專利名稱：信息記錄裝置基板用新型玻璃的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于磁盤等信息記錄裝置的基盤材料，研磨后具有良好表面特性及CSS特性的玻璃。
近年，作為大型及微型計算機(jī)的外部記憶裝置，磁盤、光磁盤被廣泛使用。隨著信息時代的到來，人們強(qiáng)烈希望、要求開發(fā)能高密度記錄，高速度傳送數(shù)據(jù)的磁盤、光盤、數(shù)字錄像盤等信息記錄裝置。為提高密度記錄，磁頭和基盤的距離需更接近。對于這一要求基盤表面的粗糙度及平整度必須減小。為提高數(shù)據(jù)速度，則要求硬盤的線記錄和旋轉(zhuǎn)速度提高，硬盤高速旋轉(zhuǎn)則必須提高基盤的機(jī)械強(qiáng)度及楊氏模量(縱彈性模量)。
到目前為止，鋁合金基盤被作用磁盤基盤廣泛使用?，F(xiàn)在市售硬盤的80％使用的是鋁合金。但是，鋁合金基盤材料本身種種缺陷的影響，比如，在研磨過程中基盤表面突起，或者產(chǎn)生影響平整性，光潔度的點(diǎn)狀凹凸，不能適應(yīng)伴隨當(dāng)今信息量進(jìn)一步增大的高密度記錄化要求。再者，鋁合金基盤達(dá)不到高速旋轉(zhuǎn)所要求的高機(jī)械強(qiáng)度及高剛性。
近來出現(xiàn)的化學(xué)強(qiáng)化玻璃基盤、晶化玻璃基盤與前述鋁合金基盤比較，在研磨拋光方面比較容易達(dá)到光滑化，并且由于在同一厚度上有優(yōu)越的剛性，作為磁盤基盤，正在被使用。相關(guān)的文獻(xiàn)有97191572“信息記錄介質(zhì)片用玻璃及玻璃基片”，97122592“用作信息記錄盤基片的結(jié)晶玻璃。代表性的實物有保谷的化學(xué)強(qiáng)化玻璃基盤，小原的晶化玻璃基盤。
但是，這些玻璃基盤的楊氏模量在9000Kgf／mm前后，滿足不了高速旋轉(zhuǎn)的剛性要求。此外，由于特殊的晶化玻璃有微小結(jié)晶，影響到表面光潔度，化學(xué)強(qiáng)化玻璃表面的富堿金屬層也影響到表面光潔度，其表面光潔度小于10A。其三，這些玻璃含有Li、Na、K、B等輕元素?；瘜W(xué)強(qiáng)化玻璃必須有Li、Na、K，才能進(jìn)行離子交換，才能化學(xué)強(qiáng)化。Si-Li系晶化玻璃必須有Li結(jié)晶化才進(jìn)行，而Li、Na、K、B等輕元素在鍍記憶膜時被濺射到記憶膜上，產(chǎn)生對記憶膜的污染問題。為提高表面光潔度和防止對記憶膜的污染問題，人們嘗試在上述玻璃基盤上鍍膜，比如鍍硅膜。由于增加工序，成本顯著增高。
最近，為解決以上的問題，人們考慮使用非化學(xué)強(qiáng)化、非晶化、高剛性的玻璃。現(xiàn)在世上已有的非化學(xué)強(qiáng)化、非晶化，但高剛性的玻璃，卻存在化學(xué)穩(wěn)定性不好，溶解溫度過高，比重過大等缺點(diǎn)，應(yīng)用性能不好，也難以大規(guī)模經(jīng)濟(jì)性生產(chǎn)。例如，玻璃手冊中介紹的CaO-Al2O3-SiO2系(CaO40WT％、Al2O320WT％、SiO240WT％)玻璃的楊氏模量為10000-11000Kgf／mm2，化學(xué)穩(wěn)定性很差(以JOGIS標(biāo)準(zhǔn)耐水性為5級)，熔解溫度高(1540度)，不能進(jìn)行工業(yè)化的應(yīng)用。
鑒于上述的問題和不足，本發(fā)明的目的在于提供一種信息記錄裝置基板用新型玻璃，它具有高楊氏模量和機(jī)械強(qiáng)度，同時化學(xué)穩(wěn)定性好，熔解溫度低，研磨后的表面光潔度高，以適應(yīng)高密度記錄、高速度數(shù)據(jù)傳送的磁性盤、光盤、數(shù)字錄像盤等信息記錄裝置的需要。
本發(fā)明進(jìn)一步的目的在于進(jìn)一步降低熔解溫度，從而降低制造成本，經(jīng)濟(jì)地大規(guī)模生產(chǎn)。
本發(fā)明的新型玻璃，其特征在于所用的原料，以氧化物換算的重量％，主要組分如下Y2O3+La2O3 30～60％，其中各成分 0～60％；SiO2 15～50％；Al2O315～35％；TiO2 5～15％
如上所述的新型玻璃，其特征在于有以下組分ZrO2 ＜10％；CuO ＜10％。
如上所述的新型玻璃，其特征在于有以下組分ZnO+MgO+CaO+SrO+BaO ＜10％，其中各成分 0～10％；如上所述的新型玻璃，其特征在于有以下組分F+Cl0．5～10％，其中各成分 0．5～10％；Li2O+Na2O+K2O+B2O3 ＜3％，其中各成分 0～3％。
