JP2011201758A - Crystallized glass substrate for information recording medium and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、将来の情報磁気記録媒体の高密度化に対応し、低比重、高ヤング率であり、破壊靭性に優れ、かつ、加工後の表面粗度が極めてスムーズであり、ヘッド摺動特性、耐衝撃特性に優れた、将来の情報記録媒体基板用途として必要な物性を備えた結晶化ガラス基板に関する。 The present invention corresponds to the future increase in the density of information magnetic recording media, has a low specific gravity, a high Young's modulus, excellent fracture toughness, extremely smooth surface roughness after processing, and head sliding characteristics. The present invention relates to a crystallized glass substrate having excellent impact resistance characteristics and physical properties necessary for future information recording medium substrate use.
尚、本発明において「情報記録媒体」とは、各種電子デバイス用ハードディスクにおいて使用可能な情報磁気記録媒体を意味する。 In the present invention, the “information recording medium” means an information magnetic recording medium that can be used in hard disks for various electronic devices.
近年、パーソナルコンピュータや各種電子デバイスにおいては動画や音声等の大きなデータが扱われるようになり、大容量の情報記録装置が必要となっている。その結果、情報気記録媒体は年々高記録密度化の要求が高まっている。 In recent years, large amounts of data such as moving images and sounds have been handled in personal computers and various electronic devices, and large-capacity information recording apparatuses are required. As a result, the demand for higher recording density is increasing year by year for information recording media.
これに対応するべく、垂直磁気記録方式の採用、量産化が進められている。この垂直磁気記録方式においては、現在の基板と比較して基板の耐熱性、表面の平滑性がより高いレベルで求められている。また、スピンドルモーターへの負担を軽減するための低比重化と、ディスクのクラッシュを防止するための高い機械的強度、落下時のヘッドとの衝撃に耐えうる高い破壊靱性を有することが現在にもまして重要になっている。 In order to cope with this, the adoption of the perpendicular magnetic recording system and the mass production are being promoted. In this perpendicular magnetic recording system, the substrate is required to have higher levels of heat resistance and surface smoothness than the current substrate. It also has a low specific gravity to reduce the burden on the spindle motor, a high mechanical strength to prevent disk crashes, and a high fracture toughness that can withstand the impact with the head when dropped. More important.
情報記録媒体用基板に用いられる材料としてはAl合金、ガラス、結晶化ガラスなどがある。ガラスおよび結晶化ガラスはAl合金よりもビッカース硬度が高い、表面平滑性が高い等の点で優位であり、動的な使用が想定される用途において現在多く使用されている。
しかし、現在使用されている結晶化ガラスはガラス相に析出した結晶によって高い機械的強度を得ているが、反面、析出結晶とガラス相の間に加工差やエッチングレート差が生じてしまうため、次世代の基板に求められるRa<2Åレベルの表面性状を充分満足することができない。
また、ガラスは脆い為、基板表面の僅かな傷が基点となって基板の破損が発生しやすいという特性がある。特に次世代のハードディスクに使用される情報記録媒体用基板おいては、高記録密度化に伴って磁気ディスク回転速度が高速化の傾向にある為に、基板表面の僅かな傷を基点とする亀裂伝播に対する耐性、すなわち破壊靭性が特に重要な評価項目となっており、高い破壊靭性を有することが求められている。しかし、現在使用されているガラス基板ではその要求を満たすことは容易ではなく、研磨後の基板に化学強化を施す工程が必要となる。
Examples of the material used for the information recording medium substrate include an Al alloy, glass, and crystallized glass. Glass and crystallized glass are superior to Al alloys in that they have higher Vickers hardness and higher surface smoothness, and are currently widely used in applications where dynamic use is assumed.
However, the crystallized glass currently used has high mechanical strength due to crystals precipitated in the glass phase, but on the other hand, a processing difference and an etching rate difference occur between the precipitated crystal and the glass phase. The surface property of Ra <2Å level required for the next generation substrate cannot be sufficiently satisfied.
Further, since glass is brittle, there is a characteristic that the substrate is likely to be damaged with a slight scratch on the substrate surface as a base point. Especially in information recording media substrates used in next-generation hard disks, the magnetic disk rotation speed tends to increase with the increase in recording density, so cracks based on slight scratches on the substrate surface Resistance to propagation, that is, fracture toughness is a particularly important evaluation item, and it is required to have high fracture toughness. However, it is not easy to meet the requirement with the glass substrate currently used, and a step of chemically strengthening the polished substrate is required.
また、ガラスや結晶化ガラス材料を使用する場合、厚さ1mm以下のディスク状基板を低コストで製造するために、溶融ガラスを直接プレスするダイレクトプレス法が用いられている。
ダイレクトプレス法においては、ガラスを溶融する際に、溶融ガラスから泡を除くために清澄剤として砒素やアンチモン成分が使用されていたが、近年、人体及び環境に対して悪影響を及ぼす恐れがあるとして、その含有量を低減、あるいは使用しないことが求められている。しかし砒素成分やアンチモン成分を実質的に使用せず、他の清澄成分を使用するとガラス素地の泡やダイレクトプレス時のリボイルの発生が生じる問題があった。
Moreover, when using glass and crystallized glass material, in order to manufacture the disk-shaped board | substrate of thickness 1mm or less at low cost, the direct press method which presses a molten glass directly is used.
In the direct press method, when melting glass, arsenic and antimony components have been used as fining agents to remove bubbles from the molten glass, but in recent years there is a risk of adverse effects on the human body and the environment. Therefore, it is required to reduce the content or not to use it. However, when the arsenic component or the antimony component is not substantially used, and other clarified components are used, there is a problem that bubbles in the glass substrate and reboil during direct pressing are generated.
特許文献1には、ガーナイト結晶相を有する結晶化ガラスからなる情報記録媒体用基板が開示されている。これは高い破壊靭性を有するが、研磨後の表面粗度が次世代の要求レベルを満足するものではない。また、表面硬度が高過ぎる為に研磨レートが低く、研磨加工に長時間を要し生産性が悪く、市場の要求コストを満足することが不可能である。
また、この結晶化ガラスは、原ガラスを熱処理して結晶化する際に、結晶の析出が急激に発生する傾向があり、析出する結晶の結晶化度、結晶粒径の制御が非常に困難である。これについての詳細は後述する。
Patent Document 1 discloses an information recording medium substrate made of crystallized glass having a garnite crystal phase. This has high fracture toughness, but the surface roughness after polishing does not satisfy the next-generation required level. Further, since the surface hardness is too high, the polishing rate is low, the polishing process takes a long time, the productivity is poor, and it is impossible to satisfy the required cost of the market.
Also, this crystallized glass has a tendency that crystal precipitation occurs suddenly when the original glass is crystallized by heat treatment, and it is very difficult to control the crystallinity and crystal grain size of the precipitated crystal. is there. Details of this will be described later.
特許文献2には、スピネル型化合物を結晶相として含有するガラスセラミックが開示されているが、これら実施例におけるガラスの溶融温度は1500℃から1650℃と高く、かつ、最高結晶化温度も950℃から1000℃の範囲であるため、量産性に乏しい。加えて得られた表面粗さはRa5.3Åであり、所望の表面性状を満足できない。
本発明の目的は、垂直磁気記録方式等に代表される次世代の情報記録媒体基板用途として要求される各種物性を備え、とりわけ、高い破壊靭性を有する情報記録媒体用基板、およびその為の加工性に優れた材料を提供することにある。また、人体及び環境に対して悪影響をおよぼすおそれのある砒素成分やアンチモン成分を実質的に使用せずともガラス素地の泡やダイレクトプレス時のリボイルの発生がなく、ダイレクトプレス法に適した生産性の高い情報記録媒体用基板を提供することにある。 The object of the present invention is to provide various physical properties required for next-generation information recording medium substrate applications, such as perpendicular magnetic recording, and in particular, an information recording medium substrate having high fracture toughness, and processing therefor It is to provide a material excellent in properties. In addition, there is no generation of glass substrate bubbles or reboil during direct pressing without the use of arsenic or antimony components that may adversely affect the human body and the environment. It is to provide a substrate for an information recording medium having a high level.
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意試験研究を重ねた結果、RAl2O4、R2TiO4、 (ただしRはZn、Mg、Feから選択される1種類以上)から選ばれる一種以上(以下「スピネル系化合物」ともいう)を主結晶相とする結晶化ガラスにおいて、析出する結晶子の粒径、結晶化度を特定の範囲とする事により、次世代の情報記録媒体用基板として要求される各種物性を備え、とりわけ、高い破壊靭性を有し、研磨加工における加工性も良好で高い生産性を有する情報記録媒体用基板を見出した。より具体的には、本発明は以下のようなものを提供する。なお、本明細書において「RAl2O4」、「R2TiO4」の表記にはこれらの固溶体を含むものとする。 As a result of intensive studies and studies to achieve the above object, the present inventors have selected from RAl 2 O 4 , R 2 TiO 4 (where R is one or more selected from Zn, Mg, and Fe). In a crystallized glass having one or more types (hereinafter also referred to as “spinel compounds”) as the main crystal phase, the grain size and crystallinity of the precipitated crystallites are set within a specific range, so that the next-generation information recording medium The present invention has found an information recording medium substrate having various physical properties required as a substrate for use, having high fracture toughness, good workability in polishing, and high productivity. More specifically, the present invention provides the following. In the present specification, the notation “RAl 2 O 4 ” and “R 2 TiO 4 ” includes these solid solutions.
(構成1)
主結晶相としてRAl2O4、R2TiO4、(ただしRはZn、Mg、Feから選択される1種類以上)から選ばれる一種以上を含有し、主結晶相の結晶粒径が0.5nm〜20nmの範囲であり、結晶化度が15%以下であり、比重が3.00以下であることを特徴とする結晶化ガラスからなる情報記録媒体用結晶化ガラス基板。
(構成2)
前記結晶化ガラスは酸化物基準の質量%で、
SiO2:40〜60%、および
Al2O3:7〜20%、および
RO:5〜35%(ただしRはZn、Mg、Feから選択される1種類以上)
の各成分を含有する構成1に記載の情報記録媒体用結晶化ガラス基板。
(構成3)
前記結晶化ガラスは酸化物基準の質量%で、
ZnO成分を5〜25%含有する構成1または2に記載の情報記録媒体用結晶化ガラス基板。
(構成4)
前記結晶化ガラスは酸化物基準の質量%で、
TiO2:1〜15%、および
R’2O:2〜15%、(ただしR’はLi、Na、Kから選ばれる1種以上)
の各成分を含有する構成1から3のいずれかに記載の情報記録媒体用結晶化ガラス基板。
(構成5)
前記結晶化ガラスは酸化物基準の質量%で、
Li2O:0〜5%、および/または
Na2O:0〜15%、および/または
K2O:0〜10%、
の各成分を含有する構成1から4のいずれかに記載の情報記録媒体用結晶化ガラス基板。
(構成6)
前記結晶化ガラスは酸化物基準の質量%で、
P2O5:0〜7%、および/または
B2O3:0%以上8%未満、および/または
MgO:0〜15%、および/または
CaO:0〜15%、および/または
SrO:0〜5%、および/または
BaO:0〜5%、および/または
FeO:0〜8%、および/または
ZrO2:0〜10%
の各成分を含有する構成1から5のいずれかに記載の情報記録媒体用結晶化ガラス基板。
(構成7)
前記情報記録媒体用結晶化ガラス基板の外周端面および内周端面の一方または両方に圧縮応力層が形成されている構成1から6のいずれかに記載の情報記録媒体用結晶化ガラス基板。
(構成8)
前記情報記録媒体用結晶化ガラス基板の二つの主表面の一方または両方に圧縮応力層が形成されており、圧縮応力層の厚さが30μm未満であることを特徴とする構成1から7のいずれかに記載の情報記録媒体用結晶化ガラス基板。
(構成9)
前記結晶化ガラスはSnO2成分およびCeO2成分の一方または両方を含み、両成分の合計が酸化物基準の質量%で、0.01〜1.0%である構成1から8のいずれかに記載の情報記録媒体用結晶化ガラス基板。
(構成10)
前記結晶化ガラスは酸化物基準でAs2O3成分およびSb2O3成分およびCl−、NO−、SO2−、F−成分を含有しないことを特徴とする構成1から9のいずれかに記載の情報記録媒体用結晶化ガラス基板。
(構成11)
表面粗度Ra(算術平均粗さ)が2Å以下であることを特徴とする構成1から10のいずれかに記載の情報記録媒体用結晶化ガラス基板。
(構成12)
破壊靭性値K1Cが1.0以上、ヤング率が85GPa以上であり、ヤング率の比重に対する比(ヤング率/比重)が31.4以上であることを特徴とする構成1から11のいずれかに記載の情報記録媒体用結晶化ガラス基板。
(構成13)
構成1から12のいずれかに記載の情報記録媒体用結晶化ガラス基板を用いた情報記録媒体。
(構成14)
酸化物基準の質量%で
SiO2:40〜60%、および
Al2O3:7〜20%、および
RO:5〜35%(ただしRはZn、Mg、Feから選択される1種類以上)
の各成分を含有するガラス基板を作製する工程と、
前記ガラス基板を600℃〜750℃で1〜10時間、その後、650℃〜800℃で1〜10時間熱処理することにより、RAl2O4、R2TiO4、(ただしRはZn、Mg、Feから選択される1種類以上)から選ばれる一種以上の結晶を析出させる工程を含む情報記録媒体用結晶化ガラス基板の製造方法。
(構成15)
前記情報記録媒体用結晶化ガラス基板の表面に存在するアルカリイオンよりもイオン半径の大きな他のイオンに置換してイオン交換領域を作製する工程と、
前記ガラス基板の2つの主表面に存在するイオン交換領域を削除する工程を有する構成14に記載の情報記録媒体用ガラス基板の製造方法。
(Configuration 1)
The main crystal phase contains at least one selected from RAl 2 O 4 and R 2 TiO 4 (wherein R is one or more selected from Zn, Mg, Fe), and the crystal grain size of the main crystal phase is 0. A crystallized glass substrate for an information recording medium, comprising crystallized glass, having a crystallinity of 15% or less and a specific gravity of 3.00 or less in a range of 5 nm to 20 nm.
