专利名称：磁盘基材的研磨组合物以及磁盘基材的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种磁盘基材的研磨组合物，更具体地涉及一种磁盘基材的研磨组合物和制备磁盘基材的方法，由此获得高精度的磁盘表面，以致于可以降低磁头距磁盘的浮动高度(flying-height)。
背景技术：
磁盘(存储硬盘)作为一种快速的存取手段，广泛地用于计算机和文字处理机的外存储器中。这种磁盘的典型实例是这样制备的令Al合金基材经无电电镀于表面镀敷NiP而制得原始基材，抛光原始基材的表面，其后通过溅射按顺序形成Cr合金底层、Co合金磁性膜和碳保护膜。
当磁盘表面不规则或残存比磁头浮动高度还高的结节时，按预定高度高速浮动于磁盘上面的磁头会撞击这种结节，导致磁头损坏。如果磁盘基材上有结节和抛光损伤，那么于基材上形成Cr合金底层或Co合金磁性膜时，就会在所述磁性膜的表面产生结节和因抛光损伤而导致的缺陷，从而导致磁盘不具有高精度的平滑的表面。因此，为了制备表面精度高的磁盘，磁盘的基材必须精确地抛光。
综上所述，已经提出很多研磨组合物，该组合物去除结节或减小结节高度，而且在抛光磁盘基材期间很少造成抛光损伤。例如，可以用含有氧化铝或粒度约1微米的铝化合物作为研磨颗粒的研磨组合物抛光磁盘基材，具有如此的精度，以致于磁头在常规的浮动高度不撞击磁盘的结节。但是，即使使用这种组合物，也不能取得磁盘的高表面精度，以满足目前对高记录密度的要求。同时，使用包含粒度为几十纳米的胶状二氧化硅颗粒作研磨颗粒的研磨组合物，可以很容易实现高表面精度。但是，使用这种组合物不能获得所需要的产率，因为研磨速率低。此外，用这种组合物长时间抛光磁盘基材时，基材的圆周边缘被过度地研磨(这种现象称作“滚降(roll-off)”)。
日本专利申请公开第10-121035号，披露了一种精细二氧化钛颗粒作为研磨颗粒的研磨组合物，所述的二氧化钛颗粒的大小为亚微米。使用这种组合物可以很容易实现高表面精度和研磨速率。上述出版物公开的组合物中包含金红石型二氧化钛。该出版物中记载金红石型二氧化钛具有小晶胞、密实的结构和高硬度，因而，所述的组合物展示出优异的抛光效率，而且记载了金红石型二氧化钛在全部二氧化钛中的百分比(即金红石型百分比)最好为10-80％，因为金红石型二氧化钛有形成抛光损伤的趋势。
前述出版物描述了金红石型百分比为10-80％的二氧化钛是更可取的。但是，当几种不同晶体结构的二氧化钛共存时，二氧化钛不能均匀地磨碎或磨细以形成精细的颗粒，从而难于获得高精度和高锐度(sharpness)的粒度分布。因此，使用含有这种二氧化钛的研磨组合物时，微小的缺陷如小凹陷和小划痕等会出现-尽管不是经常地-于磁盘基材上，而且基材的产量也会降低。
用于具有高密度磁记录能力的铝磁盘基材的研磨组合物，必须具有充分的质量，以获得高精度的磁盘表面，从而有利于磁头浮动高度的降低。
发明公开综上所述，本发明的目标是提供—种用于磁盘基材的研磨组合物和制备磁盘基材的方法，该组合物和方法能够降低磁盘表面的粗糙度；不形成不规则或结节、抛光损伤和如小凹陷与小划痕等微小缺陷；能够制备高密度磁盘；并且能够在节能速度下进行抛光。