如上所述的新型玻璃，其特征在于加入以下過渡金屬，以氧化物換算的重量％Fe2O3+Cr2O3+NiO+V2O5 ＜10％，其中各成分 0～10％；和摻雜稀土金屬，以酸化物換算的重量％CeO2+Pr2O3+Nd2O3+Sm2O3+Eu2O3+Tb2O3+Ho2O3++Er2O3+Tm2O3+Y2O3＜10％，其中各成分0～10％。
本發(fā)明的新型玻璃，按以上技術(shù)方案配料，經(jīng)常規(guī)工藝就可以制得楊氏模量10000-13000Kgf／mm2，熔解溫度1450-1540度，研磨后表面光潔度Ra為2-5A，化學(xué)穩(wěn)定性良好的基片玻璃。
構(gòu)成本發(fā)明基本技術(shù)效果的玻璃原料，除開一些常規(guī)工藝性的成分外(比如澄清劑As2O3和Sb2O3)，為Y2O3、La2O3、SiO2、Al2O3、TiO2五種成分中的四種，Y2O3與La2O3只用一種即可。從本發(fā)明實施例1～4中我們可以看到楊氏模量均超過了10000Kgf／mm2，熔解溫度均低于1540度，研磨后表面光潔度均小于5A。
本發(fā)明的新型玻璃的原料選擇Y2O3是本發(fā)明的核心成分，Y2O3量越多楊氏模量(剛性)越高，超過了60％以上時，玻璃處于不穩(wěn)定狀態(tài)，理想的是30％-60％。但是，因為特性相近的成分能全部置換Y2O3，Y2O3在0～60％。
La2O3具有和Y2O3相近的特性，實驗證明它能全部置換Y2O3，成為和Y2O3同樣的玻璃的主要成分。La2O3超過60％以上，玻璃處于不穩(wěn)定狀態(tài)。單獨(dú)使用時也在30～60％。
另外，La2O3的成本比Y2O3便宜，但多使用La2O3存在剛性下降的缺點(diǎn)。綜合成本和玻璃的楊氏模量(剛性)兩方面因素，選出Y2O3+La2O3的最佳組合，Y2O3+La2O3的總量在30～60％。
SiO2是玻璃穩(wěn)定的重要成分。15％以下沒什么效果，但是在50％以上，則成了SiO2系玻璃，沒有了La2O3系玻璃的特性。理想的是在15～40％。
Al2O3是玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性提高和穩(wěn)定的成分。15％以下沒有效果，35％以上則熔解性不好和耐失透性惡化。理想的是在15～30％。
TiO2可提高玻璃楊氏模量。5％以下沒有效果，15％以上耐失透性惡化。
ZrO2可增大硬度并改良化學(xué)穩(wěn)定性。10％以上則有難以熔解的問題。
CuO可提高玻璃的楊氏模量(剛性)和提高激光網(wǎng)紋加工特性。10％以上則有難以熔解和耐失透性惡化的問題。
As2O和Sb2O3作為澄清劑能含有0～5％。
ZnO、MgO、CaO、SrO、BaO能降低玻璃熔解溫度。其中之一種或多種加入后可以降低熔解溫度20～40度，其一種或多種的總加入量＜10％。
F、Cl能提高熔解性。0．5％以下沒有效果，但過量的加入則擔(dān)心由于幾乎都蒸發(fā)而改變了本來的組成。理想的是在0．5～5％。
Li2O、Na2O、K2O、B2O3可以降低熔解溫度，但對基盤玻璃的特性都有一些負(fù)面影響，理想的是不含Li2O、Na2O、K2O、B2O3。
Fe2O3、Cr2O3、NiO、V2O5等過渡金屬，和稀土金屬CeO2、Pr2O3、Nd2O3、Sm2O3、Eu2O3、Tb2O3，可以滿足激光網(wǎng)紋加工的要求。
將上述原料混合后，在1450～1540度加熱熔融5～8小時后，壓制成型，然后放入退火爐中退火到室溫。用本發(fā)明的新型玻璃，經(jīng)研磨拋光后，鍍上記錄薄膜后就可得到信息記錄載體，例如磁性記錄載體、光記錄載體、光磁性記錄載體等。
