专利名称：：用作信息记录盘基片的结晶玻璃的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种结晶玻璃，其既具有优良的熔化性与可塑性也具有微晶结构与在磨光后改进的表面特性，这可使其适于用作信息记录盘如磁盘、光磁盘或数字视盘的基片的材料。近来，人们越来越多地将磁盘、光磁盘等用作大型计算机、个人计算机等的外部记录介质。随着即将来临的信息时代，人们迫切需要开发出能进行高密度记录的信息记录盘如磁盘、光磁盘和数字视盘。用作高密度记录的信息记录盘的基片需具有如下特性(1)盘表面是平整和光滑的，从而通过在实际使用GMR磁头和TMR磁头过程中，进一步减少磁头浮动量来提高记录密度。尤其是，基片的表面粗糙度(Ra)最好不高于10埃。(2)基片材料不具有各向异性和没有缺陷，并且其结构是致密的、均匀的和精细的。(3)基片具有用于抵抗如高速旋转和与磁头接触的机械强度和硬度。(4)基片具有化学耐久性，其可完全抵抗用不同的化学品的清洗与侵蚀。(5)基片的重量尽可能轻。(6)当使用玻璃材料时，其易于熔化-成形的，并且当使生产条件改变到某种程度时，不改变其均匀性、密度、热膨胀系数和晶粒大小，以及其具有极好的批量生产性。(7)在CSS(接触-开始-停止)硬盘装置中，易于产生精密的结构以阻止在盘开始或停止时的粘贴(吸附)。以前通常使用铝合金作为磁盘基质的材料。然而，由于铝合金的表面光滑性受到限制并且不适于高密度记录，人们已提出使用各种结晶玻璃代替铝合金。结晶玻璃具有高的机械强度和硬度，并且可以较容易地获得致密、光滑的结晶玻璃。已知，如在日本专利申请公开第72547/1987和日本专利公告第25775/1996中所公开的那样，通过使用P2O5形成LiO2·2SiO2晶体来制备的SiO2-Li2O玻璃具有较高的机械强度和适于用作制备磁盘。然而，该结晶玻璃存在的主要问题是随着热处理温度非常细微的变化，由此形成的微晶体的大小和它的热膨胀系数随之发生明显改变。尽管如在日本专利公开第29152/1994和日本专利第2516553中所描述的用由SiO2-Li2O-MgO-P2O5组成的结晶玻璃解决了此问题。但是形成的晶体具有至少为0.3μm的较大的晶粒大小，因此，甚至在将表面磨光后其表面粗糙度(Ra)至少为10埃，这不适于高密记录。用于该结晶SiO2-LiO2系统的玻璃的原料具有高熔化温度和该玻璃生产成本很高。当熔化温度过高时，不利地是不易除去泡沫和条纹。即，因为在磨光后泡沫对表面粗糙度有影响，所以甚至在光学玻璃中允许存在的极小的泡沫也不允许存在于磁盘和光磁盘的基片中。当基质含有条纹时，其内部成分变得不匀从而降低均匀性和微晶体的密度。在这些情况下，本发明的一个目的是通过克服上述
背景技术：
中的不足来控制形成晶粒的大小从而提高磨光表面的光滑度并由此得到可使制备用作高密度记录的磁盘、光磁盘、数字视盘等成为可能的结晶玻璃基片。本发明的另一目的是得到可用作信息记录盘的结晶玻璃基片，其原料具有较低的熔化温度和没有泡沫与条纹的形成。本发明的又一目的是为了获得良好的CSS(接触-开始-停止)特性而得到一种具有改进的织构化特性的结晶玻璃基片，尤其是能用激光器进行织构化的结晶玻璃基片。在进行彻底调查后，发明人发现可通过向结晶SiO2-Li2O玻璃中加氯而达到上述目的。基于此发现从而完成本发明。即，本发明的实质在于一种用作信息记录盘基片的结晶玻璃，其通过以下步骤获得，熔化玻璃原料，所述玻璃原料以氧化物的重量百分比计基本上由55-85％SiO2、5-20％Li2O、0-10％K2O+Na2O、0-10％MgO、0-20％CaO、0-10％SrO、0-10％BaO、0-10％ZnO、0-10％Al2O3、0-15％B2O3、0-6％P2O5、0-3％TiO2、0-3％ZrO2、0-3％SnO2和0-1％As2O3+Sb2O3、0.1-10重量％氟(F)和0.1-20重量％氯(Cl)组成，模压此熔融材料，使此模制材料玻璃化和对此玻璃化材料进行结晶处理，该玻璃在结晶处理后至少含有0.05重量％氯。