專利名稱：用于懸浮式磁頭的非磁性基片材料和滑塊組件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及含有Fe2O3作為重要組份的非磁性基片材料，以及由這種基片材料制成的磁頭滑塊組件，尤其是涉及用于呈現(xiàn)優(yōu)異的CSS(接觸起始和停止)性能并可控制懸浮高度小而恒定的懸浮式磁頭(flying-type)的滑塊組件(slider assembly)。
利用感應式磁頭來完成在記錄介質(zhì)如磁記錄盤上寫入數(shù)據(jù)和從盤上讀出數(shù)據(jù)的小型硬磁盤驅(qū)動器，已經(jīng)廣泛地用作個人計算機、工作站等的外部存儲裝置。
這些年來，用于小型硬盤的磁盤記錄密度已得到迅速提高，而且為了應用于筆記本式個人計算機，硬盤驅(qū)動器的尺寸和重量也得以迅速減小。特別是，磁盤的記錄密度的增長速度令人吃驚，高達每年20～30％。這種增長速度仍看漲，預計將來記錄密度將更為加速增長。
但是，為了滿足提高記錄密度的最新需求，必須解決硬盤驅(qū)動器存在的許多問題。例如，作為硬盤驅(qū)動器主要部件之一的磁頭，除了能提供高的線性記錄密度和窄的軌跡寬度的磁頭結(jié)構(gòu)之外，還應具有在良好的高頻特性下的高的電磁轉(zhuǎn)換效率。記錄/讀取分離式的薄膜感應式磁頭和磁(致電)阻式磁頭的結(jié)構(gòu)可以滿足上述提高記錄密度的需要。但是，由于制造工藝包含許多步驟而且這種磁頭結(jié)構(gòu)復雜，所以存在許多尚未解決的問題，例如性能可靠性不穩(wěn)定、制造成本高。
通過在由非磁性基片材料制成的滑塊的狹縫中，固定由一對磁芯薄片相互粘結(jié)以便形成磁隙的磁芯，來構(gòu)成組合結(jié)構(gòu)的懸浮式磁頭。懸浮式磁頭結(jié)構(gòu)簡單并在本領域已廣泛實用，而且其性能尤為值得信賴。但是，仍存在基本上不同于薄膜感應式磁頭的許多技術問題有待解決，以便極大地提高懸浮式磁頭的記錄密度。
為了提高懸浮式磁頭的記錄密度，已經(jīng)提出并實施了使磁隙寬度更小，使磁道寬度更窄。為此目的，必須降低懸浮高度，即記錄/讀取操作時磁盤表面與磁頭之間的空隙。然而，懸浮高度的降低產(chǎn)生了新的難題。
在現(xiàn)已投入實用的懸浮式磁頭中，懸浮高度在0.1μm以下時，記錄密度大多約為300-400Mb/英寸2。近來，硬盤驅(qū)動器被設計成為在記錄/讀取操作時保持五微米左右的懸浮高度。然而，為了實現(xiàn)400Mb/英寸2以上的高記錄密度，除了降低懸浮高度之外，還必須使懸浮高度保持恒定，這導致各種有待解決的問題。例如，當懸浮高度變小時，反映磁頭與磁盤之間的接觸狀況的CSS特性劣化。由于CSS特性的劣化直接影響到硬盤驅(qū)動器的使用壽命和可靠性，所以產(chǎn)生了各種方案。
JP-A-61-146751公開了一種用于軟盤驅(qū)動器的磁頭的滑塊材料制造方法，包括對作為主要成份的Fe2O3和作為添加成份的Al2O3、ZrO2、SnO2、CeO2、ZnO及TiO2中的至少一種的混合物進行煅燒。當以與傳統(tǒng)的記錄密度對應的懸浮高度工作時，由JP-A-61-146751指教的材料制成的用于硬盤驅(qū)動器的懸浮式滑塊盡管不存在問題，但在實現(xiàn)高記錄密度的條件下使用時，CSS特性明顯劣化。通過本發(fā)明人的研究，業(yè)已發(fā)現(xiàn)這種明顯的劣化可歸因于滑塊材料。
