用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片及其制造方法和信息存储介质盘的制作方法

专利名称：用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片及其制造方法和信息存储介质盘的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片及其制造方法和信息存储介质盘。
在计算机硬盘等固定型信息磁存储装置中，广泛采用铝合金作为磁盘用基片材料。其中，脱脂、腐蚀、Zn或Sn、Pd置换、无电解Ni-P电镀、退火、研磨、清洗和检查由表面粗糙度Ra为约200～1000的铝合金构成的毛坯基片，成膜Cr衬底膜、磁性膜、保护膜，用作为信息磁存储介质盘。但是，铝合金基片为软材料，因杨氏模量、表面硬度低，在驱动器的高速旋转中振动剧烈，容易产生变形，存在难以适应薄形化的问题，不能充分地适应高速和高密度记录化。
另一方面，作为消除铝合金基片的上述问题的材料，有玻璃陶瓷和化学强化玻璃的硅酸铝玻璃。目前的玻璃陶瓷基片、化学强化玻璃基片与铝合金基片的情况不同，在基片表面上不进行Ni-P电镀，可直接形成Cr衬底层、磁性膜并使用。这是由于在玻璃陶瓷基片和强化玻璃基片的表面上可以不进行良好粘接性的Ni-P电镀的缘故。
但是，在玻璃陶瓷或强化玻璃基片上不进行Ni-P电镀而直接形成Cr衬底层和磁性膜的情况下，与Ni-P电镀后成膜Cr衬底层和磁性膜的情况相比，磁性颗粒粒径变肥大，成为将来高存储密度化的障碍。
在特开昭62-230651号公报、特开昭63-225919号公报、特开平6-87680号公报、特开平7-272263号公报等中披露了在玻璃陶瓷基片和强化玻璃基片上尝试Ni-P电镀的实例。这些实例在将基片化学腐蚀处理尝试表面粗糙化后都进行Ni-P电镀。尽管进行了这些尝试，但是，在腐蚀处理中大多数玻璃陶瓷基片和强化玻璃基片的基片表面的粗糙化不能良好地进行，与Ni-P层的粘附性不充分，或者象一部分玻璃陶瓷基片那样虽然改善了粘附性但表面的平滑性会被损害，不适合作为当前需要的高密度信息存储介质，在玻璃陶瓷基片和强化玻璃基片上进行Ni-P电镀的技术尚未实用化。
作为化学强化玻璃的硅酸铝玻璃，例如已知在特开平8-48537、特开平5-32431(SiO2-Al2O3-Na2O)中披露的技术。但是，在这种情况下，(1)在化学强化后进行研磨，盘薄片化的强化层的不稳定因素高。此外，在长期使用中强化相发生时效变化，会使磁特性劣化。(2)由于玻璃中含有作为必要成分的Na2O、K2O成分，因而成膜特性劣化，必须进行防止Na2O、K2O溶出的全表面阻挡层涂敷处理，有难以实现制品的低成本稳定生产性的缺点。(3)为了提高玻璃的机械强度进行化学强化，但基本上是利用表面相与内部相的强化应力的情况，杨氏模量与通常的非晶玻璃同为83GPa以下并且对在高速旋转驱动器的使用有限制。(4)进行Ni-P电镀时，用HF系溶液进行腐蚀，但因基片表面一样被腐蚀，未获得Ni-P电镀粘附性的微细结构，所以强化玻璃不能作为Ni-P电镀基片使用等。再有，作为高密度磁存储介质基片的特性仍然不充分。
而且，对于铝合金基片和化学强化玻璃基片来说，已知几种结晶化玻璃。例如，在特开平9-35234号公报、EP0781731A1号公报中披露的磁盘用玻璃陶瓷基片由Li2O-SiO2系构成，结晶相为二硅酸锂和β-锂辉石，或二硅酸锂和析出β-方英石的物质，但完全没有研讨高速旋转的杨氏模量与比重的关系，也未给出Ni-P电镀中适当的HF腐蚀技术和微细结构等条件的任何启示。
在特开平9-77531号公报中披露了有SiO2-Al2O3-MgO-ZnO-TiO2系等、构成为杨氏模量为93.4～160.11GPa、体积密度为2.83～3.24的结晶化玻璃和由该结晶化玻璃组成的磁存储刚性盘的基体。该结晶化玻璃的主结晶相为大量的尖晶石(Mg或Zn)Al2O4，作为副结晶，有包含MgTi2O5或Zn2Ti2O5和其它多个结晶的情况，但无论哪种情况，都有包含大量的Al2O3、大比重和高杨氏模量的特征。
但是，如果含有大量的Al2O3，那么原玻璃的熔融性下降，同时产生耐失透性劣化等问题，在生产上也不好，此外，也完全没有研讨高速旋转驱动器必要的杨氏模量/比重的关系和比重值本身，对在Ni-P电镀中适当的HF腐蚀技术和微细结构等条件也未提供任何启发。尤其对于比重来说，都变成2.83以上的大值。因此，只不过简单地提出硬质材料的建议。而且，由于该系列的结晶化玻璃的硬度过高，所以存在加工性不好，生产率劣化的大问题，作为高密度信息磁存储介质基片的改善效果也不充分。
本发明的目的在于提供可消除上述以往技术中存在的诸缺点，对应于上述高速和高密度记录化的动向，具有对应于Ni-P电镀的良好粘附性的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片及其制造方法，以及在该玻璃陶瓷基片上进行Ni-P电镀，形成信息存储介质被膜的信息存储介质磁盘。
为了实现上述目的，本发明人反复专门实验研究，结果发现，由玻璃陶瓷构成并且具有特定的表面微细结构的玻璃陶瓷基片在Ni-P电镀时有良好的粘附性，从而完成了本发明。
