DE3628874C2 - - Google Patents
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- G11B5/70678—Ferrites
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- Magnetic Record Carriers (AREA)
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- Hard Magnetic Materials (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft ein magnetisches Aufzeichnungsmedium für Aufzeichnungen
hoher Dichte.
Ein Magnetschichtspeicher besteht aus einem unmagnetischen Substrat, wie
Polyäthylenterephthalat sowie einer Magnetschicht aus feinen magnetischen
Partikeln und einem Harzbindemittel als Hauptbestandteile auf dem
Substrat.
Als feine magnetische Partikel werden bis jetzt in großem Umfang nadelförmige
magnetische Partikel von γ-Fe₂O₃, CrO₂, Co-γ-Fe₂O₃, etc.
benutzt.
Neuerdings wird im Hinblick auf eine wesentliche Verbesserung der magnetischen
Aufzeichnungsdichte die Notwendigkeit betont, ein magnetisches Auf
zeichnungsmedium mit vertikaler Magnetisierung verfügbar zu machen. Als
Erzeugnisse, die dieser Zielrichtung entsprechen, sind magnetische Auf
zeichnungsmedien untersucht worden, bei denen feine hexogonale magnetische
Ferritpartikel verwendet werden. Es ist gezeigt worden, daß diese eine Auf
zeichnung hoher Dichte ermöglichen. Ein Magnetpulver für eine Aufzeichnung
hoher Dichte, bei dem ein Teil der Fe-Atome eines hexagonalen Ferrits
substituiert ist, durch zweiwertiges Co und ein dreiwertiges Element, ausgewählt
aus Ti, Zr und Ge, oder ein fünfwertiges
Element, ausgewählt aus V, Nb, Sb und Ta, ist durch die US-PS 43 41 648
bekannt geworden. Beispielsweise kommen gemäß Spalte 3, Zeilen 62 und
63 AFe12-2x Co x M x O₁₉ (M ist u. a. Ti) und AFe12-3/2x Co x M1/2x O₁₉ (M ist u. a.
Nb) in Frage.
Aus der DE-OS 34 43 049 ist ein Magnetpulver aus hexagonalen Ferritpartikeln
mit einem Gehalt an Zinn bekannt. Dort ist aber zwingend ein Gehalt an
Al und/oder Ga vorgeschrieben.
Ferner wird von dem erwähnten magnetischen Aufzeichnungsmedium unter Verwendung
eines hexagonalen Ferrits in Form feiner magnetischer Partikel
verlangt, daß die magnetischen Eigenschaften bei Temperaturänderungen
stabill bleiben. Werden die magnetischen Eigenschaften durch
Temperaturänderungen wesentlich beeinflußt, dann ändern
sich die Wiedergabeeigenschaften des magnetischen Aufzeichnungsmediums
in Abhängigkeit von Temperaturänderungen der
Umgebung während des Einsatzes des magnetischen Aufzeichnungsmediums.
Das hexagonale Ferrit verwendende magnetische
Aufzeichnungsmedium ist gegenüber Temperaturänderungen
relativ stabil und weist eine spezielle Temperaturkennlinie
auf, wonach die Größe der magnetischen Koerzitivfeldstärke
(H c) proportional zur Temperatur ansteigt. In der Praxis
ist jedoch eine höhere Temperaturstabilität erwünscht als
sie das erwähnte hexagonale Ferrit aufweist.
Die Erfinder haben sich mit einer Verbesserung der Temperatur
charakteristik der magnetischen Koerzitivfeldstärke von
magnetischem Aufzeichnungsmaterial, das hexagonales Ferrit
verwendet, befaßt und den oben beschriebenen Mangel beseitigt.
Sie haben herausgefunden, daß eine Verbesserung der
Temperaturcharakteristik erhalten werden kann, wenn hexagonales
Ferrit verwendet wird, das eine vorgegebene Menge
Zinn enthält. Die Zeitschrift Angewandte Physik 21 (1966)
Seiten 282 bis 286 beschreibt, daß die Substitution eines
Teils der Elemente in Bariumferrit durch Zinn-Ionen möglich
ist. Die Auswirkung dieser Substitution ist jedoch
nirgends beschrieben.
Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein magnetisches Aufzeichnungsmedium für
magnetische Aufzeichnungen hoher Dichte verfügbar zu machen,
das eine verbesserte Temperaturkennlinie der magnetischen
Koerzitivfeldstärke aufweist,
ohne daß wesentliche Verluste der Sättigungsmagnetisierung
eintreten.