(Configuration 2)
The crystallized glass is mass% based on oxide,
SiO 2: 40~60%, and Al 2 O 3: 7~20%, and RO: 5 to 35% (wherein R is one or more selected Zn, Mg, from Fe)
The crystallized glass substrate for information recording media of the structure 1 containing each of these components.
(Configuration 3)
The crystallized glass is mass% based on oxide,
The crystallized glass substrate for an information recording medium according to Configuration 1 or 2, comprising 5 to 25% of a ZnO component.
(Configuration 4)
The crystallized glass is mass% based on oxide,
TiO 2 : 1 to 15%, and R ′ 2 O: 2 to 15% (where R ′ is one or more selected from Li, Na and K)
4. A crystallized glass substrate for an information recording medium according to any one of constitutions 1 to 3, which contains each of the above components.
(Configuration 5)
The crystallized glass is mass% based on oxide,
Li 2 O: 0-5%, and / or Na 2 O: 0-15%, and / or K 2 O: 0-10%,
5. A crystallized glass substrate for an information recording medium according to any one of constitutions 1 to 4, which contains each of the above components.
(Configuration 6)
The crystallized glass is mass% based on oxide,
P 2 O 5: 0~7%, and / or B 2 O 3: 0% or more and less than 8%, and / or MgO: 0 to 15% and / or CaO: 0 to 15% and / or SrO: 0-5%, and / or BaO: 0 to 5%, and / or FeO: 0 to 8% and / or ZrO 2: 0%
6. A crystallized glass substrate for an information recording medium according to any one of constitutions 1 to 5 containing each of the above components.
(Configuration 7)
7. The crystallized glass substrate for information recording medium according to any one of configurations 1 to 6, wherein a compressive stress layer is formed on one or both of an outer peripheral end surface and an inner peripheral end surface of the crystallized glass substrate for information recording medium.
(Configuration 8)
Any one of Structures 1 to 7, wherein a compressive stress layer is formed on one or both of the two main surfaces of the crystallized glass substrate for information recording medium, and the thickness of the compressive stress layer is less than 30 μm. A crystallized glass substrate for an information recording medium according to claim 1.
(Configuration 9)
The crystallized glass includes one or both of a SnO 2 component and a CeO 2 component, and the total of both components is 0.01% to 1.0% by mass based on an oxide, and The crystallized glass substrate for information recording media as described.
(Configuration 10)
The crystallized glass does not contain an As 2 O 3 component, an Sb 2 O 3 component, and a Cl − , NO − , SO 2− , and F − component on an oxide basis. The crystallized glass substrate for information recording media as described.
(Configuration 11)
11. The crystallized glass substrate for an information recording medium according to any one of the constitutions 1 to 10, wherein the surface roughness Ra (arithmetic average roughness) is 2 mm or less.
(Configuration 12)
Fracture toughness value K 1C is 1.0 or more, a Young's modulus of 85GPa or more, any of the first to 11, characterized in that the ratio the specific gravity of the Young's modulus (Young's modulus / specific gravity) is 31.4 or more A crystallized glass substrate for an information recording medium as described in 1.
(Configuration 13)
An information recording medium using the crystallized glass substrate for an information recording medium according to any one of Configurations 1 to 12.
(Configuration 14)
SiO 2 : 40 to 60%, and Al 2 O 3 : 7 to 20%, and RO: 5 to 35% (wherein R is one or more selected from Zn, Mg, Fe)
A step of producing a glass substrate containing each of the components,
By heat-treating the glass substrate at 600 ° C. to 750 ° C. for 1 to 10 hours and then at 650 ° C. to 800 ° C. for 1 to 10 hours, RAl 2 O 4 , R 2 TiO 4 (where R is Zn, Mg, A method for producing a crystallized glass substrate for an information recording medium, comprising a step of precipitating one or more crystals selected from one or more selected from Fe).
(Configuration 15)
Substituting other ions having an ion radius larger than the alkali ions present on the surface of the crystallized glass substrate for the information recording medium to produce an ion exchange region;
The manufacturing method of the glass substrate for information recording media of the structure 14 which has the process of deleting the ion exchange area | region which exists in two main surfaces of the said glass substrate.
スピネル系化合物またはそれらの固溶体を主結晶相とする結晶化ガラスは高い機械的強度を有する材料として、情報記録媒体基板用途や建築材料用途として過去にも提案されている。しかし従来において高い機械的強度を有するためには、結晶化度を高くすることが必要であると考えられていた。従って過去に提案されたガーナイト系の結晶化ガラスは可視光を透過しないほど結晶が析出しており、その比重も3.0を超過するほど高い値を示しており、次世代の情報記録媒体用基板に適していなかった。 Crystallized glass having a spinel compound or a solid solution thereof as a main crystal phase has been proposed in the past as a material having high mechanical strength, as an information recording medium substrate or a building material. However, in order to have high mechanical strength in the past, it has been considered necessary to increase the crystallinity. Therefore, in the past proposed garnite-based crystallized glass, crystals are precipitated so as not to transmit visible light, and the specific gravity exceeds 3.0, indicating a high value. It was not suitable for the substrate.
ところが、本発明者らは上述の様に析出する結晶子の粒径を極めて微細なものとし、かつ、比較的低い結晶化度であっても、次世代の情報記録媒体用基板として要求される高い破壊靭性を得ることが可能であることを見いだしたのである。
すなわち、本発明の結晶化ガラス基板を肉眼で観察すると、結晶化前のガラス(母ガラス)と比較して同様の可視光透過性を有し、外観において明確に違いを確認することができない程析出結晶は微細であり、かつ結晶化度も低い。しかも、驚くべき事に本発明の基板を結晶化前のガラスと比較すると、ヤング率、破壊靭性の値は飛躍的に高くなっているのである。そして、本発明の基板は研磨加工後にRa<2Åレベルの表面性状を容易に得ることができ、研磨加工における加工性もガラス材料と遜色のないものである。
その上、成形温度に相当する2.5ポアズ近傍の温度である1250℃においてガラスに失透が発生しない。加えてガラスの結晶成長が極めて緩やかであることから結晶の析出量および析出粒子径の制御が容易であり、量産性に優れた材料であることを見出した。
However, the present inventors are required as a next-generation information recording medium substrate even if the crystallites precipitated are extremely fine as described above and have a relatively low crystallinity. They found that it was possible to obtain high fracture toughness.
That is, when the crystallized glass substrate of the present invention is observed with the naked eye, it has the same visible light transmittance as compared with the glass (mother glass) before crystallization, and the difference in appearance cannot be clearly confirmed. The precipitated crystals are fine and have a low crystallinity. Moreover, surprisingly, when the substrate of the present invention is compared with the glass before crystallization, the values of Young's modulus and fracture toughness are dramatically increased. The substrate of the present invention can easily obtain a surface property of Ra <2% after polishing, and the processability in polishing is comparable to that of a glass material.
Furthermore, devitrification does not occur in the glass at 1250 ° C., which is a temperature in the vicinity of 2.5 poise corresponding to the molding temperature. In addition, since the crystal growth of the glass is extremely gradual, the inventors have found that the amount of crystals precipitated and the size of the precipitated particles can be easily controlled, and the material is excellent in mass productivity.
本発明によれば、次世代の情報記録媒体用基板として要求される比重及びヤング率、ビッカース硬度、表面平滑性を備え、とりわけ、高い破壊靭性を有し、研磨加工における加工性も良好で高い生産性を有する情報記録媒体用基板を提供することができる。
また、人体及び環境に対して悪影響を及ぼす恐れのある砒素成分やアンチモン成分を不使用としながらも清澄可能かつ、ダイレクトプレス成形等の場合にリボイル発生を抑制し得る、従来よりも優れた効果を奏する情報記録媒体用基板を提供することができる。
According to the present invention, it has specific gravity and Young's modulus, Vickers hardness, and surface smoothness required as a next-generation information recording medium substrate, and particularly has high fracture toughness and good workability in polishing. An information recording medium substrate having productivity can be provided.
In addition, the arsenic component and antimony component, which may adversely affect the human body and the environment, can be clarified while not using arsenic and antimony components. An information recording medium substrate can be provided.
図2は特許文献1に記載された結晶化ガラスの原ガラスの示差熱分析(DTA)により得られた曲線である。これは従来のスピネル系化合物を主結晶とする結晶化ガラスに特徴的に現われる形状の曲線である。図2の曲線において21に示す部分はガラス転移点を示しており、温度が高温であることが分かる。この為、特許文献1の結晶化ガラスの原ガラスをダイレクトプレス法によりディスク状基板をプレスする場合、プレス時のガラスの成形温度を失透が発生しないよう高い温度にしなければならず、成形時のガラス粘性が著しく低下してしまうため、高い生産性(例えばサイクルタイム2秒以下)を確保しつつ、シャーカット及び、1mm以下の薄さにプレスすることは容易ではない。また図2の曲線において22、23、24に示す部分はそれぞれ第1の結晶化ピーク、第2の結晶化ピーク、第3の結晶化ピークである。これらのピークは急激に立ち上がることが特徴であり、これは一度結晶の析出が始まると急激に結晶が析出することを意味している。このように従来提案されたスピネル系化合物を主結晶とする結晶化ガラスは結晶析出ピークが複数存在し、その立ち上がりが急激であるため、所望の結晶相のみを析出させ、かつ結晶化度、結晶粒径を高い再現性をもって制御することが非常に困難である。
特に実際の情報記録媒体用基板の製造では、結晶化はトンネル式の結晶化炉の中を耐熱性のメッシュベルトやローラーの上に載置された原ガラスが連続的に移動することによって行われる。このような結晶化炉では温度条件の詳細な制御が難しく、例え実験室レベルの小型炉で微細な結晶粒径と低い結晶化度を達成したとしても、実際の製造工程でこれを再現することは困難である。
また、図2の曲線において25に示す部分は降温時の吸熱、発熱が現れており、これはガラスが著しく失透しやすいことを意味する。よって、失透が発生したガラスの再ガラス化のために多くの熱量と時間が必要であることを意味し、バッチチャージからガラス化までの必要熱量が多くなるため所要時間も増大するため、量産性を損なってしまう。
FIG. 2 is a curve obtained by differential thermal analysis (DTA) of the original glass of crystallized glass described in Patent Document 1. This is a curve having a shape that appears characteristically in crystallized glass having a conventional spinel compound as the main crystal. In the curve of FIG. 2, the portion indicated by 21 indicates the glass transition point, and it can be seen that the temperature is high. For this reason, when the disk-shaped substrate is pressed by the direct pressing method with the crystallized glass original glass of Patent Document 1, the glass forming temperature during pressing must be set to a high temperature so that devitrification does not occur. Therefore, it is not easy to perform shear cutting and press to a thickness of 1 mm or less while ensuring high productivity (for example, a cycle time of 2 seconds or less). In the curve of FIG. 2, the portions indicated by 22, 23, and 24 are the first crystallization peak, the second crystallization peak, and the third crystallization peak, respectively. These peaks are characterized by a sharp rise, which means that once the crystal starts to precipitate, the crystal rapidly precipitates. As described above, the crystallized glass having a spinel compound as a main crystal, which has been proposed in the past, has a plurality of crystal precipitation peaks, and its rise is abrupt, so that only a desired crystal phase is precipitated and the crystallinity, crystal It is very difficult to control the particle size with high reproducibility.