本发明的实质还在于一种用作信息记录盘基片的结晶玻璃，其通过以下步骤获得，熔化玻璃原料，所述原料以氧化物的重量百分比计基本上由55-85％SiO2、5-20％Li2O、0-10％K2O+Na2O、0-10％MgO、0-20％CaO、0-10％SrO、0-10％BaO、0-10％ZnO、0-10％Al2O3、0-15％B2O3、0-6％P2O5、0-3％TiO2、0-3％ZrO2、0-3％SnO2、0-1％As2O3+Sb2O3、0-10％Fe2O3、0-10％Cr2O3、0-10％NiO、0-10％V2O5、0-10％CuO、0-10％MnO2、0-10％MoO3、0.5-10％Fe2O3+Cr2O3+NiO+V2O5+CuO+MnO2+MoO3总和和0-3％CeO2、0.1-10重量％氟(F)和0.1-20重量％氯(Cl)组成，模压此熔融原料，使此模制原料玻璃化和对此玻璃化原料进行结晶处理，该玻璃在结晶处理后至少含有0.05重量％氯。下面将对本发明进行详细的描述。在此用作玻璃的原料包括那些在本领域中通常使用的原料，包括具有上述成分的氧化物、碳酸盐、硝酸盐、硫酸盐、卤化物、氢氧化物、硅酸盐、磷酸盐和硼酸盐。可通过适当地选择原料，按预定比例混合和在1,250-1,550℃的高温下熔化所得混合物而制得玻璃。通过用氟化物和氯化物代替上述氧化物的一种或多种而加进氟和氯。将熔融原料成形为预定形状如通过压制成形、用模具浇铸、轧制或类似的方法成形为如盘的形状，然后将产物玻璃化。此后，将温度升高到大约500-650℃以形成晶核，然后在约550-850℃下进行二次热处理约0.5-3小时以形成晶体。如此形成的晶体主要为α-石英、Li2O·SiO2、Li2O·2SiO2等。在该玻璃的成份中，SiO2为形成晶体的主要成份。当SiO2的含量低于55％时，晶体变得不稳定，相反地，当它超过85％时，玻璃原料的熔化温度不期望地变得过高。Li2O也为形成晶体的另一主要成份。当Li2O的含量低于5％时，晶体变得不稳定，相反地，当它超过20％时，玻璃原料的熔化温度变得过高。尽管K2O和Na2O在改进玻璃原料的熔化性方面是有效地，但从可靠性观点出发，K和Na的含量应尽可能地少，这是因为它们在玻璃中具有较高的流动性和易于被洗脱。在下文中，使用“熔化性”或“玻璃的熔化性”表示玻璃原料的熔化性。尽管MgO和ZnO在改进熔化性和控制形成晶体方面是有效地，但是当过量加入它们时，不易获得所需晶体。尽管CaO、SrO和BaO也能改进熔化性，但当过量使用它们时，不能获得所需晶体和晶粒变得粗糙。尽管Al2O3改进玻璃的化学耐久性和强度，但当使用量超过10％时，形成玻璃的原料的熔化温度变得过高和不期望地抑制了玻璃的相分离。尽管B2O3改进玻璃的熔化性，但当使用量超过15％时，不能获得所需晶体。尽管P2O5为玻璃的晶核形成剂，但当使用超过6％的P2O5时，晶体是不稳定的。使用TiO2与ZrO2作为晶核形成剂和使用As2O3与Sb2O3作为澄清剂。当用作控制结晶的氟(F)的含量低于0.1重量％时，细晶体的形成变得困难，相反地，当它超过10重量％时，玻璃变得不稳定和不易获得均匀的玻璃。按照本发明，已成功地减小了形成晶体的大小和通过加入氯降低了玻璃原料的熔化温度。本发明结晶玻璃的获得是利用了这样的事实，即根据在Li2O-B2O3-SiO2旋节分解相-分离玻璃中，通过旋节波长和旋节温度的关系控制微晶核的形成-成长的步骤，也就是利用了这样的事实即从旋节温度出发通过过冷程度决定旋节波长，和当形成分离相的同时形成晶核时，根据分离相的平均温度和其数量大量地形成微晶。氯具有这样的作用，即当加入它时，可进一步减小晶体的大小。尽管氯在熔化步骤中是一种易于从玻璃原料中挥发的成份，可以认为在本发明中加入的氯在玻璃化后保持均匀以促进晶核的形成，并且由于此功能使形成晶体大小减小。由于此效应在氟不存在时不明显，所以可以认为此效应是与氟的协同效应。