专利名称：玻璃衬底及其退火方法
技术领域：
本发明一般涉及硬盘驱动器，并且具体地涉及用于硬盘驱动器的玻璃衬底及其退 火方法。
背景技术：
玻璃衬底频繁地用于诸如硬盘驱动器的磁记录介质的信息存储介质的制造中。相 比于由很容易发生变形的铝合金形成的衬底，玻璃衬底具有很多优点。因为信息存储介质可以高速旋转，所以其上布置介质的衬底必须具有充分的机械 强度以抗拒旋转产生的力。加固玻璃衬底的一种途径涉及通过将位于衬底表面附近的钠离 子与更大的钾离子交换以提供压应力而以化学方式加固其玻璃，压应力抵消张应力并且增 强玻璃的韧性。然而，化学加固不解决对玻璃的机械强度的根本限制，该根本限制由于制造衬底 时玻璃中形成的裂纹(例如，通过刻画环形衬底的内外直径而形成的裂纹)而引起。当受 力时，这些裂纹能够启动破裂，破裂能够通过衬底的大区域传播，造成之上形成的信息存储 介质的灾难性故障。这种裂纹在图1例示的玻璃衬底1中示出。如参照图1可见，衬底101 是环形，其具有相对的大致平的表面、内边缘102和外边缘103。在边缘102和103上布置 多个裂纹104。这些裂纹可能由例如形成衬底101的过程导致，包括刻画、研磨、切割或抛 光。如果不处理，当衬底101承受诸如可能由高速旋转造成的机械应力时这些裂纹可能开 始破裂。
发明内容
本发明的各种实施例通过提供形成对裂纹造成的破裂具有更大抗性的玻璃衬底 的方法解决上述问题。根据本发明的一个实施例，本发明提供一种形成玻璃衬底的方法，其包括以下步 骤形成具有相对的大致平的表面和至少一个边缘的玻璃毛胚；将玻璃毛胚涂敷二氧化 硅-氧化铝纳米微粒，所述二氧化硅-氧化铝纳米微粒包括二氧化硅制成的内核和氧化铝 制成的外壳；将涂敷的玻璃毛胚退火以在玻璃毛胚周围形成二氧化硅-氧化铝的保形涂 层；以及抛光涂敷的玻璃毛胚以从其相对的大致平的表面去除所述二氧化硅-氧化铝的保 形涂层。根据本发明的另一实施例，本发明提供一种形成多个玻璃衬底的方法，其包括以 下步骤形成多个玻璃毛胚，每个玻璃毛胚具有相对的大致平的表面和至少一个边缘；将 所述多个玻璃毛胚涂敷二氧化硅-氧化铝纳米微粒，所述二氧化硅-氧化铝纳米微粒包括 二氧化硅制成的内核和氧化铝制成的外壳；将所述多个涂敷的玻璃毛胚彼此直接堆叠；将 堆叠的多个涂敷的玻璃毛胚退火以在每个玻璃毛胚周围形成二氧化硅-氧化铝的保形涂 层；以及抛光每个玻璃毛胚以从其相对的大致平的表面去除所述二氧化硅-氧化铝的保形 涂层。4
根据本发明的又一实施例，一种玻璃衬底包括具有相对的大致平的表面和至少 一个边缘的玻璃结构；其中所述至少一个边缘涂敷二氧化硅-氧化铝纳米微粒的保形层， 所述二氧化硅-氧化铝纳米微粒包括二氧化硅制成的内核和氧化铝制成的外壳。应理解上述发明内容和以下的具体实施方式
部分是示例性和说明的，并且意在提 供对要求保护的本发明的进一步说明。
