DE2840604C2

DE2840604C2 - Magnetkopf und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE2840604C2
Application number: DE2840604A
Authority: DE
Inventors: Ryuji Osaka Nishiyama; Kazuo Yokoyama; Taketoshi Ibaraki Yonezawa
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1977-09-19
Filing date: 1978-09-18
Publication date: 1986-01-30
Also published as: GB2005896B; FR2403615B1; US4170032A; NL182351C; JPS5827565B2; NL7809470A; GB2005896A; FR2403615A1; DE2840604A1; US4238215A; JPS5446021A

Description

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die Spaltbreite haltenden Abstandsgliedes abhing, wäh- Glasschichten und Erhitzen des Ganzen auf Erwei-

rend die Abscheidungsmethode des Zerstäubens eine chungspunkttemperatur des Glases <ter zweiten Schicht

Kontrolle der Dicke des Glasfilms durch das Abschei- um so die Glasschichten zusammenzuschmelzen,

dungsverfahren selbst ermöglicht, was zu einer weitaus Demgegenüber führt die Erfindung zur Schaffung ei-

höheren Präzision der Dicke des Films führt Nach dem 5 nes Magnetkopfes und eines Verfahrens zu seiner Her-

Abscheidungsverfahren des Zerstäubens kann die Film- stellung unter Verwendung eines neuen Glases, das oh-

dicke mit einer Genauigkeit von ±0,02 μτη gesteuert ne geschmolzen zu sein zu haften vermag, so daß ohne

werden, wenn die Dicke des Glasfilms < 1 um ist Zwei- Schmelzzustand ein Magnetkopf mit vorbestimmter

tens unterliegt nach den herkömmlichen Verfahren, bei Spaltbreite erhältlich ist ohne die Filmdicke zu verän-

denen ein Glasmaterial zur Bildung des Spalts im Ma- jü dern.

gnetkopf geschmolzen wird, die Grenzfläche zwischen Es ist auch eine Mehrschichtenstruktur der spaltbil-

dem Magnetkopf-Kernteil und dem Spaltteil der Ero- denden Materialien möglich; in einem solchen Falle

sion und Diffusion, während die Grenzfläche zwischen kann das spaltbildende Material mit einer Haftfähigkeit

dem durch Aufdampfen abgeschiedenen Glas und dem ohne Schmelzen durch Verwendung einer Puffer- oder

Magnetkopf-Kernteil minimal erodiert Werden geeig- 15 Zwischenschicht unter Zerstäuben auf dem magne-

nete Maßnahmen zur Verhinderung der Verschlechte- tischen Kernmaterial abgeschieden werden. Zu einer

rung der Grenzfläche bei einer Wärmebehandlung nach solchen Ausführungsform gehört auch die Verwendung

der Aufdampfabscheidung ergriffen, kann Schärfe des von SiO₂ als erste Schicht

Magnetstreufeldes an der Hinterkante (der aufzeich- Die US-PS 35 78 920 offenbart zwar auch die Ver-

nenden Kante) des Betriebsspalts im Magnetkopf er- 20 wendung von S1O2 als erste Schicht, doch geht es nach

zielt werden, und dies ermöglicht einen Magnetkopf, der diesem Stand der Technik nicht um die Haftung mit dem

hohe Aufnahme- und Wiedergabeleistungen bei der Spaltfüllmaterial selbst so daß sich der Fachmann aus

Aufzeichnung von Hochfrequenzsignalen zuläßt Auch einem solchen Stand der Technik keine Anregungen

wird die Oberflächenrauhigkeit des Films beträchtlich dafür holen konnte, SiO₂ als erste Schicht für durch

verbessert verglichen mit dem Glasfilm, der durch Ein- 25 Zerstäuben aufzubringende Spaltfüllmaterialien mit

brennen pulverisierten Glases erhalten wird, d. h, die Haftfähigkeit ohne zu schmelzen auf den verschiedenen

Oberflächenrauhigkeit des durch Aufdampfen abge- magnetischen Kernmaterialien vorzusehen,

schiedenen GlasFilms ist < etwa ±0,02 um, was hohe Ferner offenbart die US-PS 38 07 043 Beispiele für

Oberflächenglätte und hohe Adhäsion bei der Spaltbit- die Verwendung von Borsilikatglas, das im spaltbilden-

dung gewährleistet 30 den Bereich eines Magnetkopfes eingefügt sein kann.