對滑塊的空氣支承表面的顯微檢驗顯示，在研磨拋光之后，空氣支承軌道邊緣處存在大量的表面缺陷(chipping)，如圖7的顯微照片(×400)所示，它展示了靠近由JP-A-61-146751的材料制成的懸浮式磁頭的磁隙的空氣支承表面。圖9是圖7的示意圖。上部的白寬帶(圖9中的21)是軌道(暴露出的滑塊材料)。下部的窄帶(圖9中的12)，其寬度對應于磁道寬度，是朝向空氣支承表面暴露的磁芯，而淺灰?guī)?圖9中的18、18)是粘結(jié)玻璃?？諝庵С熊壍赖目v邊必須制成筆直的而且精確拋光。但是，正如圖7所見，許多滑塊材料的碎片或切口出現(xiàn)在縱邊，從而導致不平滑的邊緣外形。從放大倍率(×400)，計算出由表面缺陷導致形成的大多數(shù)碎片或切口的深度在10μm或更大。
由于懸浮式磁頭的CSS特性取決于各種因素，一般很難特別找出CSS特性劣化的原因。例如，懸浮高度以復雜的方式與此種劣化有關。在已有技術已經(jīng)得知，當磁頭跨越磁盤徑向移動時懸浮高度改變。這種懸浮高度的改變是因為懸浮高度取決于磁頭與磁盤之間的相對速度，這在徑向外側(cè)是比較大的。
取決于磁頭在磁盤表面上的位置的懸浮高度的變化對記錄/讀取操作有不利影響。為了避免這種在懸浮高度上的變化，US4673996提出為每條滑塊軌道的側(cè)邊緣提供特定的橫向加壓外形。但是，很難由傳統(tǒng)的滑塊材料制造具有這里所指教的結(jié)構(gòu)和尺寸的滑塊，因為其趨向于易于破碎，無法獲得US4673996聲稱的效果。具體地講，該邊緣具有如圖7所示的10μm以上的表面不平度，而且難于精確拋光給出光滑邊緣。
因此，由于傳統(tǒng)的滑塊材料易于從滑塊邊緣破碎，因而在硬盤驅(qū)動器組裝時或者在此之后的使用中，很可能發(fā)生邊緣破碎。當微小的碎裂的材料進入磁頭與磁盤表面之間的空隙時，嚴重的故障如存儲數(shù)據(jù)的破壞、硬盤驅(qū)動器的操作中斷等會導致低的可靠性和減少使用壽命。
JP-A-1-251308公開了一種通過濺射幾乎空氣支承表面的整個部位從而提供具有適度粗糙度的表面來改善CSS特性的方法。但是，采用傳統(tǒng)的滑塊材料時，不能實現(xiàn)在其重復間距中的約10μm以下的表面粗糙度，不能獲得足夠的改善。
因此，本發(fā)明的一個目的在于提供一種適用于懸浮式磁頭的滑塊的非磁性基片材料，它耐碎裂并可保證空氣支承表面的光滑及精確邊緣拋光表面，從而改善CSS特性。
本發(fā)明另一目的在于提供一種用于懸浮式磁頭的滑塊，在磁頭在磁盤表面上徑向跨越運動時，懸浮高度保持小的恒定值。
針對上述目的進行了積極的研究，結(jié)果本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過添加以Fe2O3和添加劑的總量的0.1-5wt％的Nd2O3和Gd2O3中的至少一種，可把Fe2O3基燒結(jié)材料的最大晶粒尺寸控制在5μm以下。本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，相對較小的最大晶粒尺寸可使上述Fe2O3基燒結(jié)材料承受精確研磨，并提供耐碎裂(chipping resistance)的材料，結(jié)果懸浮式磁頭的CSS特性得以改變，從而保證高的記錄密度。基于上述發(fā)現(xiàn)，完成了本發(fā)明。
因而，本發(fā)明的第一方面，提供了一種非磁性基片材料，包含作為主組分的Fe2O3，以及Nd2O3和Gd2O3中的至少一種，其占材料總量的0.1-5wt％，最大晶粒尺寸為5μm以下。
本發(fā)明的第二方面中，提供了一種由上述限定的非磁性基片材料制成的滑塊組件。
