專(zhuān)利名稱(chēng)：用于信息記錄介質(zhì)的玻璃基片及使用該基片的信息記錄介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于信息記錄介質(zhì)的玻璃基片(下面簡(jiǎn)稱(chēng)為“玻璃基片”)，更具體而言，涉及用作信息記錄介質(zhì)基片如磁盤(pán)、磁光盤(pán)、DVD或MD的玻璃基片。
背景技術(shù)：
通常，用于固定設(shè)備如臺(tái)式計(jì)算機(jī)和服務(wù)器的磁盤(pán)通常基于鋁合金制成的基片，而在便攜式設(shè)備如筆記本電腦和可移動(dòng)計(jì)算機(jī)中使用的那些磁盤(pán)通?；诓Ａе瞥傻幕Ｈ欢?，鋁合金易于變形，硬度不足以在拋光后的基材表面提供滿(mǎn)意的表面光滑度。此外，當(dāng)磁頭與磁盤(pán)進(jìn)行機(jī)械接觸時(shí)，磁性薄膜容易從基片上脫落。由于這些原因，期望能提供足夠薄膜光滑度和高機(jī)械強(qiáng)度的玻璃制成的基片能越來(lái)越多地不僅用于便攜式設(shè)備，而且能用于固定設(shè)備和其它家用信息設(shè)備。
一種已知類(lèi)型的玻璃基片是由化學(xué)增強(qiáng)玻璃制成的基片，其中在基片表面的堿性元素被其它堿性元素取代，以產(chǎn)生壓縮應(yīng)變，從而提高機(jī)械強(qiáng)度。在制造化學(xué)增強(qiáng)玻璃時(shí)，通常在拋光過(guò)程之后進(jìn)行化學(xué)增強(qiáng)過(guò)程，經(jīng)過(guò)化學(xué)增強(qiáng)處理的玻璃基片作為最終產(chǎn)品不需要進(jìn)行任何進(jìn)一步處理就能完好無(wú)損地進(jìn)行貨運(yùn)。這就需要對(duì)玻璃基片進(jìn)行拋光，達(dá)到比最終要求更高的平整度，以慮及因?yàn)榛瘜W(xué)處理導(dǎo)致其平整度不可避免地降低。此外，如果玻璃基片由于化學(xué)處理而發(fā)生變形，則只能作為有缺陷的次品而放棄。這樣很難達(dá)到高產(chǎn)率。為解決這些問(wèn)題，例如，專(zhuān)利公報(bào)1提出一種方法，從提高生產(chǎn)率和相關(guān)結(jié)果角度，首先使玻璃基片進(jìn)行化學(xué)增強(qiáng)處理，然后進(jìn)行拋光。
專(zhuān)利公報(bào)1JP-A-2000-76652(于2000年3月14日公開(kāi))發(fā)明內(nèi)容由本發(fā)明解決的問(wèn)題然而，根據(jù)上述公報(bào)中提出的方法，雖然在化學(xué)增強(qiáng)過(guò)程之后進(jìn)行的拋光過(guò)程中主表面上的增強(qiáng)層被拋光除去，但是拋光后仍留下預(yù)定厚度的增強(qiáng)層。因此，如果拋光后留下的增強(qiáng)層不平整，會(huì)降低幾何質(zhì)量如平整度。為防止這種現(xiàn)象，玻璃基片的上表面和下表面必須均勻拋光，這就要求高精度的拋光技術(shù)。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于信息記錄介質(zhì)的玻璃基片，所述玻璃基片不需要高精度拋光技術(shù)具有優(yōu)良的幾何精確度如平整度，并具有高強(qiáng)度。
本發(fā)明另一個(gè)目的是提供一種用于信息記錄介質(zhì)的玻璃基片，所述玻璃基片具有優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度和耐久性，并允許高密度記錄。
解決問(wèn)題的方法為達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面，在用于信息記錄介質(zhì)的化學(xué)增強(qiáng)的玻璃基片中，通過(guò)化學(xué)增強(qiáng)形成的增強(qiáng)層在外側(cè)表面和內(nèi)側(cè)表面上，但在形成信息記錄層的表面(下面，這種表面也稱(chēng)作“記錄表面”)上基本沒(méi)有增強(qiáng)層。應(yīng)注意到，在本說(shuō)明書(shū)中，化學(xué)增強(qiáng)指在低于玻璃基片的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度范圍，通過(guò)以更大離子半徑的離子強(qiáng)度靠近玻璃表面存在的離子，在玻璃基片表面產(chǎn)生壓縮應(yīng)變。
