DE69020114T2

DE69020114T2 - Abdichtungsglas.

Info

Publication number: DE69020114T2
Application number: DE1990620114
Authority: DE
Inventors: Masaki Ikeda; Yasuo Mizuno; Akihiko Yoshida
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1989-11-28
Filing date: 1990-11-28
Publication date: 1996-02-29
Anticipated expiration: 2010-11-29
Also published as: DE69020114D1; EP0430206A1; EP0430206B1; JPH03218943A

Description

Die Erfindung betrifft ein Abdichtungsglas für Magnetköpfe.
Mit der Weiterentwicklung der Elektronik ist der Bedarf an verschiedenen Glasarten gestiegen.
Herkömmliche Abdichtungsgläser werden unter Bezugnahme auf ein Abdichtungsglas für Magnetköpfe beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines typischen Magnetkopfes für ein Videogerät, der einen Ferritkern enthält. Ferritkernteile 1 stehen einander gegenüber, wobei zwischen ihnen ein konstanter Abstandsspalt gegeben ist, und der Spalt wird mit einem Abstandsglas 2 gefüllt und mit einem Abdichtungsglas 3 verschweißt. Um die Ferritkernteile herum wird eine Wicklung 4 gewickelt.
Obwohl das Abdichtungsglas durch Erwärmen ausreichend erweicht und zum Fließen gebracht werden sollte, um die Kerne miteinander zu verbinden, sollte der Erweichungs- oder Arbeitspunkt vorzugsweise so niedrig wie möglich sein, um eine Wechselwirkung zwischen dem Kernmaterial und dem Glas zu verhindern.
Außerdem hat das Abdichtungsglas einen ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie das Ferrit. Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Ferrit ist normalerweise 80 x 10&supmin;&sup7;/ºC. Vor kurzem ist ein Ferrit von hoher Magnetflußdichte zur Verwendung für Magnetbänder hoher Auflösung entwickelt worden. Dieses Ferrit hat einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 130 x 10&supmin;&sup7;/ºC (vgl. beispielsweise Horikawa et al., Preprint for the Society of Applied Physics, 4a- ZE-8, Oktober 1985). Als Magnetmaterialien für denselben Bereich sind als Ersatz für das Ferrit amorphe Legierungen, aufbeschichtete Nitridlegierungen (vgl. beispielsweise die Technical Study Reports of the Electronics, Information and Communication Society, MR-86-4, 87-14) und Sendust verwendet worden. Von diesen hat Sendust einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 140 x 10&supmin;&sup7;/ºC. Diese neuen magnetischen Werkstoffe 5 werden durch Sputtern in der Nähe des Spalts des Magnetkopfs gebildet, wie in Fig. 2 gezeigt, wobei Bezugszeichen 6 die Spalttiefe und Bezugszeichen 16 eine Öffnung für die Wicklung bezeichnen. Das Abdichtungsglas sollte einen Wärmeausdehnungskoeffizienten haben, der für einen derartigen Aufbau des Magnetkopfes gemäß Fig. 2 geeignet ist.
Während der Herstellung wird der Magnetkopf poliert. Da beim Polieren Wasser eingesetzt wird, muß das Abdichtungsglas gute Wasserbeständigkeit haben. Wenn das Glas während der Arbeitsgänge dunkle Farbe annimmt oder entglast (oder kristallisiert), ist außerdem ein Scheitelpunkt 7 nicht zu sehen, wenn die Spalttiefe 6 auf einen vorgegebenen Wert gebracht wird.