本发明人已进行了广泛的研究并发现，破碎或磨细由二氧化钛组成的研磨化合物时，得到了尖锐的粒度分布图，所述的二氧化钛尽可能具有单一的结构类型而不包含大量的具有不同结构的晶体；而且还发现，使用这种化合物时，可以得到能够降低磁头浮动高度的高精度的磁盘基材表面，并且可以防止通常的抛光损伤、特别是由细小抛光损伤引起的微小缺陷的出现。本发明已在这些发现的基础上完成了。只要有一种类型的晶体结构(单一的晶体结构)占二氧化钛的90％或90％以上，所用的二氧化钛可以是任何晶体结构类型的二氧化钛。
因此，本发明提供一种磁盘基材研磨组合物，其至少包含水、精细的二氧化钛颗粒和研磨促进剂，其特征在于所用的二氧化钛有90-100％是具有单一晶体结构类型的二氧化钛。
另外，制备磁盘基材的方法包括提供前述研磨组合物的步骤。
本发明的研磨组合物可方便地用于高记录密度(通常为1Gbit/inch2以上的记录密度)的基材，如用于抗磁效应(MR)磁头的磁盘基材。此外，考虑到可靠性的增强，该组合物也可以有效地用于记录密度低于上述记录密度值的磁盘。最佳实施方式在常规的磁盘基材上，深度约10纳米以上的抛光损伤就会产生问题。同时，在低浮动高度类型的硬盘基材-本发明的目标上，深度约5纳米的细小抛光损伤，虽然不产生问题，但会诱导磁特性错误。因此，具有这种细微损伤的磁盘基材被认为落在可接受的实用范围之外。
作为研磨化合物而包含于本发明研磨组合物中的二氧化钛精细颗粒，包含数量为90-100％的由单一类型晶体结构组成的二氧化钛。也就是说，所述的颗粒包含数量为90-100％而类型为锐钛矿、金红石和板钛矿型中任意一种的二氧化钛。该颗粒可以包含数量上低于10％的具有其它一种或两种结构的二氧化钛。例如，该颗粒包含数量为90％或以上的锐钛矿型二氧化钛和数量低于10％的金红石型和/或板钛矿型二氧化钛。当该颗粒所包含的由单一类型晶体结构组成的二氧化钛在数量上低于90％，即具有其它一种或两种结构的其它二氧化钛在数量上超过10％时，难于获得尖锐的粒度分布。
可通过下面描述的X射线衍射法(使用CuKα线)来确定二氧化钛的晶体结构。可以借助X射线衍射中对应于(110)面(金红石)的峰强度与对应于(101)面(锐钛矿)的峰强度的比例，通过计算而得到金红石型二氧化钛的百分比。(101)面(锐钛矿)与(120)面(板钛矿)重叠，但(121)面(板钛矿)(相对强度为90％)不与整个锐钛矿面重叠。因此，(120)面(板钛矿)的强度(100/90倍)可在锐钛矿面峰强度的基础上得到，而锐钛矿和板钛矿型二氧化钛的实际百分比可以在(120)面(板钛矿)的强度和(101)面(锐钛矿)的峰强度的基础上得到。
在本发明中，制备二氧化钛的方法没有特别的限制。典型的制备方法有硫酸盐法和氯化物法，硫酸盐法包括硫酸与钛铁矿(ilmenite)或钛渣之间的反应、熔化、水解和煅烧；在氯化物法中，矿物金红石在红热的温度范围脱水，并使矿物与氯气在已加热至约800℃的氯化炉中接触，由此使钛以氯化物的形式气化，蒸馏所述的氯化物并将产物四氯化钛直接热分解，由此得到二氧化钛。
二氧化钛的晶体结构描述如下。在通过燃烧四氯化钛与氧气的混合物来制备二氧化钛的气相法中，首先低温下生成稳定的锐钛矿型二氧化钛。当二氧化钛经热处理并在816-1040℃的温度范围燃烧时，生成板钛矿型二氧化钛，而且在比上述温度范围更高的温度范围时，生成金红石型二氧化钛(Rikagaku-Jiten，第3版，514-515页)。
由含量超过90％的单一类型晶体结构组成的二氧化钛，在商业上是可以得到的，而且这种二氧化钛(如果需要)通过磨碎或除去粗粒的粒度调整之后，可以用于本发明。