Particularly in the production of an actual information recording medium substrate, crystallization is performed by continuously moving the original glass placed on a heat-resistant mesh belt or roller in a tunnel type crystallization furnace. . In such a crystallization furnace, detailed control of temperature conditions is difficult, and even if a small crystal grain size and low crystallinity are achieved in a small laboratory furnace, this can be reproduced in the actual manufacturing process. It is difficult.
Further, in the curve of FIG. 2, the portion indicated by 25 shows heat absorption and heat generation at the time of temperature drop, which means that the glass is extremely devitrified. Therefore, it means that a large amount of heat and time are required for revitrification of the glass where devitrification has occurred, and the required time increases from batch charge to vitrification, so the required time also increases. It will damage the sex.
図1は本発明の実施例19の結晶化ガラスの原ガラスの示差熱分析(DTA)により得られた曲線である。図1の曲線において11に示す部分はガラス転移点を示しており、図2と比較して温度が低温であることが分かる。この為、本発明の結晶化ガラスは原ガラスをダイレクトプレス法によりディスク状基板をプレスする場合、プレス時のガラスの伸びが良く、高い生産性(例えばサイクルタイム2秒以下)を確保しつつ、1mm以下の薄さプレスすることが容易である。また図1の曲線において12に示す部分は結晶化ピークを表わしている。本発明の結晶化ガラスにおいては結晶化ピークが1つだけであり、しかもその立ち上がりは緩やかかつピーク高さは低く、かつ、広範の温度域にある。これは結晶の析出が緩やかであることから、熱処理温度及び時間の緊密な制御により、所望の結晶のみを微細な粒子径かつ結晶析出量を極微量に制御しやすいことを意味している。従って、本発明の結晶化ガラスにおいては結晶化度を低く、かつ、微細な結晶を析出させることが容易に可能となるのである。この効果は本発明の結晶化ガラスを構成する各成分の含有割合を総合的に調整することにより得やすくなり、特にR’2O成分、B2O3成分、P2O5成分から選ばれる1種以上の成分を含有することにより、より得やすくなる。 FIG. 1 is a curve obtained by differential thermal analysis (DTA) of the original glass of crystallized glass of Example 19 of the present invention. In the curve of FIG. 1, a portion indicated by 11 indicates a glass transition point, and it can be seen that the temperature is lower than that in FIG. Therefore, when the crystallized glass of the present invention presses a disk-shaped substrate by direct pressing the original glass, the elongation of the glass at the time of pressing is good, while ensuring high productivity (for example, a cycle time of 2 seconds or less) It is easy to press to a thickness of 1 mm or less. In the curve of FIG. 1, the portion indicated by 12 represents a crystallization peak. In the crystallized glass of the present invention, there is only one crystallization peak, and its rise is slow, the peak height is low, and it is in a wide temperature range. This means that since the crystal precipitation is gradual, it is easy to control only the desired crystal with a fine particle diameter and a very small amount of crystal precipitation by close control of the heat treatment temperature and time. Therefore, in the crystallized glass of the present invention, the degree of crystallinity is low and it is possible to easily precipitate fine crystals. This effect can be easily obtained by comprehensively adjusting the content ratio of each component constituting the crystallized glass of the present invention, and is particularly selected from R ′ 2 O component, B 2 O 3 component, and P 2 O 5 component. Inclusion of one or more components makes it easier to obtain.
本発明について、具体的な実施態様について説明する。
本明細書において結晶化ガラス基板を構成する各組成成分について述べるとき、特に記載が無い場合は、各成分の含有量は酸化物基準の質量%で示す。ここで、「酸化物基準」とは、本発明の結晶化ガラスの構成成分の原料として使用される酸化物、炭酸塩等が溶融時にすべて分解され表記された酸化物へ変化すると仮定して、結晶化ガラス中に含有される各成分の組成を表記する方法であり、この生成酸化物の質量の総和を100質量%として、結晶化ガラス中に含有される各成分の量を表記する。
Specific embodiments of the present invention will be described.
When describing each composition component which comprises a crystallized glass substrate in this specification, when there is no description in particular, content of each component is shown by the mass% of an oxide basis. Here, the “oxide standard” means that oxides, carbonates and the like used as raw materials of the constituent components of the crystallized glass of the present invention are all decomposed and changed to the indicated oxides when melted, This is a method of expressing the composition of each component contained in the crystallized glass, and the amount of each component contained in the crystallized glass is expressed with the total mass of the generated oxide as 100% by mass.
本発明の情報記録媒体用結晶化ガラス基板の結晶化ガラスはRAl2O4、R2TiO4、(ただしRはZn、Mg、Feから選択される1種類以上)から選ばれる一種以上を結晶相として含有し、析出結晶の結晶化度が1%〜15%、結晶粒径が0.5nm〜20nmである結晶化ガラスからなる。これらを主結晶相とする結晶化ガラスは結晶がスピネル型構造を示し、スピネル自体のモース硬度が8と優れているため、優れた機械的強度を得ることができ、その結晶化度及び結晶粒径が上述の範囲であると、次世代の情報記録媒体用基板に要求される表面の平滑性とヤング率、ビッカース硬度、破壊靭性等の機械的強度をバランス良く得ることが可能となるのである。前記の効果を得る為には前記結晶化度は2%〜14%がより好ましく、3%〜13%が最も好ましい。同様に前記結晶粒径は0.5nm〜15nmであることがより好ましく、0.5nm〜10nmであることが最も好ましい。同様に、前記効果を得る為には主結晶相の最大粒径は30μm以下が好ましく、20μm以下がより好ましく、15μm以下が最も好ましい。 The crystallized glass of the crystallized glass substrate for the information recording medium of the present invention is a crystal of one or more selected from RAl 2 O 4 , R 2 TiO 4 (where R is one or more selected from Zn, Mg, Fe). It is contained as a phase, and is made of crystallized glass having a crystallinity of 1% to 15% and a crystal grain size of 0.5 nm to 20 nm. Crystallized glass having these as the main crystal phase has a spinel structure, and the spinel itself has an excellent Mohs hardness of 8, so that excellent mechanical strength can be obtained. When the diameter is in the above range, it is possible to obtain a well-balanced surface smoothness and mechanical strength such as Young's modulus, Vickers hardness, and fracture toughness required for the next-generation information recording medium substrate. . In order to obtain the above effect, the crystallinity is more preferably 2% to 14%, and most preferably 3% to 13%. Similarly, the crystal grain size is more preferably 0.5 nm to 15 nm, and most preferably 0.5 nm to 10 nm. Similarly, in order to obtain the above effect, the maximum grain size of the main crystal phase is preferably 30 μm or less, more preferably 20 μm or less, and most preferably 15 μm or less.
ここで、「主結晶相」とはXRD回折においてメインピーク(最も高いピーク)に相応する結晶相をいう。X線回折による分析ではガーナイトとスピネル(MgAl2O4)はピークが同じ角度に現われる為、両者の区別が困難である。これは、R2TiO4の場合も同様であり、これらの場合、結晶化ガラスの組成すなわち原ガラスの組成においてZnO成分とMgO成分の含有量を比較し、ZnO成分が多ければガーナイト(ZnAl2O4)もしくはチタン酸亜鉛化合物(Zn2TiO4)が主結晶相であることが示唆される。 Here, the “main crystal phase” refers to a crystal phase corresponding to a main peak (highest peak) in XRD diffraction. Analysis by X-ray diffraction makes it difficult to distinguish garnite and spinel (MgAl 2 O 4 ) because the peaks appear at the same angle. This is the same case of R 2 TiO 4, in these cases, in the composition i.e. the composition of the raw glass of the crystallized glass to compare the content of ZnO component and MgO component, the more ZnO component gahnite (ZnAl 2 It is suggested that O 4 ) or zinc titanate compound (Zn 2 TiO 4 ) is the main crystal phase.
「結晶化度」とはリートベルト法を用い粉末XRDから得られた回折強度より算出した結晶の量(質量%)を合計すれば得られる。リートベルト法については、日本結晶学会「結晶解析ハンドブック」編集委員会編、「結晶解析ハンドブック」、共立出版株式会社、1999年9月、p.492−499に記載されている方法を用いた。 “Crystallinity” can be obtained by adding up the amount (mass%) of crystals calculated from the diffraction intensity obtained from powder XRD using the Rietveld method. Regarding the Rietveld method, the “Crystal Analysis Handbook” Editorial Committee edited by the Crystallographic Society of Japan, “Crystal Analysis Handbook”, Kyoritsu Publishing Co., Ltd., September 1999, p. The method described in 492-499 was used.
「結晶粒径」とはTEM(透過型電子顕微鏡)により倍率100,000〜500,000倍での任意の部位の画像を取得し、得られた画像に現われた結晶を平行な2直線で挟んだ時の最長距離の平均値とする。このときn数は100とする。
「最大結晶粒径」とはTEM(透過型電子顕微鏡)により倍率100,000〜500,000倍での任意の部位の画像を取得し、得られた画像に現われた結晶を平行な2直線で挟んだ時の最長距離の最大値とする。このときn数は100とする。
“Crystal grain size” means that an image of an arbitrary part at a magnification of 100,000 to 500,000 is acquired with a TEM (transmission electron microscope), and the crystals appearing in the obtained image are sandwiched between two parallel straight lines. It is the average value of the longest distance. At this time, the n number is 100.
“Maximum crystal grain size” means that an image of an arbitrary part at a magnification of 100,000 to 500,000 times is acquired by a TEM (transmission electron microscope), and crystals appearing in the obtained image are expressed by two parallel straight lines. The maximum value of the longest distance when sandwiched. At this time, the n number is 100.
本発明の情報記録媒体用結晶化ガラス基板においては、研磨加工性を悪化させ、化学的耐久性を低下させる結晶である、フォルステライト(Mg2SiO4)、エンスタタイト(MgSiO3)およびこれらの固溶体は含まないことが好ましい。 In the crystallized glass substrate for an information recording medium of the present invention, forsterite (Mg 2 SiO 4 ), enstatite (MgSiO 3 ), and these are crystals that deteriorate the polishing processability and lower the chemical durability. It is preferable not to include a solid solution.
ビッカース硬度は基板表面の硬さを表わす値であり、具体的には以下の方法で測定して得られる値である。すなわち、対面角が136°のダイヤモンド四角すい圧子を加重4.90Nで、15秒間押し込み、試験加重4.90(N)を圧痕のくぼみの長さから算出した表面積(mm2)で割ることにより求められる。測定は(株)明石製作所製微小硬度計MVK−Eを用いることができる。 The Vickers hardness is a value representing the hardness of the substrate surface, and is specifically a value obtained by measurement by the following method. That is, by pressing a diamond square cone indenter with a face angle of 136 ° at a load of 4.90 N for 15 seconds and dividing the test load of 4.90 (N) by the surface area (mm 2 ) calculated from the length of the indentation. Desired. For the measurement, a micro hardness tester MVK-E manufactured by Akashi Seisakusho Co., Ltd. can be used.
破壊靭性(K1C)はSEPB法(JIS R1607)によって得られた値を用いる。
破壊靭性の値K1Cは次世代の情報記録媒体用基板として適用しうる為に1.0以上であることが好ましく、1.1以上であることがより好ましく、1.2以上であることが最も好ましい。
The value obtained by the SEPB method (JIS R1607) is used for the fracture toughness (K 1C ).
The fracture toughness value K 1C is preferably 1.0 or more, more preferably 1.1 or more, and preferably 1.2 or more in order to be applicable as a next-generation information recording medium substrate. Most preferred.