本發(fā)明的18個具體實施例如下實施例1 2 3 4 5 6(wt％)Y2O3 404951 2235La2O3 49 2714SiO2 202520 16．5 2020Al2O3 212521 22．5 2121TiO2 8 108 10 8 8ZnOMgOCaOCuO2 22 2As2O3Sb2O3FClFe2O3CeO2Cr2O3V2O5NiONd2O3Yb2O3Er2O3Pr2O3Tb2O3Ho2O3楊氏模量Kgf／mm2101001140012100123801090011400熔制溫度(度) 15201520 1510 1500 1510 1510耐酸性 22222 2耐水性 22222 2表面粗糙度(埃) 33223 3****************************************************************實施例 789 10 1112(wt％)Y2O349 49 49 5149La2O3 40SiO2 2516 16 16 1616Al2O3 2521 21 21 22．4 21TiO2 1010 10 10 1010ZnO 4MgO 4CaO 4CuOAs2O3 0．3Sb2O3 0．3F1Cl 3Fe2O3CeO2Cr2O3V2O5NiONd2O3Yb2O3Er2O3Pr2O3Tb2O3Ho2O3楊氏模量Kgf／mm2100001200012000120001238012380熔制溫度(度) 1520 1480 1480 1510 1510 1460耐酸性 2 22222耐水性 2 22222表面粗糙度(埃) 3 23322****************************************************************實施例 13 14 15 16 17 18(wt％)Y2O3 49 49 49 49 49 49La2O3SiO2 16 16 16 16 16 16Al2O3 21 21 21 21 21 21TiO2 10 10 10 10 10 10ZnOMgOCaO
CuO 1As2O3Sb2O3FClFe2O33CeO2 1Cr2O3 3V2O53NiO 1Nd2O3 2Yb2O3 2Er2O3 2Pr2O3 2Tb2O32Ho2O32楊氏模量Kgf／mm212100 12100 12100 12100 12100 12000熔制溫度(度) 150015001500150015001500耐酸性 22 2 2 2 2耐水性 22 2 2 2 2表面粗糙度(埃) 33 2 2 2 3***************************************************************將通常使用的氧化物、碳酸鹽、硝酸鹽、氫氧化物、氟化物、氯化物等玻璃原料按上述配方組成，稱量后混合均勻，然后將混合均勻的原料混合物約500g放入回轉(zhuǎn)工作臺成形，然后放入退火爐中退火到室溫。
將得到的基盤玻璃按照日本光學(xué)硝子工業(yè)會測定標(biāo)準(zhǔn)(JOGIS)，測定硬度、耐酸性、耐水性。根據(jù)JIS標(biāo)準(zhǔn)測定楊氏模量(剛性)和彎曲強(qiáng)度。研磨拋光后的玻璃以AFM和ZYGO進(jìn)行表面測定。
本發(fā)明的基片玻璃不含有堿金屬元素和B等輕元素，具有良好的玻璃溶解性、成形性、研磨拋光特性、化學(xué)穩(wěn)定性、高楊氏模量，研磨拋光后的表面特性良好，使適合于高密度記錄、高速度數(shù)據(jù)傳送的磁盤、光磁性盤、數(shù)字錄像等信息記錄裝置的制造成為可能和現(xiàn)實。
權(quán)利要求
1.信息記錄裝置基板用新型玻璃，其特征在于所用的原料，以氧化物換算的重量％，主要組分如下Y2O3+La2O3 30～60％，其中各成分 0～60％；SiO2 15～50％；Al2O3 15～35％；TiO2 5～15％。
2.如上所述的新型玻璃，其特征在于有以下組分ZrO2 ＜10％；CuO ＜10％。
3.如上所述的新型玻璃，其特征在于有以下組分ZnO+MgO+CaO+SrO+BaO ＜10％，其中各成分 0～10％；
4.如上所述的新型玻璃，其特征在于有以下組分F+Cl0．5～10％，其中各成分 0．5～10％；Li2O+Na2O+K2O+B2O3 ＜3％，其中各成分 0～3％。
5.如上所述的新型玻璃，其特征在于加入以下過渡金屬，以氧化物換算的重量％Fe2O3+Cr2O3+NiO+V2O5 ＜10％，其中各成分 0～10％；和摻雜稀土金屬，以酸化物換算的重量％CeO2+Pr2O3+Nd2O3+Sm2O3+Eu2O3++Tb2O3++Ho2O3+Er2O3+Tm2O3+Y2O3 ＜10％，其中各成分 0～10％。
全文摘要
信息記錄裝置基板用新型玻璃,其特征在于所用的原料,以氧化物換算的重量%,主要組分如下:Y
文檔編號C03C3/076GK1294093SQ9912002
公開日2001年5月9日 申請日期1999年11月2日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月2日
發(fā)明者彭波, 詹祖盛 申請人:彭波, 詹祖盛