在本发明所使用的二氧化钛的二级颗粒的粒度分布中，当粒度位于颗粒的累积数量为90重量％的点时，就称作“D90”(即粒度为D90或以下的颗粒数量为90重量％)，而且当粒度位于颗粒的累积数量为10重量％的点时，就称作“D10”(即粒度为D10或以下的颗粒数量为10重量％)，D90与D10的比率，即D90/D10优选为3以下，更优选为2.7以下。这种情况下，比率越低，粒度分布就越尖锐。
在本发明中，二氧化钛的二级颗粒优选具有0.1-1.0微米的平均粒度。使用Microtrac UPA 150(Honeywell产品)通过受控基准物的动态光散射法，来测量该二级颗粒的平均粒度。
使用二氧化钛精细颗粒时，基材的研磨速度很大程度上取决于二级颗粒的大小。当二级颗粒的尺寸增加时，研磨速度升高，但抛光损伤的趋势也升高。因此，可能发生磁盘的磁特性问题。另外，难于减轻基材上的抛光损伤至如此程度，以致于该基材可以用作低浮动高度型硬盘的基材。所以，二氧化钛的二级颗粒的平均粒度优选为1.0微米或以下。考虑到研磨速度的提高和滚降(不希望的基材表面圆周边缘处的过度研磨)效应的降低，所述的平均粒度优选为0.1微米或以上。
同时，当初级颗粒的大小增加时，抛光损伤的趋势也升高。当二级颗粒的平均粒度落入上述范围之内，且初级颗粒很小时，研磨速度增加而且可以避免抛光损伤的出现。因此，初级颗粒尺寸的平均值(即最大粒径和最小粒径的平均值)优选落入0.01-0.6微米的范围之内，该平均值通过使用SEM(扫描电子显微镜)照片来确定。
如果本发明的研磨组合物中二氧化钛的数量小，那么研磨速度就低。当所述的数量较大时，研磨速度就较高，但当该数量超过15重量％时，研磨速度不再同样地增加。考虑到实用中的成本，该数量的上限为20重量％。因此，研磨组合物中二氧化钛的数量优选落入2-20重量％的范围之内。
在本发明的研磨组合物中，二氧化钛展示出物理研磨作用。为了进一步增强抛光效率，在组合物中加入了对基材有化学作用的研磨促进剂。可使用的研磨促进剂的实例包括硝酸铝(Al(NO3)3)、硫酸铝(Al2(SO4)3)、草酸铝(Al2(C2O4)3)、硝酸铁(Fe(NO3)3)、乳酸铝(Al(C3H5O3)3)、葡萄糖酸(C6H12O7)和苹果酸(C4H6O5)。当然，铝盐和硝酸盐是优选的，而且硝酸铝是特别优选的。这些研磨促进剂可以单独使用，也可以两种或多种组合使用。研磨促进剂对基材展示出如腐蚀等化学作用，于是，基材的抛光效率，通过研磨促进剂的化学作用和二氧化钛的物理研磨作用的结合，而大幅度地提高。此外，为有效地提高研磨效率，除研磨促进剂之外组合物中还加入水溶性的氧化剂。可使用的水溶性氧化剂包括过氧化氢(H2O2)、硝酸、高锰酸钾(KMnO4)、高氯酸(HClO4)、高氯酸钠(NaClO4)和次氯酸钠(NaClO)。这些氧化剂可以单独使用，也可以两种或多种组合使用。即使加到组合物中的氧化剂数量很大，氧化剂的效果也不再增加，因此氧化剂的用量为10重量％或以下是适当的。
本发明的组合物中包含的研磨促进剂的数量为0.1-20重量％，优选为1-15重量％。当该数量低于低于0.1重量％时，研磨速度降低。因此，抛光预定数量的基材所需的时间变长，于是基材表面的圆周边缘被不希望地过度研磨。当研磨促进剂的数量增加至15重量％时，研磨速度增加。但是，当该数量超过15重量％时，研磨速度不再增加。因此，尽管加入15重量％以上的研磨促进剂不产生相反的效果，但是从经济的角度来看，该数量的上限应确定为20重量％。
