CN104145305A - Hdd用玻璃基板 - Google Patents

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Abstract

本发明的HDD用玻璃基板的特征在于，该玻璃基板含有下述玻璃组成，该玻璃组成以摩尔％表示具有SiO2：60％～75％、Al2O3：0.1％～6％、B2O3：0％～3％、Li2O：0.1％～5％、Na2O：0.1％～6％、K2O：0.1％～5％、MgO：5％～18％、CaO：0.1％～10％、ZnO：0％～5％、TiO2：0％～5％、ZrO2：0.1％～5％的含量范围，并且满足0.01<(ZrO2+TiO2)/(SiO2+Al2O3+B2O3)<0.15、0.1<Li2O/(Li2O+Na2O+K2O)<0.8、和0.3摩尔％<(Li2O+Na2O+K2O)<15摩尔％的条件。

Description

HDD用玻璃基板
技术领域
本发明涉及HDD(硬盘驱动器)用玻璃基板。
背景技术
近年来，随着HDD的存储容量飞跃性地增大，必不可少地需要减小1比特所使用的介质的记录面积。并且，与其成正比地，记录用的磁性颗粒尺寸也必须微细化，但是微细化会导致下述问题：将记录的磁化的方向保持为一个方向的能量变小，容易受到热量的影响。
因此，为了使磁化的方向稳定而需要将磁性颗粒变化为磁各向异性能高的Fe-Pt系磁性材料。但是，该Fe-Pt系磁性材料在用于形成记录介质的制造工序中的成膜时必须实施高温热处理。
因此，对于用于保持该磁性材料的玻璃基板，也要求具有高耐热性。一般来说，作为具有高耐热性的玻璃基板，提出了各种玻璃组成的玻璃基板(日本特开2005-015328号公报(专利文献1)、日本特开2005-314159号公报(专利文献2)、日本特开平10-158028号公报(专利文献3))。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-015328号公报
专利文献2：日本特开2005-314159号公报
专利文献3：日本特开平10-158028号公报
发明内容
发明要解决的课题
作为具有高耐热性所提出的上述玻璃组成均具有相对密度升高、比弹性模量(E/ρ、E：杨氏模量、ρ：相对密度)降低的倾向，存在对HDD的颤振特性产生不良影响的问题。
本发明是鉴于上述现状而进行的，其目的在于提供一种HDD用玻璃基板，该HDD用玻璃基板通过兼顾高耐热性和高比弹性模量，从而兼备了优异的耐热性和优异的颤振特性。
用于解决课题的方案
本发明的HDD用玻璃基板的特征在于，该玻璃基板含有下述玻璃组成，该玻璃组成以摩尔％表示具有
SiO2：60％～75％、
Al2O3：0.1％～6％、
B2O3：0％～3％、
Li2O：0.1％～5％、
Na2O：0.1％～6％、
K2O：0.1％～5％、
MgO：5％～18％、
CaO：0.1％～10％、
ZnO：0％～5％、
TiO2：0％～5％、
ZrO2：0.1％～5％的含量范围，并且满足
0.01<(ZrO2+TiO2)/(SiO2+Al2O3+B2O3)<0.15、
0.1<Li2O/(Li2O+Na2O+K2O)<0.8、和
0.3摩尔％<(Li2O+Na2O+K2O)<15摩尔％的条件。
此处，上述HDD用玻璃基板优选为面向热辅助记录的HDD用玻璃基板。
另外，本发明的HDD用玻璃基板优选含有下述玻璃组成，该玻璃组成以摩尔％表示具有
SiO2：63％～72％
Al2O3：1％～5％
B2O3：0％～2％