就是说，方案1所述的发明是用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片，该用于信息存储介质的基片由结晶相分散于玻璃母体中的玻璃陶瓷构成，其特征在于，在玻璃陶瓷中结晶相占有的比例(结晶量)为50～70wt％，平均晶粒直径为0.10μm～0.50μm的晶粒露出该基片表面，方案2所述的发明是用于信息存储介质的高刚性玻璃陶瓷基片，该用于信息存储介质的基片由结晶相分散于玻璃母体中的玻璃陶瓷构成，其特征在于，刚性比(杨氏模量/比重)在39GPa以上，平均晶粒直径0.10～0.50μm的晶粒露出该基片表面，方案3所述的发明是用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片，该用于信息存储介质的基片由结晶相分散于玻璃母体中的玻璃陶瓷构成，其特征在于，平均晶粒直径0.10～0.50μm的晶粒在该基片表面，该基片表面的各晶粒有这样的表面微细结构，其体积的一半以上露出于玻璃母体表面并固定，方案4所述的发明是方案1～3中任一项所述的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片，其中，杨氏模量＝95～160GPa、比重＝2.40～2.80，刚性比(杨氏模量/比重)＝39～57GPa，方案5所述的发明是方案1～4中任一项所述的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片，其中，对研磨后的表面粗糙度Ra(算术平均粗糙度)为500以下的玻璃陶瓷进行腐蚀，方案6所述的发明是方案1～5中任一项所述的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片，通过在4～30wt％的HF系腐蚀溶液中浸渍，按30/sec以上的腐蚀率腐蚀30～80秒，方案7所述的发明是方案5或6所述的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片，其中，表面粗糙度Ra(算术平均粗糙度)为50～10000。
此外，方案8所述的发明是方案1～7中任一项所述的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片，该玻璃陶瓷的主结晶相是从堇青石(Mg2Al4Si5O18)、堇青石固溶体(Mg2Al4Si5O18固溶体)、尖晶石((Mg或Zn)(Al或Ti)2O4)、尖晶石固溶体((Mg或Zn)(Al或Ti)2O4固溶体)、顽辉石(MgSiO3)、顽辉石固溶体(MgSiO3固溶体)、石英(SiO2)、石英固溶体(SiO2固溶体)中选择的至少一种以上，方案9所述的发明是方案8所述的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片，该玻璃陶瓷的各个主结晶相的平均晶粒直径为0.05μm～1.0μm，方案10所述的发明是方案1～9中任一项所述的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片，该玻璃陶瓷含有平均晶粒直径为0.10μm～1.0μm的堇青石的结晶相，方案11所述的发明是方案1～10中任一项所述的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片，该玻璃陶瓷含有平均晶粒直径为0.10μm～1.0μm的顽辉石的结晶相，方案12所述的发明是方案1～11中任一项所述的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片，该玻璃陶瓷含有平均晶粒直径为0.10μm～1.0μm的针状、粒状或板状的晶粒，方案13所述的发明是方案8～12中任一项所述的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片，在-50～+70℃范围的热膨胀系数在30×10-7～50×10-7/℃的范围内，方案14所述的发明是方案8～13中任一项所述的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片，该玻璃陶瓷按氧化物基准的重量百分比含有下列各范围的各成分SiO240～60％MgO10～18％MgO+ZnO10～18％Al2O310～不足20％P2O50～4％B2O30～4％CaO0.5～4％BaO0～5％ZrO20～5％TiO22.5～8％Sb2O30～1％As2O30～1％F 0～3％Fe2O30～5％。
此外，方案15所述的发明是方案1～7中任一项所述的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片，该玻璃陶瓷含有作为其主结晶相的二硅酸锂(Li2O·2SiO2)，并且含有石英(SiO2)或石英固溶体(SiO2固溶体)，方英石(SiO2)或方英石固溶体(SiO2固溶体)，方案16所述的发明是方案15所述的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片，该玻璃陶瓷的各个主结晶相的平均晶粒直径为0.05μm～0.40μm，方案17所述的发明是方案1～7、15、16中任一项所述的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片，该玻璃陶瓷含有平均晶粒直径为0.15μm～0.40μm的石英或石英固溶体的晶粒，该结晶相的结晶量为10～70wt％，方案18所述的发明是方案1～7、15～17中任一项所述的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片，该玻璃陶瓷含有平均晶粒直径为0.10μm～0.4μm的二硅酸锂的晶粒，该结晶相的结晶量为40～70wt％，方案19所述的发明是方案15～18中任一项所述的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片，该玻璃陶瓷中的晶粒大致为球状，方案20所述的发明是方案15～19中任一项所述的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片，在-50～+70℃范围的热膨胀系数在70×10-7～130×10-7/℃的范围内，方案21所述的发明是方案15～20中任一项所述的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片，该玻璃陶瓷按氧化物基准的重量百分比含有下列各范围的各成分SiO270～80％Li2O9～12％K2O 2～5％MgO 0.5～1.8％ZnO 0.2～1.8％而且，MgO+ZnO+CuO+CoO+NiO0.8～1.8％P2O51.5～3％ZrO20.5～5％Al2O32～7％Sb2O3+As2O30～2％。