应当注意，上述每种成分在组合物中的用量，是用该组合物抛光磁盘基材时的用量。因此，高效率的是，先制备和运输包含用量大于规定用量的前述成分的研磨组合物，然后依据使用情况将组合物稀释至前述用量。
本发明的磁盘基材研磨组合物是一种浆状物，其中包括二氧化钛、研磨促进剂和水，所述的二氧化钛包含数量为90-100％的前述锐钛矿型、金红石型或板钛矿型的二氧化钛。如果需要，所述的组合物可以进一步包含水溶性的氧化剂。此外，该组合物还可以包含表面活性剂、防腐剂和调整pH的酸或碱。当组合物包含如硝酸铝等酸性铝盐作为研磨促进剂时，组合物的pH优选为2-5。当pH低于2时，组合物会造成抛光设备的腐蚀和操作问题，而当pH高于5时，抛光效率会降低，这是令人不满意的。
本发明的研磨组合物可以按与常规研磨组合物相同的方式制备，即将由前述晶体结构组成的二氧化钛悬浮于水中，并将研磨促进剂加到所形成的悬浮液中。
本发明的研磨组合物对硬盘基材的类型没有特殊的限制。但是，当将本发明的组合物用于铝基材、特别是经无电电镀镀敷NiP的铝基材时，通过二氧化钛的物理研磨作用与研磨促进剂的化学作用之间的协同作用，可以以工业上有利的方式得到高质量的抛光表面。
按下面描述的那样进行抛光。将通常用于浆状研磨组合物的抛光垫置于磁盘的原始基材上，使所述的垫或原始基材旋转，同时于垫和原始基材之间供入浆状的研磨组合物。
包含用本发明研磨组合物抛光的基材的磁盘，很少含有如小凹陷和小划痕等细微缺陷，并具有约3-5_表面粗糙度(Ra)和优异的均匀度。
实施例下面以实施例的方式更详细地描述本发明，但不应将这些实施例理解成是对本发明的限制。
(实施例1至16)作为高纯度的二氧化钛，Super Titania F-10(金红石型二氧化钛98重量％，锐钛矿型二氧化钛2重量％)和Super Titania F-4(锐钛矿型二氧化钛95重量％，金红石型二氧化钛5重量％)(Showa Titanium K.K.的产品)分别用介质搅拌磨碎机(medium-stirring mill)磨碎。除去两种类型二氧化钛中的少量粗颗粒，由此得到平均粒度为0.3微米的二氧化钛颗粒。对于每种二氧化钛，用RAD-2B(Rigaku Denki产品)测量晶体结构类型和该类型的含量。在表1中，这两种类型的二氧化钛，即Super Titania F-10和Super Titania F-4分别以二氧化钛(1)和二氧化钛(2)示出。
所述的粒度是通过受控基准物的动态光散射法，使用Microtrac UPA 150(Honeywell产品)测量的。粒度的测量结果示于表1中。
然后，按表2示出的比例，将上面得到的二氧化钛、研磨促进剂以及一些例子中的氧化剂混合，以制备不同的含水研磨组合物。抛光是在下面条件下用下面的抛光机和研磨组合物进行的。当硝酸铝用作研磨促进剂时，研磨组合物的pH为2.3-4.1。
抛光试验所用的基材3.5英寸的铝圆盘，其上面经无电电镀镀敷了NiP。
抛光机和抛光条件抛光试验机4-槽双面抛光机抛光垫小山羊皮垫(型号Politex DG,Rodel的产品)下表面盘的转速60转/分钟原含水研磨组合物的进料速度50毫升/分钟抛光时间5分钟工作压力50克/厘米2抛光特性的评价研磨速度通过铝圆盘在抛光前后的不同重量来计算表面粗糙度(Ra)通过使用Talystep、Talydata 2000(Rank Taylor Hobson的产品)来测量抛光损伤和抛光凹陷的深度，可以用装有触针(stylus)的表面分析仪(P-12型，TENCOR的产品)通过三维形状分析法得到。