So hat der durch aufdampfendes Aufbringen gebilds- Wie hier bereits erläutert sind aber unter diesen nur te Glasfilm viele Vorteile, aber der reine Ersatz der solche mit niedrigem Alkaligehalt zur Bildung einer herkömmlichen Verfahren durch diese Aufdampftech- dünnen Schicht durch Zerstäubungsabscheidung geeignik nur zur Bildung des nicht-magnetischen Spaltteils net und besitzen auch gute Haftfähigkeit selbst unter vermag die meisten dieser Vorteile zur Verbesserung 35 nicht-schmelzenden Bedingungen. Dagegen vermögen der Qualität des fertigen Magnetkopfs nicht hervorzu- andere Borsilikatgläser einer Zusammensetzung außerbringen. Bei dem üblichen Verfahren wird das Spaltteil halb des erfindungsgemäß definierten Bereichs solche geschmolzen, um es mit dem Magnetkopf-Kernteil zu vorteilhaften Leistungen nicht aufzuzeigen,
verbinden, so daß unvermeidlich eine Ungleichheit zwi- Darüber hinaus besitzen Borsilikatgläser einer Zusehen Filmdicke und Spaltlänge im fertigen Magnetkopf 40 sammensetzung innerhalb der erfindungsgemäßen Beauftritt, ganz gleich, wie weit die Präzision bei der Film- reiches relativ höhere Schmelzpunkte, und solche Glädicke verbessert wird. Auch variiert der Zusammenhang ser sind zur Verwendung in einem Verfahren, das eine zwischen diesen Faktoren in Abhängigkeit von den Be- Schmelzstufe erfordert nicht geeignet die alkaliarmen dingungen der Wärmebehandlung (Temperatur, Ver- Glasmaterialien, die erfindungsgemäO Verwendung finweilzeit Druckkraft auf den Kern usw.) und unterliegt 45 den und selbst unter nicht-schmelzenden Bedingungen einer großen Schwankungsbreite. Weiter erfährt die Haftfähigkeit zeigen, sind aber zur Verwendung im FaI-Grenzfläche mit dem Magnetkopfkern eine Erosion und Ie des Verbindens einseitiger Magnetkerne unter nichtDiffusion während des Schmelzens des Spaltteils, und schmelzenden Bedingungen geeignet verwendbar,
dies kann die Ausnützung des zweiten Vorteils des Auf- Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht dardampffilms vereiteln. Die Erfindung soll daher einen 50 in, einen Magnetkopf und ein Verfahren zu seiner Her-Magnetkopf liefern, der von den genannten Nachteilen stellung zu schaffen, der bzw. das die Ausbildung des und Mängeln, wie sie dem Stand der Technik eigen sind, Betriebsspalts ohne die Notwendigkeit des Schmelzens frei ist sowie ein Verfahren zur Herstellung eines sol- der den Spalt bildenden Teile im Magnetkopf zuläßt und chen Magnetkopfs, wobei das Spaltteil im Zeitpunkt somit die Herstellung eines Magnetkopfes hoher Spaltseiner Bildung ohne geschmolzen werden zu müssen 55 längenpräzision, mit wenig Fehlern im Spalt und ausgegebunden werden kann, um so die Vorteile des aufge- zeichneten elektromagnetischen Umwandlungsmerkdampften Spaltteils zur Verbesserung der Qualität des malen ermöglicht einen Magnetkopf und ein Verfahren fertigen Kopfes optimal zu nutzen. zu dessen Herstellung gemäß den Patentansprüchen 1

Die US-PS 34 58 926 offenbart ein Verfahren zur und 3 gelöst.

Herstellung eines glasgefüllten Spalts in einem Magnet- 60 Nachfolgend wird die Erfindung im einzelnen bekopf mit daran haftender Glasschicht durch Aufbringen schrieben. Das Glas-Spaltteil, das bei der Herstellung einer ersten Glasschicht vorbestimmter Dicke auf jedes des Magnetkopfs gemäß der Erfindung unter Zerstäuder entsprechenden Teile durch Zerstäuben, Aufbrin- ben aufgedampft wird, ist Borsilikatglas mit einer Zügen einer verhältnismäßig dünnen Glasschicht auf we- sammensetzung von 65 bis 85 MoI-⁰Zb SiO₂ und 8 bis 30 nigstens einer der ersten Glasschichten durch Zerstäu- 65 Mol-% B2O3. Es enthält auch 2 bis 15 Mol-% der Alkaliben, wobei das Glas der zweiten Schicht einen erheblich metalloxide Na₂O und K₂O und 0,1 bis 5 Mol-% A1₂O3, niedrigeren Erweichungspunkt aufweist als das Glas der und das Molverhältnis von Boroxid zu Alkalimetalloxiersten Schicht, Andrücken der jeweiligen Teile an die den wird durch folgende Beziehung festgelegt:

5 6

. Na₂O + K₂O ₀. die dem Spalt gegenüberliegende vordere Fläche; 4 die

B₂O₃-I-Na₂OH-K₂O ' dem Spalt gegenüberliegende hintere Fläche; 5 den einseitigen Kern; 6 die dem Spalt gegenüberliegende oder

Das Spaltglas dieser Zusammensetzung wird auf den zugewandte Fläche; 7 einen einseitigen Kern; 8 den dem Spalt gegenüberliegenden Flächen von zwei Ma- 5 Spalt-Film; 9 gebundenes Glas; 10 ein Schnitteil; 11 ei-

gnetkernteilen durch Hochfrequenz-Zerstäubungs/Auf- nen Stab; 12 ein Gehäuse; 13 den Betriebsspalt; 14 die

dampftechnik abgeschieden, und dann werden die dem Gleitfläche des Aufzeichnungsmediums und 15 die

Spalt gegenüberliegenden bzw. zugewandten Flächen Wicklung.

mit der Glasabscheidung dazwischen gegeneinanderge- F i g. 2 veranschaulicht die Zusammensetzung des erdrückt und miteinander verbunden, indem auf eine io findungsgemäßen Alkaliborsilikat-Glases. Nichtschmelztemperatur erhitzt wird, die über dem F i g. 3a ist eine Fotografie einer zwangsweise abgelö-Übergangspunkt liegt, aber unter der Fließgrenze des sten Fläche im Spaltteil eines erfindungsgemäßen Maaufgebrachten Glasfilims. Das Binden bei Nichtschmelz- gnetkopfes. :,.■ temperatur im Bereich vom Übergangspunkt bis zur F i g. 3b zeigt die Daten der Messung der Unebenheit ^ Fließgrenze des durch Zerstäuben bzw. Aufdampfen is entlang dem Abschnitt X-Xm der Struktur der F ig. 3a. || aufgebrachten Glasfilms ist eine neue Technik, und sein F i g. 4a und b sind Fächenschaubilder, die die Streu- §' Mechanismus wird nachfolgend beschrieben. Der Ma- ung der Spaltlänge bei herkömmlichen Magnetköpfen I gnetkopf mit. dem Gias-Spaitteii oder -Abstandsgiied (a) und bei erfindungsgemäßen Magnetköpfen (b) zei- ^. der genannten Zusammensetzung hat die folgenden Ei- gen. a genschaften. 20 Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Bei-

Da das Spaltteil beim Herstellungsverfahren nicht spiels weiter beschrieben. j

schmilzt kann ein Magnetkopf einer Spaltlänge erhal- ξ

ten werden, die der Spaltfilmdicke praktisch gleich ist Beispiel : ^:

Daher kann die Spaltlänge durch Steuern der Filmdicke .'/:.

