专利名称：用于磁记录媒质的球形磁性颗粒的制作方法
技术领域：
本发明涉及用来制作磁记录媒质的磁性颗粒。下面将证明，与传统的针状或片状颗粒相比，具有近似球形或等轴的形状的颗粒有许多重要的优点。
传统的颗粒性磁记录媒质采用两种很不相同的颗粒形状。最常用的颗粒(例如，氧化铁(Fe2O3)，金属铁(Fe)和二氧化铬(CrO2))都是高度针状或雪茄形的。这些针状颗粒的在能量方面优先的或“易磁化的轴”与颗粒的长度平行。磁化特性来自“形状各向异性能量”，是颗粒的长度直径比值的一级函数。
采用的另一种颗粒，例如铁酸钡(BaFe)和铁酸锶(SiFe)，是片状的或平板状的，其易磁化轴与片的平面垂直。它们的磁化特性主要来源于内部的“晶体各向异性”，只是颗粒的大小或纵横尺寸比值的二级函数。
对于颗粒性记录媒质，不考虑颗粒的形状，当颗粒的易磁化轴沿平行于媒质行进的方向定向时，可以获得最佳的常规纵向记录特性。
涂覆剪切各向异性传统的颗粒性记录媒质的磁化层是采用某种丝网涂覆技术由悬浮液淀积而成。包括在该过程中的粘性流体剪切以及颗粒的形状产生一个作用于颗粒的力矩，引起至少中等程度的颗粒定向。这就在涂层内造成了磁性的各向异性。
在采用针状颗粒制作磁带的情况下，最后得到的最低磁化能量或“易磁化”轴的定向与磁带行进的方向平行。这样，剪切定向使得期望的磁带的纵向磁化定向比较容易获得。
在采用针状颗粒制作软盘的情况下，剪切定向在磁盘的平面内产生一个单轴的而不是所期望的环状的磁性各向异性。这样就造成非期望的软盘磁特性的二次转变。需要采用特殊的磁铁装置在涂覆后对颗粒进行去定向。这么做是为了使磁盘平面内的磁化层更加各向同性。
如果丝网涂覆的是片状的BaFe颗粒，粘性剪切力矩使得颗粒的易磁化轴至少部分地垂直于涂层平面定向。在常规的纵向记录应用中，这将导致信号幅度的衰减和畸变。为了解决这个涂覆BaFe带时产生的问题，采用了一个定向磁场使得颗粒的易磁化轴沿平行于磁带长度的方向定向。
在使用BaFe制作丝网涂覆的软盘时，是不可能采用定向磁场的。虽然没有磁特性的二次转变，但是由垂直剪切定向产生的信号幅度衰减和畸变将影响BaFe软盘的性能。有时采用与上述相同的去定向磁铁把这个问题最小化。
颗粒形状和弥散过程由于他们的磁性的本质，磁性颗粒倾向于聚在一起形成块状。这些颗粒块是记录层中的一个重要的噪声源，因此在涂覆之前必须使磁粉弥散得很均匀。弥散过程一般在一定形式的高剪切球磨机中进行。在该过程中颗粒会受到相当大的冲击，往往会引起颗粒破碎，因为小的结晶颗粒非常脆。破碎的颗粒的磁特性非常差，这将严重降低磁化层的性能。传统的针状或片状颗粒的弥散过程是弥散质量(减少颗粒块)和破碎颗粒的数目之间的折衷。
由于BaFe颗粒的易磁化轴与薄片的平面垂直，它们倾向于象扑克牌那样叠在一起形成颗粒块。大的接触面积使得它们除非打碎很难分开，因此要么是弥散得不是最好，要么是有许多破碎的颗粒使得磁特性变差。
针状的颗粒中，定向相反的易形成颗粒对，颗粒对之间最多只有一个接触线。因此它们比片状的BaFe容易分开。但另一方面，针状颗粒的又长又细的形状使得它们更易破碎，所以这种颗粒的磁特性随着颗粒破碎的出现会更快地变差。这是因为针状颗粒的磁性硬度是由它们的长度直径比值决定的。