此外，方案22所述的发明是在方案1～21中任一项所述的玻璃陶瓷基片上进行Ni-P电镀构成的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片，方案23所述的发明是在方案22所述的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片上再形成信息存储介质被膜，并制成信息存储介质盘，而方案24所述的发明是方案23所述的信息磁存储介质盘，其中该信息存储介质被膜为金属磁性膜。
此外，方案25所述的发明是方案1～22中任一项所述的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片的制造方法，其特征在于，在将玻璃原料熔融、成型和缓慢冷却后，作为结晶化热处理条件，按核形成温度为450～850℃，结晶化温度为740～1000℃实施热处理，方案26所述的发明是方案1-22中任一项所述的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片的制造方法，特征在于，通过将玻璃陶瓷浸渍在4～30wt％HF系腐蚀溶液中，按30/sec以上的腐蚀率进行化学腐蚀。
本发明的用于信息存储介质的基片由玻璃母体中结晶相大致均匀分散的玻璃陶瓷构成。与由铝合金制成的用于信息存储介质的基片相比，由于用玻璃陶瓷构成的用于信息存储介质的基片一般具有高刚性，所以在驱动器的高速旋转中也难以产生振动，容易满足薄形化的要求，此外，由于表面硬度高，所以适合高密度存储化。在本发明披露的具有适当组成和形态的玻璃陶瓷中，通过HF系化学腐蚀处理，表面的玻璃成分被有选择地侵蚀，表面的各个晶粒体积的一半以上露出于玻璃母体表面并固定在其上。该表面微细结构在进行Ni-P电镀时发挥物理的锚定效果，本发明的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片显示出与Ni-P电镀的良好粘附性。
本发明的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片具有平均晶粒直径0.1～0.5μm的晶粒露出该基片表面的特征。该范围大小的晶粒露出基片表面的基片表面在进行Ni-P电镀时具有充分发挥适当的锚定效果的优点。
晶粒的平均颗粒直径不足0.10μm的玻璃陶瓷基片即使进行腐蚀处理，表面也不能被相应地粗糙化。此外，晶粒的平均颗粒直径比0.5μm大的玻璃陶瓷基片即使通过腐蚀处理使表面粗糙化，在进行Ni-P电镀时也难以发挥充分的锚定效果。
在本发明的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片中，玻璃陶瓷的结晶量最好为50～70wt％。其中，把结晶量称为在玻璃陶瓷中占有的结晶相的比例。如果结晶量不足50wt％，那么即使进行腐蚀处理，也难以获得适合Ni-P电镀的表面特性。此外，在结晶量比70wt％大的情况下，经腐蚀处理也难以获得适合Ni-P电镀的表面特性。
下面，说明适合本发明的玻璃陶瓷基片的杨氏模量和比重。
如上所述，为了提高记录密度和数据传送速度，正在推进用于信息磁存储介质基片的高速旋转化倾向，但按照该倾向，基片材料应该防止因高速旋转时的减振性和衰减特性的影响产生的磁盘弯曲和振动，必须高刚性、低比重。如果仅有高刚性，而比重大的话，那么在高速旋转时因其重量大会产生弯曲，发生振动。相反地，如果低比重但刚性小，那么同样发生振动。就是说，在具有高刚性的同时，还必须取得与低比重相反特性的平衡。本发明的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片的刚性比(杨氏模量/比重)可以在39GPa以上。此外，在40GPa以上更好，在41GPa以上最好。在以堇青石为主结晶的情况下，刚性比可以在45GPa以上。在相同组成系的玻璃陶瓷基片中，刚性比越大，Ni-P电镀的粘附性就越好。
此外，从研磨加工玻璃陶瓷基片时的加工性来看，刚性比(杨氏模量/比重)可以在57GPa以下，在54GPa以下更好。作为满足这种刚性比的玻璃陶瓷基片，其杨氏模量可以为95～160GPa，比重可以为2.40～2.80。
其次，作为表面粗糙度Ra(算术平均粗糙度)，为了发挥相对于Ni-P电镀的适当锚定效果使粘附性良好，本发明的玻璃陶瓷基片的表面粗糙度可以在50以上，在200以上更好。此外，在Ni-P电镀后可再次研磨加工，但就这些后工艺的作业效率而言，本发明的玻璃陶瓷基片的表面粗糙度可以在10000以下，在5000以下更好，在2000以下最好。
本发明的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片可以是板状玻璃陶瓷，最好是腐蚀得到的圆盘状玻璃陶瓷，但腐蚀前的板状玻璃陶瓷表面最好进行研磨，以便表面粗糙度Ra(算术平均粗糙度)在500以下。在该表面粗糙度Ra比500更粗糙的情况下，对Ni-P电镀后的研磨加工表面产生不良影响，必须进行长时间的研磨，生产率变差。
在本发明的一个方面中，主结晶相可以是从堇青石(Mg2Al4Si5O18)、堇青石固溶体(Mg2Al4Si5O18固溶体)、尖晶石((Mg或Zn)(Al或Ti)2O4)、尖晶石固溶体((Mg或Zn)(Al或Ti)2O4固溶体)、顽辉石(MgSiO3)、顽辉石固溶体(MgSiO3固溶体)、β-石英(β-SiO2)、β-石英固溶体(β-SiO2固溶体)中选择的至少一种以上。这是因为上述结晶相在Ni-P电镀中具有良好的腐蚀特性(化学特性)，并具有良好的加工特性，还可增加刚性，析出晶粒粒径比较小，而且，与其它结晶相相比，具有可以实现特别低的比重化的有利方面。