Das erfindungsgemäße magnetische Aufzeichnungsmedium ist durch die Merkmale
des Anspruches 1
ge
kennzeichnet. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind
den übrigen Ansprüchen zu entnehmen.
Konkrete Beispiele von für die Zwecke dieser Erfindung
einsetzbaren hexagonalen Ferritkristallen sind hexagonales
Bariumferrit des M (Magnetoplumbit)-Typs und des W-Typs
mit einachsiger magnetischer Anisotropie (Strontiumferrit,
Bleiferrit, Calciumferrit, feste Lösungen hiervon und
Ionen-Substitutionsprodukte).
Als durch M repräsentiertes Substitutionselement des genannten
hexagonalen Bariumferrits eignet sich irgendeines
der folgenden zwei- bis sechswertigen Elemente:
Zweiwertige Elemente - Mn, Co, Zn und Ni
Dreiwertige Elemente - In und Cr
Vierwertige Elemente - Ti, Ge und Zr
Fünfwertige Elemente - V, Nb, Sb und Ta
Sechswertige Elemente - Mo und W
Dreiwertige Elemente - In und Cr
Vierwertige Elemente - Ti, Ge und Zr
Fünfwertige Elemente - V, Nb, Sb und Ta
Sechswertige Elemente - Mo und W
Da dieses Element anstelle des dreiwertigen Fe-Ions eingesetzt
wird, sollte die durchschnittliche Wertigkeit pro Atom des
substituierenden Elementes mit der Wertigkeit 3 des durch
die Substitution zu entfernenden Fe-Atoms übereinstimmen.
Zwar kann dreiwertiges Metall alleine eingesetzt werden,
vorzugsweise sollten jedoch zweiwertige, vierwertige, fünfwertige
und sechswertige Metalle kombiniert verwendet werden,
so daß die durchschnittliche Wertigkeit 3 beträgt.
Wenn die Substitution durch Kombination eines zweiwertigen
und eines vierwertigen
Metalles bewirkt werden soll, genügt es, die beiden Metalle
im Atomverhältnis ½ zu ½ einzusetzen. Wenn die Substitution
durch Kombination eines zweiwertigen und eines
fünfwertigen Metalles bewirkt werden soll, genügt es, diese
Metalle im Atomverhältnis von ²/₃ zu ¹/₃ einzusetzen.
Wenn ein Sn-Atom einen Teil des Fe-Atoms substituieren
soll, erhält das Substitutionsprodukt, bei dem bei der
Substitution eine Kombination aus Co-Ti oder Co-Nb benutzt
worden ist, besonders günstige Eigenschaften.
Unter sämtlichen hexagonalen Bariumferritkristallen, die
der obigen Beschreibung genügen, sind für die Zwecke der
Erfindung jene geeignet, die eine magnetische Koerzitivfeldstärke
im Bereich zwischen 200 und 2000 Oe (15,9×10³
bis 159,2×10³ A/m) aufweisen.
Die Erfindung begrenzt die magnetische Koerzitivfeldstärke
auf den genannten Bereich aus den folgenden Gründen. Ist
die magnetische Koerzitivfeldstärke kleiner als 200 Oe
(15,9×10³ A/m), ist es schwierig, die aufgezeichnete
Information gegenüber dem Entmagnetisierungsfeld im
erzeugten Aufzeichnungsmedium aufrecht zu erhalten. Wird
andererseits der Wert 2000 Oe (159,2×10³ A/m) überschritten,
dann ist die Koerzitivfeldstärke so übermäßig,
daß ein vorhandener Aufzeichnungs-Wiedergabe-Kopf aus einem
Material bestehend aus Ferrit, Sendust, einer amorphen Legierung,
etc. die aufzuzeichnende Information nur unter
Schwierigkeiten einschreibt und die aufgezeichnete Information
nur unter Schwierigkeiten löscht.
Ferner ist bei dieser Erfindung der durchschnittliche
Partikeldurchmesser der hexagonalen Bariumferritkristalle
aus den folgenden Gründen auf den Bereich von 0,02 bis 0,2 µm
begrenzt. Ist der durchschnittliche Partikeldurchmesser
kleiner als 0,02 µm, dann sind die Magnetisierung und die
magnetische Koerzitivfeldstärke unzureichend und das re
produzierte Signal des magnetischen Aufzeichnungsmediums
ist unzureichend. Überschreitet hingegen der Partikeldurchmesser
0,2 µm, dann ist die magnetische Koerzitivfeldstärke
herabgesetzt und das Rauschen während der Reproduktion
einer Aufzeichnung hoher Dichte wird unzulässig
groß.