在此，為穩(wěn)定形成適當(dāng)厚度的增強(qiáng)層，并為了高機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)耐久性，本發(fā)明的玻璃基片在其記錄表面含有以下玻璃組分40-75重量％SiO2；3-20重量％Al2O3；0-8重量％(包括0重量％)B2O3；總量為5-15重量％的R2O化合物，其中R＝Li、Na和K；SiO2+Al2O3+B2O3達(dá)60-90重量％；0-20重量％(包括0重量％)R’O化合物，其中R’＝Mg、Ca、Sr、Ba和Zn；以及總量為0-15重量％(包括0重量％)的TiO2+ZrO2+LnxOy，其中LnxOy表示至少一種選自鑭系金屬氧化物、Y2O3、NB2O5和Ta2O5的化合物，并滿(mǎn)足以下條件1.5＜Al2O3/B2O3，或B2O3＝0％。下面，除非特別指出，則“％”指“重量％”。
本發(fā)明的玻璃基片較好的比彈性模量E/ρ大于或等于30，維克斯硬度Hv在450-650范圍，堿洗脫(elution)A小于或等于350ppb/2.5-英寸盤(pán)，Si洗脫S小于或等于500ppb/2.5英寸盤(pán)，斷裂韌性Kc大于或等于0.80MPa/m1/2。
本說(shuō)明書(shū)中，采用維克斯硬度測(cè)試器，并按照下面所示公式，根據(jù)維克斯壓痕器在以下條件下產(chǎn)生的壓痕測(cè)定斷裂韌性Kc500克負(fù)荷，載荷時(shí)間15秒(參見(jiàn)圖3)。
Kc＝0.018(E/Hv)1/2(P/C3/2)＝0.026E1/2P1/2a/C3/2式中，Kc表示斷裂韌性(Pa·m1/2)，E表示彈性模量(Pa)，Hv表示維克斯硬度(Pa)，P表示加壓負(fù)荷(N)，C表示平均裂紋長(zhǎng)度的一半(m)，“a”表示壓痕平均對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度的一半(m)。Si洗脫S和堿洗脫A采用以下方式進(jìn)行測(cè)定首先對(duì)增強(qiáng)玻璃基片的記錄表面進(jìn)行拋光制成2.5英寸盤(pán)，然后將該盤(pán)浸在50毫升80℃逆滲透膜水中24小時(shí)，然后用ICP發(fā)射光譜化學(xué)分析儀對(duì)洗脫液進(jìn)行分析。因此，此堿洗脫液是Li、Na和K的總洗脫液。比彈性模量(E/ρ)等于楊式模量E除于比重ρ。楊氏模量E采用在JIS(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))R 1602中確定的測(cè)定細(xì)陶瓷彈性方法中包括的測(cè)定彈性動(dòng)態(tài)模量的方法進(jìn)行測(cè)定，比重ρ采用基于阿基米德原理的方法在25℃蒸餾水中進(jìn)行測(cè)定。采用維克斯硬度器，在以下條件測(cè)定維克斯硬度Hv100克負(fù)荷，載荷時(shí)間為15秒。
根據(jù)本發(fā)明另一方面，信息記錄介質(zhì)具有上述結(jié)構(gòu)的玻璃基片，并具有在該玻璃基片上形成的信息層。
本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明用于信息記錄介質(zhì)的玻璃基片在其外側(cè)表面和內(nèi)側(cè)表面上形成一層增強(qiáng)層。具有這種結(jié)構(gòu)的本發(fā)明用于信息記錄介質(zhì)的玻璃基片具有較高的有效強(qiáng)度，因此在外側(cè)表面或內(nèi)側(cè)表面不易發(fā)生破壞或損壞。此外，玻璃基片具有優(yōu)良的抗沖擊性，因此在制造加工和其它過(guò)程中不易破碎。即使玻璃基片碎裂，未必會(huì)大范圍散射造成對(duì)過(guò)程的污染。此外，在形成信息記錄層的表面上基本沒(méi)有增強(qiáng)層，玻璃基片的平整度高，表面光滑度高。在將玻璃基片成形信息記錄介質(zhì)時(shí)這些有助于達(dá)到高密度記錄。
本發(fā)明的信息記錄介質(zhì)中，在玻璃基片上形成信息記錄層。以這種結(jié)構(gòu)，可以使制造過(guò)程中的破損盡可能小，因此提高了產(chǎn)率。此外，能提高記錄介質(zhì)的耐久性和可靠性。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明圖1示出本發(fā)明玻璃基片的制造過(guò)程的例子。
圖2示出本發(fā)明信息記錄介質(zhì)一個(gè)例子的透視圖。
圖3示意性示出用維克斯壓痕器在玻璃基片表面施壓時(shí)產(chǎn)生的壓痕和裂紋。
圖4示出環(huán)形彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)的概要。
附圖標(biāo)記表1 玻璃基片