再有，在所述各结晶相中，堇青石(Mg2Al4Si5O18)、尖晶石((Mg或Zn)(Al或Ti)2O4)、顽辉石(MgSiO3)、β-石英(β-SiO2)和这些结晶的固溶体相的有无析出与其比例由原玻璃中的MgO、SiO2和Al2O3的各含有比例决定。
下面论述堇青石(Mg2Al4Si5O18)、尖晶石((Mg或Zn)(Al或Ti)2O4)、顽辉石(MgSiO3)、β-石英(β-SiO2)和这些结晶的固溶体的各晶粒的大小。作为用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片，在具有适当的表面平滑性方面，各个主结晶相的平均晶粒直径可以都在1.0μm以下，在0.5μm以下更好。此外，在具有与Ni-P电镀的良好粘附性方面，主结晶相的平均晶粒直径的至少一个可以在0.5μm以上，在1.0以上更好。
在本发明的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片中，该玻璃陶瓷含有平均晶粒直径为0.10μm～1.0μm的堇青石或顽辉石的结晶相，而在具有与Ni-P电镀良好粘附性的玻璃陶瓷表面方面也不错。最好是该玻璃陶瓷含有平均晶粒直径为0.30μm～1.0μm的堇青石或顽辉石的结晶相。堇青石结晶相的结晶量可以在10～70％的范围内，在30～70％的范围内更好。顽辉石结晶相的结晶量可以在10～70％的范围内，在30～70％的范围内更好。
在本发明的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片中，该玻璃陶瓷可以含有平均晶粒直径为0.10～1.0μm的针状、粒状或板状的晶粒。作为针状、粒状或板状的晶粒，可列举出堇青石(Mg2Al4Si5O18)、尖晶石((Mg或Zn)(Al或Ti)2O4)、顽辉石(MgSiO3)、β-石英(β-SiO2)。其中，‘针状、粒状或板状’意指非真球状、非大致球状。
在主结晶相为从堇青石(Mg2Al4Si5O18)、堇青石固溶体(Mg2Al4Si5O18固溶体)、尖晶石((Mg或Zn)(Al或Ti)2O4)、尖晶石固溶体((Mg或Zn)(Al或Ti)2O4固溶体)、顽辉石(MgSiO3)、顽辉石固溶体(MgSiO3固溶体)、β-石英(β-SiO2)、β-石英固溶体(β-SiO2固溶体)中至少选择一种以上的玻璃陶瓷基片中，其玻璃陶瓷的最佳组成范围(氧化物基准)如下所述。
首先，SiO2成分在发挥用HF系溶液腐蚀玻璃陶瓷时的表面粗糙化效果的方面，和在利用原玻璃的热处理生成作为主结晶相析出的堇青石(Mg2Al4Si5O18)、堇青石固溶体(Mg2Al4Si5O18固溶体)、顽辉石(MgSiO3)、顽辉石固溶体(MgSiO3固溶体)、β-石英(β-SiO2)、β-石英固溶体(β-SiO2固溶体)结晶方面是极其重要的成分。SiO2成分的量不足40％时，得到的玻璃陶瓷的析出结晶相不稳定，组织粗大化，此外，如果超过60％，那么原玻璃的熔融和成形性变得困难。再有，在析出这些结晶相中，热处理条件也成为重要的因素，但可以制定更宽的热处理条件，更好的范围为48.5～58.5％。
MgO成分是利用原玻璃的热处理生成作为主结晶相析出的堇青石(Mg2Al4Si5O18)、堇青石固溶体(Mg2Al4Si5O18固溶体)、尖晶石((Mg或Zn)(Al或Ti)2O4)、尖晶石固溶体((Mg或Zn)(Al或Ti)2O4固溶体)、顽辉石(MgSiO3)、顽辉石固溶体(MgSiO3固溶体)、β-石英(β-SiO2)、β-石英固溶体(β-SiO2固溶体)结晶的极其重要的成分，但其量不足10％时，不能获得期望的结晶，得到的玻璃陶瓷的析出结晶不稳定，组织容易粗大化，并且熔融性劣化。此外，如果超过18％，那么失透性劣化。再有，根据与SiO2情况相同的理由，MgO的更好范围为13～18％。根据与MgO情况相同的理由，MgO+ZnO的较好范围为10～18％，更好的范围为13～18％。
Al2O3成分是利用原玻璃的热处理生成作为主结晶相析出的堇青石(Mg2Al4Si5O15)、堇青石固溶体(Mg2Al4Si5O15固溶体)、尖晶石((Mg或Zn)(Al或Ti)2O4)、尖晶石固溶体((Mg或Zn)(Al或Ti)2O4固溶体)、β-石英固溶体(β-SiO2固溶体)结晶的极其重要的成分，但其量不足10％时，不能获得期望的结晶相，得到的玻璃陶瓷的析出结晶相不稳定，组织容易粗大化，并且熔融性劣化。此外，在20％以上时，原玻璃的熔融性和失透性劣化，同时尖晶石的析出量异常多，硬度大于必要以上的硬度，在研磨等方面的加工性显著下降。而且，比重增大，在作为信息存储介质磁盘使用的情况下，在高速旋转时容易发生振动。因此，Al2O3成分的较好范围为10～不足20％，更好的范围为10～18％，最好的范围为12～18％。
P2O5成分除具有作为玻璃结晶核形成剂的功能外，还具有原玻璃的熔融和成形性的改善和改善耐失透性的效果，但在4％以内就足够了。更好的范围为1～3％。
B2O3成分具有原玻璃熔融成型时的粘度控制效果，但其量在4％以内就足够了。
CaO成分是提高玻璃熔融性同时防止析出结晶相粗大化的成分，但其量不足0.5％时不能获得上述效果，此外，如果超过4％，那么析出结晶的粗大化、结晶相的变化和化学耐久性劣化。更好的范围为1～3％。
BaO成分是为了提高玻璃熔融性而添加的成分，但其量达到5％就足够了。更好的范围为1～3％。
ZrO2成分与TiO2成分除具有作为玻璃结晶核形成剂的功能外，还是在析出结晶相的微细化和材料的机械强度提高以及化学耐久性提高方面具有显著效果的极其重要的成分，但ZrO2成分在5％以内就足够了，而TiO2成分不足2.5％时就不能得到上述效果，但如果超过8％，那么难以进行原玻璃的熔融，耐失透性劣化。再有，基于与上述SiO2情况相同的理由，ZrO2+TiO2的最佳范围为2～8％。