Li2O：1％～4％
Na2O：1％～5％
K2O：0.1％～4％
MgO：8％～15％
CaO：1％～8％
ZnO：0％～3％
TiO2：0％～3％
ZrO2：1％～4％的含量范围，并且满足
0.03<(ZrO2+TiO2)/(SiO2+Al2O3+B2O3)<0.12、
0.2<Li2O/(Li2O+Na2O+K2O)<0.7、和
2.1摩尔％<(Li2O+Na2O+K2O)<13摩尔％的条件。
另外，上述玻璃组成优选不含有BaO，上述HDD用玻璃基板优选经由化学强化工序进行制造。
发明的效果
通过具有上述构成，本发明的HDD用玻璃基板显示出下述优异的效果：可兼顾高耐热性和高比弹性模量，由此兼备优异的耐热性和优异的颤振特性。
具体实施方式
下面，对本发明的实施方式进行更详细的说明。
<HDD用玻璃基板>
本发明的HDD用玻璃基板的特征在于，该玻璃基板含有下述玻璃组成，该玻璃组成以摩尔％(mol％)表示具有
SiO2：60％～75％
Al2O3：0.1％～6％
B2O3：0％～3％
Li2O：0.1％～5％
Na2O：0.1％～6％
K2O：0.1％～5％
MgO：5％～18％
CaO：0.1％～10％
ZnO：0％～5％
TiO2：0％～5％
ZrO2：0.1％～5％的含量范围，并且满足
0.01<(ZrO2+TiO2)/(SiO2+Al2O3+B2O3)<0.15、
0.1<Li2O/(Li2O+Na2O+K2O)<0.8、和
0.3摩尔％<(Li2O+Na2O+K2O)<15摩尔％的条件。需要说明的是，本发明中，示出玻璃组成的“％”表示指的是只要不特别声明则表示“摩尔％”。另外，“ZrO2+TiO2”等化学式的加法标记表示以这种化学式表示的成分的总量。例如，“ZrO2+TiO2”表示ZrO2与TiO2的总量。
通过具有上述构成，本发明的HDD用玻璃基板显示出下述优异的效果：可兼顾高耐热性和高比弹性模量，由此兼备优异的耐热性和优异的颤振特性。这种优异的效果可通过构成该玻璃组成的各成分的下述说明的作用相乘地发挥来实现。
需要说明的是，该玻璃组成优选除不可避免的杂质之外仅由上述所示的成分构成。在这点上，本发明的玻璃组成的特征之一在于不含有BaO。这是因为，若含有BaO，则耐热性大幅降低，同时还会招致比弹性模量的降低，因此也会使颤振特性劣化。
需要说明的是，颤振特性与比弹性模量具有下述关系。
即，首先在盘的固有振动与驱动内的气流所作用的力F的频率一致时，HDD用玻璃基板(盘)的颤振量增加。若通过强迫振动的一维模型进行考察，则共振时的颤振量X由
X F &Proportional; 1 &omega; n (ωn：固有频率)
表示。进而，通常已知固有频率ωn与比弹性模量的1/2次方成正比，由下式表示。
&omega; n &Proportional; E &rho;
由此，可知比弹性模量E/ρ高的情况下能够降低盘的颤振量X。需要说明的是，颤振特性优异指的是该颤振量减小。
显示出上述特性的本发明的HDD用玻璃基板特别适合作为面向热辅助记录的HDD用玻璃基板。这是因为，热辅助记录一边局部地加热磁记录介质一边进行信息记录，特别是为了实现高密度记录，要求使用上述那样的Fe-Pt系磁性材料，因而对玻璃基板也要求特别高的耐热性。
需要说明的是，本发明的HDD用玻璃基板优选具有圆盘状的形状，由此适合于组装在HDD中。需要说明的是，在制成圆盘状的形状时，对其尺寸没有特别限定，例如可以为3.5英寸、2.5英寸、1.8英寸、或这些尺寸以下的小径盘，而且也可以制成其厚度为2mm、1mm、0.8mm、0.635mm、或这些厚度以下的薄型盘。