由于在结晶温度下形成颗粒大小小于0.3μm的晶体，氯在玻璃化后的玻璃中的含量至少为0.05重量％，尤其在0.1-2.0重量％的范围内。由于晶粒大小的减小，在将所得基片的表面磨光后其表面粗糙度(Ra)变得相当低，甚至不超过10埃。通过向玻璃原料中加入氯可降低原料的熔化温度至多约100℃。例如，本发明中某些成分的结晶玻璃能在1,400℃或更低温度下熔化，而普通的无氯结晶SiO2-Li2O-MgO-P2O5玻璃在低于1,450℃下不能熔化。当加入的氯的量低于0.1重量％时，不能获得上述效果，相反地，当含量超过20重量％时，玻璃变得不稳定和不能获得均匀的结晶玻璃。合适的氯加入量在0.5-12.0重量％的范围内。按照本发明，可制备在较低温度下结晶的玻璃和通过加入Fe、Cr、Ni、V、Cu、Mn和Mo氧化物中的至少一种可以形成具有较小的晶体大小的微晶。由于这些氧化物在改进激光束吸收特性上是有效的，因此用激光器进行精密的织构化成为可能从而获得具有良好CSS特性的磁盘。假设Fe、Cr等对机械强度的改进作出贡献，并且甚至在减小晶体大小时几乎不使强度降低。氧化物的总量优选为0.5-10重量％。当氧化物的总量低于0.5重量％时，不能得到期望的效果，相反地，当它超过10重量％时熔化变得困难或晶粒变得粗糙而使所需晶体的制备变得不可能。CeO2在稳定玻璃中Fe、Cr、Ni、V、Cu、Mn和Mo离子的化学价上是有效的。SnO2控制玻璃中Cu的化学价和其它的如CeO2的化学价，附加地，它也充当晶核形成剂。以下实施例将进一步说明本发明。实施例1用普通方法将玻璃原料混合在一起得到一种混合物，其由以氧化物计74.8重量％SiO2，9.5重量％Li2O，3.5重量％K2O，2.0重量％MgO，1.0重量％ZnO，3.0重量％Al2O3，2.0重量％P2O5，0.2重量％As2O3，1.0重量％氟和3.0重量％氯组成。用普通熔化装置在约1,390℃下将此混合物熔化.通过搅拌将熔体均化、制模形成料块，将其缓慢冷却得到玻璃。以约10℃/min的温度上升的速度将玻璃加热到570℃的成核温度并保持此温度1小时。以约10℃/min的温度上升的速度将玻璃进一步加热到810℃，并保持此温度2小时以形成玻璃中的晶粒，由此获得结晶玻璃。主要由α-石英，Li2O·SiO2和Li2O·2SiO2组成的晶体也被结晶。结晶玻璃中氯的含量为0.4重量％。用SEM(扫描电子显微镜)观察由此获得的结晶玻璃的表面，发现其平均晶体大小约为0.22μm。其结构是致密和均匀的，没有各向异性或缺陷，并有良好的化学耐久性。将CeO2作为磨料将玻璃磨光以得到表面粗糙度(Ra)为8埃的平滑表面。此值适于高密度记录盘。该玻璃的比重为2.36，杨氏模量为9,365Kgf·mm-2，维氏硬度为700Kgf·mm-2和热膨胀系数为8.7×10-6K-1。实施例2-4除了将形成玻璃的原料成分与熔化温度改变为如表1所示的值，其它用与实施例1相同的方法获得结晶玻璃。该玻璃的特性也列于表1中。表1</tables>对比实施例1将原料混合在一起得到一混合物，它由75.9重量％SiO2，9.9重量％Li2O，3.8重量％K2O，2.2重量％MgO，0.8重量％ZnO，4.3重量％Al2O3，1.8重量％P2O5，0.3重量％As2O3和1.0重量％氟组成(以氧化物计)。将混合物在约1,480℃下熔化，然后用与实施例1相同的方法将其成型、玻璃化和结晶。如此得到的结晶玻璃具有约0.50μm的平均晶体尺寸。用CeO2将玻璃磨光后其表面粗糙度为18埃。实施例5将原料混合在一起得到一混合物，它由70.0重量％SiO2，9.2重量％Li2O，3.6重量％CaO，1.9重量％BaO，1.0重量％ZnO，4.0重量％Al2O3，2.0重量％P2O5，0.5重量％Sb2O3，4.6重量％Fe2O3，0.5重量％CeO2，0.9重量％氟和1.8重量％氯组成(以氧化物计)。在约1,400℃下将此混合物熔化。