近年の高回転化に対するフラッタニングの影響を極力回避するため、ヤング率が85GPa未満のガラス基板の場合は、例えば2.5インチ対応基板の場合、従来は基板厚みが0.635mmであったのに対し、0.8mmと基板の厚みを増加させることでフラッタニングを防止する傾向にある。このような状況下においては、基板比重がある程度高い値であろうとも、ヤング率の高い基板であれば、基板厚みを従来どおりの0.635mmにて使用することが実現可能な材料が求められている。本発明は、このような状況下においてスピンドルモーターにかかる負荷を低減し、次世代の情報記録媒体用基板として適用しうる比重と機械的強度のバランスを得るために、材料設計における比重値とヤング率の最適化に成功した。 In order to avoid the influence of fluttering on high rotation in recent years as much as possible, in the case of a glass substrate having a Young's modulus of less than 85 GPa, for example, in the case of a 2.5-inch compatible substrate, the substrate thickness has conventionally been 0.635 mm. On the other hand, fluttering tends to be prevented by increasing the thickness of the substrate to 0.8 mm. Under such circumstances, a material capable of being used at a conventional substrate thickness of 0.635 mm is required for a substrate having a high Young's modulus, even if the substrate specific gravity is a somewhat high value. ing. In order to reduce the load applied to the spindle motor under such circumstances and to obtain a balance between specific gravity and mechanical strength that can be applied as a substrate for the next generation information recording medium, Successful rate optimization.
ヤング率について述べる。前記のように、記録密度およびデータ転送速度を向上するために、情報記録媒体ディスク基板の高速回転化が進行しているが、この傾向に対応するには、基板材は高速回転時の撓みによるディスク振動を防止すべく、高剛性、低比重でなければならない。また、ヘッドの接触やリムーバブル記録装置のような携帯型の記録装置に用いた場合においては、それに十分耐え得る機械的強度、高ヤング率、表面硬度を有する事が好ましく、ヤング率を85GPa以上とすることが好ましい。このヤング率は90GPa以上であることがより好ましく、95GPa以上であることが最も好ましい。本発明の情報記録媒体用結晶化ガラス基板は上述の範囲のヤング率を得ることができる。 The Young's modulus is described. As described above, in order to improve the recording density and the data transfer speed, the information recording medium disk substrate has been rotated at a high speed. To cope with this tendency, the substrate material is caused by bending at the time of high-speed rotation. In order to prevent disc vibration, it must have high rigidity and low specific gravity. Further, when used in a portable recording device such as a head contact or a removable recording device, it preferably has mechanical strength, high Young's modulus, and surface hardness that can sufficiently withstand it, and the Young's modulus is 85 GPa or more. It is preferable to do. The Young's modulus is more preferably 90 GPa or more, and most preferably 95 GPa or more. The crystallized glass substrate for an information recording medium of the present invention can obtain a Young's modulus in the above range.
比重について述べる。本発明の結晶化ガラス基板の比重を3.00以下とすることが好ましい。前記のバランスをより良くするためには比重を2.95以下とすることがより好ましく、2.90以下であることが最も好ましい。一方、比重が2.45を下回ると、本発明のガラス組成範囲においては所望の剛性を有する基板は実質上得難いため、比重を2.45以上とすることが好ましく、2.48以上とすることがより好ましく、2.50以上とすることが最も好ましい。本発明の情報記録媒体用結晶化ガラス基板は上述の範囲の比重を得ることができる。 Describe specific gravity. The specific gravity of the crystallized glass substrate of the present invention is preferably 3.00 or less. In order to improve the balance, the specific gravity is more preferably 2.95 or less, and most preferably 2.90 or less. On the other hand, when the specific gravity is less than 2.45, it is substantially difficult to obtain a substrate having a desired rigidity in the glass composition range of the present invention, so the specific gravity is preferably 2.45 or more and preferably 2.48 or more. Is more preferable, and most preferably 2.50 or more. The crystallized glass substrate for an information recording medium of the present invention can obtain a specific gravity in the above range.
情報記録媒体用基板は、単に高剛性であっても比重が大きければ、高速回転時にその重量が大きいことによって撓みが生じ、振動を発生する。逆に低比重でも剛性が小さければ、同様に振動が発生することになる。加えて重量増加により、消費電力が増加してしまう問題がある。また比重を低くし過ぎると、結果として所望の機械的強度を得ることが難しくなる。したがって、高剛性でありながら低比重という一見相反する特性のバランスを取らなければならない。加えて今後の高速回転化に対応するために、その好ましい範囲はヤング率[GPa]/比重で表わされる値が31.4以上であり、より好ましい範囲は32.0以上であり、最も好ましい範囲は3以上である。なお、比弾性率の値は高いほど良いため、上限値は特に規定されない。本発明の情報記録媒体用結晶化ガラス基板は上述の範囲の比の値を得ることができる。 Even if the information recording medium substrate is merely high in rigidity, if the specific gravity is large, the substrate is bent due to its large weight during high-speed rotation and generates vibration. On the other hand, if the rigidity is small even at a low specific gravity, vibration will occur in the same manner. In addition, there is a problem that power consumption increases due to an increase in weight. If the specific gravity is too low, it becomes difficult to obtain a desired mechanical strength as a result. Therefore, it is necessary to balance the seemingly contradictory properties of high rigidity and low specific gravity. In addition, in order to cope with future high-speed rotation, the preferable range is a value expressed by Young's modulus [GPa] / specific gravity of 31.4 or more, and a more preferable range is 32.0 or more, the most preferable range Is 3 or more. In addition, since the value of a specific elastic modulus is so good that it is high, an upper limit is not prescribed | regulated in particular. The crystallized glass substrate for an information recording medium of the present invention can obtain a ratio value in the above range.
SiO2成分は、ガラス網目構造を形成し、化学的安定性の向上や低比重化を達成するためにも必須の含有成分である。その量が40%未満では、得られたガラスの化学的耐久性が乏しく、かつ、他成分含有量の増加に伴い比重が高くなる傾向にあるので、含有量の下限は40%であることが好ましく、41%がより好ましく、42%が好ましい。また、60%を超えると粘性の上昇に伴い溶解、プレス成形が困難になり易く、また、材料の均質性や清澄効果が低下しやすくなるので、含有量の上限は60%とすることが好ましく、59%がより好ましく、58%が最も好ましい。 The SiO 2 component is an essential component for forming a glass network structure and achieving an improvement in chemical stability and a reduction in specific gravity. If the amount is less than 40%, the resulting glass has poor chemical durability, and the specific gravity tends to increase with an increase in the content of other components, so the lower limit of the content may be 40%. Preferably, 41% is more preferable and 42% is preferable. Further, if it exceeds 60%, dissolution and press molding are likely to be difficult as the viscosity increases, and the homogeneity and clarification effect of the material are likely to be lowered. Therefore, the upper limit of the content is preferably 60%. 59% is more preferable, and 58% is most preferable.
Al2O3成分は、原ガラスの熱処理により主結晶相を構成する成分の一つであり、ガラスの安定化、化学的耐久性向上にも寄与する重要な成分であるが、その量が7%未満ではその効果に乏しいので、含有量の下限は7%であることが好ましく、9%がより好ましく、11%が最も好ましい。また20%を超えるとかえって溶解、成形性、耐失透性が悪化し、また、均質性や清澄効果が低下しやすくなるので、含有量の上限は、20%とすることが好ましく、19%がより好ましく、18%が最も好ましい。 The Al 2 O 3 component is one of the components constituting the main crystal phase by heat treatment of the original glass, and is an important component that contributes to stabilization of the glass and improvement of chemical durability. If it is less than%, the effect is poor, so the lower limit of the content is preferably 7%, more preferably 9%, and most preferably 11%. On the other hand, if it exceeds 20%, dissolution, moldability and devitrification resistance are deteriorated, and homogeneity and clarification effect are liable to be lowered. Therefore, the upper limit of the content is preferably 20%, 19% Is more preferred and 18% is most preferred.
RO成分(ただしRはZn、Mg、Feから選択される1種類以上)は、原ガラスの熱処理により主結晶相を構成する成分であり、それぞれガラスの安定化にも寄与する重要な成分であるが、その合計量が乏しいと、現ガラス粘性が高くなり、量産性を損なうこととなり、その上所望の結晶相が得られなくなる。含有量の下限は、5%が好ましく、8%がより好ましく、11%がもっとも好ましい。一方、合計量が35%を超えると、ガラス化が困難となるばかりか、未溶物の析出や失透温度の上昇を招いてしまう。含有量の上限は35%が好ましく、33%がより好ましく、31%が最も好ましい。 The RO component (where R is one or more selected from Zn, Mg, and Fe) is a component that constitutes the main crystal phase by heat treatment of the original glass, and is an important component that also contributes to glass stabilization. However, if the total amount is insufficient, the current glass viscosity becomes high, and the mass productivity is impaired, and furthermore, a desired crystal phase cannot be obtained. The lower limit of the content is preferably 5%, more preferably 8%, and most preferably 11%. On the other hand, when the total amount exceeds 35%, not only vitrification becomes difficult, but also precipitation of insoluble matter and increase in devitrification temperature are caused. The upper limit of the content is preferably 35%, more preferably 33%, and most preferably 31%.
ZnO成分は、原ガラスの熱処理により主結晶相を構成する成分の一つであり、ガラスの低比重化およびヤング率向上に寄与すると共にガラスの低粘性化にも有効である。しかしその含有量が5%未満であると、前記の効果が得られない為、含有量の下限は5%であることが好ましく、6%がより好ましく、8%が最も好ましい。また、ZnO成分の含有量が25%を超えると、原ガラスからの結晶の析出が不安定になり、結晶粒子が粗大化し易くなる為、含有量の上限は25%とすることが好ましく、23%がより好ましく、21%が最も好ましい。 The ZnO component is one of the components constituting the main crystal phase by heat treatment of the original glass, and contributes to lowering the specific gravity and Young's modulus of the glass and is also effective for lowering the viscosity of the glass. However, if the content is less than 5%, the above effect cannot be obtained. Therefore, the lower limit of the content is preferably 5%, more preferably 6%, and most preferably 8%. On the other hand, if the content of the ZnO component exceeds 25%, the precipitation of crystals from the original glass becomes unstable and the crystal grains are likely to be coarsened, so the upper limit of the content is preferably 25%. % Is more preferred and 21% is most preferred.
MgO成分は、ガラスの低比重化およびヤング率向上に寄与する成分であり、ガラスの低粘性化にも有効な任意に添加できる成分である。しかし、その含有量が15%を超えると、原ガラスの比重が高くなり所望のガラスを得にくくなるばかりか、未溶物として析出してしまうことがある。したがって、これらの成分の含有量の上限は、15%とすることが好ましく、14%がより好ましく、13%が最も好ましい。 The MgO component is a component that contributes to lowering the specific gravity of the glass and improving the Young's modulus, and is an optional component that can be optionally added to lower the viscosity of the glass. However, if the content exceeds 15%, the specific gravity of the original glass becomes high and it becomes difficult to obtain the desired glass, and it may be precipitated as an insoluble matter. Therefore, the upper limit of the content of these components is preferably 15%, more preferably 14%, and most preferably 13%.
FeO成分は、原ガラスの熱処理により主結晶相を構成する成分の一つでありAl2O3成分やTiO2成分と共にスピネル系化合物を生成する。また、清澄剤としても作用する化合物であるが、反面、ガラス熔融時に一般的に用いられる白金を合金化させてしまう。よって、含有量の上限は、8%であることが好ましく、6%であることが更に好ましく、4%あることが最も好ましい。 The FeO component is one of the components constituting the main crystal phase by heat treatment of the original glass, and generates a spinel compound together with the Al 2 O 3 component and the TiO 2 component. Moreover, although it is a compound which acts also as a clarifier, platinum generally used at the time of glass melting will be alloyed. Therefore, the upper limit of the content is preferably 8%, more preferably 6%, and most preferably 4%.
TiO2成分はスピネル系化合物を析出させるための核形成の役割を果たし、ガラスのヤング率向上、低粘性化、化学的耐久性の向上に寄与する成分である。加えて、原ガラスの熱処理により主結晶相を構成する成分の一つである。しかし、この成分の添加量が10%を超えるとガラスの比重値が高くなり、更にはガラス化が困難になるため、含有量の上限は10%とすることが好ましく、9%がより好ましく、8%が最も好ましい。
また、TiO2成分の含有量が1%未満であると、熱処理による核形成が生じない為、含有量の下限は1%であることが好ましく、2%がより好ましく、3%が最も好ましい。
The TiO 2 component plays a role of nucleation for precipitating the spinel compound and is a component that contributes to improvement of Young's modulus, low viscosity, and chemical durability of the glass. In addition, it is one of the components constituting the main crystal phase by heat treatment of the raw glass. However, if the added amount of this component exceeds 10%, the specific gravity value of the glass becomes high, and further vitrification becomes difficult, so the upper limit of the content is preferably 10%, more preferably 9%, 8% is most preferred.