所附的附图被包括进来以提供对本发明的进一步理解，并且其并入且组成本说明 书的一部分，附图例示本发明的实施例，并且与说明一起用于解释本发明的原理。在附图 中图1例示具有沿着其内外边缘的裂纹的玻璃衬底；图2例示根据本主题公开内容的一个方面的涂敷有二氧化硅-氧化铝纳米微粒的 玻璃衬底；图3例示根据本主题公开内容的一个方面的具有二氧化硅-氧化铝的保形涂层的 玻璃衬底；图4例示根据本主题公开内容的一个方面的沿着其内外边缘具有二氧化硅-氧化 铝的保形涂层的玻璃衬底；图5是说明根据本主题公开内容的一个方面的形成玻璃衬底的方法的流程图；图6例示根据本主题公开内容的一个方面的涂敷有二氧化硅-氧化铝纳米微粒的 一堆玻璃衬底；图7例示根据本主题公开内容的一个方面的具有二氧化硅-氧化铝的保形涂层的 一堆玻璃衬底；图8是例示根据本主题公开内容的一个方面的形成玻璃衬底的方法的流程图；图9是例示根据本主题公开内容的一个方面的关于玻璃衬底享有的平坦性的性 能优点的曲线图；以及图10是例示根据本主题公开内容的一个方面的关于玻璃衬底享有的破裂强度的 性能优点的曲线图。
具体实施例方式在随后的详细描述中，阐述大量具体细节以提供对本发明的完整理解。然而，对本 领域技术人员明显的是，可以实施本发明而无需这些具体细节中的一些。在其它实例中，没 有详细示出已知的结构和技术以避免不必要地模糊本发明。加固玻璃衬底的一种途径涉及用二氧化硅微粒来涂敷其表面。由于玻璃衬底的表 面主要也是二氧化硅，因此微粒和表面都具有相同电荷(即负电荷)。因此，在表面上均勻 地分散微粒要求机械散布技术，其可能不提供可接受的平滑和/或均勻的程度。因此，根据本主题公开内容的一个方面，使用带正电荷的纳米微粒涂敷玻璃衬底。 因为纳米微粒和玻璃衬底的表面之间的不同电荷，通过例如将玻璃衬底浸入带正电荷的纳 米微粒的溶液/胶状悬浮液中容易地实现纳米微粒的散布。根据本主题公开内容的一个方面，可以使用二氧化硅-氧化铝纳米微粒来涂敷玻璃衬底的表面。根据本主题公开内容的一个方面，在此申请中可以使用包括由二氧化硅 制成的内核以及由氧化铝制成的外壳的纳米微粒。例如，一种这种市场上可得的二氧化 硅-氧化铝纳米微粒的胶状悬浮液是W. R. Grace & Co.公司制造的SiO2和Al2O3 LUDOX CL胶状悬浮液。使用这种直径小于约50nm(或甚至小于约20nm)的带正电荷的纳米微粒允 许纳米微粒更容易地穿透玻璃衬底中的微小裂纹(例如无需任何额外的机械散布)。图2 例示涂敷纳米微粒的层201之后的衬底101 (例如在衬底101浸泡在这种纳米微粒的溶液 或胶状悬浮液的操作之后)。尽管市场可得的二氧化硅-氧化铝纳米微粒的制备可以以各种浓度获得，但是根 据本主题公开内容的一个方面，可能优选的是在使玻璃衬底浸入其中之前，将溶液稀释到 约0. 01重量百分比到0. 30重量百分比的二氧化硅-氧化铝纳米微粒之间的重量浓度。根 据本主题公开内容的另一方面，在将玻璃衬底浸泡在其中之前，可以将二氧化硅-氧化铝 纳米微粒的胶状悬浮液稀释到约0. 08重量百分比到0. 10重量百分比二氧化硅-氧化铝纳 米微粒之间的浓度。这些浓度范围被确定以帮助更好的裂纹穿透和更均勻的涂敷。浸泡操 作可以被计时以在玻璃衬底周围提供小于约1微米厚度的二氧化硅-氧化铝纳米微粒的保 形层。为了将纳米微粒粘附到衬底，根据本主题公开内容的一个方面，在将微粒分散到 衬底表面上之后可以进行退火步骤。退火处理的高温帮助将纳米微粒粘附到玻璃衬底的表 面以及密封其中的微小裂纹。根据本主题公开内容的一个方面，退火步骤可以包括将涂敷 的衬底加热到玻璃化温度或其之上，持续约0. 5到约10小时范围的时间段。例如，对于具有 525°C的玻璃化温度的硼硅酸盐玻璃衬底，退火步骤可以涉及使衬底在560°C的退火温度中 均热5到8小时的时间段。