<玻璃组成>
下面，对构成本发明的玻璃组成的各构成成分进行说明。
构成本发明的玻璃组成的SiO2是形成玻璃的网眼结构的重要成分。本发明的玻璃组成中，以60％～75％(本发明中这种数值范围的表示是指下限值和上限值包含在该范围内。由此，“60％～75％”表示“60％以上75％以下”。)的范围含有这样的SiO2。
SiO2的含量若小于60％，则难以形成玻璃，化学耐久性有可能恶化。相反地，若超过75％，则熔融温度变得过高。SiO2的更优选的含量范围为63％～72％。
Al2O3是与SiO2一同形成网眼结构的成分，不仅可提高耐热性，还具有提高离子交换性能的作用。Al2O3的含量若小于0.1％，则化学耐久性及离子交换性能有可能降低。相反地，若超过6％，则离子交换性能降低，进而会招致液相温度和熔融温度的上升，成型性降低。因此，需要使Al2O3在玻璃组成中的含量范围(含量)为0.1％～6％的范围。其中优选为1％～5％的范围。
B2O3是与SiO2一同形成网眼结构的重要成分，具有降低熔融温度的作用，因此根据需要含有B2O3。其含量若超过3％，则作为耐热性的指标的Tg(玻璃化转变温度)降低。因此，为了具有高Tg并具备优异的耐热性，需要使B2O3的含量范围为0％～3％的范围。其中优选为0％～2％的范围。
Li2O可提高杨氏模量，由此相对密度也低，因而具有提高比弹性模量的作用，进而是利用离子交换实施化学强化处理所需要的成分。在化学强化处理中，玻璃组成中的Li+离子与化学强化处理液中的Na+离子或K+离子进行离子交换，由此玻璃基板被强化。Li2O的含量若少于0.1％，则无法充分得到提高杨氏模量的效果，进而离子交换性能降低。相反地，若超过5％，则Tg降低。因此，需要使Li2O的含量范围为0.1％～5％的范围。其中优选为1％～4％的范围。
Na2O是为了利用离子交换实施化学强化处理所需要的成分。化学强化处理中，玻璃组成中的Na+离子与化学强化处理液中的K+离子进行离子交换，由此玻璃基板被强化。Na2O的含量若少于0.1％，则该离子交换性能降低，同时熔融性和耐失透性恶化。相反地，若超过6％，则化学耐久性降低。因此，需要使Na2O的含量范围为0.1％～6％的范围。其中优选为1％～5％的范围。
K2O具有改善熔融性的效果。K2O的含量若小于0.1％，则无法得到改善熔融性的效果；相反地，若超过5％，则Tg降低、杨氏模量也降低。因此，使K2O的含量范围为0.1％～5％的范围。其中优选为0.1％～4％的范围。
并且，本发明中，需要使Li2O、Na2O和K2O的总量(Li2O+Na2O+K2O)为超过0.3摩尔％且小于15摩尔％的范围。该总量若为0.3％以下，则无法得到充分的熔融性改善效果，并且也无法得到碱混合效果，因此化学耐久性也降低。相反地，若总量为15％以上，则Tg降低，无法得到充分的耐热性。更优选为超过2.1％且小于13％的范围。
MgO具有提高杨氏模量、同时改善熔融性的效果。MgO的含量若小于5％，则无法得到提高杨氏模量的效果和改善熔融性的效果；相反地，若含量超过18％，则玻璃结构不稳定，耐失透性恶化。因此，使MgO的含量范围为5％～18％的范围。其中优选为8％～15％的范围。
CaO具有提高线性热膨胀系数和杨氏模量、同时改善熔融性的效果。CaO的含量若小于0.1％，则无法充分得到提高线性热膨胀系数和杨氏模量的效果；相反地，若含量超过10％，则玻璃结构不稳定，耐失透性恶化。因此，使CaO的含量范围为0.1％～10％的范围。其中优选为1％～8％的范围。