gesteuert werden, und auch extreme Hochpräzisions- 25 Fig. la bis f veranschaulichen das erfindungsgemäße

steuerung ist möglich, weil die Filmdickensteuerung Verfahren zur Herstellung eines Magnetkopfs. Ein ge-

beim Zerstäubungsaufbringen erfolgt. Bei einer ver- eignetes Material wird geschnitten und maschinell bear- ,.

suchsweisen Herstellung eines Magnetkopfes mit einer beitet (a), um ein einseitiges Kernteil 5 mit einer Aus- ,

Spaltlänge von 0,25—2 μηπ gemäß der Erfindung konnte nehmung zur Aufnahme einer Wicklung mit einem

die so aufgebrachte Spaltglasfilmdicke innerhalb des 30 Apex 1 sowie einer dem Spalt zugewandten vorderen \

Bereichs von 0,25—1 μιτι mit einer Toleranz von Fläche 3 und einer dem Spalt zugewandten hinteren ■',

±0,02 μΐη durch Messung der Filmdicke mittels Laser- Fläche 4 sowie ein weiteres einseitiges Kernteil 7 mit

Interferometrie während des Betriebs, während der einer dem Spalt zugewandten Fläche 6 herzustellen, _;

Zerstäubungsabscheidung, gesteuert werden. Was die dann werden die dem Spalt zugewandten Flächen 3, 4

Spaltlänge des fertigen Magnetkopfes betrifft so konn- 3S und 6 der Kernteile durch Läppen hochglanzpoliert (b), ^:

te das Erzeugnis mit 100% Ausbeute mit einer Toleranz und dann werden die hochglanzpolierten, dem Spalt zu-

der Abmessung von ±0,05 μιη erhalten werden. gewandten Flächen weiter der Zerstäubungsaufdamp-

Ferner ist da kein Schmelzen des Spaltglasteils beim fung zur Bildung eines dünnen Films 8 unterworfen, der

Herstellungsverfahren notwendig ist das Erzeugnis frei als Spaltabstandsstück dienen soll, von den Spaltmängeln, die gewöhnlich bei schmelzge- 40 Der Film 8 für das Spaltabstandsstück wird durch

bundenen Magnetköpfen zu sehen sind. Der durch Zerstäuben aufgebracht und gewünschtenfalls kann er

Schmelzen des zerstäubungsaufgedampften Glasfilms als vielschichtige Struktur ausgebildet werden. Im Fall

gebildete Film ist nicht immer ein homogener, rein glas- einer Doppelschichtstruktur wird ein geeignetes Mate- ^;

artiger Film, sondern neigt zur Reaktion mit dem Ba- rial, wie z. B. SiO₂, als erste Filmlage abgeschieden, die

sis(kern)tei'i, wobei das Reaktionsprodukt mit den orga- 45 direkt mit den dem Spalt gegenüberliegenden Flächen

nischen Substanzen auf der Basisoberfläche bleibt und eines jeden Kernteils verbunden ist, und dann wird ein

andere Fremdmaterialien, wie Luftblasen, und verschie- Glasfilm obiger Zusammensetzung dazwischen als

dene, von solchen Einschlüssen herstammende Defekte zweite Filmlage hergestellt

wurden in dem Spalt des fertigen Magnetkopfs auftre- Dann werden die beiden einseitigen Kernteile 5 und 7

ten. Der erfindungsgemäße Magnetkopf hat grundsätz- 50 mit dem Spaltabstandshalter 8 dazwischen aneinander-

lich keine solche Mängel* da der Spalt ohne die Notwen- gefügt und Bindegias 9 wird am Scheitel 1 der Ausneh-

digkeit zum Schmelzen des Spaltteils gebildet werden mung 2 angeordnet worauf eine Wärmebehandlung

kann. Ferner erfährt, wenn die erfindungsgemäß zum zum Verbinden des Spalts erfolgt (d). Dieses Verbinden |

Aufbringen bestimmte Glasmasse allein als Spaltteil erfolgt unter Verwendung einer speziellen spaltbilden- |

verwendet wird, die Grenzfläche zwischen der dem 55 den Vorrichtung, die so gestaltet ist daß auf jedes Kern- f.

Spalt gegenüberliegenden Fläche eines jeden Magnet- teil ein Gegendruck durch eine Federeinrichtung mit y',

kerns und dem Spaitteil keine Erosion und gegenseitige hoher Wärmebeständigkeit ausgeübt wird, um die ge- I

Diffusion während der Wärmebehandlung zur Spaltbil- eignete Aneinanderfügung der dem Spalt zugewandten {

dung, weil das Spaltteil nicht geschmolzen wird, so daß Flächen während der Wärmebehandlung beizubehalten. £

es möglich ist den Aufzeichnungsstreufluß scharf zu 60 Nach dem Verbinden werden die hinteren Spaltteile der V

gestalten, was dem Erzeugnis ausgezeichnete elektro- verbundenen Kernteile herausgeschnitten (e) und die f

magnetische Umwandlungseigenschaften verleiht geschnittenen Teile 10 werden hochglanzpoliert und f.

Weitere Vorteile, Merkmale und Ausführungsformen dann wird ein getrennt hergestellter I-förmiger Stab 11 tüder Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschrei- mit einer Wicklung darum an die Teile 10 angefügt und || bung der Figuren; von ihnen zeigen 65 verbunden, um so eine fertige Magnetkopfspitze zu bil- p,

Fig. la bis f Darstellungen des erfindungsgemäßen den. Die fertige Magnetkopfspitze wird in einem geeig- |j

Magnetkopf-Herstellungsverfahrens. Dabei bedeutet 1 neten Gehäuse 12 zu einem fertigen Magnetkopf einge- K

einen Scheitel; 2 eine Ausnehmung für die Wicklung; 3 kapselt (f). So hat die Magnetkopf spitze einen Be- I

triebsspalt 13 in ihrer Fläche 14, an der das Aufzeichnungsmedium gleitend vorbeiläuft, und eine Wicklung 15 ist in dessen Magnetbahn angeordnet. Der in diesem Beispiel verwendete Kern ist ein Mn—Zn-Ferrit-Kern (mit 53 Gewichtsprozent Fe2O3, 28,0 Gewichtsprozent MnO und 19,0 Gewichtsprozent ZnO), hergestellt durch Warmpressen.