If the content of the TiO 2 component is less than 1%, nucleation due to heat treatment does not occur. Therefore, the lower limit of the content is preferably 1%, more preferably 2%, and most preferably 3%.
ZrO2成分もTiO2成分と同様、主結晶相を析出させるための核形成の役割を果たし、ガラスのヤング率向上、化学的耐久性の向上に寄与するため、任意で添加することができるが、この成分の添加量が2%を超えるとガラス溶融時に溶け残りやZrSiO4(ジルコン)が発生しやすく、かつ、ガラス比重が高くなるので、含有量の上限は10%とすることが好ましく、8%がより好ましく、6%が最も好ましい。 ZrO 2 component, like TiO 2 component, plays the role of nucleation for precipitating the main crystal phase and contributes to the improvement of the Young's modulus and chemical durability of the glass, so it can be optionally added. When the addition amount of this component exceeds 2%, undissolved or ZrSiO 4 (zircon) is likely to be generated when the glass is melted, and the glass specific gravity becomes high, so the upper limit of the content is preferably 10%. 8% is more preferable, and 6% is most preferable.
B2O3成分はガラスの低粘性化に寄与し、溶解、成形性を向上するので、任意成分として添加することができる。さらにB2O3成分はガラス内部からの過度の結晶成長を極力抑制することができるため、所望の結晶相をガラス内部に数ミクロンオーダーの微細粒子として析出させることができ、加えてそれを比較的低温の結晶化温度条件にて均一に析出させる点において有効な成分であるため、含有させることが好ましい。この場合の含有量は0.5%以上であることがより好ましく、1.0%以上であることが最も好ましい。しかしこの成分が8%以上であると機械的特性を満足することが困難になり、さらに所望の結晶の析出を抑制してしまう。その上、原ガラスが分相しやすくガラス化が困難になるので、含有量の上限を8%未満とすることが好ましい。より好ましい上限値は7%である。 The B 2 O 3 component contributes to lowering the viscosity of the glass and improves melting and moldability, so it can be added as an optional component. Furthermore, since the B 2 O 3 component can suppress excessive crystal growth from the inside of the glass as much as possible, the desired crystal phase can be precipitated as fine particles on the order of several microns inside the glass. Since it is an effective component in that it precipitates uniformly under a low crystallization temperature condition, it is preferably contained. In this case, the content is more preferably 0.5% or more, and most preferably 1.0% or more. However, if this component is 8% or more, it becomes difficult to satisfy the mechanical properties, and the precipitation of desired crystals is further suppressed. In addition, it is preferable that the upper limit of the content be less than 8% because the original glass is likely to phase separate and vitrification becomes difficult. A more preferred upper limit is 7%.
R’2O成分(但しRはLi、Na、Kから選ばれる1種以上)は、ガラスの低粘度化、成形性向上、均質性向上をもたらす成分である。また、R’2O成分を含有させることにより、基板成形後に表面のアルカリ金属イオンを交換し、付加的な特性を付与することが出来る。R’2O成分の含有量(Li2O、Na2O、及びK2Oの各成分の合計)が2%未満であると、上記の効果を得ることが出来ない為、含有量の下限は2%であることが好ましい。また、情報記録媒体用基板は表面からのアルカリ成分の溶出を制限する必要がある為、アルカリ成分溶出量を必要最小限にする為にR’2O成分の含有量の上限は15%が好ましく、13%がより好ましく、11%が最も好ましい。 The R ′ 2 O component (where R is one or more selected from Li, Na, and K) is a component that brings about low viscosity of glass, improved formability, and improved homogeneity. Further, by containing the R ′ 2 O component, it is possible to exchange the alkali metal ions on the surface after forming the substrate and to impart additional characteristics. When the content of the R ′ 2 O component (total of each component of Li 2 O, Na 2 O and K 2 O) is less than 2%, the above effect cannot be obtained, so the lower limit of the content Is preferably 2%. In addition, since it is necessary to limit the elution of the alkali component from the surface of the information recording medium substrate, the upper limit of the content of the R ′ 2 O component is preferably 15% in order to minimize the elution amount of the alkali component. 13% is more preferable, and 11% is most preferable.
Li2O、Na2O、及びK2Oの各成分の個々の含有量について説明する。
Li2O成分は任意で含有できる成分であるが、多量に含有すると所望の結晶相を得難くなるためにその上限は2%であることが好ましい。
Na2O成分は任意で含有できる成分であるが、多量に含有すると所望の結晶相を得難くなるために、その上限は15%であることが好ましく、12%であることがより好ましく、10%であることが最も好ましい。
K2O成分は任意で含有できる成分であるが、多量に含有すると所望の結晶相を得難くなるために、その上限は10%であることが好ましく、8%であることがより好ましく5%であることが最も好ましい。
ここで、Na2O成分は、他アルカリ成分と比較して所望の結晶相を析出させる上で過度に結晶が析出してしまうなどの悪影響をもたらしにくい成分であると同時に、材料の化学的耐久性を良好に保ちつつ、溶融塩への浸漬による基板の化学強化を促進するためには重要な成分であるのでR’2O成分として少なくともNa2O成分を含むことがより好ましい。
The individual contents of each component of Li 2 O, Na 2 O, and K 2 O will be described.
The Li 2 O component can be optionally contained, but if it is contained in a large amount, it becomes difficult to obtain a desired crystal phase, so the upper limit is preferably 2%.
The Na 2 O component can be optionally contained, but if it is contained in a large amount, it becomes difficult to obtain a desired crystal phase. Therefore, the upper limit is preferably 15%, more preferably 12%. % Is most preferred.
The K 2 O component can be optionally contained, but if it is contained in a large amount, it becomes difficult to obtain a desired crystal phase. Therefore, the upper limit is preferably 10%, more preferably 8%. Most preferably.
Here, the Na 2 O component is a component that is less prone to adverse effects such as excessive precipitation of crystals when the desired crystal phase is precipitated as compared with other alkali components, and at the same time, the chemical durability of the material. It is more preferable to include at least a Na 2 O component as the R ′ 2 O component because it is an important component for promoting chemical strengthening of the substrate by immersion in molten salt while maintaining good properties.
CaO成分は、ガラスの低比重化およびヤング率向上に寄与する成分であり、ガラスの低粘性化にも有効であるので任意成分として添加することができる。しかし、CaO成分が15%を超えると、原ガラスの比重が高くなり所望のガラスを得にくくなる。したがって、これらの成分の含有量の上限は15%が好ましく、12%がより好ましく、9%が最も好ましい。 The CaO component is a component that contributes to lowering the specific gravity of the glass and improving the Young's modulus, and is effective in lowering the viscosity of the glass, so it can be added as an optional component. However, when the CaO component exceeds 15%, the specific gravity of the original glass increases and it becomes difficult to obtain the desired glass. Therefore, the upper limit of the content of these components is preferably 15%, more preferably 12%, and most preferably 9%.
BaO成分やSrO成分は、ガラスの低粘性化と化学的耐久性向上、機械的向上に有効な成分としてMgO、CaO等と同様の働きをする反面、ガラス比重が高くなる傾向にあるため、それぞれの含有量の上限を5%とすることが好ましく、4%とすることがより好ましく、3%とすることが最も好ましい。 BaO component and SrO component have the same function as MgO, CaO, etc. as effective components for lowering glass viscosity and improving chemical durability and mechanical improvement, but the glass specific gravity tends to increase. The upper limit of the content is preferably 5%, more preferably 4%, and most preferably 3%.
P2O5成分は、ガラスのクラック進展を抑制する効果を奏するため、ビッカース硬度の上昇に寄与することができる。かつ、低粘性化に寄与するとともにSiO2との共存により原ガラスの溶融、清澄性を向上させることができる。これらの効果を得るためにP2O5成分は任意で含有させることができ、0.2%以上含有させることがより好ましく、0.4%以上含有させることが最も好ましい。しかしながら、この成分を過剰に添加するとガラス化し難くなり、失透や分相が発生しやすくなるので、含有量の上限は7%とすることが好ましく、6%がより好ましく、5%が最も好ましい。 The P 2 O 5 component has an effect of suppressing the progress of cracks in the glass, and thus can contribute to an increase in Vickers hardness. Moreover, it contributes to lowering the viscosity and can improve the melting and clarifying properties of the original glass by coexistence with SiO 2 . In order to obtain these effects, the P 2 O 5 component can be optionally contained, more preferably 0.2% or more, and most preferably 0.4% or more. However, when this component is added excessively, vitrification becomes difficult and devitrification and phase separation are likely to occur. Therefore, the upper limit of the content is preferably 7%, more preferably 6%, and most preferably 5%. .
情報記録媒体用基板に要求される物性を維持しつつ、高い清澄効果を得るためには、主たる清澄成分として、SnO2成分、CeO2成分から選ばれる1種以上の成分を含有することが好ましい。高い清澄効果を得るためには、酸化物基準でSnO2成分、CeO2成分、または両者の合計の含有量の下限が0.01%であることが好ましく、0.1%であることがより好ましく、0.15%であることが最も好ましい。
一方、機械的強度を維持しつつ、比重を低くし、高い清澄効果を得て、かつダイレクトプレス時のリボイル抑制効果を高めるためには、SnO2成分またはCeO2成分から選択される1種以上の含有量の上限は1%が好ましく、0.7%がより好ましく、0.5%が最も好ましい。
In order to obtain a high clarification effect while maintaining the physical properties required for the information recording medium substrate, it is preferable to contain at least one component selected from SnO 2 component and CeO 2 component as the main clarification component. . In order to obtain a high clarification effect, the lower limit of the total content of SnO 2 component, CeO 2 component, or both on the oxide basis is preferably 0.01%, more preferably 0.1% Preferably, 0.15% is most preferable.
On the other hand, one or more selected from SnO 2 component or CeO 2 component is used to maintain the mechanical strength, to lower the specific gravity, to obtain a high clarification effect and to enhance the reboil suppression effect at the time of direct pressing. The upper limit of the content of is preferably 1%, more preferably 0.7%, and most preferably 0.5%.
As2O3成分やSb2O3成分およびCl−、NO−、SO2−、F−成分は清澄剤として作用するが、環境上有害となりうる成分であり、その使用は控えるべきである。本発明のガラスはAs2O3成分やSb2O3成分を含有しなくても清澄効果を得る事ができるし、これら成分と本願の清澄剤成分を添加した場合、清澄剤同士で清澄効果が相殺されてしまうことになる。
また、PbO成分は環境上有害となるうえに、ガラスの比重が大きくなってしまう為に含まないことが好ましい。本発明のガラスはPbO成分を含まなくても結晶の過大な析出を防止し、溶融性の向上や成型時のガラス安定性が良好となる。
Cs2O成分は原料コストが高く、イオン半径が大きく化学強化が困難であるため含まないことが好ましい。
As 2 O 3 component, Sb 2 O 3 component and Cl − , NO − , SO 2− and F − components act as fining agents, but they can be harmful to the environment, and their use should be avoided. The glass of the present invention can obtain a clarification effect even if it does not contain an As 2 O 3 component or an Sb 2 O 3 component, and when these components and the clarifier component of the present application are added, the clarification effect is achieved between the clarifiers. Will be offset.
The PbO component is preferably not included because it is harmful to the environment and the specific gravity of the glass increases. Even if the glass of the present invention does not contain a PbO component, excessive precipitation of crystals is prevented, and the melting property is improved and the glass stability during molding is improved.
The Cs 2 O component is preferably not included because the raw material cost is high, the ionic radius is large, and chemical strengthening is difficult.
Gd2O3、La2O3、Y2O3、Nb2O5、Ga2O3、WO3成分はガラスの低粘性化、ヤング率向上による機械的特性の向上、耐熱性向上に寄与するため、任意成分として添加することができるが、添加量の増加は比重の上昇や原料コストの上昇も招く。従って、その量はこれら成分のうち1種以上の合計量が5%までで充分であり、合計量が5%を超えると比重及びヤング率、比剛性率を満足できなくなる。したがって、これら成分の合計量の上限は5%とすることが好ましく、4%がより好ましく、3%が最も好ましい。 Gd 2 O 3 , La 2 O 3 , Y 2 O 3 , Nb 2 O 5 , Ga 2 O 3 , and WO 3 components contribute to lowering the viscosity of glass, improving mechanical properties by improving Young's modulus, and improving heat resistance Therefore, although it can be added as an optional component, an increase in the amount added causes an increase in specific gravity and an increase in raw material cost. Accordingly, the total amount of one or more of these components is sufficient up to 5%. If the total amount exceeds 5%, the specific gravity, Young's modulus and specific rigidity cannot be satisfied. Therefore, the upper limit of the total amount of these components is preferably 5%, more preferably 4%, and most preferably 3%.