2 磁性膜D 磁盤(pán)11 上表面(記錄表面)12 下表面(記錄表面)13 增強(qiáng)層實(shí)施本發(fā)明的最佳方式本發(fā)明人注意到玻璃基片通常從其內(nèi)側(cè)表面或外側(cè)表面開(kāi)始破壞或破碎，經(jīng)過(guò)深入研究，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過(guò)對(duì)玻璃基片的內(nèi)側(cè)表面和外側(cè)表面進(jìn)行化學(xué)增強(qiáng)形成增強(qiáng)層，而在其上表面和下表面即記錄表面上不形成增強(qiáng)層，能有效防止玻璃基片的破損和破碎，并使玻璃基片由于化學(xué)增強(qiáng)而使幾何精度如平整度下降最小。這些發(fā)現(xiàn)使本發(fā)明人完成了本發(fā)明。
具體而言，在玻璃基片發(fā)生破壞或破碎的內(nèi)側(cè)表面和外側(cè)表面形成增強(qiáng)層。這些有助于提高玻璃基片的強(qiáng)度。另一方面，在記錄表面上不形成增強(qiáng)層。這將有助于將增強(qiáng)層引起的玻璃基片形狀變化減至最小。
本發(fā)明中，通過(guò)將玻璃基片浸在加熱到低于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度的硝酸鹽熔體中，來(lái)達(dá)到增強(qiáng)。這會(huì)使玻璃表面存在的離子被具有較大離子半徑的離子取代，從而在玻璃基片產(chǎn)生壓縮應(yīng)變，達(dá)到增強(qiáng)目的。用于化學(xué)增強(qiáng)的熔體例如是硝酸鉀、硝酸鈉、碳酸鉀等的熔鹽，一種或多種上述鹽的混合物的熔鹽，或一種或多種上述鹽與含Cu、Ag、Rb、Cs等離子的鹽的混合物的熔鹽。
通過(guò)化學(xué)過(guò)程形成的增強(qiáng)層厚度可以通過(guò)控制加熱化學(xué)增強(qiáng)熔體的溫度以及玻璃基片浸在所述熔體中持續(xù)的時(shí)間來(lái)調(diào)節(jié)，可由下面所述實(shí)施例(參見(jiàn)表2)來(lái)理解。熔體溫度越高，浸入持續(xù)的時(shí)間越長(zhǎng)，增強(qiáng)層越厚。為使玻璃基片達(dá)到最高強(qiáng)度和使拋光所需的時(shí)間最短之間的最佳平衡，增強(qiáng)層厚度宜在3-20微米范圍。考慮到玻璃基片的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度來(lái)適當(dāng)確定加熱化學(xué)增強(qiáng)熔體的溫度，該溫度較好在280-660℃范圍，更好為320-500℃。浸入的持續(xù)時(shí)間較好為0.1小時(shí)至幾十小時(shí)。
為通過(guò)化學(xué)增強(qiáng)，在玻璃基片的內(nèi)側(cè)表面或外側(cè)表面上形成增強(qiáng)層，但在其上表面和下表面即記錄表面上不形成增強(qiáng)層，首先將玻璃基片浸在化學(xué)增強(qiáng)熔體中，然后對(duì)上表面和下表面進(jìn)行拋光，除去這些表面上的增強(qiáng)層；或者，首先在上表面和下表面涂敷掩模物質(zhì)，然后將玻璃基片浸在化學(xué)增強(qiáng)熔體，只露出玻璃基片的內(nèi)側(cè)表面和外側(cè)表面。這兩種方法之間，為了獲得較高生產(chǎn)率，推薦通過(guò)拋光進(jìn)行除去。下面，將說(shuō)明通過(guò)拋光除去上表面和下表面上的增強(qiáng)層。
圖1示出玻璃基片的制造過(guò)程。將玻璃塊切出預(yù)定厚度的片，用切割機(jī)從該玻璃片上切出玻璃基片1，具有同心內(nèi)側(cè)表面和外側(cè)表面(圖1(a))。在此，最好對(duì)玻璃基片1的內(nèi)側(cè)面和外側(cè)面進(jìn)行倒角或圓化。對(duì)圖1所示的玻璃基片1進(jìn)行倒角。最后，在玻璃基片的上表面11和下表面12上形成信息記錄層2(圖2所示)。然后，將該玻璃基片浸在加熱到預(yù)定溫度的硝酸鹽熔體中持續(xù)預(yù)定的時(shí)間，在玻璃基片1所有露出的表面上形成增強(qiáng)層13(圖1(b))。然后，對(duì)玻璃基片1的上表面11和下表面12進(jìn)行拋光，拋光深度大于增強(qiáng)層13的厚度，除去在玻璃基片1的上表面11和下表面12上形成的增強(qiáng)層(圖1(c))。在此，拋光深度宜為增強(qiáng)層厚度的約2-10倍?？刹捎萌魏我阎姆椒ㄟM(jìn)行拋光，例如，通過(guò)用刷進(jìn)行拋光或用拋光物質(zhì)進(jìn)行拋光。拋光物質(zhì)的例子包括氧化鈰、氧化鉻、氧化鋯和氧化鈦。
