信息记录介质玻璃基板和信息记录介质的制作方法

专利名称：信息记录介质玻璃基板和信息记录介质的制作方法
技术领域：
本发明涉及信息记录介质玻璃基板和信息记录介质，更具体来说涉及包括含有碱金属的玻璃基板的信息记录介质玻璃基板，以及使用所述信息记录介质玻璃基板的信息记录介质。
2.背景技术由于近年来磁盘的记录密度的增大，人们不仅需要提高其上记录着数字信号的磁性层的性能，而且还需要提高各种组成元件的性能，所述组成元件包括例如在记录的读取过程中使用的磁头，以及基板。在为了满足这些需求所进行的研究中，对于基板，使用玻璃基板代替常规使用的铝制基板已经开始受到人们的关注。
玻璃基板在用作磁盘基板的应用方面开始受到关注的原因是(i)如果使用玻璃材料，则可以很容易地将基板制成薄板，这是减小尺寸和增大密度所需的，(ii)使用玻璃材料可以很容易地确保表面的平坦性，以保证低磁头浮动高度，(iii)玻璃基板的电位高于铝基板。另外，可以通过在高于玻璃材料的软化温度的温度下施加压力，很容易地将玻璃材料模塑成圆盘形状，因此另一个原因是使用玻璃可以以低成本制造圆盘形基板。
当考虑降低这些玻璃基板的制造成本的时候，绝不能缩短用于基板模塑的压制机和模子的寿命，因此优选的是模塑温度尽可能低。
通常，为了降低玻璃基板的模塑温度，向玻璃原料中加入Li、Na和K之类的碱金属。然而，另一方面，已知向玻璃基板中加入碱金属具有很大的缺点，例如由于产生表面沉积造成信息记录介质的磁性层腐蚀，造成表面润滑层降解，造成磁头损坏。因此，在使用玻璃材料作为用于信息记录介质基板的基板材料的时候，需要尽可能抑制碱金属离子的溶出(elution)。
关于这一点，例如参见日本专利申请待公开第2003-30816号，本发明人揭示了一种用来防止碱金属从加入了Li、Na和K之类的碱金属的玻璃中溶出的方法，还提供了适用于高记录密度的低成本、高可靠性的玻璃基板。
近年来，用于信息记录介质的记录方法从常规的纵向磁记录法转变为垂直磁记录法。在纵向磁记录法中，磁热稳定性很低，因此随着磁记录位尺寸的减小，记录会很容易由于地磁场等磁性环境或温度环境而被删除，记录密度的极限约为140Gbts/英寸2。另一方面，在垂直磁记录法中，即使位尺寸减小，热稳定性仍然很高，因此据称其记录密度的极限为700-800Gbts/英寸2，目前在研究阶段中实际上已经达到了300Gbts/英寸2。
在常规的纵向记录法中，提供了被称为织构的微观高度线路，以使得磁性膜的晶体取向沿基板的周向对齐，而且通过这种方法还同时除去了与基板相连的杂质。另一方面，在垂直记录法中，如果进行这种织构化，则磁性膜的晶体取向偏离垂直方向，因此无法再获得良好的磁性特征。因此，无法通过纵向记录法除去作为织构化副产物的与基板表面相连的杂质，因而在采用垂直记录法的时候，痕量的与基板表面相连的物质的存在(这对于纵向记录法来说并不成为问题)将会成为问题。
在最近的研究中，已经发现即使采用相同的垂直记录法，在使用玻璃基板的玻璃磁性记录介质中，与基板表面相连的杂质的问题要比使用铝基板的铝磁性记录介质更加严重。通过分析，发现与玻璃基板表面相连的杂质的高度约为10纳米，是主要成分为SiO2的物质；本发明人推测这是与玻璃表面化学键合或连接的在最终玻璃基板抛光步骤中产生的玻璃碎屑，或者硅胶溶液中包含的未完全生长到所需的粒度的硅酸盐(下文中称为“硅胶硅酸盐杂质”)，它们无法在之后的步骤中通过清洗除去。
因此本发明的一个目标是减少与玻璃基板表面相连的杂质的量，从而提供可用于垂直记录法的包含碱金属的玻璃基板(信息记录介质基板)，使用信息记录介质基板的信息记录介质，以及制造所述信息记录介质基板和信息记录介质的方法。这些杂质的高度等于或小于10纳米，主要组分是SiO2，由于存在织构化步骤的原因，这些杂质通常并不是一个问题。