ガラスの着色成分として用いられるV、Cu、Mn、Cr、Co、Mo、Ni、Te、Pr、Nd、Er,Eu、Sm等の成分は、それらの成分に起因する蛍光特性を利用してガラスの種類を判別し、製造所等において他の種類のガラスとの混合防止目的のために添加させることが可能であるが、比重の上昇、原料コスト上昇、ガラス形成能力の低下を招くため、その量はこれら成分のうち1種以上の合計量が5%までで充分である。従って、これら成分の合計量の上限は酸化物基準で5%とすることが好ましく、4%がより好ましく、3%が最も好ましい。 Components such as V, Cu, Mn, Cr, Co, Mo, Ni, Te, Pr, Nd, Er, Eu, and Sm, which are used as coloring components of glass, are obtained by utilizing the fluorescence characteristics resulting from these components. Can be added for the purpose of preventing mixing with other types of glass at a factory, etc., but this causes an increase in specific gravity, an increase in raw material costs, and a decrease in glass forming ability. The total amount of one or more of these components is sufficient up to 5%. Therefore, the upper limit of the total amount of these components is preferably 5% on the oxide basis, more preferably 4%, and most preferably 3%.
本発明の結晶化ガラス基板は、基板表面に存在するイオンよりイオン半径の大きい他の成分と置換することにより基板表面に成膜した磁性膜へのアルカリマイグレーションによるダメージを抑制することができる。
また、基板端面部の加工時に生じたマイクロクラックを基点とした基板の破損を抑制することができる。
特にアルカリマイグレーションの原因となるのは磁性膜等が成膜されない基板の端面部からのアルカリ成分溶出が原因となることが多い。
このため特に基板端面部付近のLi含有量を減少させることが好ましく、前記情報記録媒体用ガラス基板の端面から中心方向に内部へ5μmまでの領域(以下「端面領域」という)におけるLi成分の酸化物基準による含有割合α%と、前記情報記録媒体用ガラス基板の2つの主表面から厚み方向へ5μm以上内部の領域であって前記基板の端面から中心方向に内部へ5μmを超える領域(以下「内部領域」という)のLi成分の酸化物基準による含有割合β%の比率α/βがα/β≦1であることが好ましい。
Liを含有しない組成の場合、Na含有量を上記の方法で確認すればよい。
実際の測定においては例えば端面領域と内部領域における一部のガラスをサンプリングしLi含有量をICP−AES法による方法を主として用いればよい。
The crystallized glass substrate of the present invention can suppress damage due to alkali migration to the magnetic film formed on the substrate surface by substituting with other components having an ion radius larger than the ions present on the substrate surface.
In addition, it is possible to suppress the breakage of the substrate based on the microcracks generated during the processing of the substrate end face.
In particular, alkali migration is often caused by elution of alkali components from the end face of the substrate on which a magnetic film or the like is not formed.
For this reason, it is particularly preferable to reduce the Li content in the vicinity of the end face of the substrate, and oxidation of the Li component in the region up to 5 μm inward from the end face of the glass substrate for information recording medium (hereinafter referred to as “end face region”). The content ratio α% based on the physical standard and a region that is 5 μm or more in the thickness direction from the two main surfaces of the glass substrate for information recording medium and that exceeds 5 μm in the center direction from the end surface of the substrate (hereinafter “ It is preferable that the ratio α / β of the content ratio β% of the Li component in the “internal region”) is α / β ≦ 1.
In the case of a composition not containing Li, the Na content may be confirmed by the above method.
In actual measurement, for example, a part of glass in the end face region and the inner region may be sampled, and the Li content may be mainly used by the ICP-AES method.
実際の製造においては研磨加工後の基板をイオン交換処理により、Li+やNa+を他の成分、例えばNa+やK+に置換することによりLi又はNa成分の含有割合を上記のものとすることができる。結晶化ガラスの場合は、析出結晶によりあらかじめ機械的特性が高いのに加え、イオン交換処理によりより望ましい強度を得ることができる。この場合、結晶化ガラス基板の2つの主表面のイオン交換処理(化学強化)による圧縮応力層が30μm未満でも十分な強度を得ることができる。 In actual production, the substrate after polishing is subjected to ion exchange treatment, and Li + or Na + is replaced with other components, for example, Na + or K + , so that the content ratio of Li or Na component is set to the above. be able to. In the case of crystallized glass, in addition to high mechanical properties in advance due to precipitated crystals, more desirable strength can be obtained by ion exchange treatment. In this case, sufficient strength can be obtained even if the compressive stress layer formed by ion exchange treatment (chemical strengthening) on the two main surfaces of the crystallized glass substrate is less than 30 μm.
また、本発明のガラス基板は表面に圧縮応力層を設けることにより、機械的強度をより向上させる効果を得られる。 Moreover, the glass substrate of this invention can acquire the effect which improves a mechanical strength more by providing a compressive-stress layer in the surface.
圧縮応力層の形成方法としては、例えば圧縮応力層形成前のガラス基板の表面層に存在するアルカリ成分よりもイオン半径の大きなアルカリ成分とで交換反応させることによる化学強化法がある。また、ガラス基板を加熱し、その後急冷する熱強化法、ガラス基板の表面層にイオンを注入するイオン注入法がある。 As a method for forming the compressive stress layer, for example, there is a chemical strengthening method by performing an exchange reaction with an alkali component having an ionic radius larger than that of the alkali component present in the surface layer of the glass substrate before forming the compressive stress layer. Further, there are a heat strengthening method in which a glass substrate is heated and then rapidly cooled, and an ion implantation method in which ions are implanted into the surface layer of the glass substrate.
化学強化法としては、例えばカリウム又はナトリウムを含有する塩、例えば硝酸カリウム(KNO3)、硝酸ナトリウム(NaNO3)またはその複合塩の溶融塩に300〜600℃の温度にて0.1〜12時間浸漬する。これにより、基板表面付近のガラス成分に存在するリチウム成分(Li+イオン)がLiよりもイオン半径の大きなアルカリ成分であるナトリウム成分(Na+イオン)もしくはカリウム成分(K+イオン)との交換反応、または、基板表面付近のガラス成分に存在するナトリウム成分(Na+イオン)よりもイオン半径の大きなアルカリ成分であるカリウム成分との交換反応が進行し、これにより結晶化ガラスの容積増加が起こりガラス基板表面層中に圧縮応力が発生し、その結果、衝撃特性の指標であるリング曲げ強度が増加する。 As the chemical strengthening method, for example, a salt containing potassium or sodium, for example, potassium nitrate (KNO 3 ), sodium nitrate (NaNO 3 ), or a molten salt thereof is used at a temperature of 300 to 600 ° C. for 0.1 to 12 hours. Immerse. As a result, the lithium component (Li + ion) present in the glass component near the substrate surface exchanges with a sodium component (Na + ion) or potassium component (K + ion), which is an alkali component having an ionic radius larger than that of Li. Alternatively, an exchange reaction with a potassium component which is an alkali component having an ionic radius larger than that of a sodium component (Na + ion) present in the glass component near the substrate surface proceeds, thereby increasing the volume of crystallized glass. Compressive stress is generated in the substrate surface layer, and as a result, the ring bending strength, which is an index of impact characteristics, increases.
熱強化法については特に限定されないが、例えばガラス基板を、300℃〜600℃に加熱した後に水冷および/または空冷等の急速冷却を実施することにより、ガラス基板の表面と内部の温度差によって生じる圧縮応力層を形成することができる。尚、上記化学処理法と組み合わせることにより圧縮応力層をより効果的に形成することができる。 Although it does not specifically limit about the heat-strengthening method, For example, it heats from 300 degreeC-600 degreeC, and then implements rapid cooling, such as water cooling and / or air cooling, and arises by the temperature difference between the surface of a glass substrate and an inside. A compressive stress layer can be formed. In addition, a compression stress layer can be formed more effectively by combining with the above chemical treatment method.
本発明の情報記録媒体用ガラス基板はより具体的には以下の方法で製造する。
まず、上記の組成範囲のガラス構成成分を有する様に酸化物、炭酸塩、硝酸塩等の原料を混合し、白金や石英等の坩堝を使用した通常の溶解装置を用いて、ガラス融液の粘度が1.5〜3.0dPa・sとなる温度で溶解する。
次にガラス融液の温度を、粘度が1.0〜2.3dPa・s、好ましくは1.2〜2.2dPa・sとなる温度まで昇温し、ガラス融液内に泡を発生させ撹拌効果を引き起こし均質度を向上させる。
その後、ガラス融液の温度を、粘度が1.8〜2.6dPa・s、好ましくは2.0〜2.5dPa・sとなる温度まで降温し、ガラス内部に発生していた泡の消泡、清澄を行い、その後この温度を維持する。
More specifically, the glass substrate for an information recording medium of the present invention is produced by the following method.
First, mix the raw materials such as oxides, carbonates and nitrates so as to have the glass components in the above composition range, and use a normal melting apparatus using a crucible such as platinum or quartz, the viscosity of the glass melt Dissolves at a temperature of 1.5 to 3.0 dPa · s.
Next, the temperature of the glass melt is raised to a temperature at which the viscosity becomes 1.0 to 2.3 dPa · s, preferably 1.2 to 2.2 dPa · s, and bubbles are generated in the glass melt and stirred. Causes effects and improves homogeneity.
Thereafter, the temperature of the glass melt is lowered to a temperature at which the viscosity becomes 1.8 to 2.6 dPa · s, preferably 2.0 to 2.5 dPa · s, and the defoaming of bubbles generated inside the glass is eliminated. Clarify, then maintain this temperature.
上記の条件で作製した溶融ガラスを下型に滴下し、上下型で溶融ガラスをプレス(ダイレクトプレス)することによって厚さ0.7mm〜1.2mm程度のディスク状に成形する。具体的にはプレス成形型の上型の温度を300±100℃、好ましくは300±50℃、下型の温度をガラスのTg±50℃、好ましくはTg±30℃に設定する。
さらに坩堝からプレス成型形へガラスを導くためのガラス流出パイプの温度を、ガラスの粘度が2.0〜2.6dPa・s、好ましくは2.1〜2.5dPa・sとなる温度に設定し、前記下型上に所定量のガラスを滴下し、上型と下型を接近させプレスし、ガラス成形体を得る。
情報記録媒体用基板の製造においては、1枚あたりのコスト低減が求められるため、プレススピード150〜700mm/sec、サイクルタイム(プレス開始後次のプレス開始までの時間)1〜2secという高速でプレスするが、このようなプレス時の衝撃においても本発明のガラスを使用し、ガラス融液の温度と製造装置の温度を上記の様に管理することで、プレス時のリボイルの発生を抑制することが可能となる。
The molten glass produced under the above conditions is dropped onto the lower mold, and the molten glass is pressed (direct press) with the upper and lower molds to form a disk having a thickness of about 0.7 mm to 1.2 mm. Specifically, the upper mold temperature is set to 300 ± 100 ° C., preferably 300 ± 50 ° C., and the lower mold temperature is set to Tg ± 50 ° C., preferably Tg ± 30 ° C. of the glass.
Furthermore, the temperature of the glass outlet pipe for guiding the glass from the crucible to the press-molded shape is set to a temperature at which the viscosity of the glass is 2.0 to 2.6 dPa · s, preferably 2.1 to 2.5 dPa · s. Then, a predetermined amount of glass is dropped on the lower mold, and the upper mold and the lower mold are brought close to each other and pressed to obtain a glass molded body.
In manufacturing information recording medium substrates, cost reduction per sheet is required, so press speeds of 150 to 700 mm / sec, cycle time (time from the start of press to the start of the next press) of 1 to 2 sec. However, even in such an impact during pressing, the glass of the present invention is used, and by controlling the temperature of the glass melt and the temperature of the manufacturing apparatus as described above, the occurrence of reboil during pressing can be suppressed. Is possible.