本發(fā)明的玻璃基片可含有任何組分。但是，為穩(wěn)定形成適當(dāng)厚度的增強(qiáng)層，以及為高機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)耐久性，本發(fā)明的玻璃基片宜在其記錄表面上含有以下玻璃組分40-75重量％SiO2；3-20重量％Al2O3；0-8重量％(包括0重量％)B2O3；總量為5-15重量％的R2O化合物，其中R＝Li、Na和K；SiO2+Al2O3+B2O3達(dá)60-90重量％；總量為0-20重量％(包括0重量％)R’O化合物，其中R’＝Mg、Ca、Sr、Ba和Zn；以及總量為0-15重量％(包括0重量％)的TiO2+ZrO2+LnxOy，其中LnxOy表示至少一種選自鑭系金屬氧化物、Y2O3、NB2O5和Ta2O5的化合物，并滿(mǎn)足以下條件1.5＜Al2O3/B2O3，或B2O3＝0％。
下面，說(shuō)明對(duì)組分設(shè)定這些限定的依據(jù)。
首先，SiO2是形成玻璃基質(zhì)的組分。SiO2含量小于40重量％，玻璃的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。不僅會(huì)降低玻璃的化學(xué)耐久性，還會(huì)降低玻璃熔體的粘度性質(zhì)，使玻璃難以成形。另一方面，SiO2含量大于75％，玻璃的熔度降低。這樣會(huì)降低生產(chǎn)率并且不可能獲得足夠的剛性。因此，SiO2的優(yōu)選范圍為40-75％。更好約為50-72％。
Al2O3進(jìn)入到玻璃基質(zhì)中，用來(lái)穩(wěn)定玻璃結(jié)構(gòu)和提高玻璃的化學(xué)耐久性。Al2O3含量小于3％，則玻璃結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不足，在增強(qiáng)過(guò)程中不能穩(wěn)定進(jìn)行離子交換。另一方面，Al2O3含量大于20％，玻璃的熔度降低，降低了生產(chǎn)率。因此，Al2O3的優(yōu)選范圍為3-20％。更優(yōu)選5-18％。
B2O3提高了玻璃的熔度，從而提高生產(chǎn)率。此外，B2O3進(jìn)入玻璃基質(zhì)并用來(lái)穩(wěn)定玻璃結(jié)構(gòu)和提高玻璃的化學(xué)耐久性。B2O3含量大于8％，玻璃顯示差的熔體粘度性質(zhì)并因此難以成形。此外，玻璃熔體顯示高揮發(fā)性。這些因素極大降低了生產(chǎn)率和穩(wěn)定性。因此，B2O3的優(yōu)選范圍為小于或等于8％(包括0％)。更優(yōu)選小于或等于6％。
上述三種組分(SiO2、Al2O3和B2O3)是玻璃的關(guān)鍵組分，它們的總含量小于60％時(shí)，玻璃為脆性結(jié)構(gòu)。另一方面，如果該總含量大于90％，玻璃的熔度降低，生產(chǎn)率下降。因此，這些玻璃組分的優(yōu)選總含量為60-90％，更優(yōu)選68-88％。
堿金屬氧化物R2O(R＝Li、Na和K)提高了玻璃的熔度，并提高了生產(chǎn)率。堿金屬氧化物總含量小于5％時(shí)，對(duì)熔度提高不足，玻璃基片通過(guò)離子交換不能達(dá)到充分增強(qiáng)。另一方面，堿金屬氧化物總含量大于15％時(shí)，過(guò)量的堿金屬氧化物分散在整個(gè)玻璃骨架中，增加了堿洗脫并大大降低化學(xué)耐久性。此外，在增強(qiáng)過(guò)程中，離子交換反應(yīng)進(jìn)行過(guò)度，使得難以控制增強(qiáng)層的厚度。因此，堿金屬氧化物的總含量?jī)?yōu)選在5-15％范圍。更優(yōu)選7-16％。此外，所謂混合的堿效應(yīng)能有助于堿洗脫，為達(dá)到這種效應(yīng)，優(yōu)選各堿金屬氧化物含量下限為0.5％。
二價(jià)金屬氧化物R’O(R’＝Mg、Ca、Sr、Ba和Zn)提高了玻璃的剛性，提高玻璃的熔度并穩(wěn)定玻璃的結(jié)構(gòu)。R’O總含量大于20％時(shí)，玻璃具有不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致熔體生產(chǎn)率低和化學(xué)耐久性低。因此，優(yōu)選的R’O含量為小于或等于20％。更優(yōu)選的R’O總含量的上限是18％。下面給出各R’O組分的優(yōu)選含量。
MgO提高了玻璃的剛性并提高其熔度。MgO含量等于20％時(shí)，玻璃具有不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，降低了熔體生產(chǎn)率和玻璃的化學(xué)耐久性。因此，MgO的優(yōu)選范圍為0-19％。更優(yōu)選的上限是18％。