通过搅拌将熔融物均化，然后将其制成磁盘形状并冷却以使产品玻璃化。以约10℃/min的温度上升的速度将玻璃加热到600℃并保持此温度1小时以进行最初的热处理。然后，以约10℃/min的温度上升的速度将玻璃进一步加热到665℃，并保持此温度1小时以获得结晶玻璃。如此形成的晶体主要为α-石英，Li2O·2SiO2等。由此获得的结晶玻璃中氟与氯含量分别为0.1重量％和0.3重量％.用SEM观察玻璃表面发现晶体的晶粒尺寸平均约为0.08μm并且结构是致密均匀的，没有观察到各向异性或缺陷。用CeO2将玻璃磨光后，其表面粗糙度(Ra)约为4埃。该玻璃的比重为2.50，杨氏模量为13,000Kgf·mm-2，维氏硬度为590Kgf·mm-2。对厚度为0.635mm的试样检查其激光束吸收特性，发现它对波长为1,064nm的光的吸光度为0.48和透光率为34.0％，与对波长为532nm的光的吸光度为0.41和透光率为38.8％。在此波长下用激光器的结构化也特别好。在另一方面，实施例1制备的不含铁的玻璃几乎不吸收这些激光束，其对波长为1,064nm的光的吸光度为0.02和透光率为95.7％。实施例6-9除了将成分，最初的热处理温度和结晶温度改变为如表2所示的值，其它用与实施例5相同的方法制备一结晶玻璃。该玻璃的特性也列于表2中。表2由于本发明的结晶玻璃形成具有晶粒尺寸不大于0.3μm的微晶，该玻璃对制备用作具有表面粗糙度为10埃或更低的磁盘或光磁盘的基片是有用的和对高密度记录也是有用的。由于玻璃原料具有较低的熔化温度，它对低成本大量生产不含气泡或条纹的玻璃基片是有用的。进一步地，该玻璃有较低的比重，良好的机械强度和化学耐久性，并是易于模制的。这样，将该玻璃用作信息记录媒体基片的原料具有非常好的特性。进一步地，按照本发明，可获得用激光器进行良好结构化的磁盘基片。权利要求1.一种用作信息记录盘基片的结晶玻璃，其通过以下步骤获得，熔化玻璃原料，所述玻璃原料以氧化物的重量百分比计基本上由55-85％SiO2、5-20％Li2O、0-10％K2O+Na2O、0-10％MgO、0-20％CaO、0-10％SrO、0-10％BaO、0-10％ZnO、0-10％Al2O3、0-15％B2O3、0-6％P2O5、0-3％TiO2、0-3％的ZrO2、0-3％SnO2和0-1％As2O3+Sb2O3、0.1-10重量％氟(F)和0.1-20重量％氯(Cl)组成，模压此熔融材料，使此模制材料玻璃化和对此玻璃化材料进行结晶处理，并且其在结晶处理后至少含有0.05重量％的氯。2.一种用作信息记录盘基片的结晶玻璃，其通过以下步骤获得，熔化玻璃原料，所述玻璃原料以氧化物的重量百分比计基本上由55-85％SiO2、5-20％Li2O、0-10％K2O+Na2O、0-10％MgO、0-20％CaO、0-10％SrO、0-10％BaO、0-10％ZnO、0-10％Al2O3、0-15％B2O3、0-6％P2O5、0-3％TiO2、0-3％ZrO2、0-3％SnO2、0-1％As2O3+Sb2O3、0-10％Fe2O3、0-10％Cr2O3、0-10％NiO、0-10％V2O5、0-10％CuO、0-10％MnO2、0-10％MoO3、0.5-10％Fe2O3+Cr2O3+NiO+V2O5+CuO+MnO2+MoO3总和和0-3％CeO2、0.1-10重量％氟(F)和0.1-20重量％氯(Cl)组成，模压此熔融材料，使此模制材料玻璃化和对此玻璃化原料进行结晶处理，并且其在结晶处理后至少含有0.05重量％的氯。全文摘要一种用作信息记录盘基片的结晶玻璃,其通过以下步骤获得,熔化形成的玻璃的材料,所述材料以氧化物的重量百分比计基本上由55—85%的SiO文档编号C03C10/16GK1181359SQ9712259公开日1998年5月13日申请日期1997年9月30日优先权日1996年10月4日发明者森永健次,秋本裕二,清水史幸,岩崎峰人,新藤直人申请人:Sec株式会社