)諧量從0mm到1.2mm之間任一水平均可形成凸?fàn)盥∑?無開孔現(xiàn)象)。用表面粗糙度測量儀測量此隆起的形狀，結(jié)果如表14所示。
表14
這樣，仍使用氬激光的CW光，如果調(diào)節(jié)在試樣表面的激光能量密度，可以獲得作為目標(biāo)的高度在200埃以下的凸?fàn)罴y理。
實(shí)施例10按如下組成比例混合含各金屬的化合物，SiO276.1wt％、Li2O 9.9wt％、Al2O36.1wt％、K2O 2.8wt％、ZrO23.0wt％、P2O51.9wt％、Sb2O30.2wt％。對于100重量份的混合物粉末，按表15所示比例(重量份)添加表15所示添加物。將此混合物放入鉑坩堝，在1450℃熱處理5小時，使其熔融。對此熔融物壓制成形，制成圓盤狀原玻璃。將此圓盤狀原料玻璃切削成15mm×15mm×0.8mm的尺寸。
把所得原料玻璃在氮?dú)夥罩杏?20℃保持一小時，形成結(jié)晶核后，以100℃/小時的速度升溫，在710-730℃保持4小時，隨后冷卻至室溫，制成結(jié)晶玻璃。
利用銅的Kα線的X射線衍射法，同樣判定基片材料的結(jié)晶相。當(dāng)焦硅酸鋰相的峰值強(qiáng)度(2θ=24.8°)為100時，β鋰霞石相的峰值強(qiáng)度(2θ-26.1°)如表15所示。
與實(shí)施例6相同，使用氧化鈰磨料，精磨加工至厚度為0.635mm。用0.5μm的探針的表面粗糙度測量儀測量此表面的粗糙度。所得表面粗糙度算術(shù)平均偏差值Ra如表15所示。
表15
由表15的10-1、2、3、4、6、7、8、10、11、12、13號可知，如果添加這些氧化物，β鋰霞石相的峰值強(qiáng)度與添加量成比例地出現(xiàn)增大的傾向。
為使表面粗糙度算術(shù)平均偏差值在10埃以下，除氧化鉻以外的氧化物，添加總量或各量均以在3重量份以下為好。而且考慮到已有的激光加工機(jī)械所能發(fā)生的激光輸出，添加量在0.01重量份以上為好。
但是，由10-5、9、14、15、16、18、19、20號試樣可知，添加了氧化鉻，存在抑制3-鋰霞石相的生成的效果。如果超過10重量份，則結(jié)晶化時的結(jié)晶量減少，導(dǎo)致強(qiáng)度降低。
如果按添加總量為3重量份以上添加除氧化鉻以外的氧化物時，再添加0.5重量份以上的氧化鉻，則可利用氧化鉻對β-鋰霞石相生成的抑制效果，上述氧化物的總量可達(dá)10重量份。
權(quán)利要求
1．一種結(jié)晶玻璃，它是Li2O-Al2O3-SiO2系的結(jié)晶玻璃，其特征在于，所述結(jié)晶玻璃含有SiO2:65-85wt％、Li2O:8-15wt％、AlO3:2-8wt％、P2O5:1-5wt％、ZrO2:1-10wt％，主結(jié)晶相焦硅酸鋰(Li2O·2SiO2)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)晶玻璃，其特征在于，在精密加工后獲得中心線的表面粗糙度算術(shù)平均值(Ra)在10埃以下的平滑面。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2的結(jié)晶玻璃，其特征在于，構(gòu)成所述結(jié)晶玻璃的結(jié)晶相之中，在焦硅酸鋰(Li2O·2SiO2)的X射線衍射峰值強(qiáng)度為100時，鋰霞石(Li2O·Al2O3·2SiO2)相的X射線衍射峰值強(qiáng)度和鋰輝石(Li2O·Al2O3·4SiO2)相的X射線峰值強(qiáng)度的總和在50以下。
4．根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的結(jié)晶玻璃，其特征在于，所述結(jié)晶玻璃組成中實(shí)質(zhì)上不含MgO。
5．一種磁盤用基片，其特征在于，它具有由權(quán)利要求1-4中任何一項(xiàng)所述結(jié)晶玻璃構(gòu)成的平滑面，所述平滑面中心線的表面粗糙度算術(shù)平均偏差值(Ra)在10埃以下。
6．一種磁盤，其特征在于，它具有權(quán)利要求5的磁盤用基片、在此磁盤用基片的所述平滑面上形成的底膜、以及在此底膜上的金屬磁性層。
7．一種結(jié)晶玻璃的制造方法，該玻璃是Li2O-Al2O3-SiO2系結(jié)晶玻璃，其特征在于，對含有以下組成的原料玻璃在最高溫度為680℃-770℃的范圍進(jìn)行加熱處理，借此使其結(jié)晶化，所述原料玻璃的組成為SiO2:65-85wt％、Li2O:8-15wt％、Al2O3:2-8wt％、P2O5:1-5wt％、ZrO2:1-10wt％。
全文摘要
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文檔編號C03C10/12GK1313254SQ00137449
公開日2001年9月19日 申請日期1996年12月21日 優(yōu)先權(quán)日1996年2月26日
發(fā)明者鈴木富雄, 竹矢文則, 阿部真博 申請人:日本礙子株式會社