挤压的或混合挤压的全磁卡或混合挤压的媒质和剪切定向一个新的上面列出的各种应用中的全磁卡，采用均匀分布在整个卡体积内的高矫顽性BaFe颗粒。这种卡可以用做信用卡，以及许多其他可能的应用，而且可以在卡表面的任何位置以及卡的边缘进行记录。高矫顽性的BaFe颗粒也可用在其它场合，例如挤压成形后用做照相纸、照相底片、喷墨媒质或热扩散染料转换媒质的树脂。尤其有用的的实施例是将高矫顽性的BaFe颗粒用做照相载体。
记录媒质可以混合挤压成一层或多层的结构以用做照相单元。例如，可以在与成像层相对的一面在成像载体之上形成一个记录层。这种载体可用做卤化银照相，喷墨，热扩散染料转换及类似过程产生的图象的载体。
在全磁卡中所采用的高矫顽性BaFe颗粒具有通常的六角形薄片形状。制作卡，纸，底片或其它媒质所采用的标准热塑挤压工艺将产生很高的粘性剪切和相当大的拉伸。这些因素，再加上颗粒的薄片形状，使得颗粒几乎完全定向，为其薄片的平面与卡的表面平行。像在丝网涂覆的BaFe层中那样，这使得BaFe颗粒的易磁化轴沿垂直于卡平面的方向定向，结果是信号有相当大的幅度衰减和畸变。
上面介绍的，与涂覆磁化层有关的在弥散质量和由颗粒破碎引起的磁特性退化之间的折衷，同样存在于全磁卡和上述其它图象载体中。BaFe的磁特性是颗粒尺寸的二级函数，但是由过度碾磨造成的破碎使得颗粒碎片中的晶体缺陷增加。这些缺陷将严重影响全磁卡的磁性能。矫顽性和剩余磁化强度将大大降低。
现有技术中解决垂直定向问题的方法是在挤压过程中采用一个定向磁场。挤压在240℃到280℃或更高的温度下进行。在这些温度下，BaFe的磁矩和各向异性都比室温时的值小。结果是每单位对准磁场的磁化力矩要比期望值小。
磁场由一个绕在挤压装置出口处的多圈线圈提供。实际的线圈尺寸和电源设计能够产生的最大对准磁场为几百0e。这个相对较小的磁场加之变小的磁矩限制了对准力矩。
即使在280℃下，塑料粘性也很高，因此每单位力矩颗粒的转动速率很小。最佳的挤压塑料的流速可高达每秒几英寸。对准场线圈的长度受到机械细节的限制。因此具有高的定向磁场的区域的路径长度较短。这些事实限制了对颗粒进行定向的时间。
在较高的流速下，以及生产既经济质量又好的卡或图象载体所需的理想挤压条件下，较低的对准磁场和较短的对准时间，并考虑到280℃下颗粒具有较小的磁矩，将造成比最佳情况差的、平行于卡或图象载体长度方向的颗粒定向。
在挤压过程中产生的拉伸倾向于使BaFe颗粒沿垂直方向定向。这种拉伸在挤压过程完成后在零磁场区发生，并且往往与准直磁场产生的纵向定向相抵消。
根据本发明，提供了一种现有技术中上面列举的问题的解决方案。
根据本发明的特点，提供了一种用于制造高质量磁记录媒质的球形或基本上为球形的磁性颗粒。
本发明具有以下优点。
1．球形或等轴的颗粒在标准的磁性媒质涂覆工艺或在全磁卡挤压过程中不会经历剪切定向。媒质在制作时具有磁各向同性。
2．由于1项，制作成的磁性媒质将具有最小的信号衰减和畸变或二次磁特性转变。这种磁性媒质不需要进行磁化定向。这将使媒质的生产过程更有效、更廉价。
3．由于颗粒是圆形的，对磁化定向的粘滞阻力将减小，因而如果需要的话，磁化定向只要更低的磁场就可以更有效地完成。
4．由于球形颗粒之间是点接触，因此与现有技术的颗粒相比更容易弥散。
5．在弥散过程中球形或等轴的颗粒非常不易破碎。
6．由于4项和5项，采用本发明的球形或等轴的颗粒，有可能制成具有理想磁特性的磁记录媒质，其中颗粒弥散得很均匀因此噪声很低。
图1a-1c是关于针状磁性颗粒的图，分别示出了易磁化轴，一个颗粒块和一个破碎的颗粒。