In Anbetracht der vorgenannten Tatsachen sollte das Magnetkopf-Abdichtungsglas zumindest folgende Bedingungen erfüllen:
a) niedrige Arbeitstemperatur
b) Wärmeausdehnungskoeffizient ähnlich wie der des magnetischen Materials, beispielsweise zwischen 80 x 10&supmin;&sup7; und 140 x 10&supmin;&sup7;/ºC.
c) gute Wasserbeständigkeit
d) keine dunkle Färbung und keine Entglasung (Kristallisation) während der Arbeitsgänge.
Bei Vorversuchen zur Wasserbeständigkeit des Glases wurde festgestellt, daß das Glas vorzugsweise die Wasserbeständigkeit "Klasse 1" gemäß der Klassifizierung der japanischen Vereinigung der Hersteller optischer Gläser (Nippon Kogaku Garasu Kogyokai) haben sollte.
Ausgehend von dem vorstehend Gesagten wurden verschiedene Abdichtungsgläser vorgeschlagen.
1. Die japanischen Kokai-Patentveröffentlichungen 255643/1985, 36135/1986 und 111935/1986 offenbaren ein Glas mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen 70 x 10&supmin;&sup7; und 130 x 10&supmin;&sup7;/ºC und einer Arbeitstemperatur zwischen 400 und 600 ºC.
2. Die japanische Kokai-Patentveröffentlichung 36040/1987 offenbart ein Glas mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen 112 x 10&supmin;&sup7; und 155 x 10&supmin;&sup7;/ºC und einer Arbeitstemperatur zwischen 400 und 560 ºC.
3. Die japanische Kokai-Patentveröffentlichung 170240/1988 offenbart ein Glas mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen 119 x 10&supmin;&sup7; und 126 x 10&supmin;&sup7; und einer Arbeitstemperatur von 550 ºC.
4. Die japanische Kokai-Patentveröffentlichung 206330/1988 offenbart ein Glas mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen 85 x 10&supmin;&sup7; und 105 x 10&supmin;&sup7;/ºC und einer Arbeitstemperatur zwischen 500 und 550 ºC.
5. Ein im Handel erhältliches Glas, nämlich T 015 (hergestellt von Iwaki Glass Co., Ltd.), hat einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 112 x 10&supmin;&sup7; und eine Arbeitstemperatur von 450 ºC, ein weiteres, nämlich T 176 (hergestellt von Iwaki Glass Co., Ltd.), hat einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 120 x 10&supmin;&sup7;/ºC und eine Arbeitstemperatur von 430 ºC.
Allerdings hat jedes der vorgenannten bekannten Gläser seine Nachteile.
Beispielsweise ist das Glas gemäß Ziffer 1 schwarz, weil es 30 bis 70 % V&sub2;O&sub5; enthält. Damit genügt dieses Glas der obigen Bedingung d) nicht.
Da das Glas gemäß Ziffer 2 einen hohen Anteil ZnO, eine Kombination von SiO&sub2; + SnO&sub2; + TiO&sub2; + ZrO&sub2; und eine Kombination von WO&sub3; + MoO&sub3; enthält, wodurch das Glas leicht kristallisiert, verglasen die Ausgangsstoffe beim Schmelzen nicht, oder das geformte Glas entglast während der Verarbeitung. In diesem Fall erfüllt dieses Glas die Bedingung d) nicht.
Da das Glas gemäß Ziffer 3 einen hohen Anteil Na&sub2;O, beispielsweise 5 % oder mehr, enthält, ist es unzureichend wasserbeständig und erfüllt die Bedingung c) nicht.
Da das Glas gemäß Ziffer 4 einen hohen Anteil SiO&sub2; oder Al&sub2;O&sub3; enthält, so daß es leicht kristallisiert, kann es während der Bearbeitung leicht entglasen und erfüllt dann nicht die Bedingung c).