Sb2O3、As2O3成分可作为玻璃熔融时的澄清剂使用，但分别在1％以内。
F成分是为了提高玻璃的熔融性而添加的，在3％以内就足够了。
Fe2O3成分是提高因玻璃着色剂或着色产生的表面缺陷的检测灵敏度和提高相对于LD激发激光的吸收特性而添加的成分，但在5％以内就足够了。
其次，在本发明的另一方面中，其主结晶相可含有α-二硅酸锂(α-Li2O·2SiO2)，并且可含有α-石英(α-SiO2)或α-石英固溶体(α-SiO2固溶体)、或α-方英石(α-SiO2)或α-方英石固溶体(α-SiO2固溶体)。这是因为上述结晶相在Ni-P电镀中具有良好的腐蚀特性(化学特性)，并具有良好的加工特性，可增加刚性，达到比较低的比重，并且具有可使析出晶粒非常细微的有利方面。此时各主结晶相的平均晶粒直径最好都在0.05μm～0.40μm的范围内。
在本发明的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片中，该玻璃陶瓷含有平均晶粒直径为0.15μm～0.4μm的石英晶粒，石英结晶相的结晶量为10～70wt％，但有利于获得Ni-P电镀良好粘附的玻璃陶瓷表面。
在本发明的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片中，该玻璃陶瓷含有0.10μm～0.4μm的二硅酸锂的晶粒，二硅酸锂的结晶量为40～70wt％，但有利于获得Ni-P电镀良好粘附的玻璃陶瓷表面。
在本发明的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片中，二硅酸锂(Li2O·2SiO2)、石英(SiO2)、石英固溶体(SiO2固溶体)、方英石(SiO2)、方英石固溶体(SiO2固溶体)的各晶粒最好大致为球状。
在含有作为主结晶相的α-二硅酸锂(α-Li2O·2SiO2)，并且含有α-石英(α-SiO2)或α-方英石(α-SiO2)的玻璃陶瓷基片中，其玻璃陶瓷的最佳组成范围(氧化物基准)如下所述。
首先，SiO2成分在发挥用HF系溶液腐蚀玻璃陶瓷时的表面粗糙化效果方面，和在利用原玻璃的热处理生成作为主结晶相析出的二硅酸锂(Li2O·2SiO2)、α-石英(α-SiO2)、α-石英固溶体(α-SiO2固溶体)、α-方英石(α-SiO2)、α-方英石固溶体(α-SiO2固溶体)结晶方面是极其重要的成分。SiO2成分的量不足70％时，得到的玻璃陶瓷的析出结晶不稳定，组织容易粗大化，此外，如果超过80％，那么原玻璃的熔融和成形性变得困难。
Li2O成分是利用原玻璃的热处理生成作为主结晶相析出的二硅酸锂(Li2O·2SiO2)结晶的极其重要的成分，但其量不足9％时，难以获得上述结晶的析出，同时原玻璃的熔融变得困难，此外，如果超过12％，那么得到的结晶不稳定，容易粗大化组织的化学耐久性劣化。
K2O成分是提高玻璃的熔融性同时防止析出结晶粗大化的成分，但其量不足2％时不能获得上述效果，此外，如果超过5％，那么析出结晶的粗大化、结晶相变化和化学耐久性劣化。
MgO、ZnO成分是对作为本发明的主结晶相的二硅酸锂(Li2O·2SiO2)、α-石英(α-SiO2)、α-石英固溶体(α-SiO2固溶体)、α-方英石(α-SiO2)、α-方英石固溶体(α-SiO2固溶体)的各晶粒的大小和形状及玻璃陶瓷的刚性比有影响的重要成分。为了使这些晶粒析出成微细的球状，成为刚性比大的玻璃陶瓷，MgO成分可以在0.5％以上，而ZnO成分可以在0.2％以上。另外，这些成分的量过多时也有使刚性比下降的作用，MgO成分、ZnO成分之和可以分别在1.8％以下。作为MgO+ZnO+CuO+CoO+NiO成分的合计量也有适当的组成量，可以在0.8％以上，1.8％以下。该合计量超过1.8％，刚性比也下降。
P2O5成分在本发明中作为玻璃的结晶核形成剂不可缺少，但其量不足1.5％时结晶核形成不充分，会使析出结晶相粗大化，此外，如果超过3％，那么因原玻璃的乳白失透使生产率劣化。
ZrO2成分与P2O5成分同样除具有玻璃结晶核形成剂的功能外，还是在析出结晶的微细化和材料的机械强度提高及化学耐久性提高方面具有显著效果的极其重要的成分，但其量不足0.5％时不能获得上述效果，此外，如果超过5％，那么原玻璃的熔融变得困难，同时会发生ZrSiO4等的熔解残留物。
Al2O3成分是提高玻璃陶瓷的化学耐久性和硬度的成分，但其量不足2％时就不能获得上述效果，此外，如果超过7％，那么熔融性、失透性劣化，析出结晶相会发生相变化成为低膨胀结晶的β-锂辉石(Li2O·Al2O3·4SiO2)。由于β-锂辉石(Li2O·Al2O3·4SiO2)和β-方英石(β-SiO2)的析出使材料的热膨胀系数显著地下降，所以必须避免这些结晶的显著析出。
Sb2O3和As2O3成分可作为玻璃熔融时的澄清剂添加，但一种或两种的合计量直至2％才充分。
相对于热膨胀率来说，在增加比特和磁道密度，使比特单元的尺寸缩小化中，介质与基片的热膨胀系数的差产生大的影响。因此，玻璃陶瓷基片在-50～+70℃温度范围内的热膨胀系数可以为30×10-7～130×10-7/℃。在将玻璃陶瓷基片作为信息存储介质时的一个形态中，玻璃陶瓷基片在-50～+70℃温度范围内的热膨胀系数可以为30×10-7～50×10-7/℃。此外，在另一形态中，玻璃陶瓷基片的-50～+70℃温度范围内的热膨胀系数可以为70×10-7～130×10-7/℃。
通过将板状玻璃陶瓷浸渍在腐蚀溶液中可以制造本发明的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片。作为腐蚀处理中使用的腐蚀溶液，可采用例如HF、NH4F、NH4F·HF、NH4F·HF+HNO3等HF系腐蚀溶液。HF系腐蚀溶液的浓度可以为4～30wt％，4～10wt％更好。腐蚀时间可以为30～800秒，30～200秒更好，30～120秒最好。