图3例示纳米微粒已经被退火以形成二氧化硅-氧化铝的保形 涂层301之后的衬底101。因为不希望在玻璃衬底的平表面上(例如，因为这些表面可能随后被涂敷用于磁 记录的一个或更多个层)具有氧化铝微粒，诸如二氧化硅-氧化铝纳米微粒的核心，所以， 根据本主题公开内容的一个方面，在退火之后可以进行抛光处理以从衬底的相对表面去除 纳米微粒。然而，内边缘和外边缘上的纳米微粒保留在玻璃衬底上，提供小于约1微米厚度 的保形涂层，其穿透这些边缘上的任何微小裂纹。涂层可以保留在衬底上，甚至在最终产品 中(例如记录介质)，而不对其属性有任何不良影响。例如，根据本主题公开内容的一个方 面，包括由此生产的玻璃衬底的磁记录介质可以享有增强的强度(例如由于其内边缘和外 边缘上的涂层)而其磁属性没有任何退化，并且不连累包括磁记录介质的硬盘驱动器的功 能。根据本主题公开内容的一个方面，抛光玻璃衬底的相对的大致平的表面的步骤可 以包括从每个相对表面去除约5到50微米的材料(例如去除纳米微粒的保形涂层和衬底 材料的某个部分)。图5是例示根据本主题公开内容的一个方面的形成玻璃衬底的方法的流程图。该 方法开始于步骤501，其中形成具有相对的大致平的表面和至少一个边缘的玻璃毛胚。在步 骤502，玻璃毛胚涂敷二氧化硅-氧化铝纳米微粒。各个二氧化硅-氧化铝纳米微粒均包括 二氧化硅制成的内核和氧化铝制成的内核。在步骤503，涂敷的玻璃毛胚被退火以在玻璃毛 胚周围形成二氧化硅-氧化铝的保形涂层。在步骤504涂敷的玻璃毛胚被抛光以从其相对的大致平的表面去除二氧化硅-氧化铝的保形涂层。将衬底的平表面的抛光延迟到退火步骤之后的一个优点是平表面上的纳米微粒 层防止当衬底堆叠时衬底彼此粘住，它们之间不需要分离物。这个效果可以被利用以允许 一堆涂敷的衬底在单个操作中退火。作为额外优点，在退火期间相互堆叠的衬底施加的压 力可以有利地增加其平坦性。在这一方面，根据本主题公开内容的一个方面，在退火处理期 间额外的重量可以被放置在一个或更多个衬底的顶部以进一步增加其平坦性。在这一方 面，图6例示根据本主题公开内容的一个方面的已涂敷二氧化硅-氧化铝纳米微粒的一堆 玻璃衬底601-605。图7例示根据本主题公开内容的一个方面的每个衬底周围的纳米微粒 涂层已退火为二氧化硅-氧化铝的保形涂层之后的一堆玻璃衬底701-705。图8是例示根据本主题公开内容的一个方面形成玻璃衬底的方法的流程图。该方 法开始于步骤801，其中形成多个玻璃毛胚。每个玻璃毛胚具有相对的大致平的表面以及至 少一个边缘。在步骤802，将多个玻璃毛胚涂敷二氧化硅-氧化铝纳米微粒。二氧化硅-氧 化铝纳米微粒包括二氧化硅制成的内核和氧化铝制成的外壳。在步骤803，多个涂敷的玻璃 毛胚被直接彼此堆叠。以及在步骤804，堆叠的多个涂敷的玻璃毛胚被退火以在每个玻璃毛 胚周围形成二氧化硅-氧化铝的保形涂层。在步骤805，每个玻璃毛胚被抛光以从其相对的 大致平的表面去除二氧化硅-氧化铝的保形涂层。图9是例示根据本主题公开内容的一个方面关于玻璃衬底享有的平坦性的性能 优点的曲线图。如关于图9可见，被涂敷纳米微粒、退火和抛光的玻璃衬底比不如此处理的 玻璃衬底享有的大致更平坦的表面。类似地，图10是例示根据本主题公开内容的一个方面 的关于玻璃衬底享有的破裂强度的性能优点的曲线图。