图2是一个丝网涂覆工艺的横截面示意图。
图3a-3c是关于片状BaFe颗粒的图，分别示出了易磁化轴，一个颗粒叠层和一个破碎的颗粒。
图4是全磁卡或图象载体挤压工艺的横截面示意图。
图5a和图5b是用片状BaFe颗粒制作的全磁卡的垂直方向和纵向的磁滞回线(M-H Loops)，其中在挤压过程中没有采用准直磁场。
图5c是从图5a和图5b中的卡或图象载体复制的信号的曲线。
图6a-6c关于本发明的球形颗粒的图，分别示出了磁矩，颗粒块和颗粒之间的点接触。
图7a和7b是用现有技术中的片状BaFe颗粒制作的全磁卡的垂直方向和纵向的磁滞回线，在挤压时采用的准直磁场刚好使两个方向的磁特性一样。
图7c是图7a和7b中的全磁卡的信号波形的曲线。
图8是实验中的球形BaFe磁性颗粒的透射电子显微镜显微照片。
参照图1a，其中示出了现有技术中常见的针状磁性颗粒10，它可以是Fe2O3，金属Fe，或CrO2。其中还示出了磁化能最小的轴即易磁化轴20，该轴与颗粒的长度平行。还示出了磁矩矢量30，它可以指向与颗粒长度平行的两个方向中的任意一个。
图2给出了一个典型的丝网涂覆工艺的横截面草图。悬浮液40从涂覆槽50挤出后涂在运动着的衬底60上，衬底沿所示箭头70的方向运动。如图所示意的，在涂覆区80，由于剪切力矩的作用，颗粒10沿平行于衬底移动的方向部分地对准。
图1b示出了一团针状颗粒90，其中颗粒的磁矩30指向相反的方向。图1c示出了一个在弥散过程中破碎的针状颗粒100。
图3a示出了一个BaFe(或铁酸锶)片状颗粒110。还给出了与薄片表面垂直的易磁化轴120以及磁矩矢量130，它也和薄片的表面垂直并且可以指向两个方向。
图4是全磁卡或图象载体挤压工艺的横截面草图。弥散在高温热塑料中的颗粒110，在高压下从挤压槽180中挤出，然后落在冷却滚筒190上。在槽180内产生的剪切力矩，以及在槽180和滚筒190之间产生的拉伸，加上颗粒的薄片形状，使得薄片的平面与卡的表面平行。由于颗粒120(见图3a)的易磁化轴与颗粒的平面垂直，剪切定向使得易磁化轴与卡或图象载体的表面垂直。
图5a给出了垂直于卡表面测得的一个全磁卡的磁滞回线。在制作过程中没有施加对准磁场。饱和磁化强度Ms由200指示，剩余磁化强度Mr由210指示。Mr/Ms的矩形比(squarenessratio)为76％，说明大部分颗粒的定向是它们的易磁化轴接近于垂直方向。
图5b给出了沿卡长度方向测得的磁滞回线。饱和磁化强度Ms由220指示，剩余磁化强度Mr由230指示。在这个方向上Mr/Ms比只有45％。这证实了前面的结论，即大部分颗粒的易磁化轴近乎垂直于卡表面。
图5c给出了从图5a和5b所示的卡得到的信号波形。信号幅度240有一定衰减，半峰值全脉冲宽度(FWHM)PW(50),250比较大，而且还有明显的肩260。为了可靠地探测数字数据，需要一个较大的信号240，也即较高的信噪比(SNR)，较小的PW(50)250，和最小的肩260。
在对普通媒质进行丝网涂覆以及全磁卡或图象载体的塑料挤压工艺中将产生粘性流剪切力矩，在该力矩的影响下，本发明的球形颗粒将有些旋转。但是，由于颗粒是球形的，在各向异性轴和剪切旋转方向之间没有任何关系。对每一个朝一个特定方向旋转的颗粒，将有另一个向相反方向旋转同样大小的颗粒。因此最后得到的是磁各向同性的一层或一个全磁卡或图象载体。