CaO提高了玻璃的線(xiàn)性熱膨脹系數(shù)以及玻璃的剛性，并提高其熔度。CaO含量大于10％時(shí)，玻璃具有不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，降低了熔體生產(chǎn)率和玻璃的化學(xué)耐久性。因此，CaO的優(yōu)選范圍為0-10％。更優(yōu)選的上限是9％。
SrO提高了玻璃的線(xiàn)性熱膨脹系數(shù)，穩(wěn)定了玻璃結(jié)構(gòu)，并提高玻璃的熔度。SrO含量大于8％時(shí)，玻璃具有不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。因此，SrO的優(yōu)選范圍為0-8％。更優(yōu)選的上限是6％。
BaO具有和SrO相同的效應(yīng)。BaO含量大于8％時(shí)玻璃具有不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。因此，BaO的優(yōu)選含量范圍為0-8％。更優(yōu)選上限為6％。
ZnO提高了玻璃的化學(xué)穩(wěn)定劑和剛性，并提高了玻璃的熔度。當(dāng)ZnO含量大于6％時(shí)，玻璃具有不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，降低了熔體生產(chǎn)率和玻璃的化學(xué)耐久性。因此，ZnO含量的優(yōu)選范圍為0-6％。更優(yōu)選的上限是5％。
TiO2增強(qiáng)了玻璃的結(jié)構(gòu)，提高其剛性，并且提高玻璃的熔度。ZrO2增強(qiáng)了玻璃的結(jié)構(gòu)，提高其剛性，并增強(qiáng)了玻璃的化學(xué)耐久性。LnxOy增強(qiáng)了玻璃的結(jié)構(gòu)，提高其剛性和韌性。在此，LnxOy表示至少一種選自鑭系金屬氧化物、Y2O3、NB2O5和Ta2O5的化合物。鑭系金屬氧化物包括組成為L(zhǎng)n2O3、LnO等的不同類(lèi)型化合物，鑭系金屬的例子有La，Ce，Er，Pr，Nd，Pm，Sm，Eu，Gd，Tb，Dy，Ho，Tm，Yb和Lu。TiO2+ZrO2+LnxOy的總含量大于15％時(shí)，玻璃不穩(wěn)定，韌性明顯下降，玻璃不透明的可能性增大，導(dǎo)致極低的生產(chǎn)率。因此，這些玻璃組分的優(yōu)選總含量為小于或等于15％。更優(yōu)選的范圍是0.5-13％。
本發(fā)明中使用的玻璃組成中，當(dāng)B2O3含量不為零時(shí)，Al2O3/B2O3必須大于1.5。Al2O3/B2O3等于或小于1.5時(shí)，玻璃具有脆性結(jié)構(gòu)，所具有的韌性不足。此外，在增強(qiáng)過(guò)程中，不能進(jìn)行穩(wěn)定的離子交換。
在本發(fā)明的玻璃組分中還可以加入小于或等于2％的澄清劑如SB2O3。按需要，可以加入任何其它通常了解的玻璃組分，只要這些組分不會(huì)有損于本發(fā)明產(chǎn)生的效果。
采用任何已知的常規(guī)制造方法，例如下面的方式，由上述玻璃組分制造本發(fā)明的玻璃基片。將玻璃組分的原料即相應(yīng)于各組分的氧化物、碳酸鹽、硝酸鹽、氫氧化物等按照要求的比例以粉末形式充分混合，獲得原料的摻混物。將該摻混物投入例如鉑坩鍋中，坩鍋置于加熱至1300-1550℃的電爐內(nèi)，在坩鍋內(nèi)，摻混物首先熔化和澄清，然后攪拌使之均勻。然后，將熔化的玻璃倒入一個(gè)預(yù)熱的模具中慢慢冷卻，以形成玻璃塊。接下來(lái)，將該玻璃塊再加熱到接近其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，然后慢慢冷卻以進(jìn)行增強(qiáng)。將制成的玻璃塊切出片，用芯鉆從該片上切割出玻璃基片，使玻璃基片具有同心外側(cè)邊和內(nèi)側(cè)邊。或者，通過(guò)加壓成形將熔融玻璃成形為片。
本發(fā)明的玻璃基片較好滿(mǎn)足以下性能。首先，本發(fā)明的玻璃基片的比彈性模量E/ρ優(yōu)選大于或等于30。對(duì)沒(méi)有經(jīng)過(guò)增強(qiáng)處理的玻璃基片，其機(jī)械強(qiáng)度取決于其剛性。因此，玻璃基片的比彈性模量小于30時(shí)，基片的機(jī)械強(qiáng)度不足，當(dāng)安裝在硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)上的玻璃基片受到來(lái)自外部的沖擊時(shí)，玻璃基片很可能在它固定的硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)部件上破損。更優(yōu)選的比彈性模量E/ρ為大于或等于31。