发明内容
本发明进行了各种研究来减少与玻璃基板表面相连的杂质的量，所述杂质的高度约为10纳米，主要组分为SiO2，这些杂质在常规方法中并不是一个问题，这是由于如上所述，在常规方法中具有织构化步骤。
因此发现如果玻璃基板中碱土金属Mg、Ca、Sr和Ba的含量超过特定含量，则这些Mg、Ca、Sr和Ba会促进硅胶硅酸盐杂质或玻璃的聚集或者最终抛光步骤中玻璃碎屑的产生，因此会形成与表面相连接的杂质，这些杂质的主要组分是SiO2，在玻璃基板表面清洗步骤中无法充分地除去。
同时，本发明人再次证明日本专利申请待公开第2003-30816号中所揭示的方法具有极佳的降低模塑温度和减少碱金属从玻璃基板内溶出的作用，基于其中的组成，对Mg、Ca、Sr和Ba的含量最优化，从而完成了本发明。
根据本发明的信息记录介质玻璃基板具有以下组成，其中Si、Al、B、碱金属R和Zn以氧化物计的摩尔比满足以下关系(I)0.8≤(R2O含量-Al2O3含量)/B2O3含量≤1.2，(II)9.0摩尔％≤B2O3含量≤14.0摩尔％，(III)3.0摩尔％≤Al2O3含量≤7.0摩尔％，(IV)6.0摩尔％≤ZnO含量≤18.0摩尔％，(V)40.0摩尔％≤SiO2含量。
对于根据本发明的信息记录介质玻璃基板，其组成优选还满足0≤MgO含量+CaO含量+SrO含量+BaO含量＜0.3摩尔％。
发明效果对于本申请的信息记录介质基板，由于如上所述对基板的玻璃材料的组成的控制，可以提供没有表面连接的杂质，因此足以用于垂直记录法的玻璃基板。另外，使用这种基板的信息记录介质是具有极佳的耐候性、适用于垂直记录法的磁性记录介质。
附图摘要