Als den Spalt bildende Materialien wurden in diesem Beispiel SiO₂ als erste Schicht und ein alkaliarmes Borsilikat-Glas mit der Zusammensetzung 80% SiO₂, 13% B2O3, 4% Na₂O und K₂O und 2% Al₂O₃ oder der Zusammensetzung 67% SiO₂, 22% B₂O₃, 6,5% Na₂O und K₂O und 2,0% Al₂O₃ als zweite Schicht verwendet. Die Dicke des Films war 0,02 μπι in der ersten Schicht und 0,13 μπι in der zweiten Schicht, insgesamt 0,15 μιη (Spaltlänge 0,3 μπι) oder 0,08 μπι in der ersten Schicht und 0,42 μπι in der zweiten Schicht, insgesamt 0,5 μπι (Spaitiänge 1 μπι). Im Falle alkaliarmen Borsilikat-Glases ist bekannt, daß, wenn kein Hemmstoff für die Phasentrennung, wie Al₂O₃, enthalten ist, bei geeigneter Wärmebehandlung eine Phasentrennung eintritt, wenn das Glas bestimmte, spezielle Zusammensetzungen hat. F i g. 2 zeigt den Bereich der Zusammensetzung, in dem eine solche Phasentrennung in dem Alkaliborsilikat-Glas mit Na₂O als Alkalimetalloxid stattfindet. Die Phasentrennung tritt bei normaler Temperatur oder bei einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen dem Übergangspunkt und der Fließgrenze auf, wenn die Glaszusammensetzung innerhalb des durch die Linie X-X in der Figur festgelegten Bereichs liegt. Der hier verwendete Begriff »Phasentrennung« bedeutet eine Erscheinung, daß sich die Glasstruktur in zwei Schichten trennt, d. h. die Schicht mit der Hochtemperatur-Glaskomponente mit hohem Schmelzpunkt und hohem SiO₂-Gehalt und die Schicht mit tiefschmelzender Glaskomponente löslichen Borsilikat-Glases. In gewöhnlichem Gebrauchsglas ist ein Hemmstoff für die Phasentrennung, wie Al₂O₃, in geringer Menge zugesetzt, um ein solches Phänomen zu hemmen. Die gestrichelte Linie S-D' in der Figur bedeutet die Zusammensetzung Na₂O-5 B2O3, und nach der Theorie der Glasstruktur wird der Bereich S-D'-B auf der (Na₂O)alkaliarmen Seite der Linie Akkumulierungsbereich und die alkalireiche Seite Schnittbereich genannt. Im Akkumulierungsbereich wird das dekorative Oxid Na₂O, das in das Ausgangsmaterial mit tetraedrischen SiO₄- und dreieckigen BO₃-Strukturen gelangt ist, lediglich akkumuliert und die Sauerstoffbrücke wird nicht aufgebrochen, aber im Bereich jenseits dieser Grenze wird die Sauerstoffbrükke aufgebrochen. Eine Phasentrennung erfolgt in dem Bereich um diese Grenze herum. Das Glas mit Phasentrennung zeigt typischerweise einen niederen Übergangspunkt und eine hohe Fließgrenze, d. h., es besitzt einen weiten Temperaturbereich für den »anomalen Expansionsbereich« zwischen Übergangspunkt und Fließgrenze, so daß die Phasentrennung induziert werden kann, wenn ein solches Glas lange in einem solchen Temperaturbereich gehalten wird. Der durch Zerstäubung abgeschiedene Glasfilm einer Zusammensetzung im Phasentrennbereich und mit einer geringen Menge an die Phasentrennung hemmendem Material wird beim Erhitzen auf eine Temperatur zwischen dem Übergangspunkt und der Fließgrenze in nichtgeschmolzenem Zustand gebunden. Unter diesen Umständen tritt keine Phasentrennung im gewöhnlichen Sinne ein, aber es wird angenommen, daß mikroskopisch eine Erscheinung eintritt, die der Phasentrennung gleichwertig ist, und daß die Tieftemperaturkomponente am Binden teil hat. Tatsächlich weist das Glas mit einer Zusammensetzung in diesem Bereich eine höhere Wasserlöslichkeit auf als Glas anderer Zusammensetzung und führt zu höherer Alkali-Elutionsgeschwindigkeit, und dies führt vermutlich zur Entstehung eines Zustands, der eine leichte Wanderung von Alkalimetall an der haftenden Grenzfläche ermöglicht.

Der Wärmeausdehnungskoeffizient im normalen Temperaturbereich neigt im allgemeinen dazu, entlang der Linie S-D'am niedrigsten zu werden, wenn SiO₂ als konstant angenommen wird (die tatsächlichen Messungen weichen geringfügig von dieser Tendenz ab), und Glas dieses Zusammensetzungsbereichs weist im allgemeinen einen kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Dies ist ein wichtiger technischer Vorteil auf dem Gebiet der Zerstäubungsabscheidung. Ist der Wärmeausdehnungskoeffizient zu groß, kann das Auftreffziel durch Überhitzung funktionsunfähig werden, die durch das Auftreffen der positiven Ionen ausgelöst wird. Eine Lösung dieses Problems ist die Verwendung fein gebrochenen Glases als Auftreffziel, aber die Verwendung eines solchen pulverförmigen Glases bei dem Verfahren zur Abscheidung oder Aufbringung extrem dünnen Films ist unerwünscht, da die Streuung pulverförmigen Glases zu verringerter Ausbeute führt. Das Glas mit dem erfindungsgemäßen Zusammensetzungsbereich ist klein genug, um als festes Glasauftreffziel zu dienen.