本發(fā)明的玻璃基片的維克斯硬度Hv優(yōu)選在450-650范圍，維克斯硬度小于450時(shí)，基片很容易因受到?jīng)_擊而破損并在制造過(guò)程受到破壞。另一方面，維克斯硬度高于650會(huì)降低玻璃基片在拋光過(guò)程的拋光速度，其表面難以達(dá)到要求的平整度，并且很難通過(guò)帶的紋理(tape texture)拋光來(lái)調(diào)整基片的表面形狀，或通過(guò)擦洗修整表面缺陷，或在拋光后進(jìn)行其它處理?；木S克斯硬度例如通過(guò)調(diào)整可以控制在上述范圍，只要所需性能沒(méi)有下降，按這種方式的組分比例能提高離子填充因子。更優(yōu)選的維克斯硬度Hv的下限為500，更優(yōu)選的上限為630。
本發(fā)明的玻璃基片的堿洗脫A優(yōu)選小于或等于350ppb/2.5-英寸盤(pán)。將堿洗脫A大于350ppb的玻璃基片用于信息記錄介質(zhì)時(shí)，在玻璃基片表面上形成的記錄膜如磁性膜由于堿組分從基片洗脫而降解。更優(yōu)選的堿洗脫A為小于或等于320ppb。
本發(fā)明玻璃基片的Si洗脫S優(yōu)選小于或等于500ppb/2.5英寸盤(pán)。因?yàn)镾iO2是玻璃結(jié)構(gòu)的主要組分，Si洗脫S是玻璃基片水密性即基片對(duì)水穩(wěn)定性的一個(gè)標(biāo)志。Si洗脫S大于500ppb時(shí)，玻璃基片的水密性不足。這樣會(huì)降低制造過(guò)程中拋光和清潔時(shí)的生產(chǎn)穩(wěn)定性，使玻璃基片容易受到空氣中水分的影響，導(dǎo)致降低儲(chǔ)存穩(wěn)定性。更優(yōu)選的Si洗脫S為小于或等于400ppb/2.5英寸盤(pán)。
本發(fā)明玻璃基片的斷裂韌性Kc優(yōu)選大于0.80。將斷裂韌性Kc小于或等于0.80的玻璃基片用于信息記錄介質(zhì)時(shí)，在玻璃基片表面形成記錄膜如磁性膜過(guò)程中施加壓力時(shí)，會(huì)在玻璃基片中產(chǎn)生裂紋。此外，斷裂韌性Kc小于或等于0.80時(shí)，基片在機(jī)加工時(shí)易于破損，導(dǎo)致降低機(jī)加工產(chǎn)率。更優(yōu)選的斷裂韌性Kc為大于或等于0.85。
本發(fā)明的玻璃基片可用來(lái)制造任何直徑的盤(pán)，例如3.5英寸、2.5英寸、1.8英寸和更小直徑的盤(pán)，其厚度例如為2毫米、1微米、0.63毫米和更薄的盤(pán)。
下面，說(shuō)明使用本發(fā)明玻璃基片的信息記錄介質(zhì)。本發(fā)明的玻璃基片用作信息記錄介質(zhì)的基片時(shí)，提供了耐久性和高記錄密度。下面參照


這種信息記錄介質(zhì)。
圖2是一個(gè)磁盤(pán)的透視圖。該磁盤(pán)D由圓形玻璃基片1和直接在該基片表面形成的磁性膜2組成。磁性膜2可采用任何已知常規(guī)方法形成。例如，可通過(guò)旋涂分散有磁性顆粒的熱固性樹(shù)脂來(lái)形成，或通過(guò)濺射或通過(guò)無(wú)電鍍來(lái)形成。旋涂形成的膜厚度約為0.3-1.2微米，濺射形成的膜厚度約為0.04-0.08微米，無(wú)電鍍敷形成的膜厚度約為0.05-0.1微米。為使膜厚度最小而密度最大，優(yōu)選通過(guò)濺射或無(wú)電鍍敷來(lái)形成磁性膜2。
由任何已知常用的磁性材料形成磁性膜，這些材料中的一個(gè)例子是Co基合金，含有具有高結(jié)晶各向異性的Co作為主要組分，以具有高的矯頑性，其中還加入Ni和Cr以調(diào)節(jié)殘余磁通密度。具體而言，這類(lèi)含Co作為主要組分的合金的例子包括CoPt，CoCr，CoNi，CoNiCr，CoCrTa，CoPtCr，CoNiPt，CoNiCrPt，CoNiCrTa，CoCrPtTa，CoCrPtB和CoCrPtSiO。從降低噪音考慮，可在磁性膜之間放置一個(gè)或多個(gè)非磁性膜(例如，Cr、CrMo含CrV)將磁性膜分成多個(gè)層，形成多層結(jié)構(gòu)(例如CoPtCr/CrMo/CoPtCr或CoCrPtTa/CrMo/CoCrPtTa)。替代上述磁性材料，還可以使用顆粒型磁性材料，這種磁性材料具有分散在鐵氧體基材料、鐵/稀土基材料、SiO2、BN等的非磁性膜中的Fe、Co、FeCo、CoNiPt等的磁性顆粒。這種磁性膜可用于表面記錄或垂直記錄。
為確保磁頭平滑移動(dòng)，在磁性膜上涂布一薄層潤(rùn)滑劑層。潤(rùn)滑劑一個(gè)例子是全氟聚醚(PFPE)，一種用CFC基溶劑稀釋的液體潤(rùn)滑劑。
按需要，還可以形成底涂層或保護(hù)層。在磁盤(pán)中，根據(jù)磁性膜選擇底涂層的材料。底涂層例如可由一種或多種選自如Cr、Mo、Ta、Ti、W、V、B、Al和Ni的非磁性材料形成。對(duì)含Co作為主要組分的磁性膜，為達(dá)到更好的磁性質(zhì)和出于其它考慮，優(yōu)選使用單一Cr或Cr合金。底涂層可由單一層組成，或由多個(gè)相互層壓的相同或不同類(lèi)型的層組成，形成多層底涂層，如Cr/Cr、Cr/CrMo、Cr/CrV、NiAl/Cr、NiAl/CrMo或NiAl/CrV。