有适当主结晶相和玻璃母体成分的玻璃陶瓷基片通过表面腐蚀处理使晶粒露出该基片表面。此时基片表面的各个晶粒具有一半以上的体积露出固定在玻璃母体表面上的表面微细结构，可得到Ni-P电镀的粘附性良好的玻璃陶瓷基片。在由不适当成分的玻璃陶瓷构成的基片上，经过腐蚀处理，存在F化合物会覆盖表面的情况。如果将这样的玻璃陶瓷基片进行Ni-P电镀，那么在后工艺的热处理时电镀会剥离，不适合本发明的信息存储介质。
通过该腐蚀处理，玻璃陶瓷的表面被粗糙化至3～500的表面粗糙度，最好被粗糙化至50～10000的表面粗糙度。腐蚀率可以在30/sec以上。其中，腐蚀率指腐蚀前(研磨后)的表面粗糙度与腐蚀后的表面粗糙度之差除以腐蚀时间的值。通过腐蚀处理，玻璃陶瓷的表面对于Ni-P电镀发挥适当的锚定效果，本发明的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片对于Ni-P电镀有良好的粘附性。
在制造本发明的用于信息磁存储介质的玻璃陶瓷基片中，溶解有上述成分的玻璃，在进行热成形或冷加工后，在450～850℃范围的温度下经1～12小时热处理形成结晶核，接着，在740～1000℃范围的温度下经热处理可以进行结晶化。
在将玻璃陶瓷基片作为信息存储介质使用时的一个形态中，上述核形成温度为600℃～800℃较好，650℃～750℃更好，上述结晶化温度为800℃～1000℃较好，830℃～980℃更好。此外，在另一个形态中，上述核形成温度为450℃～650℃较好，500℃～600℃更好，上述结晶化温度为740℃～800℃较好，750℃～780℃更好。
在上述本发明的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片上进行Ni-P电镀后，与通常的由铝合金制成的硬盘同样，可以经形成信息存储介质被膜制造本发明的信息存储介质磁盘。作为该信息存储介质被膜，可以使用Co系磁性层和γ-Fe2O3等金属磁性膜。例如，在腐蚀后的上述本发明的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片上进行NiP电镀，接着在研磨加工、设置衬底层后，形成作为信息存储介质被膜的金属磁性膜，并且设置保护层、润滑油层，可以制成信息磁存储介质磁盘。


图1表示用本发明实施例2的NH4F10wt％溶液腐蚀后的SEM照片。
图2表示用本发明实施例8的NH4F10wt％溶液腐蚀后的SEM照片。
图3表示用比较例1的NH4F10wt％溶液腐蚀后的SEM照片。
图4表示用比较例2的NH4F10wt％溶液腐蚀后的SEM照片。
图5表示用比较例3的NH4F10wt％溶液腐蚀后的SEM照片。
下面，说明本发明的优选实施例。在表1～表3中，示出作为本发明的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片的实施组成例(No.1～9)，并且在用于比较的表4～表5中，示出了作为以往的化学强化玻璃的硅酸铝玻璃基片(比较例1)、Li2O-SiO2系玻璃陶瓷基片(比较例2、5、6)、SiO2-Al2O3-MgO-ZnO-TiO2系玻璃陶瓷基片(比较例3)，SiO2-Al2O3-MgO-ZnO-ZnO系玻璃陶瓷基片(比较例4)，上述表中，示出了其组成、核形成温度、结晶化温度、结晶相、平均晶粒直径、结晶量、杨氏模量、比重、刚性比(杨氏模量/比重)、研磨后的表面粗糙度(Ra)、-50～+70℃的热膨胀系数、HF系腐蚀条件、腐蚀后的表面状态的外观(腐蚀外观)、腐蚀后的表面粗糙度(Ra)、腐蚀率、Ni-P电镀的粘附性。
此外，在腐蚀处理、超声波水洗后，用SEM进行外观观察，用AFM进行表面粗糙度测定。在腐蚀外观中，‘清晰’指因与腐蚀溶液反应生成的F化合物不覆盖表面，在该基片表面上露出晶粒。此时，可观察到在各表中记载的平均晶粒直径的晶粒露出该基片表面。‘凹凸腐蚀不合格’指与未产生凹凸的表面相一样。‘F化合物生成’指玻璃中的碱成分与HF的反应生成物覆盖基片表面。‘腐蚀不合格’指在腐蚀前后用扫描电子显微镜未观察到表面的变化。
在Ni-P电镀、水洗、热处理后，在25片样品基片上，根据JISK5400-1990的8.5.2方格胶带法进行粘附性实验，Ni-P粘附性表示其内有仅稍稍剥离的基片(评价点数0～8)片数。此外，在热处理后，已经变为膨胀等剥离状态，本身不能进行本粘附性实验的情况表示为‘剥离’此外，图1表示在实施例2的NH4F10wt％溶液中30秒腐蚀后的SEM照片，图2表示在实施例8的NH4F10wt％溶液中30秒腐蚀后的SEM照片，图3表示在比较例1的NH4F10wt％溶液中30秒腐蚀后的SEM照片，图4表示在比较例2的NH4F10wt％溶液中30秒腐蚀后的SEM照片，图5表示在比较例3的Nh4F10wt％溶液中30秒腐蚀后的SEM照片。再有，β-石英固溶体(β-SiO2固溶体)表示β-石英SS(β-SiO2SS)。
表1

表2
表3
表4
表5<t
<p>本发明的上述实施例1～9、比较例2～6的玻璃陶瓷基片按以下工艺制造。首先，秤量和混合氧化物、碳酸盐、硝酸盐等原料，以便达到表中的氧化物组成，使用通常的溶解装置在约1350～1500℃的温度下溶解搅拌均匀化以上原料。将该原料成形为圆盘形状，进行冷却，得到圆盘状玻璃成形体。而且，在450～850℃下热处理该成形体形成结晶核后，在700～1000℃下热处理结晶化，得到期望的圆盘状玻璃陶瓷。接着，用平均粒径5～30μm的磨料研磨上述圆盘状玻璃陶瓷约10分钟～60分钟，然后用平均粒径0.1～2μm的氧化铈研磨修整约30分钟～60分钟。其中，用AFM测定研磨表面的粗糙度，在表中以研磨后表面粗糙度Ra表示。