Da die im Handel erhältlichen Gläser gemäß Ziffer 5 beide einen hohen Anteil PbO und B&sub2;O&sub3; enthalten, entglasen sie leicht während der Bearbeitung und erfüllen die vorstehende Bedingung c) nicht.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein neues Abdichtungsglas zur Verfügung zu stellen, das zum Abdichten elektronischer Bauteile, insbesondere von Magnetköpfen, geeignet ist. Ein Aspekt dieser Aufgabe ist es, ein Abdichtungsglas zur Verfügung zu stellen, das eine vergleichsweise niedrigere Arbeitstemperatur, einen ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie ein magnetisches Material und eine gute Wasserbeständigkeit hat, das nicht gefärbt ist und während der Verarbeitung nicht entglast.
Mit der Erfindung wird ein Abdichtungsglas zur Verfügung gestellt, welches enthält:
1 bis 75 Gew.-% TeO&sub2;
1 bis 30 Gew.-% B&sub2;O&sub3;,
1 bis 75 Gew.-% PbO,
1 bis 25 Gew.-% CdO,
0 bis 15 Gew.-% ZnO,
0 bis 25 Gew.-% Bi&sub2;O&sub3;,
0 bis 5 Gew.-% A&sub2;O, wobei A ein Alkalimetall bedeutet,
0 bis 35 Gew.-% ARO, wobei AR ein Erdalkalimetall bedeutet,
0 bis 35 Gew.-% La&sub2;O&sub3;,
0 bis 5 Gew.-% mindestens eines Oxids, ausgewählt aus der Gruppe Al&sub2;O&sub3;, SiO&sub2;, TiO&sub2; und ZrO&sub2;,
0 bis 10 Gew.-% mindestens eines Oxids, ausgewählt aus der Gruppe Ta&sub2;O&sub5;, Nb&sub2;O&sub5;, WO&sub3; und MoO&sub3;,
0 bis 30 Gew.-% PbF&sub2;, und
0 bis 2 Gew.-% CoO,
wobei das Abdichtungsglas einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 80 x 10&supmin;&sup7; bis 140 x 10&supmin;&sup7;/ºC im Temperaturbereich von 30 bis 300 ºC, eine Arbeitstemperatur von 430 bis 620 ºC und eine Wasserbeständigkeit gemäß "Klasse 1" aufweist und nicht gefärbt ist und während der Verarbeitung nicht entglast.
Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung eines Magnetkopfs.
Fig. 2 ist ein vergrößerter Ausschnitt eines Magnetkopfs.
Fig. 3 ist ein ternäres Diagramm von Abdichtglas-Zusammensetzungen, die 10 Gew.-% CdO, 5 Gew.-% ZnO und unterschiedliche Mengen von TeO&sub2;, B&sub2;O&sub3; und PbO enthalten.
Und Fig. 4A bis 4E sind Fotos, die Grenzlinien zwischen einer aufgebrachten Nitridlegierung und dem Glas von Probe Nr. 13, das CoO enthält, zeigen.
Fig. 3 ist ein ternäres Diagramm von Abdichtglas-Zusammensetzungen, die 10 Gew.-% CdO, 5 Gew.-% ZnO und unterschiedliche Mengen von TeO&sub2;, B&sub2;O&sub3; und PbO als Hauptanteile enthalten. Das Abdichtglas hat eine Grundzusammensetzung im Bereich A von Fig. 3 und enthält wahlweise weitere Bestandteile. Glas einer Zusammensetzung aus dem Bereich B hat einen Wärmeausdehnungskoeffizienten kleiner als 80 x 10&supmin;&sup7; und erfüllt die obige Bedingung b) nicht.
Das erfindungsgemäße Abdichtglas wird anhand der in den Tabellen 1 und 2 erfaßten Zusammensetzungen erläutert.
Tabelle 1 gibt an: Glaszusammensetzungen und Glaszustände, Wärmeausdehnungskoeffizienten (α), Fließgrenzen, Arbeitstemperaturen, Wasserbeständigkeit und Gesamtbewertung.
Die Glaszustände werden nach folgenden Kriterien bewertet:
O: Verglasung (Bildung des glasartigen Zustands) beim Schmelzen
X: Verglasung beim Schmelzen, aber Entglasung bei Verarbeitung
XX: keine Verglasung beim Schmelzen
Der Wärmeausdehnungskoeffizient wird zwischen 30 und 300 ºC gemessen. Die Fließgrenze ist eine Temperatur, bei der die Ausdehnung in einer Alphakurve aufhört. Die Arbeitstemperatur ist die Temperatur, bei der das Glas die volle Ausdehnung erreicht hat, wenn es in Form einer Faser mit einem Durchmesser von 1 mm und einer Länge von 25 mm gezogen und auf ein 2,6 mm breites und 25 mm langes Ferritstück gelegt wird. Die Wasserbeständigkeit ist in "Klassen" entsprechend der Klassifizierung der japanischen Vereinigung der Hersteller optischer Gläser angegeben. Tabelle 1 (*: Vergleichsbeispiele) Probe Nr. Bestandteil (Gew.-%) Verglasung Wärmeausdehnungskoeffizient (x 10&supmin;&sup7;/ºC) Fließgrenze (ºC) Arbeitstemperatur (ºC) Wasserbeständigkeit (Klasse) Gesamtbewertung Tabelle 1 (Forts.) Probe Nr. Bestandteil (Gew.-%) Verglasung Wärmeausdehnungskoeffizient (x 10&supmin;&sup7;/ºC) Fließgrenze (ºC) Arbeitstemperatur (ºC) Wasserbeständigkeit (Klasse) Gesamtbewertung Tabelle 1 (Forts.) Probe Nr. Bestandteil (Gew.-%) Verglasung Wärmeausdehnungskoeffizient (x 10&supmin;&sup7;/ºC) Fließgrenze (ºC) Arbeitstemperatur (ºC) Wasserbeständigkeit (Klasse) Gesamtbewertung Tabelle 1 (Forts.) Probe Nr. Bestandteil (Gew.-%) Verglasung Wärmeausdehnungskoeffizient (x 10&supmin;&sup7;/ºC) Fließgrenze (ºC) Arbeitstemperatur (ºC) Wasserbeständigkeit (Klasse) Gesamtbewertung Tabelle 1 (Forts.) Probe Nr. Bestandteil (Gew.-%) Verglasung Wärmeausdehnungskoeffizient (x 10&supmin;&sup7;/ºC) Fließgrenze (ºC) Arbeitstemperatur (ºC) Wasserbeständigkeit (Klasse) Gesamtbewertung Tabelle 2 Probe Nr. Bestandteil (Gew.-%) Verglasung Wärmeausdehnungskoeffizient (x 10&supmin;&sup7;/ºC) Fließgrenze (ºC) Arbeitstemperatur (ºC) Wasserbeständigkeit (Klasse) Gesamtbewertung
Bei den Proben 1 bis 9 wurden die Anteile von TeO&sub2; und PbO verändert. Wenn der Anteil von TeO&sub2; Null ist oder 75 Gew.-% übersteigt, war die Verglasung (Bildung des Glaszustandes) des Materials schwierig. Das bedeutet, daß der Anteil von PbO auf den Bereich von 1 bis 75 Gew.-% beschränkt ist.
Bei den Proben 10 bis 14 wurde der B&sub2;O&sub3;-Gehalt verändert. Wenn er Null war oder 30 Gew.-% überstieg, war die Verglasung des Materials schwierig.
Bei den Proben 15 bis 18 wurde der ZnO-Gehalt verändert. ZnO kann den Wärmeausdehnungskoeffizienten verändern, während es die Arbeitstemperatur des Glases nicht wesentlich ändert. Wenn der Anteil von ZnO 15 Gew.-% übersteigt, wird die Verglasung schwierig.
Bei den Proben 19 bis 23 wurde der Anteil von CdO, einem der wichtigsten Bestandteile, verändert. CdO verbessert die Wasserbeständigkeit des Glases. Ist kein CdO enthalten, verschlechtert sich die Wasserbeständigkeit, übersteigt der Anteil von CdO 25 Gew.-%, wird die Verglasung schwierig.