ZnO具有提高杨氏模量、同时改善熔融性的效果，因此根据需要含有ZnO。ZnO的含量若超过5％，则玻璃结构不稳定，耐失透性恶化。因此，使ZnO的含量范围为0％～5％的范围。其中优选为0％～3％的范围。
TiO2具有软化高温粘性、同时提高刚性的效果，因此根据需要含有TiO2。但是，TiO2的含量若超过5％，则耐失透性恶化。因此，使TiO2的含量范围为0％～5％的范围。其中优选为0％～3％的范围。
ZrO2具有提高耐热性、同时提高杨氏模量的效果。ZrO2的含量若小于0.1％，则无法充分得到提高耐热性的效果和提高杨氏模量的效果；若超过5％，则耐失透性恶化。因此，使ZrO2的含量为0.1％～5％的范围。其中优选为1％～4％的范围。
另外，本发明中，重要的是，使ZrO2和TiO2的总量与SiO2、Al2O3和B2O3的总量之比((ZrO2+TiO2)/(SiO2+Al2O3+B2O3))为超过0.01且小于0.15的范围。该比表示提高玻璃的刚性和耐热性的成分相对于玻璃的骨架成分之比，该比若为0.01以下，则无法得到充分的刚性和耐热性。另外，该比若为0.15以上，则相对密度变得过大，比弹性模量降低，同时玻璃结构不稳定化，会招致化学耐久性及断裂韧性的降低。该比更优选为超过0.03且小于0.12的范围。
此外，本发明中，需要使Li2O相对于Li2O、Na2O和K2O的总量之比(Li2O/(Li2O+Na2O+K2O))为超过0.1且小于0.8的范围。该比是Li2O相对于碱成分的总量之比，该比若为0.1以下，则无法得到充分的比弹性模量。另外，若该比为0.8以上，则无法得到充分的耐热性。该比更优选为超过0.2且小于0.7的范围。
由上述各构成成分的说明可知，本发明的玻璃组成的特征在于，通过使各构成成分的含量范围在特定范围且使其中的特定构成成分的含有比例在特定范围，从而均衡地提高耐热性和比弹性模量。因此，本发明的玻璃组成能够显示出Tg为650℃以上、比弹性模量为32.0GPa·cm3/g以上的特性。因此，由本发明的玻璃组成构成的HDD用玻璃基板显示出优异的耐热性和优异的颤振特性。
<适宜的组成>
如上述说明所示，本发明的HDD用玻璃基板优选含有下述玻璃组成，该玻璃组成以摩尔％表示具有
SiO2：63％～72％
Al2O3：1％～5％
B2O3：0％～2％
Li2O：1％～4％
Na2O：1％～5％
K2O：0.1％～4％
MgO：8％～15％
CaO：1％～8％
ZnO：0％～3％
TiO2：0％～3％
ZrO2：1％～4％的含量范围，并且满足
0.03<(ZrO2+TiO2)/(SiO2+Al2O3+B2O3)<0.12、
0.2<Li2O/(Li2O+Na2O+K2O)<0.7、和
2.1摩尔％<(Li2O+Na2O+K2O)<13摩尔％的条件，可以作为本发明的优选实施方式。
<制造方法>
对本发明的HDD用玻璃基板的制造方法没有特别限定，可以使用现有公知的制造方法。例如，作为构成HDD用玻璃基板的玻璃组成的各成分的原料，各自使用相当的氧化物、碳酸盐、硝酸盐、氢氧化物等，以所期望的比例进行称量，以粉末的形式充分混合，制成调合原料。
其后，该调合原料被投入例如加热至1300℃～1550℃的电炉中的铂坩锅等中，熔融澄清后，进行搅拌均质化并浇铸至预先加热的铸模中，缓慢冷却而形成玻璃块。接着，以玻璃化转变温度附近的温度保持1小时～3小时，其后缓慢冷却而进行应力消除。