以下結(jié)合附圖來詳述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。附圖中

圖1是本發(fā)明的非磁性基片材料的晶粒尺寸分布曲線；圖2是展示Nd2O3和Gd2O3的添加量對非磁性Fe2O3基材料的熱膨脹系數(shù)的影響的曲線圖；圖3是展示了本發(fā)明的非磁性基片材料的制造工序；圖4是與本發(fā)明相關的懸浮式組合磁頭的透視圖，圖5是圖4的圓圈A的部位的放大圖；圖6是沿圖4的B-B′線的剖面圖，表示軌道表面的隆起；圖7是展示圍繞傳統(tǒng)的滑塊材料制成的磁頭的磁隙的軌道顯微照片；圖8展示圍繞本發(fā)明的非磁性基片材料制成的磁頭的磁隙的軌道顯微照片；圖9是圖7的示意圖。
添加Nd2O3和Gd2O3中至少一種添加劑有利于改善Fe2O3的燒結(jié)特性，尤其是有利于把晶粒尺寸降至5μm以下。從使矯頑力保持在0.1Oe以下并防止晶粒尺寸超過5μm的觀點出發(fā)，氧化物添加劑的添加量，應為Fe2O3和添加劑的總量的0.1-5wt％，最好為0.5-3wt％。Nd2O3和Gd2O3可以組合添加，以便獲得本發(fā)明所謀求的效果。
如圖2所示，非磁性基片材料的熱膨脹系數(shù)取決于氧化物添加劑的量。熱膨脹系數(shù)約為110×10-7～115×10-7/℃的單晶鐵氧體己普遍用作磁芯材料。如圖2所示，當添加量處于0.1-5wt％的范圍時，非磁性基片材料的熱膨脹系數(shù)接近于與單晶鐵氧體相同。這表明當添加量為0.1-5wt％時，磁芯不受到可能由滑塊和磁芯的熱膨脹所引起的不期望的應力。所以，從實現(xiàn)磁頭的良好性能和高可靠性來看，以上所限定的添加量范圍也是嚴格的。
非磁性基片材料可以由例如圖3所示各工序來制造。在球磨機中采用溶劑如水，對預定量的Fe2O3和Fe2O3量的0.1-5wt％的Nd2O3和Gd2O3中的至少一種進行例如12小時的濕法混合。對所得混合物添加所得混合物總量的例如1wt％的粘結(jié)劑如聚乙烯醇，之后采用噴霧干燥機等對所得混合物造粒。然后用液壓機在1-3噸/cm2的壓力下壓制顆粒制成生坯。在空氣或惰性氣氛中，在1100℃大氣壓下對生坯燒結(jié)4小時。在氬氣氛中、1000大氣壓下、和1100℃溫度下對繞結(jié)產(chǎn)品進行HIP(熱等靜壓)處理，使之致密。
圖1是含材料總量的0.1wt％的Nd2O3的非磁性基片材料的晶粒尺寸分布曲線。如圖1所示，任何晶粒的尺寸是5μm或以下。應該注意，當Nd2O3的添加量不是0.1-5wt％范圍內(nèi)的0.1wt％，或者添加0.1-5wt％的Gd2O3或者0.1-5wt％的組合Nd2O3和Gd2O3來代替0.1wt％的Nd2O3，均可獲得相同的結(jié)果。
當Nd2O3被加至Fe2O3時，除了主晶相外，還形成具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的NdFeO3次晶相。該鈣鈦礦相使得晶粒尺寸減小。