抛光特性的评价结果示于表2。在表2中，等级“A”指的是抛光损伤或抛光凹陷的深度为5纳米以下的情况，等级“B”指的是抛光损伤或抛光凹陷的深度为5-10纳米的情况。在实施例和对比例中，没有抛光损伤或抛光凹陷的深度超过10纳米的情况出现。
顺便提及，板钛矿型二氧化钛的含量为90-100％的二氧化钛研磨组合物，也展示出与实施例的组合物相同的效果。
(对比例1和2)用Super Titania F-1(金红石型二氧化钛50重量％，锐钛矿型二氧化钛50重量％)和Super Titania F-2(金红石型二氧化钛16重量％，锐钛矿型二氧化钛84重量％)(Showa Titanium K.K.的产品)作为二氧化钛，由此制备的含水研磨组合物示于表2中。按与实施例相同的方式进行抛光。结果见表2。二氧化钛颗粒的粒度的测量结果见表1。在表1和表2中，SuperTitania F-2和Super Titania F-1分别以二氧化钛(3)和二氧化钛(4)示出。
表1
工业实用性用本发明的研磨组合物抛光圆盘，降低了圆盘抛光表面的粗糙度，也降低了抛光表面上如小凹陷和小划痕等细微缺陷的发生率。此外，可以以高抛光速度进行抛光。包含经抛光圆盘的磁盘可用作低浮动高度类型的硬盘，并且能实现高记录密度。
具体地，包含经抛光圆盘的磁盘特别适合用作高记录密度的媒介(记录密度为1Gbit/inch2以上)，如用作利用抗磁效应的磁头的媒介。出于高可靠性考虑，所述的圆盘也适合用作记录密度较上述值低的媒介。
表2
权利要求
1．一种用于磁盘基材的研磨组合物，其中至少包含水、精细二氧化钛颗粒和研磨促进剂，其特征在于90-100％的二氧化钛是由单一晶体结构组成的。
2．权利要求1的研磨组合物，其中在二氧化钛精细颗粒的二级颗粒的粒度分布中，颗粒累积数量为90重量％(D90)点处的粒度与颗粒累积数量为10重量％(D10)点处的粒度的比率为3或以下。
3．权利要求1或2的研磨组合物，其中所述二氧化钛精细颗粒的二级颗粒具有0.1-1.0微米的平均粒度。
4．权利要求1至3任一项的研磨组合物，其中所述的研磨促进剂为铝盐或硝酸盐。
5．权利要求4的研磨组合物，其中所述的铝盐为硝酸铝。
6．权利要求1至5任一项的研磨组合物，其中包含水溶性的氧化剂。
7．一种制备磁盘基材的方法，该方法包括将权利要求1至6任一项的研磨组合物提供给磁盘的初始圆盘的步骤。
8．一种制备磁盘基材的方法，该方法包括如下步骤，在磁盘的初始基材和抛光垫之间提供权利要求1至6任一项的研磨组合物，同时所述的磁盘初始基材和所述的抛光垫至少有一个在旋转的步骤。
全文摘要
用于磁盘基材抛光的组合物,其中包含水、精细二氧化钛颗粒和抛光促进剂,其特征在于90－100%的构成所述颗粒的二氧化钛具有相同的晶体结构;以及用所述的组合物制备磁盘基材的方法。该组合物可以以经济的抛光速度用于磁盘基材的抛光,以便降低表面的粗糙度,并且不出现突起、研磨伤和小凹陷等细微缺陷。
文档编号C09G1/02GK1315991SQ00801202
公开日2001年10月3日 申请日期2000年6月28日 优先权日1999年6月28日
发明者宫田宪彦 申请人:昭和电工株式会社