图6a给出了一个本发明的高矫顽性球形颗粒270。还给出了磁矩280。图6b示出了一个球形颗粒块290，其中在一对颗粒之间只有点接触300。由于这个点接触，将颗粒固定在一起的磁力比较小因此颗粒块比较容易弥散开。颗粒的球形形状使得它们在弥散的过程中非常不易破碎。这样，本发明的球形颗粒使得有可能做成一种弥散得很均匀，因而噪声较低的媒质，其磁特性不会因颗粒破碎而降低。
图7a给出了由一个卡或图象载体得到的垂直磁滞回线曲线，挤压过程中采用了对准磁场刚好获得近似各向同性的磁特性，其它与图5中的相同。这样做是用来模拟使用本发明的球形颗粒制作的卡或图象载体的磁特性，因为这种颗粒还没有得到。
图7b给出了图7a中的卡或图象载体的纵向磁滞回线。可以看到，图7a和图7b中的曲线非常相象。这表明，与图5中近乎垂直定向的卡不一样，这种卡或图象载体具有基本上各向同性的磁特性。
图7c给出了图7a和7b中的卡或图象载体的信号波形。将图5c中垂直剪切定向的卡或图象载体的信号波形与图7c中的各向同性的卡或图象载体的信号波形相比较，可以发现各向同性的卡或图象载体的信号幅度大了15％，PW(50)差不多一样，肩变小了两倍以上。因此认为本发明的球形颗粒与图5中的垂直定向的卡或图象载体相比，将具有同样的记录性能或更多的优势。
最后，如果需要一定的磁化定向，以便进一步提高磁带或全磁卡或图象载体的记录性能，由于球形颗粒具有较小的粘滞阻力因而在定向场中将更容易改变定向。这将使性能进一步改进，制作过程更有效。
还没有足够数量的高矫顽性球形颗粒来制造媒质。但是Idaho大学的Yan-ki Hong博士已经得到了少量的实验室样品。图8给出了球形BaFe颗粒的透射电子显微镜显微照片。
权利要求
1．一种颗粒性磁记录媒质，其中磁性颗粒的形状基本上为球形。
2．根据权利要求1的记录媒质，其中一个给定的颗粒的每个三维主正交尺寸相对于该给定颗粒的三维尺寸的平均值的变化不超过±25％。
3．根据权利要求1的媒质，其中基本上为球形的颗粒的尺寸的平均值小于5μm，大于10nm。
4．根据权利要求1的媒质，其中的媒质为由塑性材料制成的可编码卡或图象载体，其中球形磁性颗粒在塑性材料中均匀地弥散。
5．根据权利要求1的媒质，其中媒质的形式是塑料卡或图象载体，在卡或图象载体的一面或两面涂覆或层压了均匀弥散的球形颗粒。
6．根据权利要求1的媒质，其中媒质的形式是双层混合挤压的塑料条，其中一层含有球形磁性颗粒，另一层作为衬底。
7．根据权利要求1的媒质，其中所述颗粒由铁酸钡制成。
8．根据权利要求1的媒质，其中基本上为球形的颗粒的体积浓度小于5％，大于0.005％。
9．根据权利要求4的媒质，其中的图象载体包括卤化银照相载体，喷墨载体，或热扩散染料转换载体。
10．根据权利要求5的媒质，其中的图象载体包括卤化银照相载体，喷墨载体，或热扩散染料转换载体。
全文摘要
一种颗粒性磁记录媒质,其中的磁性颗粒基本上为球形。球形颗粒形状使得有可能做成一种磁各向同性,弥散均匀因而噪声较低,并且不含有磁特性较差的破碎颗粒的媒质。
文档编号G11B5/714GK1219725SQ9812531
公开日1999年6月16日 申请日期1998年12月11日 优先权日1997年12月12日
发明者F·J·杰菲尔斯, F·R·查姆伯莱恩四世, B·D·维斯特, N·史密斯, R·O·詹姆斯, R·M·维克斯勒 申请人:伊斯曼柯达公司