接下来，将该得到的玻璃块切成圆盘形状，使内周和外周为同心圆并使用空心钻切出。或者，对熔融玻璃进行模压成型而成型为圆盘状。其后，对于如此得到的圆盘状的玻璃基板，进一步对其两面进行粗抛光和精密抛光，之后利用水、酸、碱中的至少1种液体进行清洗，形成最终的HDD用玻璃基板。
需要说明的是，上述过程中，在对两面进行粗抛光和精密抛光后浸渍于硝酸钾(50wt％)和硝酸钠(50wt％)的混合溶液中，由此可以对玻璃基板的表面进行化学强化。或者，也可以在粗抛光或精密抛光之前进行化学强化，其后在任一个抛光过程中除去离子交换层(但是该情况下端面也仍残存有离子交换层)。
这样在包含碱的溶液中浸渍玻璃基板(前体)的操作一般被称为化学强化工序，指的是将玻璃基板前体所含有的锂离子或钠离子等碱金属离子置换成离子半径更大的钾离子等碱金属离子的离子交换工序。通过因离子半径的差异产生的应变，以进行了离子交换的区域为中心产生压缩应力，在该区域中玻璃基板前体的表面得以强化。作为这样的化学强化处理液，例如可以举出上述的包含硝酸盐的溶液。
本发明的HDD用玻璃基板优选经由这样的化学强化工序进行制造。需要说明的是，在上述说明中，化学强化工序是在粗抛光和精密抛光工序之前或之后进行的，但是对在制造工序的哪个阶段进行化学强化工序并没有特别限定。另外，如上所述通过化学强化工序形成的离子交换层可以残存于最终的玻璃基板上，也可以被除去。在离子交换层残存的情况下，能够发生该层的组成与本发明的玻璃组成不同的情况，但是本发明的玻璃组成是以离子交换层以外的部分为基准的。
需要说明的是，本发明的HDD用玻璃基板在利用上述制造方法进行制造后，形成作为记录层的磁性层(磁性膜)，形成信息记录介质(磁记录介质)。该信息记录介质可以组装到HDD中而使用。
实施例
下面，举出实施例来更详细地说明本发明，但是本发明并不限于这些实施例。
<实施例1～10和比较例1～7>
如下述表1和表2中记载的玻璃组成那样，在铂坩埚中称量放入预定量的原料粉末，进行混合后，在电炉中于1550℃熔解。原料充分熔解后，将铂制的搅拌叶片***玻璃熔液中，搅拌1小时。
其后，取出搅拌叶片，静置30分钟后，向夹具中流入该玻璃熔液，由此得到玻璃块。其后，将玻璃块在各玻璃的玻璃化转变温度(Tg)附近保持2小时，之后缓慢冷却而进行应力消除。
接着，将如此得到的玻璃块切成厚约1.5mm的2.5英寸的圆盘形状，使内周、外周为同心圆并利用切割器切出。并且，对两面进行粗抛光和精密抛光，其后进行清洗，由此制作实施例和比较例的HDD用玻璃基板。需要说明的是，比较例的HDD用玻璃基板不具有本发明的玻璃组成。
对于如此制作的HDD用玻璃基板进行下述物性评价，并且进行下述试验(耐热测验和驱动测验)。将它们的结果示于下述表1和表2中。
<玻璃化转变温度(Tg)>
使用差热测定装置(商品名：“EXSTAR6000”、Seiko Instruments Inc.,制造)，在室温～900℃的温度范围以10℃/分钟的升温速度对调整为粉末状的玻璃试样进行加热并进行测定，由此测定玻璃化转变温度。
<比弹性模量(E/ρ)>
根据JIS R1602精密陶瓷的弹性试验方法的动态弹性模量试验方法，测定了杨氏模量E。另一方面，通过阿基米德法测定了相对密度ρ。并且，由这些测定值计算出比弹性模量E/ρ。
<耐热测验>
对于各实施例和各比较例的HDD用玻璃基板，在大气中于650℃实施1小时的热处理，之后确认各HDD用玻璃基板是否发生了变形。
有无发生变形的确认通过使用白色光干涉式表面形状测定机(商品名：“Optiflat”、Phase Shift Technology社制造)测定玻璃基板的平坦度来进行。并且，将平坦度为5μm以下的情况评价为“A”，将超过5μm且小于50μm的情况评价为“B”，将为50μm以上的情况评价为“C”。平坦度的数值越小则表示越平坦，表示耐热性越优异。