そのほか円柱状に成形したガラス体をスライスする方法、フロート法によって作製したガラスシートを円形に切り抜く方法などでも製造することができる。但し、生産効率の点ではダイレクトプレスによる製造が最も好ましい。 In addition, it can also be produced by a method of slicing a glass body formed into a cylindrical shape, a method of cutting out a glass sheet produced by a float method, or the like. However, the production by direct press is most preferable in terms of production efficiency.
次に得られたディスク状のガラスを熱処理により結晶を生成させる。この熱処理は2段階の温度で熱処理することが好ましい。すなわちまず第1の温度で熱処理し核形成工程を行い、この核形成工程の後に核形成工程より高い第2の温度で熱処理することにより結晶成長工程を行う。
この結晶化工程においてはディスク状のセラミックス製セッターとディスク状ガラスを交互に積み重ね、セッターで挟み込む(セッターの枚数はガラスの枚数+1枚である)とディスクの平坦度を向上するので好ましい。
本発明の析出結晶の粒径、結晶化度とする為に好ましい熱処理の条件は以下の通りである。
第1の熱処理の最高温度は600℃〜750℃が好ましい。第1段階の熱処理を省略しても良い。第2段階の熱処理の最高温度は650℃〜850℃が好ましい。
第1の温度の保持時間は1時間〜10時間が好ましい。
第2の温度の保持時間は1時間〜10時間が好ましい。
Next, crystals are produced from the obtained disk-shaped glass by heat treatment. This heat treatment is preferably performed at two stages. That is, first, a nucleation step is performed by heat treatment at a first temperature, and after this nucleation step, a crystal growth step is performed by heat treatment at a second temperature higher than the nucleation step.
In this crystallization process, it is preferable that the disk-shaped ceramic setter and the disk-shaped glass are alternately stacked and sandwiched between the setters (the number of setters is the number of glass + 1) because the flatness of the disk is improved.
In order to obtain the grain size and crystallinity of the precipitated crystal of the present invention, preferable heat treatment conditions are as follows.
The maximum temperature of the first heat treatment is preferably 600 ° C to 750 ° C. The first stage heat treatment may be omitted. The maximum temperature of the second stage heat treatment is preferably 650 ° C to 850 ° C.
The holding time of the first temperature is preferably 1 hour to 10 hours.
The holding time of the second temperature is preferably 1 hour to 10 hours.
次に中央部分への孔空け、外周部および内周部の端面研削等形状加工を施し、公知の方法でラッピング加工、研磨加工を施せば良い。従来のガーナイトを主結晶相とする結晶化ガラスは硬度が高い為に、主表面を鏡面加工する際にはジルコニア、アルミナ、ダイヤモンド砥粒などの硬度の高い遊離砥粒を用いる必要があり、加工時間も長時間を要していた。さらにその仕上がり面は硬度の高い遊離砥粒を使用している為にスクラッチが生じやすく、Raで2Å以下の表面性状を得ることは非常に困難であった。本発明の結晶化ガラス基板はコロイダルシリカ、酸化セリウムなどの安価な遊離砥粒を用いて研磨することが可能であり、加工時間も短時間(30分〜90分)で済む。本発明によれば、現在確立された研磨等の加工方法を用いることにより、Raで2Å以下の表面性状を得ることができる。また、研磨加工時の残留研磨材除去のために、例えばフッ酸等の酸やアルカリで洗浄した場合においてもRaで2Å以下の表面性状を維持することができる。 Next, shape processing such as perforation to the central portion, end face grinding of the outer peripheral portion and the inner peripheral portion, and the like, and lapping processing and polishing processing may be performed by a known method. Conventional crystallized glass with garnite as the main crystal phase has high hardness, so it is necessary to use free abrasive grains with high hardness such as zirconia, alumina, diamond abrasive grains when mirroring the main surface. It took a long time. Furthermore, since the finished surface uses loose abrasive grains with high hardness, scratches are likely to occur, and it was very difficult to obtain a surface texture with an Ra of 2 mm or less. The crystallized glass substrate of the present invention can be polished using inexpensive free abrasive grains such as colloidal silica and cerium oxide, and the processing time can be short (30 to 90 minutes). According to the present invention, by using a currently established processing method such as polishing, it is possible to obtain a surface property of 2 mm or less in Ra. Further, in order to remove the residual abrasive during polishing, for example, even when the substrate is washed with an acid such as hydrofluoric acid or an alkali, the surface property of 2 mm or less can be maintained.
次に本発明の好適な実施例について説明する。 Next, preferred embodiments of the present invention will be described.
本発明の上記実施例のガラスは、いずれも酸化物、炭酸塩の原料を混合し、これを石英製もしくは白金製の坩堝を用いて約1250〜1450℃の温度で溶解し原料となるバッチを溶け残りが発生しないよう充分溶解した後、約1350〜1500℃の温度に昇温後、1,450〜1,250℃の温度まで降温し、ガラス内部に発生していた泡の消泡、清澄化を行った。その後、温度を維持したまま所定量のガラスを流出しダイレクトプレス方式により上型の温度を300±100℃、下型の温度をTg±50℃に設定した上、ディスク状に成形して、冷却しガラス成形体を得た。次いで得られたガラス成形体を上述の方法でラッピングおよび研磨、研磨剤除去のためのフッ酸洗浄を行い、情報記録媒体用の基板を得た。この時の基板の表面粗度Ra(算術平均粗さ)はすべて2Å以下であった。なお、表面粗度Ra(算術平均粗さ)は原子間力顕微鏡(AFM)にて測定した。 The glass of the above embodiment of the present invention is prepared by mixing raw materials of oxide and carbonate, and melting the raw material using a quartz or platinum crucible at a temperature of about 1250 to 1450 ° C. After sufficiently dissolving so as not to cause unmelted residue, the temperature is raised to a temperature of about 1350 to 1500 ° C. and then lowered to a temperature of 1,450 to 1,250 ° C., and the bubbles generated inside the glass are removed. Made. After that, a predetermined amount of glass flows out while maintaining the temperature, and the upper mold temperature is set to 300 ± 100 ° C. and the lower mold temperature is set to Tg ± 50 ° C. by direct press method. A glass molded body was obtained. Subsequently, the obtained glass molded body was lapped, polished and washed with hydrofluoric acid for removing the abrasive by the above-mentioned method to obtain a substrate for an information recording medium. At this time, the surface roughness Ra (arithmetic mean roughness) of the substrate was all 2 mm or less. The surface roughness Ra (arithmetic average roughness) was measured with an atomic force microscope (AFM).
表1〜表10に実施例1〜53、参考例1〜8および比較例1〜3の結晶化ガラス組成(質量%)、プレス成形後の基板の比重、ビッカース硬度、ヤング率、ヤング率の比重に対する比(E/ρ)、25℃〜100℃における平均線膨張係数(α)、結晶化度(質量%)、結晶粒径(nm)、最大結晶粒径(nm)を示す。
また、平均線膨張係数はJOGIS(日本光学硝子工業会規格)16−2003「光学ガラスの常温付近の平均線膨張係数の測定方法」に則り、温度範囲を25℃から100℃に換えて測定した値をいう。
比重はアルキメデス法、ヤング率は超音波法を用いて測定した。
ビッカース硬度は対面角が136°のダイヤモンド四角すい圧子を用いて、試験面にピラミッド形状のくぼみをつけたときの荷重(N)を、くぼみの長さから算出した表面積(mm2)で割った値で示した。(株)明石製作所製微小硬度計MVK−Eを用い、試験荷重は4.90(N)、保持時間15(秒)で行った。
In Tables 1 to 10, the crystallized glass compositions (mass%) of Examples 1 to 53, Reference Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 3, specific gravity of the substrate after press molding, Vickers hardness, Young's modulus, Young's modulus The ratio to specific gravity (E / ρ), average linear expansion coefficient (α) at 25 ° C. to 100 ° C., crystallinity (mass%), crystal grain size (nm), and maximum crystal grain size (nm) are shown.
The average linear expansion coefficient was measured by changing the temperature range from 25 ° C. to 100 ° C. according to JOGIS (Japan Optical Glass Industry Association Standard) 16-2003 “Measurement Method of Average Linear Expansion Coefficient of Optical Glass Near Room Temperature”. Value.
Specific gravity was measured using Archimedes method, and Young's modulus was measured using ultrasonic method.
The Vickers hardness was obtained by dividing a load (N) when a pyramid-shaped depression was made on a test surface by using a diamond square cone indenter having a facing angle of 136 ° by a surface area (mm 2 ) calculated from the length of the depression. Indicated by value. Using a micro hardness tester MVK-E manufactured by Akashi Seisakusho Co., Ltd., the test load was 4.90 (N) and the holding time was 15 (seconds).
実施例6の破壊靱性(K1C)は1.7であった。また、実施例11の破壊靱性(K1C)は2.0であった。 The fracture toughness (K 1C ) of Example 6 was 1.7. Moreover, the fracture toughness (K 1C ) of Example 11 was 2.0.
HDD用基板は、ダイレクトプレス法により作成されたガラスを所望の熱処理後、中央部分への孔加工及び内外周の研削工程、研磨工程および、両面研削、研磨工程を経て磁性膜や下地膜など成膜される前段階の状態となる。また、この基板には化学強化処理が施される場合がある。この化学強化処理に関しては、
(1)全ての研磨工程後の基板に直接処理を実施する場合
(2)基板内外周の研削、研磨、面研削工程終了の後に化学強化を実施し、その後研磨工程を実施する場合(この場合は主に内周と外周に化学強化層が存在する)
(3)基板内周の研削、研磨、外周の研削及び面研削工程終了の後に化学強化を実施し、その後、外周の研磨及び両面研磨を実施する場合(この場合は主に内周に化学強化層が存在する)
等、多様な方法が考えられる。基板のリング曲げ強度に最も影響を及ぼすのは、内周面であるため、基板のリング曲げ強度を向上させるには、(1)、(2)、(3)いずれの処理方法も有効である。以下に示す実施例54〜57は、(1)の方法を用いた。実施例58、59は(3)の方法を用いた。
The substrate for HDDs is formed by direct pressing, and after a desired heat treatment, a hole is formed in the central portion, and the inner and outer peripheral grinding processes, the polishing process, the double-sided grinding process, and the polishing process are performed to form a magnetic film, a base film, and the like. The state before the film is formed. In addition, this substrate may be subjected to a chemical strengthening process. Regarding this chemical strengthening treatment,
(1) When processing directly on the substrate after all polishing steps (2) When chemical strengthening is performed after grinding, polishing, and surface grinding steps on the inner and outer peripheries of the substrate, and then the polishing step is performed (in this case) Are mainly chemically strengthened layers on the inner and outer circumferences)
(3) When chemical strengthening is performed after the inner circumference grinding, polishing, outer circumference grinding and surface grinding process, and then outer circumference polishing and double-side polishing are performed (in this case, mainly chemical strengthening on the inner circumference) There is a layer)
Various methods are conceivable. Since the inner peripheral surface has the most influence on the ring bending strength of the substrate, any of the processing methods (1), (2), and (3) are effective for improving the ring bending strength of the substrate. . In Examples 54 to 57 shown below, the method (1) was used. In Examples 58 and 59, the method (3) was used.
(実施例54)
実施例6の2.5インチHDD用研磨基板(65φ×0.635mmt)を400℃の硝酸カリウムと硝酸ナトリウムの混合塩(KNO3:NaNO3=1:3)に0.25時間浸漬し、表面に圧縮応力層を形成した。この基板はリング曲げ強度が圧縮応力層形成前(450MPa)の3倍に向上していることが確認された。なお、リング曲げ強度とは、直径が65mmで厚み0.635mmの薄い円板状試料を作成し、円形の支持リングと荷重リングにより該円板状試料の強度を測定する同心円曲げ法で測定した曲げ強度をいう。また、破壊靱性(K1C)は、2.3に向上していることが確認された。
(Example 54)
The 2.5-inch HDD polishing substrate (65φ × 0.635 mmt) of Example 6 was immersed in a mixed salt of potassium nitrate and sodium nitrate (KNO 3 : NaNO 3 = 1: 3) at 400 ° C. for 0.25 hour to obtain a surface. A compressive stress layer was formed. It was confirmed that the ring bending strength of this substrate was improved to 3 times that before the compression stress layer was formed (450 MPa). The ring bending strength was measured by a concentric bending method in which a thin disk sample having a diameter of 65 mm and a thickness of 0.635 mm was prepared, and the strength of the disk sample was measured with a circular support ring and a load ring. Refers to bending strength. It was also confirmed that the fracture toughness (K 1C ) was improved to 2.3.