图1是显示本发明信息记录介质的一个例子的平面示意图；图2是显示本发明信息记录介质的一个例子的截面示意图。
具体实施例方式
本发明的第一方面涉及一种信息记录介质玻璃基板。对于根据本发明的信息记录介质玻璃基板，为了减少碱金属从玻璃基板中溶出，所述信息记录介质玻璃基板组成中所含的Si、Al、B、碱金属R和Zn以氧化物计摩尔比满足以下关系
(I)0.8≤(R2O含量-Al2O3含量)/B2O3含量≤1.2，(II)9.0摩尔％≤B2O3含量≤14.0摩尔％，(III)3.0摩尔％≤Al2O3含量≤7.0摩尔％，(IV)6.0摩尔％≤ZnO含量≤18.0摩尔％，(V)40.0摩尔％≤SiO2含量。
另外，所述信息记录介质玻璃基板的组成优选还满足0≤MgO含量+CaO含量+SrO含量+BaO含量＜0.3摩尔％。
B2O3是用来与SiO2一起形成硼硅酸盐玻璃的组分，具有减小熔体粘度和降低玻璃熔点的作用。如果B2O3小于上述下限，则这种作用不足，如果B2O3含量大于上述的上限，则满足上式(I)所需的碱金属氧化物的量过高，因此碱金属溶出的问题会增加。
Al2O3是用来使玻璃稳定化以及减小玻璃的密度的组分。如果Al2O3含量小于上述的下限，则这种作用不足，如果Al2O3含量大于上述的上限，则玻璃会变硬，使得低温压制变得困难，另外，满足上式(I)所需的碱金属氧化物的量变得过高，因此碱金属溶出的问题会增加。
ZnO具有减小玻璃的熔体粘度的作用，使得可以进行低温压制，另外还会抑制碱金属的溶出。如果ZnO含量小于上述的下限，则该作用不足，如果ZnO含量大于上述的上限，则会导致玻璃不均匀的问题，例如树枝状晶体容易聚集。
对于本发明的信息记录介质玻璃基板，由于使得玻璃组成满足上式(I)-(V)，可以制得信息记录基板，该基板的碱金属溶出极少，低温加工性能极佳，而且不会产生条纹状表面缺陷。
图1是根据本发明的信息记录介质玻璃基板的一个例子的示意图。从图1可以看出，所述信息记录介质玻璃基板1由中心具有一个圆孔2的包含碱金属的圆盘状玻璃基板构成。
例如，所述包含碱金属的玻璃基板可通过以下步骤制备。首先使包含用来制得所需组成的添加剂的玻璃粉末熔融，以制得质量约为6克、厚度约为8毫米、直径约为23毫米的椭圆形玻璃块(下文中称为“弹子(marble)”)。接下来在Ts附近的温度对该弹子进行模塑，从而制得厚度为0.635毫米、直径为65毫米的圆盘形玻璃基板。然后在所述圆盘形玻璃基板的中心部分形成直径20毫米的孔，另外为了提高所述基板的机械强度，进行了常规的化学强化。所述化学强化是通过例如以下方式进行的，将所述玻璃基板浸没在保持在350-400℃的包含NaNO3∶KNO3＝0.4∶0.6的混合物的熔融液体中1-5小时。最后该玻璃基板在纯水中清洗，然后进行擦洗、纯水清洗、异丙醇(IPA)清洗和干燥。
本发明的第二方面涉及一种磁性信息记录介质，其包括本发明第一方面中所述的信息记录介质基板1。也即是说，如图2所示，根据本发明的磁性记录介质包括信息记录介质玻璃基板1和形成在所述玻璃基板1上的磁性层3，所述信息记录介质玻璃基板包括含有碱金属的玻璃基板。使用上文中本发明第一方面中所述的信息记录介质玻璃基板作为所述信息记录介质玻璃基板1。
本发明的信息记录介质包括具有上述玻璃组成的含有碱金属的玻璃基板，使得玻璃基板的表面上几乎没有连接主要成分为SiO2的杂质，另外，所述玻璃基板中几乎不会溶出碱金属。通过这种方式组成的磁性信息记录介质还可根据需要包括下层、保护层、润滑层等。
根据本发明的信息记录介质基板的制造方法，该方法包括制备一种包含碱金属的玻璃材料，该材料的玻璃组成中包含满足上式(I)-(V)的B、Al、碱金属、Zn和Si，然后对该玻璃材料进行模塑。
在所述制造方法的一个例子中，对具有上述组成的玻璃粉末进行熔融，以制造例如质量约为6克、厚度约为8毫米、直径约为23毫米的椭圆形玻璃块(下文中称为“弹子”)。然后在接近Ts的温度下将该弹子模塑成例如厚度为0.635毫米、直径为65毫米的圆盘形状，从而制得玻璃基板。然后在所述制得的玻璃基板的中心部分形成直径20毫米的孔，从而制得信息记录介质基板。为了提高机械强度，优选对该基板进行化学强化。化学强化的一个例子是在NaNO3和KNO3的混合液中进行处理。其一个例子是将该基板浸没在温度保持在350-400℃、包含NaNO3∶KNO3＝2∶3的混合熔融液体中处理1-5小时。优选在化学强化处理之后进行清洗。