接着，用75℃左右的碱水溶液(例如KOH)脱脂、水洗研磨后的圆盘状玻璃陶瓷后，按表中的条件在室温下进行腐蚀处理。在超声波水洗、添加催化剂后，在86℃下无电解Ni-P电镀，水洗后在230℃下进行热处理。
比较例1的强化玻璃基片也同样进行研磨、腐蚀处理、Ni-P电镀，作为比较实验材料提供。
本发明实施例1～9的玻璃陶瓷基片由玻璃母体中结晶相一样分散的玻璃陶瓷构成，平均晶粒直径0.10～0.50μm的晶粒露出该基片表面，该基片表面的各个晶粒具有其体积的一半以上露出固定在玻璃母体表面上的表面微细结构。此外，由作为代表例所示的图1、图2可知，作为实施例1～5所示的玻璃陶瓷基片中的主结晶相的堇青石、顽辉石为针状、粒状或板状，而作为实施例6～9所示的玻璃陶瓷基片中的主结晶相的二硅酸锂、α-石英、α-方英石大致为球状。本发明的玻璃陶瓷基片具有适合Ni-P电镀中必需的腐蚀处理中的玻璃成分和结晶、平均晶粒直径、结晶量，显示出良好的Ni-P粘附性。再有，在实施例1～9中，研磨后腐蚀前的圆盘状玻璃陶瓷有3～500的表面粗糙度Ra，但无论哪个玻璃陶瓷都不能进行良好的Ni-P电镀。
另一方面，在以往的硅酸铝化学强化玻璃、Li2O-SiO2系玻璃陶瓷等的比较例1-6中，由图3～图5可知，即使经过腐蚀，也未得到适合在表面上Ni-P电镀的表面微细结构，Ni-P电镀的粘附性明显粗劣。
比较例1是硅酸铝化学强化玻璃，即使经过腐蚀，基本上也未被粗糙化。比较例2有覆盖F化合物状态的表面，不能良好地Ni-P电镀。比较例3含有大量的Al2O3，因大比重和高杨氏模量，所以经腐蚀不能得到期望的表面粗糙度。比较例3具备如本发明那样的Al2O3比较少的高杨氏模量特性和低比重，是与玻璃陶瓷不同的比较例。在比较例4～6中，也未显示出良好的Ni-P粘附性。
如上所述，按照本发明，可提供消除上述以往技术中出现的诸缺点，同时使对今后的高存储密度化重要的适合Ni-P电镀的腐蚀特性优良，使熔融性、耐失透性和加工性优良，使对应于高存储密度的接触式记录化的基片表面的平滑性优良，同时具备与高速旋转驱动器对应的高杨氏模量、低比重和高刚性比特性的信息磁存储介质用的高刚性玻璃陶瓷基片及其制造方法。
而且，在本发明的玻璃陶瓷基片上通过形成Ni-P电镀、磁介质体等的被膜，可以进行磁体的微细化和磁膜的薄膜化，提高磁特性，在比特单元缩小的同时更接近磁盘表面进行动作的近接触式记录，并且也适应于接触式记录方式，提供高速和高密度记录化。因而，并不限于提供给个人计算机等的固定型硬盘，也可以提供适合可拆装型硬盘、卡片型硬盘、数据存储器、数字摄象机、数字相机等高容量高存储密度的信息存储装置的信息存储介质盘。
权利要求
1.一种用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片，由结晶相分散于玻璃母体中的玻璃陶瓷构成，其特征在于，在玻璃陶瓷中结晶相占有的比例(结晶量)为50～70wt％，平均晶粒直径为0.10～0.50μm的晶粒露出该基片表面。
2.一种信息存储介质用高刚性玻璃陶瓷基片，由结晶相分散于玻璃母体中的玻璃陶瓷构成，其特征在于，刚性比(杨氏模量/比重)在39GPa以上，平均晶粒直径为0.10～0.50μm的晶粒露出该基片表面。
3.一种用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片，由结晶相分散于玻璃母体中的玻璃陶瓷构成，其特征在于，平均晶粒直径为0.10～0.50μm的晶粒处于该基片表面，有这样的表面微细结构，即在该基片表面的各晶粒的体积的一半以上露出玻璃母体表面并固定。
4.如权利要求1～3中任一项所述的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片，其特征在于，杨氏模量＝95～160GPa，比重＝2.40～2.80，刚性比(杨氏模量/比重)＝39～57GPa。
5.如权利要求1～4中任一项所述的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片，其特征在于，对研磨后的表面粗糙度Ra(算术平均粗糙度)为500以下的玻璃陶瓷进行腐蚀。
6.如权利要求1～5中任一项所述的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片，其特征在于，通过在4～30wt％的HF系腐蚀溶液中进行浸渍，按30/sec以上的腐蚀率腐蚀30～800秒。
7.如权利要求5或6所述的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片，其特征在于，表面粗糙度Ra(算术平均粗糙度)为50～10000。
8.如权利要求1～7中任一项所述的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片，其特征在于，该玻璃陶瓷的主结晶相是从堇青石(Mg2Al4Si5O18)、堇青石固溶体(Mg2Al4Si5O18固溶体)、尖晶石((Mg或Zn)(Al或Ti)2O4)、尖晶石固溶体((Mg或Zn)(Al或Ti)2O4固溶体)、顽辉石(MgSiO3)、顽辉石固溶体(MgSiO3固溶体)、石英(SiO2)、石英固溶体(SiO2固溶体)中选择的至少一种以上。
9.如权利要求8所述的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片，其特征在于，该玻璃陶瓷各自的主结晶相的平均晶粒直径为0.05μm～1.0μm。
10.如权利要求1～9中任一项所述的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片，其特征在于，该玻璃陶瓷含有平均晶粒直径为0.10μm～1.0μm的堇青石的结晶相。