Der durch Zerstäubung aufgebrachte Glasfilm setzt sich zusammen aus einem

SiO₂ - B₂O₃ - K₂O - Na₂O - AI₂O₃-System,

und insbesondere weist die Zusammensetzung 65—85 Mol-% SiO₂,8-30Mol-% B₂O₃,2-15 Mol-% Na₂O + K₂O und 0,1—5 Mol-% Al₂O₃ auf und ist durch das folgende Molverhältnis festgelegt:

Na₂O ₊ K₂O

B₂O₃ + Na₂O -I- K₂O

^υ'⁴

Die Festlegung des SiO₂-Gehalts innerhalb des Bereichs von 65—85 Mol-% beruht auf der Überlegung, daß, wenn der SiO₂-Gehalt <65 Mol-% ist, das sich ergebende Glassystem eine Vickers-Härte <500 hat und folglich zur Verwendung als Glas für den Spalt ungeeignet ist, während, wenn der SiO₂-Gehalt >85 Mol-% ist, der Schmelzpunkt des Glaserzeugnisses etwa 1000⁰C beträgt, was zu schwierigerem Schmelzen führt Die Festlegung des Alkalimetall-OXId(Na₂O + K₂O)-Gehalts auf 2-15 Mol-% beruht auf der Tatsache, daß ein höherer Gehalt als 15 Mol-% dieser Oxide zu einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von >70x 10-VC führt, was für die Zerstäubungsabscheidung unter Verwendung eines festen Auftreff-Zieles nachteilig ist, während ein Gehalt von <2 Mol-% keinen wesentlichen Zusatzeffekt der dekorativen Oxide liefert Die Festlegung des Molverhältnisses von Boroxid (B₂O₃) zu Alkalimetalloxiden (Na₂O+K₂O) auf

0,05 <

Na₂O + K₂O

B₂O₃ + Na₂O + K₂O

<0,4

ist der Tatsache zuzuschreiben, daß sowohl die untere als auch die obere Grenze der S-D -Linie beim Molverhältnis 0,167 den Phasentrennbereich umfassen und auch innerhalb des Bereichs liegen, in dem eine Bindung beim Temperaturbereich vom Übergangspunkt bis zur Fließgrenze möglich ist Der Zusatz von Al₂O₃ in einer

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Menge von 0,1 bis 5 Mol-% soll die Phasentrennung stehen könnte (keine Ablösung tritt ein, wenn das Spaltsteuern. Andere Zahlenfestlegungen ergeben sich fast teil fest gebunden ist, wie zuvor erwähnt). Wie sich aus automatisch aus den obigen Festlegungen. 8—30 den obigen Beobachtungsergebnissen ergibt, ist das Mol-% B2O3-Gehalt sind dadurch festgelegt, daß weni- Spaltteil für den erfindungsgemäßen Magnetkopf in ger als 8 Mol-% B2C>3-GehaIt zu einem zu hohen s nichtgeschmolzenem Zustand gebunden, was es mög-Schmelzpunkt des Glaserzeugnisses führt, während lieh macht, einen Magnetkopf mit einer Spaltlänge zu mehr als 30 Mol-% zu einer Vickers-Härte von < 500 erhalten, die der Dicke des durch Zerstäubung abgeführen. Der durch Zerstäubung aufgebrachte Film obi- schiedenen Films gleich ist.

ger Zusammensetzung kann durch Zerstäubungsab- Als Beispiel für die Erfindung wurde hier vorstehend scheidung mit Targetglas praktischer gleicher Zusam- io eine Ausführungsform eines fixierten Magnetkopfes bemensetzung erhalten werden. Bei einem Vergleich der schrieben. Nachfolgend sind die Ergebnisse einer UnZusammensetzungen des Targets und des Films mit HiI- tersuchung der Spaltlängengenauigkeit bei einer weitefe eines Elektronensondenmikroanalysators und eines ren Ausführungsform d?r Frfindung wiedergegeben, die Sekundärionenmassenspektrometers war nahezu kein für einen rotierenden Magnetkopf des schraubenförmig Unterschied in den SiO₂- und B2O3-Gehalten zu sehen, 15 abtastenden Typs vorgesehen ist. In dem oben beschriejedoch eine geringe Abnahme an Al₂O₃ und eine abneh- benen Beispiel ist der durch Zerstäubung abgeschiedemende Tendenz für Na2O und K2O zu bemerken. Dies 'ne Film auf den einander gegenüberliegenden Flächen legt die Verwendung eines Targetmaterials nahe, das zweier einseitiger magnetischer Kernteile ausgebildet, die Alkalimetalloxide Na2O und K₂O in geringfügig grö- so daß eine Verbindung in einem Zustand bewirkt wird, ßerer Menge als oben erwähnt enthält. Eine geringe 20 in dem zwei Glasfilme erfindungsgemäßer Zusammen-Abnahme an AI2O3 oder dem Hemmstoff für die Pha- Setzungen aneinandergefügt sind, aber der durch Zersentrennung in der Zusammensetzung ist ein Anzeichen stäubung abgeschiedene Glasfilm erfindungsgemäßer für die Tendenz einer Zunahme der Tieftemperaturhaf- Zusammensetzung kann ebenso verbunden werden, tung im Rahmen der Erfindung. wenn er einer Wärmebehandlung in einem Zustand un-Nachfolgend werden die charakteristischen Merkma- 25 terworfen wird, in dem er an die dem Spalt zugewand-Ie des Spaltteils mit der erfindungsgemäßen Zusammen- ten Flächen des Magnetkopfs gefügt wird. Daher ist bei Setzung beschrieben, wie sei bei der Untersuchung eines der nachfolgend beschriebenen Ausführungsform der zwangsweise abgeschälten Teils des Spaltteils eines ge- doppelschichtige Film auf den dem Spalt zugewandten maß dem Beispiel dieser Erfindung hergestellten Ma- Flächen nur eines einseitigen Magnetkernteils abgegnetkopfes ermittelt wurden. Die Bandgleitfläche des 30 schieden.