Im allgemeinen weist der Temperaturkoeffizient der Koerzitivfeldstärke
H c, nämlich (Δ H c/Hc)/Δ T eines hexagonalen
Bariumferrits einen positiven Wert auf (Δ H c bezeichnet die
Änderung von H c entsprechend der Änderung Δ T der gemessenen
Temperatur). Wird dem hexagonalen Bariumferrit Sn zugefügt,
dann nimmt der Temperaturkoeffizient von H c ab und wechselt
zu einem negativen Wert in dem Verhältnis, in dem die Menge
an zugefügtem Sn vergrößert wird. Durch Steuern des Sn-
Gehalts derart, daß er in den gemäß dieser Erfindung vorgesehenen
Bereich fällt, wird erreicht, daß das erzeugte
Magnetpulver eine kleinere Temperaturänderung von H c
aufweist, als
das bekannte hexagonale Bariumferrit.
Diese Erfindung legt die obere Grenze für x , das heißt die
Menge des substituierten Metalls in dem genannten hexagonalen
Bariumferrit aus dem folgenden Grund auf 2,5 fest.
Überschreitet die Menge 2,5, dann besitzt das Magnetpulver
eine so niedrige magnetische Koerzitivfeldstärke, daß
diese für das magnetische Aufzeichnungsmaterial unzureichend
ist. Die Erfindung begrenzt die Menge y an für
die Substitution eingesetztem Sn auf den Bereich von 0,05
bis 1,0 aus dem folgenden Grund. Liegt der Sn-Gehalt
unterhalb 0,05, dann wird keine ausreichende Verbesserung
des Temperaturkoeffizienten von H c erhalten. Überschreitet
der Sn-Gehalt 1,0, dann ergibt dies zwar einen verbesserten
Temperaturkoeffizienten von H c für das Magnetpulver,
es besitzt jedoch eine für das magnetische Aufzeichnungsmaterial
unzureichend niedrige Sättigungsmagnetisierung.
Das hexagonale Bariumferrit gemäß dieser Erfindung wird
im allgemeinen in Kombination mit einem Harzbindemittel
auf die Oberfläche eines Substrats aufgetragen, um als
Medium für die magnetische Aufzeichnung benutzt zu werden.
Als zur Bildung der magnetischen Schicht aus dem Magnetpulver
geeignetes Harzbindemittel kann ein Vinylchlorid-Vinyl
acetat-Copolymer, ein Copolymer vom Vinylidentyp, ein
Acrylester-Copolymer, ein Polyvinylbutyral-Harz, ein
Polyurethanharz, ein Polyesterharz, ein Cellulosederivat,
ein Epoxyharz oder eine Mischung aus zwei oder mehr der
genannten Stoffe verwendet werden.
Neben dem feinen Magnetpulver und dem erwähnte Kunstharzbinder
kann die Magnetschicht geeignete Zusätze wie ein
Dispersionsmittel, ein Schmiermittel, ein Schleifmittel
oder ein antistatisches Mittel enthalten.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen
beschrieben:
Es wurden nach dem weiter unten beschriebenen Herstellungsverfahren
vier Arten feiner Ferritpartikel der folgenden
Formel hergestellt:
BaFe12-2(x+y) Ti x Sn y Co x+y O₁₉
in der die Kobaltmenge für die Substitution (Anzahl der
Atome in der Summenformel) auf 0,85 festgelegt ist und die
Menge an Zinn für die Substitution auf vier Werte im Bereich
zwischen 0,1 bis 0,7 eingestellt ist. Es waren
Ferrite bei denen Sn einen Teil von Ti des hexagonalen
Bariumferrits vom M-Typ substituierte, das mit Ti und Co
gemäß der Formel:
BaFe12-2x Ti x Co x O₁₉
substituiert war.
Es wurden zunächst für die für die genannte Bariumferrit-
Zusammensetzung berechneten BaO, Fe₂O₃, TiO₂, SnO₂ und CoO
Komponenten einem B₂O₃ BaO-Glas zugesetzt. Das erhaltene
Gemisch wurde bei einer Temperatur oberhalb 1300°C geschmolzen.