下面将参照图2对本发明的信息记录介质进行描述。图2是用来显示根据本发明的信息记录介质的一个例子的截面层状示意图。如图2所示，本发明的磁性信息记录介质包括信息记录介质基板1和形成于该基板1之上的磁性层3，所述基板1包括上述包含碱金属的玻璃基板。
通常用于信息记录介质的磁性层的常规磁性材料均可用于所述磁性层。通过采用本发明的信息记录介质，使得其中包含的含有碱金属的玻璃基板的玻璃组成满足上述关系式，从而使得从基板溶出的碱金属极少。通过这种方式构成的磁性信息记录介质还可根据需要包括下层、保护层、润滑层等。这些层中每一层的组成可以与信息记录介质中常用的层的组成相同。
为了制得高性能磁性信息记录介质，优选的是在基板上提供下层，以控制磁性层的取向。
通过这种方式，根据本发明，由于所述包含碱金属的玻璃基板的组成满足上述关系式，抑制了碱金属从信息记录介质基板的溶出，从而可以防止由溶出的碱金属造成的对磁性信息记录介质的腐蚀、降解、损坏等。因此，可以提供具有极佳的耐久性和高可靠性的磁性信息记录介质。注意，本领域技术人员可以很容易地理解，对磁性信息记录介质的结构或形状没有特别的限制，可以进行各种改变。
工作实施例下面通过工作实施例更详细地描述本发明。但是本发明并不限于此，可以在不背离本发明主旨的前提下进行各种改变。
工作实施例1-34，比较例1-66，参比例1和2称取具有表1-6所示组成的原料粉末，并进行混合，然后将其置于坩埚中，在1300-1500℃下熔融。将熔融的玻璃从坩埚倒入碳模子中，以制造质量约为6克、厚度约为8毫米、直径约为23毫米的弹子。然后，在该弹子过分冷却之前将其置于模制模具中，与此同时，将模子的温度保持在Ts附近，施加0.2-0.6吨/厘米2的压力3分钟。通过该操作，制得直径65毫米、厚0.635毫米的圆盘形玻璃板。然后在该玻璃板的中心部分形成直径20毫米的孔，对内部周边边缘和外部周边边缘进行倒角，然后使用氧化铈磨粒进行初次抛光，然后使用硅胶进行二次抛光。二次抛光完成之后，对玻璃基板进行化学清洗、擦洗和超声波清洗，然后进行干燥。
干燥完成之后，使用光学外观检测仪(Hitachi High-Tech ElectronicsEngineering Co.，Ltd.制造的NS1510H)对连接在玻璃基板表面上的高度约为10纳米的SiO2进行评价。但是应当注意，玻璃基板表面上的SiO2连接物的高度过低，上述外观检测仪的灵敏度不足，因此在检测之前，在玻璃基板的表面上沉积约3纳米的Cr金属，以突出不均匀结构，以及增加反射光的量。
在使用外观检测仪计量玻璃基板表面上的缺陷数量之后，标出存在缺陷的部分，使用SEM-EDX检验所检测到的缺陷是否为SiO2表面连接物。表1-6显示了缺陷的数量(每个表面的数量)以及由SiO2杂质造成的缺陷数量的比例(SiO2杂质比)。
应当注意表11-6中的∑R2O表示Li2O，Na2O和K2O的总摩尔％，∑MO表示MgO，CaO，SrO和BaO的总摩尔％，Rf是下式所表示的数值。
Rf＝(∑R2O-Al2O3含量)/B2O3含量(单位摩尔％)碱金属溶出量的评价另外，为了评价防止碱金属溶出的效果，根据以下步骤分析了从玻璃基板溶出的碱金属的量。
(i)将10毫升纯水置于0.5升的加盖的特弗隆(注册商标)容器中，还放入了一个待测基板。
(ii)将该容器置于80℃的恒温加热炉内，保持24小时。
(iii)将所述特弗隆(注册商标)容器从恒温加热炉取出，收集纯水，通过ICP分析检测溶入纯水中的碱金属元素。
(iv)根据得到的ICP分析数值计算每单位面积的碱金属总溶出量。
表1-6中显示了每个制得的基板的以下结果Ts，碱金属溶出量，使用外观检测仪测定的玻璃基板每个表面的缺陷数量，使用SEM-EDX检测的缺陷的SiO2杂质比。
表中评判一列中的“○”和“●”显示了评判结果。“○”表示基板的Ts不高于650℃，碱金属溶出量不大于5.0毫克/米2，缺陷数不大于50个/表面，SiO2杂质比不大于10％，而“●”表示基板的Ts高于650℃，或者碱金属溶出量大于5.0毫克/米2，或者缺陷的数量大于50个/表面，或者SiO2i杂质比大于10％。应当注意，这里ZnO含量固定在12摩尔％，Li2O含量∶Na2O含量∶K2O含量之比近似固定在10∶6∶1。
表1