fertigen Spaltstabes, wie in Fig. Ie dargestellt, wurde Fig.4a ist eine Flächenschaubild-Darstellung der auf eine Spalttiefe von 0,5 mm geläppt, und dann wur- Streuung der Spaltlänge in herkömmlichen Magnetköpden 25 Stücke Spitzen mit 1 mm Kerndicke von dem fen, d. h. Magnetköpfen des Typs, bei dem der Spalt Spaltstab mit einer vollen Länge von 31 mm abgeschnit- durch Schmelzverbinden von Spalt-Glas gebildet wurten. Diese Spitzen wurden so belastet, daß ein Abschä- 35 de, und F i g. 4b ist eine ähnliche Flächenschaubild-Darlen des Spalts erfolgte, und der abgeschälte Bereich stellung für die erfindungsgemäßen Magnetköpfe. Das wurde betrachtet Der Film des Spaltteils wurde gebil- verwendete Magnetkernmaterial ist ein Ferrit des Mn— det, indem durch Zerstäubungsabscheidung SiO₂ Zn-Systems (53 Gewichtsprozent Fe₂CH 28,0 Gewichts-(4000 A) als erste Schicht und alkaliarmes Borsilikat- prozent MnO und 19,0 Gewichtsprozent ZnO), herge-Glas (500 A) einer Zusammensetzung von 67% SiO₂, 40 stellt durch Brennen unter Druck. Das Spaltteil für Ma-22% B2O3,6,5% Na₂O + K₂O und 2,0% A1₂Ü3 als zwei- gnetköpfe herkömmlicher Art wurde durch Aufbringen te Schicht (Gesamtfilmdicke 9000 A) aufgebracht wur- von Borsilikatglas einer Zusammensetzung von 69,8% de, worauf eine einstündige Wärmebehandlung bei SiO₂, 10% B₂O₃, 9,9% Na₂O und 4% K₂O und einer 700^DC folgte. 75% der gebrochenen Kernspitzen waren geringen Überschußmenge an Alkalimetall auf die dem im Ferritteil gebrochen, aber die restlichen 25% zeigten 45 Spalt zugewandten Flächen der einseitigen Magnet-Ablösung im Spaltteil-Filmanteil. Ein Beispiel für solche kernteile bis zu einer Filmdicke von 900 A ± 100 A abgelösten Bereiche ist in F i g. 3a wiedergegeben. Der durch Hochfrequenz-Zerstäubungsabscheidung herge-Filminterferenzfarbe ist zu entnehmen, daß die Oberflä- stellt, darauf folgte eine lOminütige Wärmebehandlung ehe des durch Zerstäubung aufgebrachten Films teilwei- bei 710⁰C zur Bildung des Spalts. Im Falle dieses Glases se im abgelösten Bereich bleibt was einen deutlichen 50 kann keine Verbindung bei einer Temperatur unter Unterschied zu dem herkömmlichen Schmelzverbinden 700⁰C erfolgen, und folglich liegt die Temperatur der anzeigt F i g. 3 zeigt die Ergebnisse von Messungen der obigen Wärmebehandlung etwa bei der unieren Grenz-Unebenheit entlang dem Schnitt X-X in F ig. 3a und die temperatur für das Verbinden. Das Diagramm ist ein Unebenheit an der entsprechenden Stelle der gegen- Flächenschaubild der Spaltlänge in den hergestellten überliegenden abgelösten Fläche unter Verwendung ei- 55 Magnetköpfen bei probenweiser Entnahme aus 135 nes Tonabnehmernadel-Oberflächenmeßinstruments. Spitzen in jeder Menge. Die durchschnittliche Spaltlän-Die beiden Muster der Unebenheit in Fig.3b zeigen ge ist 03I um. Vermutlich beruht die kleine Spaltlänge eine annähernd ineinandergreifende Beziehung, und im 03—03 um im Vergleich zu der Filmdicke 2900 A auf Hinblick auf die Tatsache, daß die Dicke der ersten dem Erweichen des Films durch die Wärmebehandlung Schicht 4000 A und die der zweiten Schicht 500 A ist ist 60 und die große Spaltlänge 0,29—0,42 um im Vergleich festzustellen, daß das Ablösen in dem gebundenen Teil mit der Filmdicke auf der Bildung von Schaum in dem meist in der ersten Schicht stattfindet Ein Ablösen tritt Film durch die Wärmebehandlung, teilweise auch an der Grenzfläche der ersten und der Im Falle der erfindungsgemäßen Magnetköpfe wurde zweiten Schicht ein. So ist eines der herausragenden SiO₂ bis zu einer Dicke von 2600 ± 50 A als erste Merkmale des Spaltteils im erfindungsgemäßen Ma- 65 Schicht und alkaliarmes Borsilikatglas einer Zusammengnetkopf, daß wegen des Nichtschmelzens des Spaltteils Setzung von 67% SiO₂,22% B2O3,64% Na₂O und 2,0% zum Verbinden ein Ablösen im Spaltteilbereich erfolgen Al₂O₃ bis zu einer Dicke von 200 A als zweite Schicht und eine Interferenzfarbe am abgelösten Bereich ent- aufgebracht (die Abscheidung erfolgte dabei nur auf