需要说明的是，本测验中采用的热处理的条件假设了将磁各向异性能高的Fe-Pt系磁性材料成膜的条件。
<驱动测验>
对于各实施例和各比较例的HDD用玻璃基板，基于常规方法形成Co-Cr的磁性层，由此制作磁记录介质(磁盘)。并且，将该磁盘装载于HDD中，在以15000rpm的高速旋转旋转5分钟的情况下，确认是否因TMR(Track MisRegistration，磁道对准不良)而发生读取错误，TMR是指因磁盘的弯曲而使磁头从读取信号位置偏离。
并且，将未发生错误的情况评价为“A”，将错误发生1次以上且小于5次的情况评价为“B”，将错误发生5次以上的情况评价为“C”。越不发生错误，则表示颤振特性越优异。
需要说明的是，表2中，比较例6的耐热测验和驱动测验等项为空白表示：由于玻璃组成中所占的Al2O3的含量高，因此熔融温度升高，熔融时的粘度上升，因而无法进行玻璃基板的成型，由此无法实施各测验。
由表1和表2可以明确，与各比较例的HDD用玻璃基板相比，各实施例的HDD用玻璃基板在耐热测验和驱动测验的两方面显示出优异的结果。由此，能够确认本发明的HDD用玻璃基板兼具优异的耐热性和优异的颤振特性。
如上对本发明的实施方式和实施例进行了说明，但是当初还预定了可对上述各实施方式和实施例的构成进行适宜组合。
本次公开的实施方式和实施例在所有方面均为例示，应当认为并无限制。本发明的范围并非由上述说明示出，而是由权利要求书示出，包括与权利要求书均等的含义和范围内的所有变更。

Claims (5)

1.一种HDD用玻璃基板，该HDD用玻璃基板含有下述玻璃组成，该玻璃组成以摩尔％表示具有
SiO2：60％～75％
Al2O3：0.1％～6％
B2O3：0％～3％
Li2O：0.1％～5％
Na2O：0.1％～6％
K2O：0.1％～5％
MgO：5％～18％
CaO：0.1％～10％
ZnO：0％～5％
TiO2：0％～5％
ZrO2：0.1％～5％的含量范围，并且满足
0.01<(ZrO2+TiO2)/(SiO2+Al2O3+B2O3)<0.15、
0.1<Li2O/(Li2O+Na2O+K2O)<0.8、和
0.3摩尔％<(Li2O+Na2O+K2O)<15摩尔％的条件。
2.如权利要求1所述的HDD用玻璃基板，其中，所述HDD用玻璃基板为面向热辅助记录的HDD用玻璃基板。
3.如权利要求1或2所述的HDD用玻璃基板，其中，该玻璃基板含有下述玻璃组成，该玻璃组成以摩尔％表示具有
SiO2：63％～72％
Al2O3：1％～5％
B2O3：0％～2％
Li2O：1％～4％
Na2O：1％～5％
K2O：0.1％～4％
MgO：8％～15％
CaO：1％～8％
ZnO：0％～3％
TiO2：0％～3％
ZrO2：1％～4％的含量范围，并且满足
0.03<(ZrO2+TiO2)/(SiO2+Al2O3+B2O3)<0.12、
0.2<Li2O/(Li2O+Na2O+K2O)<0.7、和
2.1摩尔％<(Li2O+Na2O+K2O)<13摩尔％的条件。
4.如权利要求1～3的任一项所述的HDD用玻璃基板，其中，所述玻璃组成不含有BaO。
5.如权利要求1～4的任一项所述的HDD用玻璃基板，其中，所述HDD用玻璃基板经由化学强化工序进行制造。
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