表1和2列出了根據(jù)本發(fā)明的非磁性基片材料和比較材料的幾種性能。在表1的實驗中，對性能隨Nd2O3添加量的變化進行檢測。在表2的實驗中，檢驗了性能隨添加劑料類的變化。以下描述每項實驗的程序。最大晶粒尺寸主要根據(jù)日本工業(yè)標準JIS C2563(用于磁頭的鐵氧體磁芯的測試方法)。維氏硬度主要根據(jù)日本工業(yè)標準JIS C2563(用于磁頭的鐵氧體磁芯的測試方法)。熱膨脹系數(shù)主要根據(jù)日本工業(yè)標準JIS C2563(用于磁頭的鐵氧體磁芯的測試方法)?？杉庸ば栽趯瑝K材料塊進行研磨之后，對研磨表面做顯微觀察，來測量龜裂或碎裂的發(fā)生頻率。根據(jù)深度為10μm以上的碎片或切口的發(fā)生程度把表面分為三種，亦即，當發(fā)現(xiàn)許多這種碎片或切口時是×，當發(fā)現(xiàn)離散的時是△，當發(fā)現(xiàn)少許時是○。耐溶劑性在滑塊組件的制造過程中，滑塊材料暴露于研磨液、拋光液、清洗液等。當因這種暴露而使滑塊材料表面被腐蝕或者晶粒從表面剝落時，該材料被評為×，而未觀察到腐蝕和剝落時評為○。結(jié)晶性當在顯微鏡觀察下發(fā)現(xiàn)異常晶粒生長或者不希望的次要相時，標為×；當未觀察到這種異常性時標為○。磁化采用振動樣品磁強計(VSM)測量磁化，當為0.5G或以上時標為△，低于0.5G時標為○。
表1No. 添加劑 添加量 最大晶粒 維氏硬度 熱膨脹系數(shù) CSS 可加(wt％) 尺寸(μm) (kgf/mm2)(10-7/℃) 性能 工性比較例1 無0 7 900116 ○×2Nd2O30.056 900116 ○×實施例1Nd2O30.1 5 920115 ○○2Nd2O30.2 4 930114 ○○3Nd2O30.5 4 950114 ○○4Nd2O31.0 3.5970113 ○○5Nd2O32.0 3.5 1000112 ○○6Nd2O35.0 3 1050110 ○○比較例3Nd2O310.02.5 1100105 ○○如表1所示，當Nd2O3添加量為0.1wt％或以上時，獲得了5μm以下的最大晶粒尺寸。最大晶粒尺寸在5μm以下時可以改善非磁性基片材料的可加工性和硬度。而且，還可看出，在0.1-5wt％的范圍內(nèi)調(diào)整添加量，可以獲得與鐵氧體磁芯材料相同水平的熱膨脹系數(shù)(110×10-7～115×10-7)。
表2No. 添加量添加量 晶體結(jié)構(gòu) 耐溶 可加結(jié)晶 CSS 磁化(wt％) (次要相) 劑性 工性性性能6Nd2O35.0鈣鈦礦 ○ ○ ○ ○○7Gd2O35.0石榴石 ○ ○ ○ ○○對比例1 無 0 - ○ × △ ○○4La2O35.0鈣鈦礦 × △ ○ ○○5Y2O35.0石榴石 ○ △ ○ △△6Pr6O115.0石榴石 ○ △ ○ △○7CeO25.0石榴石 ○ △ △ △○8Dy2O35.0石榴石 ○ △ △△ ○9Sm2O35.0石榴石 × △ ○△ △如表2所示，只有Nd2O3和Gd2O3能提供具有適合做滑塊材料的性能的非磁性基片材料。
圖4是具有可采用本發(fā)明的非磁性基片材料的復合結(jié)構(gòu)的懸浮式磁頭的透視圖。該懸浮式磁頭包括滑塊10和磁芯12。磁芯12包括相互粘結(jié)的一對磁芯薄片，以此形成磁隙16，其上繞有預定匝數(shù)的線圈(未示出)?；瑝K10具有一對形成在其空氣支承表面上的平行軌道21和22，并由從滑塊10的前端至尾端敞開的凹槽19所分隔。軌道21、22的表面確定了具有斜切表面20、23的引導邊緣的空氣支承表面，從而進入軌道21、22與旋轉(zhuǎn)記錄介質(zhì)之間的空氣引起磁頭從記錄介質(zhì)表面提升。磁芯12固定安裝在位于軌道21的拖尾邊緣的槽14內(nèi)，相應于記錄介質(zhì)的運動方向具有粘結(jié)玻璃18同時使磁隙16暴露于空氣支承面。在記錄/讀取操作中，懸浮式磁頭以極窄的間隙(懸浮高度)懸浮于旋轉(zhuǎn)的記錄盤表面上。因此，懸浮式磁頭以小的懸浮高度在旋轉(zhuǎn)盤表面上滑動，而不與盤表面接觸。