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den einseitigen Magnetkernen), und dem schloß sich wurde Mn—Zn-Ferrit als Kernmaterial verwendet, eine einstündige Wärmebehandlung bei 650⁰C an, einer wurde aber die Zweischichten-Filmstruktur unter VerTemperatur, die über dem Obergangspunkt der zweiten Wendung von Sen-Staub und Permalloy als Kernmateri-Glasschicht, aber unter der Fließgrenze liegt um so den al und unter Abscheidung von S1O2 als erster Schicht Spalt zu bilden. Das Diagramm zeigt in Form eines Flä- 5 hergestellt, konnte die zweite Filmschicht trotz großen chenschaubilds die Streuung der Spaltlänge in den unter Unterschieds des Wärmeausdehnungskoeffizienten einer Menge von 269 Spitzen ausgewählten Magnet- zwischen dem magnetischen Metallkernmaterial und köpfen. Die durchschnittliche Spaltlänge ist 0,28 μπι. dem Spalt-Glasmaterial mit hoher Stabilität durch Zer-Der Durchschnittswert der Spaltlänge steht erkennbar stäubung aufgebracht werden, und es konnte auch ein in Übereinstimmung mit der Filmdicke von 2800 Ä 10 fehlerfreier Hochpräzisionsspalt ausgebildet werden. 'Summe der Dicke der ersten und der zweiten Schicht), Die Verwendung von Glas als spaltbildendes Material in und der Streuungsgrad der Spaltlänge ist wesentlich dem metallischen Magnetkopf wurde allgemein als geringer als bei herkömmlichen Magnetköpfen. So wur- schwierig angesehen, aufgrund des sich aus dem Unterde bestätigt, daß die Erfindung zu Magnetköpfen mit schied des Wärmeausdehnungskoeffizienten ergebengleichförmiger Spaltlänge, die praktisch gleich der Dik- 15 den Problems, es ist aber möglich, einen ausgezeichneke des Films ist, zu führen vermag. ten Magnetkopf unter Verwendung eines Magnetrne-

Wenngleich die Haftfestigkeit des durch Zerstäubung tallmaterials, wie Sen-Staub oder Permalloy, für den aufgebrachten Films in der vorstehenden Beschreibung Magnetkern zu erhalten.

nicht besonders erwähnt wurde, variiert die Haftfestig-

keit von Glas zu Glas mit den erfindungsgemäß festge- 20 Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

legten Zusammensetzungen. Im Falle der Zusammen-

setzung von 80% SiO₂,13% B₂O₃,4% Na₂O + K₂O und 2% Al₂O₃ bei der vorstehenden Ausführungsform trat Ablösung vom Träger ein, wenn die Abscheidungsgeschwindigkeit über 1300 A/h stieg (Träger: Mn-Zn-Ferrit, Träger-Temperatur: 150⁰C, Filmdicke 0,5 μΐη). Obgleich bei den extrem dünnen Filmen für enge Spalte kein Problem auftritt, ist eine geringere Abscheidungsgeschwindjgkeit als dieser Wert unerwünscht im Hinblick auf die Leistungsfähigkeit des Verfahrens im Falle dicker Filme. Im allgemeinen weist Glas mit hohem Kieselsäuregehalt, geringem Borsäuregehalt und niederem Alkaligehalt hohe Haftfestigkeit auf, sie wird aber durch den Grad der Reinigung des Trägers stark beeinflußt Daß die Abscheidungsgeschwindigkeit gering ist bedeutet daß die Haftfestigkeit so stark streut und dies war eine große Schwierigkeit beim Herstellungsverfahren. Um erfindungsgemäß die Haftfestigkeit zu verbessern, wird zunächst ein Material anderer Zusammensetzung mit höherer Haftfestigkeit durch Aufdampfen auf die dem Spalt zugewandten Flächen des Magnetkerns abgeschieden, und dann wird Glas mit der erfindungsgemäß festgelegten Zusammensetzung darauf aufgebracht Wenn SiO₂ und ein keramisches Material (Forsterit, Steatit und Spinell) in der angegebenen Ausführungsform als Primärschicht aufgebracht werden, kann eine stabilisierte Zerstäubungsabscheidung mit Glaszusammensetzungen in dem erfindungsgemäß festgelegten Bereich erfolgen. Bei einem Vergleichsversuch unter Ausbildung der Doppelschicht-Filmstruktur mit einer ersten Schicht (SiO₂) von 0,1 μΐη Dicke und einer zweiten Schicht von 0,4 μπι Dicke und mit einer ersten Schicht (SiO₂) von 0,4 μπι Dicke und einer zweiten Schicht von 0,1 μηι Dicke zeigte sich der erfindungsgemäße Effekt in beiden Fällen, was die Herstellung eines fehlerfreien Hochpräzisionsspalts durch Verbinden bei tiefer Temperatur ermöglicht

Da bei der Zweischichtenstruktur das Grenzflächenoder Nahtstellenproblem in der ersten Schicht liegt kann eine Verschlechterung dieser Nahtstelle oder Grenzfläche während der Wärmebehandlung durch Aufbringen eines hochschmelzenden Materials als erster Schicht weiter aufgehalten werden. Auch können Spaltfehler vollkommen ausgeschlossen werden, die sich aus den restlichen Verunreinigungen an der Grenzfläche ergeben, und zwar durch Verwendung eines hochschmelzenden Glases.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform

Claims

1 2 4. Verfahren zur Herstellung eines Magnetkopfes Patentansprüche: nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf die dem Spalt zugewandten Flächen wenigstens ei-

1. Magnetkopf aus zwei einseitigen, einen Spalt nes der beiden einseitigen Magnetkernteile (5,7) zuzwischen sich bildenden Magnetkernteilen (5,7), bei 5 erst eine dünne Siliciumdioxidschicht abgeschieden denen auf dem Spalt zugewandten Flächen durch und dann als zweite Schicht der Borsilikatglasfilm Zerstäubung ein Glasfilm (8) aufgebracht ist da- durch Zerstäuben aufgebracht wird.

durch gekennzeichnet, daß der Glasfilm (8)

aus Borsilikatglas einer Zusammensetzung von

65—85 Mol-% SiO₂, 8—30 Mol-% B₂O₃ und 2—15 io
Mol-% der Alkalimetalloxide Na₂O und K₂O und

0,1 —5 Mol-% AI2O3 bei einem Molverhältnis von Die Erfindung bezieht sich auf einen Magnetkopf aus

Boroxid zu Alkalimetalloxiden gemäß folgender Be- zwei einseitigen, einen Spalt zwischen sich bildenden

ziehung Magnetkernteilen, bei denen auf dem Spalt zugewand-

15 ten Flächen durch Zerstäubung ein Glasfilm aufge-

Na₂O + K₂O - . bracht ist, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung eines