用于防止磁性膜磨損或腐蝕的保護(hù)層可以是一層Cr、Cr合金、碳、氫化的碳、氧化鋯、二氧化硅等的層?？梢允褂迷诰€(xiàn)型濺射設(shè)備，所述保護(hù)層可以和底涂層、磁性膜等在連續(xù)的步驟中形成。保護(hù)層可由單一層組成，或由多個(gè)相互層壓的相同或不同類(lèi)型的層組成，形成多層的保護(hù)層。還可以在該保護(hù)層的頂部形成另一個(gè)保護(hù)層，或以另一層保護(hù)層替代上述的保護(hù)層。例如，替代上述保護(hù)層的可以是二氧化硅層，通過(guò)在Cr層上面施涂，然后燃燒分散在用醇基溶劑稀釋的四烷氧基硅烷中的膠體二氧化硅的細(xì)顆粒，形成二氧化硅(SiO2)層。
上面說(shuō)明了作為本發(fā)明信息記錄介質(zhì)例子的磁盤(pán)。但是，應(yīng)理解，本發(fā)明的玻璃基片不僅可應(yīng)用于這種類(lèi)型的信息記錄介質(zhì)，還可以應(yīng)用于磁-光盤(pán)、光盤(pán)等。
實(shí)施例1實(shí)施例1-9和比較例1-4對(duì)實(shí)施例1-9和比較例1-4的各玻璃組成，稱(chēng)取預(yù)定量的粉末形式的玻璃組分，并放入一個(gè)鉑坩鍋中，進(jìn)行混合，然后在1550℃的電爐中熔化。組分充分熔化后，在熔融玻璃中放置攪拌槳，攪拌約1小時(shí)。之后，取出攪拌槳，然后使熔融玻璃靜置30分鐘，然后倒入一個(gè)模具中，形成玻璃塊。然后，加熱該玻璃塊至接近其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，然后慢慢冷卻進(jìn)行增強(qiáng)。將制成的玻璃塊切出厚約0.635毫米的片，用切割機(jī)由該片切下玻璃基片，使其具有同心內(nèi)和外側(cè)邊(內(nèi)徑20毫米，外徑65毫米)。
然后，將制成的玻璃基片浸在70摩爾％NaNO3和30摩爾％KNO3混合物已加熱至350℃的熔體中0.5小時(shí)，在玻璃基片使用外露的表面上形成增強(qiáng)層。然后用氧化鈰對(duì)玻璃基片的上表面和下表面進(jìn)行粗磨和細(xì)拋光，除去的總深度為100微米。然后，清潔這些玻璃基片，獲得實(shí)施例1-9和比較例1-3的玻璃基片。對(duì)比較例4的玻璃基片，對(duì)其上表面和下表面進(jìn)行拋光，除去的總深度為20微米。對(duì)制成的各玻璃基片，按照前面和下面所述的方式測(cè)試性能。各實(shí)施例和比較例的玻璃基片的組成以及獲得的結(jié)果列于表1。
(增強(qiáng)層厚度)在偏光顯微鏡下觀測(cè)拋光后的玻璃基片的外側(cè)表面和內(nèi)側(cè)表面以及記錄表面，測(cè)量所述增強(qiáng)層的厚度。
(環(huán)形強(qiáng)度比)使用圖4所示的設(shè)備，對(duì)玻璃基片進(jìn)行環(huán)形彎曲強(qiáng)度測(cè)試。具體而言，用鋼球在玻璃基片施加負(fù)荷，測(cè)定玻璃基片被破壞時(shí)的負(fù)荷作為破壞負(fù)荷。對(duì)有化學(xué)增強(qiáng)的玻璃基片和沒(méi)有化學(xué)增強(qiáng)的玻璃基片各進(jìn)行一次環(huán)形彎曲強(qiáng)度測(cè)試，計(jì)算有化學(xué)增強(qiáng)與沒(méi)有化學(xué)增強(qiáng)的強(qiáng)度(破壞負(fù)荷)F的比，即F有化學(xué)增強(qiáng)/F沒(méi)有化學(xué)增強(qiáng)。
(平整度)使用Veeco Instruments制造的盤(pán)形測(cè)試機(jī)，型號(hào)WYKO 400G，測(cè)定玻璃基片的平整度。
表1

表1清楚表明實(shí)施例1-9的玻璃基片的環(huán)形強(qiáng)度比大于或等于1.5，比沒(méi)有進(jìn)行化學(xué)增強(qiáng)的玻璃基片相比，提高了50％或更高。此外，這些玻璃基片的平整度小于或等于3微米，能夠滿(mǎn)足信息記錄介質(zhì)用途要求。