Bei den Proben 24 und 25 wurde der Glaszusammensetzung Bi&sub2;O&sub3; oder Tl&sub2;O zugesetzt. Diese können den Wärmeausdehnungskoeffizienten verringern, während sich die Arbeitstemperatur des Glases nicht wesentlich ändert. Sie können in einer Menge von bis zu 25 Gew.-% enthalten sein. Übersteigt ihr Anteil 25 Gew.-%, kann die Wasserbeständigkeit abnehmen.
Bei Probe 26 wurde der Glaszusammensetzung Li&sub2;O, d.h. ein typisches Beispiel für ein Alkalimetalloxid (A&sub2;O), zugesetzt. Das Alkalimetalloxid erhöht den Wärmeausdehnungskoeffizienten. Wenn der Gehalt an Alkalimetalloxid 5 Gew.-% übersteigt, wird die Verglasung schwierig.
Bei den Proben 27 bis 30 wurde der Glaszusammensetzung BaO, also ein typisches Beispiel für ein Erdalkalimetalloxid (ARO), zugesetzt. BaO kann den Wärmeausdehnungskoeffizienten erhöhen, während es die Wasserbeständigkeit nicht wesentlich ändert. Wenn der Gehalt an BaO 35 Gew.-% übersteigt, wird die Verglasung schwierig.
Bei Probe 31 wurde der Glaszusammensetzung Al&sub2;O&sub3; zugesetzt. Al&sub2;O&sub3; verringert den Wärmeausdehnungskoeffizienten. Wenn sein Anteil 5 Gew.-% übersteigt, wird die Verglasung schwierig.
Bei den Proben 32 bis 36 wurde der Glaszusammensetzung La&sub2;O&sub3; zugesetzt. La&sub2;O&sub3; erhöht die Wasserbeständigkeit. Wenn sein Anteil 35 Gew.-% übersteigt, wird die Verglasung schwierig.
Bei den Proben 37 bis 39 wurden der Glaszusammensetzung SiO&sub2;, TiO&sub2; oder ZrO&sub2; zugesetzt. Diese erhöhen den Wärmeausdehnungskoeffizienten. Wenn ihr Anteil 5 Gew.-% übersteigt, wird die Verglasung schwierig.
Bei den Proben 40 bis 47 wurden der Glaszusammensetzung Nb&sub2;O&sub5;, Ta&sub2;O&sub5;, WO&sub3; oder MoO&sub3; zugesetzt. Diese erhöhen den Wärmeausdehnungskoeffizienten. Wenn ihr Anteil 10 Gew.-% übersteigt, wird die Verglasung schwierig.
Die Proben 48 bis 54 waren weitere unterschiedliche Beispiele einer Glaszusammensetzung.
Entglasung trat bei keinem der Gläser ein, und alle Gläser hatten einen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen 82 x 10&supmin;&sup7; und 137 x 10&supmin;&sup7;/ºC, eine Arbeitstemperatur zwischen 430 und 620 ºC und eine Wasserbeständigkeit gemäß Klasse 1 oder Klasse 2. Damit genügen sie den Anforderungen an ein Abdichtungsglas für Magnetköpfe.
Tabelle 2 gibt die Eigenschaftsänderungen an, die auftraten, nachdem bei der Glaszusammensetzung von Probe 49 PbO durch PbF&sub2; ersetzt worden war. Wenn der PbF&sub2;-Gehalt 35 Gew.-% überstieg, entglaste das Glas während der Verarbeitung. Daher sollte der PbF&sub2;-Gehalt auf den Gehalt zwischen 0 und 30 Gew.-% beschränkt sein.
Die Fig. 4A bis 4E zeigen Grenzlinien zwischen einer aufbeschichteten Nitridlegierung und dem Glas von Probe 13, dem unterschiedliche Mengen von CoO zugesetzt wurden.
Die Fig. 4A bis 4E entsprechen dem Glas der Probe 13, der jeweils 0, 0,2, 0,5, 1,0 und 2,0 Gew.-% CoO zugesetzt wurden.
Wie aus den Fig. 4A bis 4E zu ersehen ist, wurde eine Wechselwirkung an der Grenze zwischen der aufbeschichteten Nitridlegierung und dem Glas durch den Zusatz von CoO unterdrückt. Wenn jedoch 2,0 Gew.-% CoO zugesetzt wurden, bekam das Glas stellenweise Risse. Der CoO-Gehalt sollte also 2,0 Gew.-% nicht übersteigen.