(実施例55)
実施例6の2.5インチHDD用研磨基板(65φ×0.635mmt)を400℃の硝酸カリウム塩(KNO3)に0.5時間浸漬し、表面に圧縮応力層を形成した。この基板はリング曲げ強度が圧縮応力層形成前(450MPa)の4倍に向上していることが確認された。また、破壊靱性(K1C)は、2.4に向上していることが確認された。
(Example 55)
The 2.5-inch HDD polishing substrate (65φ × 0.635 mmt) of Example 6 was immersed in 400 ° C. potassium nitrate (KNO 3 ) for 0.5 hours to form a compressive stress layer on the surface. It was confirmed that the ring bending strength of this substrate was improved four times that before the compression stress layer was formed (450 MPa). It was also confirmed that the fracture toughness (K 1C ) was improved to 2.4.
(実施例56)
実施例6の2.5インチHDD用研磨基板(65φ×0.635mmt)を300℃〜600℃に加熱した後に空冷法で急速冷却を実施し、表面に圧縮応力層を形成した。この基板はリング曲げ強度、破壊靱性(K1C)が向上していることが確認された。
(Example 56)
The 2.5-inch HDD polishing substrate (65φ × 0.635 mmt) of Example 6 was heated to 300 ° C. to 600 ° C. and then rapidly cooled by an air cooling method to form a compressive stress layer on the surface. This substrate was confirmed to have improved ring bending strength and fracture toughness (K 1C ).
(実施例57)
また、実施例11の2.5インチHDD用研磨基板(65φ×0.635mmt)を公知の方法で作製し、400℃の硝酸カリウムと硝酸ナトリウムの混合塩(KNO3:NaNO3=1:3)に0.25時間浸漬し、表面に圧縮応力層を形成した。この基板はリング曲げ強度が圧縮応力層形成前(470MPa)の2〜3倍に向上していることが確認された。破壊靱性(K1C)は、2.2に向上していることが確認された。
(Example 57)
A 2.5-inch HDD polishing substrate (65φ × 0.635 mmt) of Example 11 was prepared by a known method, and a mixed salt of potassium nitrate and sodium nitrate at 400 ° C. (KNO 3 : NaNO 3 = 1: 3). For 0.25 hour to form a compressive stress layer on the surface. It was confirmed that the ring bending strength of this substrate was improved by 2 to 3 times before formation of the compressive stress layer (470 MPa). It was confirmed that the fracture toughness (K 1C ) was improved to 2.2.
(実施例58)
また、実施例52の2.5インチHDD用基板を500℃の硝酸カリウム塩(KNO3)に0.17時間浸漬し、表面に圧縮応力層を形成した。この基板はリング曲げ強度が圧縮応力層形成前(450MPa)の5倍に向上していることが確認された。また、破壊靱性(K1C)は、4.0であることが確認された。ガラス基板の強化によるNa+からK+への置換領域をSEM/EDX装置により求めた結果、3.0μmであった。
(Example 58)
Further, the 2.5-inch HDD substrate of Example 52 was immersed in potassium nitrate (KNO 3 ) at 500 ° C. for 0.17 hours to form a compressive stress layer on the surface. It was confirmed that the ring bending strength of this substrate was improved 5 times that before the compression stress layer was formed (450 MPa). The fracture toughness (K 1C ) was confirmed to be 4.0. It was 3.0 micrometers as a result of calculating | requiring the substitution area | region from Na <+> to K < +> by reinforcement | strengthening of a glass substrate with the SEM / EDX apparatus.
(実施例59)
また、実施例52の2.5インチHDD用基板を500℃の硝酸カリウムと硝酸ナトリウムの混合塩(KNO3:NaNO3=1:1)に0.17時間浸漬し、表面に圧縮応力層を形成した。この基板はリング曲げ強度が圧縮応力層形成前(450MPa)の2倍に向上していることが確認された。また、破壊靱性(K1C)は、4.0であることが確認された。ガラス基板の強化によるNa+からK+への置換領域をSEM/EDX装置により求めた結果、2.0μmであった。
(Example 59)
In addition, the 2.5-inch HDD substrate of Example 52 was immersed in a mixed salt of potassium nitrate and sodium nitrate (KNO 3 : NaNO 3 = 1: 1) at 500 ° C. for 0.17 hours to form a compressive stress layer on the surface. did. It was confirmed that the ring bending strength of this substrate was improved to twice that before the compression stress layer was formed (450 MPa). The fracture toughness (K 1C ) was confirmed to be 4.0. It was 2.0 micrometers as a result of calculating | requiring the substitution area | region from Na <+> to K < +> by reinforcement | strengthening of a glass substrate with the SEM / EDX apparatus.
(実施例60)
実施例6の結晶化ガラス組成について2.5インチHDD用研磨基板(65φ×0.635mmt)を公知の方法で化学強化処理工程を含む研磨工程を経て作製し、基板表面をAFMにて3μm2視野にて観察したところ、Ra1.24Å、Rq1.57Å、Rmax35.21Å、マイクロウェービネス(μWa)0.56Åであり、次世代HDD用基板に求められる表面性状として極めて優れていることが確認された。
(Example 60)
Regarding the crystallized glass composition of Example 6, a 2.5-inch HDD polishing substrate (65φ × 0.635 mmt) was prepared by a known method through a polishing step including a chemical strengthening treatment step, and the substrate surface was 3 μm 2 by AFM. When observed in the field of view, Ra 1.24 mm, Rq 1.57 mm, Rmax 35.21 mm, and micro waveness (μWa) 0.56 mm, confirming that the surface properties required for next-generation HDD substrates are extremely excellent. It was.
マイクロウェービネス(μWa)は、磁気記録媒体の電磁変換特性に影響を与える要素のひとつであり、電磁変換特性を優れたものにするためには、前記マイクロウェービネスは、Ra同様低減が必要である。
マイクロウェービネスの測定は、一例として、基板上下面の0°、90°、180°、270°方向における周方向において、光干渉法(装置名;Micro XAM)によりバンドパスフィルター 50〜200nmの条件にて実施する方法が挙げられる。実測定はその限りではない。
Microwaveness (μWa) is one of the factors that affect the electromagnetic conversion characteristics of magnetic recording media. In order to improve the electromagnetic conversion characteristics, the microwaveness needs to be reduced as well as Ra. is there.
For example, the measurement of the micro waveness is performed under the condition of a band pass filter of 50 to 200 nm by the optical interferometry (device name: Micro XAM) in the circumferential direction in the 0 °, 90 °, 180 °, and 270 ° directions of the upper and lower surfaces of the substrate The method implemented by is mentioned. Actual measurement is not limited to this.
(実施例61)
また、上記の実施例により得られた基板に、DCスパッタ法により、クロム合金下地層、コバルト合金磁性層を成膜し、さらにダイヤモンドライクカーボン層を形成し、次いでパーフルオロポリエーテル系潤滑剤を塗布して、情報磁気記録媒体を得た。
(Example 61)
Further, a chromium alloy underlayer and a cobalt alloy magnetic layer are formed on the substrate obtained by the above-described example by DC sputtering, and further a diamond-like carbon layer is formed, and then a perfluoropolyether lubricant is added. This was coated to obtain an information magnetic recording medium.
本発明の磁気記録媒体用基板等の基板は、面記録密度を大きくすることができ、記録密度の向上するために基板自体を高回転化しても、撓みや変形が発生することがなく、この回転による振動が低減され、振動や撓みによるデータ読み取りのエラー数(TMR)を低下させることになる。その上、耐衝撃特性に優れているため、特にモバイル用途等の情報記録媒体としてヘッドクラッシュ、基板の破壊が発生しにくく、その結果、優れた安定動作性、磁気記録再生特性を示すこととなる。 The substrate such as the magnetic recording medium substrate of the present invention can increase the surface recording density, and even if the substrate itself is rotated at a high speed in order to improve the recording density, there is no occurrence of bending or deformation. Vibration due to rotation is reduced, and the number of data reading errors (TMR) due to vibration and deflection is reduced. In addition, since it has excellent impact resistance characteristics, it is unlikely to cause head crashes and substrate breakage as an information recording medium particularly for mobile applications, and as a result, exhibits excellent stable operation and magnetic recording / reproducing characteristics. .
Claims (15)
SiO2:40〜60%、および
Al2O3:7〜20%、および
RO:5〜35%(ただしRはZn、Mg、Feから選択される1種類以上)
の各成分を含有する請求項1に記載の情報記録媒体用結晶化ガラス基板。 The crystallized glass is mass% based on oxide,
SiO 2: 40~60%, and Al 2 O 3: 7~20%, and RO: 5 to 35% (wherein R is one or more selected Zn, Mg, from Fe)
The crystallized glass substrate for an information recording medium according to claim 1, comprising each of the components.
ZnO成分を5〜25%含有する請求項1または2に記載の情報記録媒体用結晶化ガラス基板。 The crystallized glass is mass% based on oxide,
The crystallized glass substrate for an information recording medium according to claim 1 or 2, which contains 5 to 25% of a ZnO component.
TiO2:1〜15%
を含有する請求項1から3のいずれかに記載の情報記録媒体用結晶化ガラス基板。 The crystallized glass is mass% based on oxide,
TiO 2: 1~15%
The crystallized glass substrate for information recording media according to any one of claims 1 to 3, comprising:
Li2O:0〜5%、および/または
K2O:0〜10%、
の各成分を含有する請求項1から4のいずれかに記載の情報記録媒体用結晶化ガラス基板。 The crystallized glass is mass% based on oxide,
Li 2 O: 0-5%, and / or K 2 O: 0-10%,
The crystallized glass substrate for information recording media according to any one of claims 1 to 4, comprising each of the following components.
P2O5:0〜7%、および/または
B2O3:0%以上8%未満、および/または
MgO:0〜15%、および/または
CaO:0〜15%、および/または
SrO:0〜5%、および/または
BaO:0〜5%、および/または
FeO:0〜8%、および/または
ZrO2:0〜10%
の各成分を含有する請求項1から5のいずれかに記載の情報記録媒体用結晶化ガラス基板。 The crystallized glass is mass% based on oxide,
P 2 O 5: 0~7%, and / or B 2 O 3: 0% or more and less than 8%, and / or MgO: 0 to 15% and / or CaO: 0 to 15% and / or SrO: 0-5%, and / or BaO: 0 to 5%, and / or FeO: 0 to 8% and / or ZrO 2: 0%
The crystallized glass substrate for information recording media according to any one of claims 1 to 5, comprising each of the following components.
SiO2:40〜60%、および
Al2O3:7〜20%、および
RO:5〜35%(ただしRはZn、Mg、Feから選択される1種類以上)、および
Na2O:2.00〜15%
の各成分を含有し、
R’2Oの含有量が2〜15%であるガラス基板(ただし、R’はLi、Na、Kから選ばれる1種以上であり、R’2Oを2%含有するものを除く)を作製する工程と、
前記ガラス基板を600℃〜750℃で1〜10時間、その後、650℃〜800℃で1〜10時間熱処理することにより、RAl2O4、R2TiO4、(ただしRはZn、Mg、Feから選択される1種類以上)から選ばれる一種以上の結晶を析出させる工程を含む情報記録媒体用結晶化ガラス基板の製造方法。 SiO 2 : 40 to 60%, and Al 2 O 3 : 7 to 20%, and RO: 5 to 35% (wherein R is one or more selected from Zn, Mg, Fe) , and Na 2 O: 2.00~15%
Each component of,
A glass substrate having a content of R ′ 2 O of 2 to 15% (provided that R ′ is one or more selected from Li, Na, and K, excluding those containing 2% of R ′ 2 O). A manufacturing process;
By heat-treating the glass substrate at 600 ° C. to 750 ° C. for 1 to 10 hours and then at 650 ° C. to 800 ° C. for 1 to 10 hours, RAl 2 O 4 , R 2 TiO 4 (where R is Zn, Mg, A method for producing a crystallized glass substrate for an information recording medium, comprising a step of precipitating one or more crystals selected from one or more selected from Fe).
前記ガラス基板の2つの主表面に存在するイオン交換領域を削除する工程を有する請求項14に記載の情報記録媒体用ガラス基板の製造方法。 Substituting other ions having an ion radius larger than the alkali ions present on the surface of the crystallized glass substrate for the information recording medium to produce an ion exchange region;
The manufacturing method of the glass substrate for information recording media of Claim 14 which has the process of deleting the ion exchange area | region which exists in two main surfaces of the said glass substrate.
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