Die Schmelze wurde gewalzt und dann plötzlich gekühlt,
um ein Glas zu liefern, das die genannten Komponenten enthält.
Dann wurden durch Erhitzen dieses Glases auf 800°C
für eine Zeitdauer von 4 Stunden ein Bariumferrit, bei dem
Sn und Co wie oben beschrieben substituiert sind, innerhalb
der Matrix ausgeschieden. Schließlich wurde durch
Waschen des Glases mit Essigsäure ein magnetisches Barium
ferritpulver erhalten. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser
des erhaltenen Magnetpulvers betrug etwa 800 Å
(80 nm).
Dann wurde unter Verwendung dieses feinen Bariumferrit
pulvers ein magnetisches Beschichtungsmaterial der folgenden
Zusammensetzung (die Komponenten sind in Gewichtsteilen
angegeben) hergestellt.
Ti-Sn-Co-substituierte Bariumferritpartikel | |
100 Teile | |
Vinylchlorid-Vinylacetat-Copolymer | 10 Teile |
Polyurethan | 10 Teile |
Aluminiumoxid | 2 Teile |
Schmiermittel | 1,5 Teile |
Dispersionsmittel (Lecithin) | 2 Teile |
Methyläthylketon | 70 Teile |
Toluol | 70 Teile |
Cyclohexanon | 40 Teile |
Härter | 5 Teile |
Die fünf auf die oben beschriebene Weise erhaltenen Beschichtungsmaterialien
wurden jeweils auf einen Polyäthylen
terephthalatfilm einer Dicke von 15 µm aufgetragen und
dann einer Kalander- und Schneidebehandlung unterworfen,
um ein Magnetband zu erhalten, das eine Magnetschicht mit
einer Dicke von 3,5 µm aufwies.
Es wurden gemäß dem zu Beispiel 1 beschriebenen Verfahren
vier Arten feiner Bariumferritpartikel hergestellt, wobei
die Mengen x, an Co und Sn für die Substituenten im Co-Sn-
substituierten Bariumferrit der Formel:
BaFe12-2x Co x Sn x O₁₉
auf vier Werte eingestellt wurden im Bereich zwischen 0,5
bis 1,20 (der Wert 1,20 diente zu Vergleichszwecken). Die
erhaltenen Pulver hatten einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser
von 800 bis 900 Å (80 bis 90 nm). Die Pulver
wurden in Beschichtungsmaterialien umgewandelt und die
Beschichtungsmaterialien auf ein Substrat aufgetragen, um
Magnetbänder entsprechend Beispiel 1 zu erzeugen.
Fünf Arten von Magnetpulvern, bei denen die Mengen x an
Co und Ti für die Substitution im Co-Ti-substituierten
Bariumferrit der Formel:
BaFe12-2x Ti x Co x O₁₉
auf fünf Werte im Bereich zwischen 0,71 und 0,84 eingestellt
wurden, wurden entsprechend den vorher beschriebenen
Ausführungsbeispielen hergestellt. Die erhaltenen Pulver
hatten einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von
etwa 800 Å (80 nm). Die Pulver wurden in Beschichtungsmaterialien
umgewandelt und diese auf ein Substrat aufgebracht,
um Magnetbänder in der gleichen Weise wie bei den
vorhergehenden Ausführungsbeispielen zu erzeugen.
Die gemäß Beispiel 1, Beispiel 2 und dem Vergleichsbeispiel
erhaltenen Magnetbänder wurden hinsichtlich H c bei
Raumtemperatur und hinsichtlich der Änderungen ( Δ H c/Hc)/Δ T
von H c bei 20 bis 100°C getestet. Die Ergebnisse sind in
Tabelle 1, Tabelle 2 und Tabelle 3 angegeben.
Tabelle 1, Tabelle 2 und Tabelle 3 zeigen die Testergebnisse
der Magnetbänder von Beispiel 1, Beispiel 2 bzw. dem
Vergleichsbeispiel.
Wenn die Temperaturkoeffizienten von H c der mit Sn versetzten
Ferritpulver nach Tabelle 1 (Beispiel 1) und Tabelle 1
(Beispiel 2) mit denen der Ti-Co-substituierten
Bariumferritpulver nach Tabelle 3 (Vergleichsbeispiel) verglichen
werden, die im wesentlichen die gleichen Werte an
H c aufweisen, dann stellt man fest, daß die mit Sn-versetzten
Bariumferritpulver einen kleineren absoluten Wert des Temperaturkoeffizienten
von H c haben als die Bariumferritpulver
nach dem Vergleichsbeispiel, wodurch gezeigt wird,
daß der Zusatz von Sn den Temperaturkoeffizienten von H c
deutlich verbessert.