Vergleichsbeispiel

Tabelle 3 gibt die Eigenschaften des herkömmlichem Glases gemäß Ziffer 2 (Proben C1 und C2), des herkömmlichen Glases gemäß Ziffer 3 (Proben C3 und C4) und des herkömmlichen Glases gemäß Ziffer 4 (Proben C5 und C6) an.
Jedes dieser Gläser war schwer glasartig zu erhalten, hatte geringe Wasserbeständigkeit oder entglaste während der Verarbeitung. Diese Gläser sind daher in der Praxis nicht einsatzfähig. Da die herkömmlichen Gläser gemäß Ziffer 1 und 5 die oben dargelegten Nachteile aufweisen, wurden sie hier nicht geprüft. Tabelle 3 Probe Nr. Bestandteil (Gew.-%) Verglasung Wärmeausdehnungskoeffizient (x 10&supmin;&sup7;/ºC) Fließgrenze (ºC) Arbeitstemperatur (ºC) Wasserbeständigkeit (Klasse) Gesamtbewertung *) CuO
Das erfindungsgemäße Glas wird zum Abdichten von Magnetköpfen verwendet. Das erfindungsgemäße Glas kann auch zur Abdichtung von Metallen verwendet werden, die einen ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten haben (z.B. Platin, Titan, Eisenchromlegierungen, Legierung 426 usw.) oder zur Abdichtung anderer Gläser (Natronglas, Blei-Kalium-Glas, Borosilicatglas usw.) und kann als Verbindungsmittel für Kathodenstrahlröhren und Gehäuse für integrierte Schaltungen, als hermetische Abdichtung oder Heizelementummantelung verwendet werden.

Claims

1. Abdichtungsglas für einen Magnetkopf, enthaltend

1 bis 75 Gew.-% TeO&sub2;,

1 bis 30 Gew.-% B&sub2;O&sub3;,

1 bis 75 Gew.-% PbO,

1 bis 25 Gew.-% CdO,

0 bis 15 Gew.-% ZnO,

0 bis 25 Gew.-% Bi&sub2;O&sub3;,

0 bis 5 Gew.-% A&sub2;O, wobei A ein Alkalimetall bedeutet,

0 bis 35 Gew.-% ARO, wobei AR ein Erdalkalimetall bedeutet,

0 bis 35 Gew.-% La&sub2;O&sub3;,

0 bis 5 Gew.-% mindestens eines Oxids, ausgewählt aus der Gruppe Al&sub2;O&sub3;, SiO&sub2;, TiO&sub2; und ZrO&sub2;,

0 bis 10 Gew.-% mindestens eines Oxids, ausgewählt aus der Gruppe Ta&sub2;O&sub5;, Nb&sub2;O&sub5;, WO&sub3; und MoO&sub3;,

0 bis 30 Gew.-% PbF&sub2;, und

0 bis 2 Gew.-% CoO,

wobei das Abdichtungsglas einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 80 x 10&supmin;&sup7; bis 140 x 10&supmin;&sup7;/ºC im Temperaturbereich von 30 bis 300 ºC, eine Arbeitstemperatur von 430 bis 620 ºC und eine Wasserbeständigkeit gemäß "Klasse 1" aufweist und nicht gefärbt ist und während der Verarbeitung nicht entglast.

2. Abdichtungsglas nach Anspruch 1, weiter umfassend eine Keramik mit geringer thermischer Ausdehnung.