• < g₂Q_{3 +} Na₂O + K₂O ' solchen Magnetkopfes, bei dem ein nicht-magnetisches,

aus einem Glasfilm und gegebenenfalls einem zweiten

besteht und das Borsilikatglas lediglich durch Erhit- Film bestehende!» Spaltabstandsmaterial auf den dem

zen auf eine Temperatur über seinem Obergangs- 20 Spalt zugewandten Flächen wenigstens eines der beiden

punkt und unter seiner Fließgrenze, d. h. auf Nicht- einseitigen Magnetkernteile, deren eines eine Ausneh-

schmelztemperatur, die beiden Magnetkernteile (5, mung für eine Wicklung hat, durch Zerstäuben aufge-

7) miteinander verbindet bracht wird, dann die beiden einseitigen Magnetkerntei-

2. Magnetkopf nach Anspruch 1, gekennzeichnet Ie mit dem Spaltabstandsmaterial aneinandergefügt, durch eine Schicht anderer Zusammensetzung als 25 durch Wärmebehandlung mit Bindeglas verbunden, die der des durch Zerstäubung abgeschiedenen Glas- hinteren Spaltteile abgeschnitten und dann ein I-förmifilms (8), insbesondere aus SiO₂, als Pufferschicht ger Stab mit einer Wicklung darum an die hochglanzpozum Schutz gegen Entfernung des durch Zerstäuben lierten Schnittflächen angefügt und damit verbunden aufgebrachten Glasfilms, zwischen diesem und der wird.

spaltbildenden Fläche des Magnetkerns. 30 Bislang wurde bei der Herstellung des Magnetkopfes

3. Verfahren zur Herstellung eines Magnetkopfes der nicht-magnetische Abstandshalter für den Benach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem triebsspalt aus Glasmaterial hoher Härte und Abriebfeein nicht-magnetisches, aus einem Glasfilm und ge- stigkeit hergestellt um die mechanische Spaltverforgebenenfalls einem zweiten Film bestehendes Spalt- mung durch Gleitkontakt mit der Magnetoberfläche des abstandsmaterial auf den dem Spalt zugewandten 35 Aufzeichnungsmediums minimal zu halten und dabei zuFlächen wenigstens eines der beiden einseitigen Ma- gleich zu starke Abnutzung des Betriebsspaltabschnitts gnetkernteile (5, 7), deren eines eine Ausnehmung im Vergleich mit der Abnutzungsgeschwindigkeit des für eine Wicklung (15) hat durch Zerstäuben aufge- Magnetkopfkerns zu verhindern. Mehrere Verfahren bracht wird, dann die beiden einseitigen Magnet- zur Herstellung eines solchen Glasspalts sind bekannt, kernteile mit dem Spaltabstandsmaterial aneinan- 40 Beispielsweise wird ein Magnetkopf-Kernmaterial zudergefügt, durch Wärmebehandlung mit Bindeglas erst in eine Mischiösung fein vermahlenen Glases einge-(9) verbunden, die hinteren Spaltteile abgeschnitten taucht und dann herausgenommen und zentrifugiert so werden und dann ein I-förmiger Stab (11) mit einer daß eine homogene Schicht des pulverisierten Glases Wicklung (15) darum an die hochglanzpolierten auf den dem Spalt gegenüberliegenden Oberflächen der Schnittflächen (10) angefügt und damit verbunden 45 Kernteile abgeschieden wird, und dann werden nach wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Spaltab- dem Ausbilden eines Glasfilms auf den Kernoberflächen Standsmaterial ein aus einem Borsilikatglas einer Zu- durch Einbrennen die beiden dem Spalt gegenüberliesammensetzung von 65—85 Mol-% SiO₂, 8—30 genden Flächen mit dem dazwischenliegenden Glasfilm Mol-% B₂O3 und 2—15 MoM>/o der Alkalimetalloxi- aneinandergefügt und durch eine Wärmebehandlung de Na₂O und K₂O und 0,1 —5 Mol-% Al₂O₃ bei ei- 50 zusammengeschmolzen, um so den gewünschten Benem Molverhältnis von Boroxid zu Alkalimetalloxi- triebsspalt zu bilden. Nach einem anderen Verfahren den gemäß folgender Beziehung werden die beiden dem Spalt zugewandten Flächen

durch Dazwischenlegen eines hochschmelzenden Ab-

, Na₂O + K2O _n. standhalters mit vorbestimmter Spaltlänge aneinander-

' B₂O₃ + Na₂O + K₂O ' 55 gefügt, wobei ein freier Raum aufrechterhalten wird,

der der vorbestimmten Spaltlänge zwischen den einan-

bestehender Glasfilm mit durch Erhitzen auf eine der gegenüberliegenden Flächen entspricht, und dann

Temperatur über seinem Übergangspunkt und unter wird das geschmolzene Glasmaterial in diesen Raum

seiner Fließgrenze, d. h. auf Nichtschmelztempera- gebracht.

tür, erzieltem Bindevermögen durch Zerstäuben 60 In jüngerer Zeit wurde das Hochfrequenz-Aufdampfaufgebracht wird und dann die beiden einseitigen verfahren als neue Technik zur direkten Aufbringung Magnetkernteile (5, 7) mit dem dazwischenliegen- des Glasfilms entwickelt. Diese Hochfrequenz-Zerstäuden, durch Zerstäuben aufgebrachten Borsilikatglas- bungs- oder Aufbringtechnik hat zahlreiche Vorteile gefilm aneinandergefügt und im nicht-geschmolzenen genüber herkömmlichen Verfahren. Erstens unterliegen Zustand durch Erhitzen auf eine Temperatur über 65 die herkömmlichen Verfahren bestimmten Beschrändem Übergangspunkt und unter der Fließgrenze des kungen in der Präzision der Dicke des Glasfilms, da die durch Zerstäuben aufgebrachten Glasfilms mitein- Steuerung der Spaltlänge von der Steuerung der Dicke ander verbunden werden. des eingebrannten Glasfilms oder der Einstellung des