Tabelle 4 zeigt die Abhängigkeit der Sättigungsmagnetisierung
von feinem Pulver von BaFe12-2x Co x Sn x O₁₉ des Beispiels 2
bei einer Substitutionsmenge (x).
Menge an substituiertem Co-Sn, x | |
Sättigungsmagnetisierung, (emu/g) | |
0,50 | |
59,0 | |
0,75 | 54,0 |
1,00 | 48,0 |
1,20 | 33,0 |
Aus Tabelle 4 folgt, daß falls die Menge an Sn für die
Substitution den Wert 1,0 überschreitet, die Sättigungsmagnetisierung
des Magnetpulvers beträchtlich abfällt und
die Eigenschaft des Pulvers als Material für eine magnetische
Aufzeichnung hoher Dichte verschlechtert wird.
Es wurden Bariumferritmagnetpulver mit einem durchschnittlichen
Partikeldurchmesser von etwa 450 Å (45 nm) entsprechend
dem Verfahren nach Beispiel 1 erhalten, wobei
jedoch die Bedingungen für die Kristallisation des Glases
variiert wurden. Es wurden Magnetpulver hergestellt, die
die gleichen Zusammensetzungen hatten wie die Magnetpulver
von Beispiel 1.
Dann wurden die Magnetpulver in Beschichtungsmaterialien
umgewandelt und diese auf ein Substrat aufgebracht, um in
der gleichen Weise wie bei Beispiel 1 Magnetbänder herzustellen.
Die Magnetbänder wurden hinsichtlich H c bei Raumtemperatur
und hinsichtlich Änderungen ( Δ H c/Hc)/Δ T im Temperaturbereich
von 20 bis 100°C getestet. Die Ergebnisse sind in
Tabelle 5 dargestellt:
Es wurden vier Arten feiner Ferritpartikel gemäß der
Formel:
BaFe12-3/2(x+y) Nb x 1/2 Sn y Co x+y O₁₉
hergestellt, wobei die Menge an Co für die Substitution
(Anzahl der Atome in der Summenformel) x+y auf 0,85 festgelegt
war und die Menge an Sn für die Substitution auf vier
Werte im Bereich zwischen 0,1 und 0,7 eingestellt wurde.
Die Herstellung erfolgte entsprechend dem Verfahren nach
Beispiel 1, mit der Ausnahme, daß Nb anstelle von Ti verwendet
wurde. Die so erhaltenen Magnetpulver, die die
gleichen Zusammensetzungen wie die nach Beispiel 1 hatten,
wurden in Beschichtungsmaterialien umgewandelt und diese
auf ein Substrat aufgebracht, um entsprechend dem Verfahren
nach Beispiel 1 Magnetbänder herzustellen.
Die Magnetbänder wurden hinsichtlich H c bei Raumtemperatur
und hinsichtlich der Änderungen ( Δ H c/Hc)/Δ T im Temperaturbereich
von 20 bis 100°C getestet. Die Ergebnisse sind in
Tabelle 6 angegeben.
Claims (3)
1. Magnetisches Aufzeichnungsmedium mit einer Koerzitivfeldstärke
zwischen 16 und 160 kA/m aus hexagonalen Ferritpartikeln
der allgemeinen Formel AFe₁₂O₁₉, wobei A für
Ba, Sr, Ca und/oder Pb steht und der Eisenanteil durch
Co, Ti, Nb, Ge, V, Sb und/oder Ta substituiert sein kann,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zusammensetzung durch die Formel AFe12-x-y M x Sn y O₁₉
bestimmt wird, wobei der Zinn-Anteil 0,05y1 beträgt
und M für Co, Ti, Nb, Ge, V, Sb, Ta, Mn, Zn, Ni,
In, Cr, Zr, Mo und/oder W mit einem Anteil 1x2,5
steht.
2. Magnetisches Aufzeichnungsmedium nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Zinnanteil 0,1y0,5 beträgt.
3. Magnetisches Aufzeichnungsmedium nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß es die Zusammensetzung Ba (Fe, Co, Ti, Sn)₁₂O₁₉ oder
Ba (Fe, Co, Nb, Sn)₁₂O₁₉ aufweist.
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