表2

表3

表4

表5

表6

迄今为止所研究的玻璃组成也作为参比#1和参比#2列于表6。参比例#1揭示于日本专利申请待公开第2003-30816号，其不包含碱土金属(Mg，Ca，Sr或Ba)，因此SiO2杂质比低达8％，但是未加入ZnO，因此玻璃基板表面上具有条纹状的缺陷。缺陷的数量大于50个/表面，因此评判为“●”。参比例#2是不含ZnO的基板，由于弹子滴落温度很低，没有形成条纹状的缺陷，但是碱金属溶出量高达11.7毫克/米2。通常如果加入B2O3来降低Ts，同时将碱金属溶出量保持在与参比例#1一样低，则在弹子滴落的过程中容易形成条纹状的缺陷。
相反，从表1-6的1，3，5和7号(工作实施例1，2，3和4)，9-14号(工作实施例5-10)，21，23和25号(工作实施例11，12和13)，30，32和34号(工作实施例14，15和16)，43，45和47号(工作实施例17，18和19)，52，54和56号(工作实施例20，21和22)，61，63和65号(工作实施例23，24和25)，74，76和78号(工作实施例26，27和28)，83，85和87号(工作实施例29，30和31)，以及92，94和96号(工作实施例32，33和34)可以看出，如果碱土金属以氧化物为基准计的总量小于0.3摩尔％，ZnO含量为12摩尔％，Al2O3含量为3.0-7.0摩尔％，则B2O3含量为9.0-14.0摩尔％，Rf为0.8-1.2，则Ts不大于650℃，碱金属溶出量不大于5.0毫克/米2，缺陷的数量不大于50个/平面，SiO2杂质比不大于10％。也即是说，表1-6中这些基板的的评判均为“○”。
如表1-6中第2，4，6和8号(比较例1，2，3和4)，15-18号(比较例5-8)，20，22，24和26号(比较例10，11，12和13)，29，31，33，35和38号(比较例16，17，18，19和22)，40，42，44，46和48号(比较例24，26，27，28和29)，51，53，55和57号(比较例32，33，34和35)，60，62，64和66号(比较例38，39，40和41)，69，71，73，75，77和79号(比较例44，46，48，49，50和51)，82，84，86和88号(比较例54，55，56和57)，91，93，95和97号(比较例60，61，62和63)，以及100号(比较例66)可以看出，如果包含大量的碱土金属，则SiO2杂质比会增大。推测这是由于抛光步骤中因硅胶容易发生聚集而产生的硅酸盐杂质，因此基板表面上容易形成无法在清洗步骤中完全除去的高度约为10纳米、主要组分为SiO2的表面连接的物质。
比较例67-78下面，为了解释Al2O3的有效范围，表7显示了Al2O3含量处于本发明规定范围以外的比较例。样品制造方法如上面的工作实施例1所述，同时结合表7所示的条件。评判标准也如上文所述。注意在此处，Rf固定在1，这是本发明的中值。
表7

从表7可以看出，当Al2O3含量等于2摩尔％或8摩尔％的时候(即处于表1-6所列的范围3.0-7.0摩尔％之外)，即使Rf＝1的时候，评判仍为“●”。
综合考虑表1-6和表7所示的结果，得知Al2O3含量比限于3.0-7.0摩尔％。
工作实施例35-64，以及比较例79-120下面研究了ZnO的合适的范围。样品制造方法即为上面的工作实施例1中的方法，结合表8-11所示的条件进行。判定标准也如上文所述。注意此时Rf固定在1，这是本发明的中值。
表8

表9

表10

表11

从表8-11的123，135，147和159号(比较例84，91，98和105)可以看出，如果ZnO含量大于18.0摩尔％，则碱金属溶出量很高，评判为“●”。因此ZnO含量限于不大于18.0摩尔％。另外，如果ZnO含量小于6.0摩尔％，则Ts高于650℃，这是与本发明相抵触的。
另外，尽管这里未显示，但是当加入K2O，Rb2O或Cs2O之类的具有大离子半径的碱金属的时候，优选不要加入很多，以使得上述化学强化可以有效地发挥作用，该限制约为1.5摩尔％。
从上文可以看出对于根据本发明的信息记录介质基板，对碱金属溶出的抑制效果极佳，而且不存在条纹状缺陷。下面研究了使用根据本发明的信息记录介质基板的磁性信息记录介质。
工作实施例65，以及比较例121-123在9号(工作实施例5)、15号(比较例5)、#1号和#2号中制造的信息记录介质基板的两个表面上各自依次形成了Cr下层、CoPtCr-SiO2颗粒状磁性层和碳保护膜，从而制得磁性信息记录介质。为了检查制得的各磁性信息记录介质的耐候性，磁性信息记录介质在80℃、相对湿度85％的环境下保持1000小时，然后检测基板的表面状态和磁性记录介质浮动高度。结果列于表12中的185号(工作实施例65)。
表12