另一方面，比較例1的玻璃基片其堿金屬氧化物含量較高，在化學(xué)增強(qiáng)過(guò)程中，離子交換反應(yīng)過(guò)度，結(jié)果增強(qiáng)層的厚度達(dá)120微米，即使拋光后有70微米增強(qiáng)層留在記錄表面上。這會(huì)導(dǎo)致堿洗脫達(dá)623ppb，平整度高達(dá)33微米，使得這種玻璃基片不適合用于信息記錄介質(zhì)。對(duì)比較例2的玻璃基片，其Al2O3/B2O3比值較小，為1.3，在化學(xué)增強(qiáng)過(guò)程中，離子交換反應(yīng)不能穩(wěn)定進(jìn)行，因此沒(méi)有形成化學(xué)增強(qiáng)層。因此，沒(méi)能提高玻璃基片的強(qiáng)度。此外，這種玻璃基片具有脆性結(jié)構(gòu)，Si洗脫高達(dá)709ppb。對(duì)不僅實(shí)施例3的的玻璃基片，其堿金屬氧化物總含量較低，為4.0％。在化學(xué)增強(qiáng)過(guò)程中，沒(méi)能形成化學(xué)增強(qiáng)層。此外，玻璃基片的維克斯硬度Hv高達(dá)655，導(dǎo)致降低可加工性，并且斷裂韌性降低到0.78，導(dǎo)致低強(qiáng)度。此外，這種玻璃基片的Si洗脫高達(dá)563ppb。比較例4的玻璃基片具有和實(shí)施例5相同的組成，但是，由于在拋光過(guò)程中將上表面和下表面的拋光總深度限定為20微米(即每一面為10微米)，在記錄表面上留下5微米的增強(qiáng)層。這種玻璃基片即使拋光后其平整度也高達(dá)15微米，因此不適合用于信息記錄介質(zhì)。
下面，由于改變化學(xué)增強(qiáng)熔體的組成以及化學(xué)增強(qiáng)的溫度和持續(xù)時(shí)間，測(cè)定在玻璃基片上形成的化學(xué)增強(qiáng)層的厚度。此時(shí)使用實(shí)施例1的玻璃組成。之后，拋光至預(yù)定厚度，測(cè)定在玻璃基片不同條件下的環(huán)形強(qiáng)度比和平整度。結(jié)果列于表2。
表2

表2表明通過(guò)改變所用硝酸鹽組分的比例，改變化學(xué)增強(qiáng)過(guò)程的溫度和持續(xù)時(shí)間，能夠控制在玻璃基片上形成的增強(qiáng)層的厚度。此外，通過(guò)拋光除去在記錄表明上形成的增強(qiáng)層，使增強(qiáng)層只留在外側(cè)表面和內(nèi)側(cè)表面，能夠提高環(huán)形彎曲強(qiáng)度1.5-2.3個(gè)因子，并將記錄表明的平整度降低到小于或等于3微米。
權(quán)利要求
1.一種用于信息記錄介質(zhì)的化學(xué)增強(qiáng)的玻璃基片，在玻璃基片的外側(cè)表面和內(nèi)側(cè)表面上通過(guò)化學(xué)增強(qiáng)形成增強(qiáng)層，而在信息記錄層表面基本沒(méi)有增強(qiáng)層。
2.如權(quán)利要求1所述的用于信息記錄介質(zhì)的玻璃基片，其特征在于，在其表面形成信息記錄層的玻璃基片包含以下玻璃組分40-75重量％SiO2；3-20重量％Al2O3；0-8重量％，包括0重量％的B2O3；總量為5-15重量％的R2O化合物，其中R＝Li、Na和K；SiO2+Al2O3+B2O3達(dá)60-90重量％；總量為0-20重量％，包括0重量％的R’O化合物，其中R’＝Mg、Ca、Sr、Ba和Zn；總量為0-15重量％，包括0重量％的TiO2+ZrO2+LnxOy，其中LnxOy表示至少一種選自鑭系金屬氧化物、Y2O3、NB2O5和Ta2O5的化合物，并滿(mǎn)足以下條件1.5＜Al2O3/B2O3，或B2O3＝0％。
3.如權(quán)利要求1或2所述的用于信息記錄介質(zhì)的玻璃基片，其特征在于，所述玻璃基片具備以下性能比彈性模量E/ρ大于或等于30；維克斯硬度Hv在450-650范圍；堿洗脫A小于或等于350ppb/2.5-英寸盤(pán)；Si洗脫S小于或等于500ppb/2.5英寸盤(pán)；斷裂韌性Kc大于或等于0.80MPa/m1/2。
4.一種包含權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的玻璃基片的信息記錄介質(zhì)，所述信息記錄介質(zhì)形成在該玻璃基片上。
全文摘要
一種用于信息記錄介質(zhì)的化學(xué)增強(qiáng)的玻璃基片，在玻璃基片的外側(cè)表面和內(nèi)側(cè)表面上通過(guò)化學(xué)增強(qiáng)形成增強(qiáng)層，而在信息記錄層表面基本沒(méi)有增強(qiáng)層。還提供用于信息記錄介質(zhì)的玻璃，這種玻璃不需要高精度拋光技術(shù)就具有優(yōu)良的幾何精度如平整度，并具有高強(qiáng)度。
文檔編號(hào)C03C21/00GK1875404SQ20048003253
公開(kāi)日2006年12月6日 申請(qǐng)日期2004年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月31日
發(fā)明者河合秀樹(shù) 申請(qǐng)人:柯尼卡美能達(dá)精密光學(xué)株式會(huì)社