在空氣支承表面上的軌道21、22的側(cè)邊緣可以倒角、來形成直的或圓的斜倒角24，如圖5所示。
軌道21、22的空氣支承表面可以是平坦的或者隆起的、如圖6所示，以沿軌道21、22的長度形成具有大曲率的中凸筒形表面(隆起表面)，由此改善CSS特性。而且，可以通過濺射等使空氣支承表面的整個部分糙化，以形成5μm以下的表面粗糙度，改善CSS特性。
圖8是按與圖7相同方式獲取的顯微照片，展展示了靠近由本發(fā)明的非磁性基片材料制成的懸浮磁頭的磁隙的空氣支承表面(Nd2O30.1wt％)。對比圖7和8的上側(cè)的寬白帶，可以發(fā)現(xiàn)圖8軌道的邊緣是光滑的，并且沒有超過5μm的由邊緣碎裂引起的切口。
使用各種如圖4所示的懸浮式磁頭，考察了Nd2O3添加量和添加劑的種類對CSS特性的影響。
對CSS特性的評價如下。通過懸掛支架在約4gf/cm2的壓力下，使每個磁頭壓在以9.4米/秒的圓周速度旋轉(zhuǎn)的3.5英寸硬盤(基片鋁，首層Cr，磁層濺射的Co-Cr-Ta)上。重復接觸起始/停止程序，測量磁盤旋轉(zhuǎn)起動所需的轉(zhuǎn)矩。把轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換成摩擦系數(shù)。結(jié)果如表1和2所示，等級○表示接觸起始/停止重復10000次后摩擦系數(shù)是1.0以下，△表示重復10000次后摩擦系數(shù)超過1.0。
如上所述，由于通過把Nd2O3和Gd2O3中至少一種添加進Fe2O3，其含量以Fe2O3和添加劑的總量為基是0.1-5wt％，可以調(diào)整最大晶粒尺寸為5μm以下，所以，本發(fā)明的的非磁性基片材料在可加工性上得以顯著改善，從而保證了精確研磨。尤其是，由于軌道邊緣很難發(fā)生材料碎裂，所以由該材料制成的滑塊呈現(xiàn)期望的性能，懸浮高度保持較小，而且可抗任何變化而保持穩(wěn)定。
權利要求
1.一種非磁性基片材料，包括作為主組份的Fe2O3，以及所述材料總量的0.1-5wt％的Nd2O3和Gd2O3中的至少一種，并具有5μm或以下的最大晶粒尺寸。
2.一種非磁性基片材料，包括作為主組份的Fe2O3及Fe2O3量的0.1-5wt％的Nd2O3，所述非磁性基片材料具有5μm或以下的最大晶粒尺寸，并含有鈣鈦礦型NdFeO3。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的非磁性基片材料，具有0.1Oe或以下的矯頑力。
4.一種用于懸浮式磁頭的滑塊組件，由權利要求1-3中任何一項所述的非磁性基片材料制成。
5.根據(jù)權利要求4所述的滑塊組件，具有至少一條確定空氣支承表面的軌道，基本上沿記錄介質(zhì)運動方向延伸的所述軌道的每個邊緣被倒角，以形成直的或圓的斜錐倒角。
6.根據(jù)權利要求5所述的滑塊組件，其中所述空氣支承表面沿其長度方向隆起。
7.根據(jù)權利要求5或6所述的滑塊組件，其中所述空氣支承表面的整個部分具有小的表面粗糙度。
8.根據(jù)權利要求7的滑塊組件，其中所述表面粗糙度按重復間距來說是5μm以下。
全文摘要
一種非磁性基片材料，包含作為主組分的Fe
文檔編號C04B35/00GK1140702SQ9611044
公開日1997年1月22日 申請日期1996年6月28日 優(yōu)先權日1995年6月28日
發(fā)明者新田英雄, 五月女友己, 清水芳郎 申請人:日立金屬株式會社