11.如权利要求1～10中任一项所述的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片，其特征在于，该玻璃陶瓷含有平均晶粒直径为0.10μm～1.0μm的顽辉石的结晶相。
12.如权利要求1～11中任一项所述的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片，其特征在于，该玻璃陶瓷含有平均晶粒直径为0.10μm～1.0μm的针状、粒状或板状的晶粒。
13.如权利要求8～12中任一项所述的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片，其特征在于，-50～+70℃范围中的热膨胀系数在30×10-7～50×10-7/℃的范围。
14.如权利要求8～13中任一项所述的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片，其特征在于，该玻璃陶瓷按氧化物基准的重量百分比含有在下列各范围的各成分SiO240～60％MgO 10～18％MgO+ZnO 10～18％Al2O310～不足20％P2O50～4％B2O30～4％CaO 0.5～4％BaO 0～5％ZrO20～5％TiO22.5～8％Sb2O30～1％As2O30～1％F 0～3％Fe2O30～5％。
15.如权利要求1～7中任一项所述的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片，其特征在于，该玻璃陶瓷含有作为其主结晶相的二硅酸锂(Li2O·2SiO2)，并且含有石英(SiO2)或石英固溶体(SiO2固溶体)、方英石(SiO2)或方英石固溶体(SiO2固溶体)。
16.如权利要求15所述的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片，其特征在于，该玻璃陶瓷各个主结晶相的平均晶粒直径为0.05μm～0.40μm。
17.如权利要求1～7、15、16中任一项所述的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片，其特征在于，该玻璃陶瓷含有平均晶粒直径为0.15μm～0.4μm的石英或石英固溶体的晶粒，该结晶相的结晶量为10％～70wt％。
18.如权利要求1～7、15～17中任一项所述的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片，其特征在于，该玻璃陶瓷含有平均晶粒直径为0.10μm～0.4μm的二硅酸锂的晶粒，该结晶相的结晶量为40％～70wt％。
19.如权利要求15～18中任一项所述的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片，其特征在于，该玻璃陶瓷中的晶粒大致为球状。
20.如权利要求15～19中任一项所述的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片，其特征在于，-50～+70℃范围中的热膨胀系数在70×10-7～130×10-7/℃的范围。
21.如权利要求15～20中任一项所述的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片，其特征在于，该玻璃陶瓷按氧化物基准的重量百分比含有下列各范围的各成分SiO270～80％Li2O9～12％K2O 2～5％MgO 0.5～1.8％ZnO 0.2～1.8％而且，MgO+ZnO+CuO+CoO+NiO0.8～1.8％P2O51.5～3％ZrO20.5～5％Al2O32～7％Sb2O3+As2O30～2％。
22.在权利要求1～21中任一项所述的玻璃陶瓷基片上进行Ni-P电镀，构成用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片。
23.在权利要求22所述的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片上还形成信息存储介质被膜，构成信息存储介质盘。
24.如权利要求23所述信息磁存储介质磁盘，其特征在于，该信息存储体被膜为金属磁性膜。
25.如权利要求1～22中任一项所述的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片的制造方法，其特征在于，在熔融、成型和缓慢冷却玻璃原料后，作为结晶化热处理条件，按核形成温度为450～850℃、结晶化温度为740～1000℃进行热处理。
26.如权利要求1～22中任一项所述的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片的制造方法，其特征在于，通过将玻璃陶瓷浸渍在4～30wt％的HF系腐蚀溶液中，按30/sec以上的腐蚀率进行化学腐蚀。
全文摘要
对应高速和高密度记录动向的、对于Ni－P电镀有良好粘附性的用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片及其制造方法,和在玻璃陶瓷基片上Ni－P电镀形成信息存储介质被膜的信息存储介质盘。由结晶相分散于玻璃母体中的玻璃陶瓷构成用于信息存储介质的玻璃陶瓷基片,在玻璃陶瓷中结晶相的比例(结晶量)为50—70wt%,平均晶粒直径0.10—0.50μm的晶粒露出基片表面。杨氏模量=95—160GPa、比重=2.40—2.80、刚性比(杨氏模量/比重)=39—57GPa,基片表面各晶粒的表面微细结构是其体积的一半以上露出玻璃母体表面并固定。
文档编号C03C10/14GK1250034SQ99122128
公开日2000年4月12日 申请日期1999年9月11日 优先权日1998年9月11日
发明者后藤直雪 申请人:株式会社小原