185号的组成与9号相同，186号与15号相同，187号与#1号相同，186号与#2号相同。
从表12可以看出，在186号(比较例121)(其中碱土金属的量大于本发明的规定)的测试结果中，在测试前后的表面状态没有变化，但是存在在抛光过程中形成的SiO2表面缺陷，因此磁头浮动高度大于10纳米。另外，在不含ZnO的187号(比较例122)的测试结果中，在测试前后的表面状态没有变化，但是存在由微小条纹造成的表面缺陷，因此磁头浮动高度大于10纳米。另外，在其中B2O3含量小于本发明规定量的188号(比较例123)的测试结果中，在表面上观察到包含锂和钠的混合碳酸盐的数十微米的枝状晶体结构的沉淀物，因此不可能进行记录的读/写操作。
另外，当使用根据本发明制造的185号(工作实施例65)的玻璃基板的时候，未观察到碱金属碳酸盐的沉淀，另外未观察到浮动高度的变化。另外，从起始的时候开始，磁性特征几乎未发生变化。
根据本发明，可以制得一种包含碱金属离子的信息记录介质玻璃基板，这种基板包含极少的碱金属溶出，不包含在抛光的过程中形成的SiO2表面缺陷，通过使用这种基板制造信息记录介质，可以提供一种磁性信息记录介质，该介质即使在80℃、相对湿度85％的严酷的耐候性测试下保持1000小时之后，仍表现出与初始情况相比不变的磁性特征。
如上所述，根据本发明，提供了一种具有良好地低温加工性能以及高耐候性(这两种性质是相互冲突的)的廉价的信息记录介质基板，使用所述信息记录介质基板制造的磁性信息记录介质，以及制造所述信息记录介质基板和所述信息记录介质的方法。
权利要求
1.一种信息记录介质玻璃基板，在该基板的组成中，Si，Al，B，碱金属R和Zn以氧化物计的摩尔比满足以下关系(I)0.8≤(R2O含量-Al2O3含量)/B2O3含量≤1.2，(II)9.0摩尔％≤B2O3含量≤14.0摩尔％，(III)3.0摩尔％≤Al2O3含量≤7.0摩尔％，(IV)6.0摩尔％≤ZnO含量≤18.0摩尔％，(V)40.0摩尔％≤SiO2含量。
2.如权利要求1所述的信息记录介质玻璃基板，其特征在于，所述玻璃的组成还满足0≤MgO含量+CaO含量+SrO含量+BaO含量＜0.3摩尔％。
3.如权利要求1或2所述的信息记录介质玻璃基板，其特征在于，所述信息记录介质玻璃基板是模塑的。
4.如权利要求1-3中任一项所述的信息记录介质玻璃基板，其特征在于，所述信息记录介质玻璃基板是垂直磁记录介质玻璃基板。
5.一种信息记录介质，该介质包括信息记录介质玻璃基板和形成于所述基板上的磁性层，所述信息记录介质玻璃基板是如权利要求1-4中任一项所述的玻璃基板。
全文摘要
一个目的是提供一种玻璃基板，该基板具有低模塑温度，制造之后具有极佳的耐久性，还具有更少的表面缺陷；并提供信息记录介质，其具有极佳的低温加工性能和极佳的耐候性。提供了一种信息记录介质基板，其特征是该基板为包含碱金属的玻璃材料的模塑制品，所述玻璃材料的组成中至少包含B，Al，碱金属R，Zn和Si，而且它们以氧化物计摩尔比满足以下关系式(I)0.8≤(R
文档编号C03C3/076GK101075442SQ200710106328
公开日2007年11月21日 申请日期2007年5月14日 优先权日2006年5月15日
发明者津田孝一, 小林良治 申请人:富士电机电子技术株式会社