如关于图10可见，被涂敷纳米微 粒、退火和抛光的玻璃衬底比不如此处理的玻璃衬底享有大致更大的破裂强度。提供本发明的描述以使得本领域技术人员能够实施此处描述的各种实施例。尽管 参照各个附图和实施例已经具体描述了本发明，但是应理解这些仅仅是为了例示，不应理 解为限制本发明的范围。可能存在许多其它方式来实施本发明。此处描述的各种功能和元件可以以不同于 所示出的这些分割而不背离本发明的实质和范围。这些实施例的各种修改对于本领域技术 人员将是显而易见的，此处限定的一般原理可以应用于其它实施例。因此，本领域普通技术 人员可以对本发明进行很多改变和修改，而不背离本发明的实质和范围。单数形式的元件的引用不意在意味“一个和仅仅一个”，除非明确指出，而是“一个 或更多个”。术语“一些”是指一个或更多个。下划线和/或斜体的标题和小标题仅仅为了 方便而使用，不限制本发明，不结合本发明的说明的解释。本领域技术人员已知或将知道的 本公开中描述的本发明的各个实施例的元件的结构和功能等价物简洁地在此并入，意在被 本发明包括。另外，此处公开的全部内容均不意在针对公众无论是否这种公开在以上描述 中明确地引用。
权利要求
1.一种形成玻璃衬底的方法，包括以下步骤形成具有相对的大致平的表面和至少一个边缘的玻璃毛胚；将所述玻璃毛胚涂敷二氧化硅-氧化铝纳米微粒，所述二氧化硅-氧化铝纳米微粒包 括二氧化硅制成的内核和氧化铝制成的外壳；将涂敷的玻璃毛胚退火以在所述玻璃毛胚周围形成二氧化硅-氧化铝的保形涂层；以及抛光涂敷的玻璃毛胚以从其相对的大致平的表面去除所述二氧化硅-氧化铝的保形涂层。
2.根据权利要求1所述的方法，其中将所述玻璃毛胚涂敷二氧化硅-氧化铝纳米微粒 的所述步骤包括将所述玻璃毛胚浸泡在包括所述二氧化硅-氧化铝纳米微粒的胶状悬浮 液中。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述胶状悬浮液具有在约0.01重量百分比到 0. 30重量百分比二氧化硅-氧化铝纳米微粒之间的浓度。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述胶状悬浮液具有在约0.08重量百分比到 0. 10重量百分比二氧化硅-氧化铝纳米微粒之间的浓度。
5.根据权利要求1所述的方法，其中由于所述二氧化硅-氧化铝纳米微粒和所述玻璃 毛胚之间的电荷差，所述二氧化硅-氧化铝纳米微粒粘附到所述玻璃毛胚。
6.根据权利要求1所述的方法，其中将所述玻璃毛胚涂敷二氧化硅-氧化铝纳米微粒 的所述步骤包括在所述玻璃毛胚周围形成小于约1微米的二氧化硅-氧化铝纳米微粒的保 形层。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述二氧化硅-氧化铝纳米微粒具有小于约50nm 的平均直径。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述二氧化硅-氧化铝纳米微粒具有小于约20nm 的平均直径。
9.根据权利要求1所述的方法，其中将涂敷的玻璃毛胚退火的所述步骤包括将涂敷的 玻璃毛胚加热到涂敷的玻璃毛胚的玻璃化温度或其之上的温度。
10.根据权利要求9所述的方法，其中将涂敷的玻璃毛胚退火的所述步骤包括将涂敷 的玻璃毛胚保持在涂敷的玻璃毛胚的玻璃化温度或其之上的温度约0. 5到10小时之间。
11.根据权利要求1所述的方法，其中将涂敷的玻璃毛胚退火的所述步骤包括将第二 涂敷的玻璃毛胚直接堆叠在涂敷的玻璃毛胚上，以及其中所述二氧化硅-氧化铝纳米微粒 防止涂敷的玻璃毛胚熔化到所述第二涂敷的玻璃毛胚。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述第二涂敷的玻璃毛胚在涂敷的玻璃毛胚上 施加的压力帮助使涂敷的玻璃毛胚的相对的大致平的表面之一变平坦。
13.根据权利要求1所述的方法，其中将涂敷的玻璃毛胚退火的所述步骤包括在涂敷 的玻璃毛胚上堆叠重物以使涂敷的玻璃毛胚的相对的大致平的表面之一变平坦。
14.根据权利要求1所述的方法，其中抛光所述相对的大致平的表面的步骤包括从每 个所述相对的大致平的表面去除约5到50微米的材料。
15.根据权利要求1所述的方法，其中在抛光所述相对的大致平的表面的所述步骤之 后，所述二氧化硅-氧化铝的保形涂层沿着所述玻璃毛胚的至少一个边缘保留。
16.根据权利要求15所述的方法，其中沿着所述玻璃毛胚的至少一个边缘的所述二氧 化硅-氧化铝的保形涂层穿透所述至少一个边缘中的一个或更多个裂纹。
17.根据权利要求1所述的方法，其中所述玻璃毛胚包括圆环，并且其中所述至少一个 边缘包括所述圆环的内边缘和所述圆环的外边缘。
18.一种形成多个玻璃衬底的方法，包括以下步骤形成多个玻璃毛胚，每个玻璃毛胚具有相对的大致平的表面和至少一个边缘； 将所述多个玻璃毛胚涂敷二氧化硅-氧化铝纳米微粒，所述二氧化硅-氧化铝纳米微 粒包括二氧化硅制成的内核和氧化铝制成的外壳； 将所述多个涂敷的玻璃毛胚彼此直接堆叠；将堆叠的多个涂敷的玻璃毛胚退火以在每个玻璃毛胚周围形成二氧化硅-氧化铝的 保形涂层；以及抛光每个玻璃毛胚以从其相对的大致平的表面去除所述二氧化硅-氧化铝的保形涂层。
19.一种玻璃衬底，包括具有相对的大致平的表面和至少一个边缘的玻璃结构；其中所述至少一个边缘涂敷二氧化硅-氧化铝纳米微粒的保形层，所述二氧化硅-氧 化铝纳米微粒包括二氧化硅制成的内核和氧化铝制成的外壳。
20.根据权利要求19所述的玻璃衬底，其中涂敷所述玻璃结构的所述至少一个边缘的 所述二氧化硅-氧化铝纳米微粒的保形层均小于约1微米厚度。
21.根据权利要求19所述的玻璃衬底，其中所述二氧化硅-氧化铝纳米微粒具有小于 约50nm的平均直径。
22.根据权利要求19所述的玻璃衬底，其中所述二氧化硅-氧化铝纳米微粒具有小于 约20nm的平均直径。
23.一种磁记录介质，包括根据权利要求19所述的玻璃衬底。
24.一种硬盘驱动器，包括根据权利要求23所述的磁记录介质。
全文摘要
本发明涉及玻璃衬底及其退火方法。一种形成玻璃衬底的方法，包括以下步骤形成具有相对的大致平的表面和至少一个边缘的玻璃毛胚；将玻璃毛胚涂敷二氧化硅-氧化铝纳米微粒，该二氧化硅-氧化铝纳米微粒包括二氧化硅制成的内核和氧化铝制成的外壳；将涂敷的玻璃毛胚退火以在玻璃毛胚周围形成二氧化硅-氧化铝的保形涂层；抛光涂敷的玻璃毛胚以从其相对的大致平的表面去除所述二氧化硅-氧化铝的保形涂层。
文档编号C03B25/00GK102054496SQ20101053633
公开日2011年5月11日 申请日期2010年11月3日 优先权日2009年11月3日
发明者S·苏祖基 申请人:西部数据传媒公司