JP4462724B2 - ガラスセラミックス - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報記憶装置に用いられる基板であり、特にニアコンタクトレコーディングやコンタクトレコーディング方式に好適な超平滑な基板表面を有し、高速回転対応の高ヤング率と低比重特性を備え、機械的特性が良好でかつ、ドライブ構成部材に合致する熱膨張特性を兼ね備えた、情報記憶媒体用ガラスセラミックス基板およびこの情報記憶媒体用基板に成膜プロセスを施し形成される情報記憶媒体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パーソナルコンピュータのマルチメディア化やデジタルビデオカメラ、デジタルカメラ等の普及によって、動画や音声等のデータが扱われるようになり、高記憶密度化の情報記憶装置の需要が大きく伸びてきている。そのため情報記憶媒体は、記録密度を大きくするために、ビットおよびトラック密度を増加させ、ビットセルのサイズを縮小化する必要がある。そしてヘッドは、ビットセルの縮小化に伴って、情報記憶媒体表面により近接した状態で作動するようになる。このようにヘッドが情報記憶媒体基板に対し、低浮上状態（ニアコンタクト）または接触状態（コンタクト）にて作動する場合、基板表面は超平滑性が重要となる。更に、従来のランディングゾーン技術に対抗して、磁気ヘッドを完全に接触させ、ヘッドの始動停止を情報磁気記憶媒体基板上から外す、ランプロード技術も開発されており、情報磁気記憶媒体基板表面への要求は、よりスムーズへという方向となっている。
【０００３】
また、情報容量の増大化に伴い、今日、磁気記憶装置の情報磁気記憶媒体基板を高速回転化する事で情報転送速度の高速化を計る技術開発が進んでいるが、基板の回転数が高速化する事で、たわみや変形が発生するために、基板材には高ヤング率化、低比重化が要求されている。加えて、現在の固定型情報磁気記憶装置に対し、リムーバブル方式やカード方式等の情報磁気記憶装置が検討・実用化段階にあり、デジタルビデオカメラ、デジタルカメラ等への用途展開も始まりつつある。モバイル用としての用途が広まりつつあり基板の機械的強度についても重要となる。
【０００４】
更にこれらの情報記憶媒体については、モバイル用（ＡＰＳカメラ、携帯電話、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、カードドライブ）、デスクトップＰＣ用（ハードディスクドライブ）、サーバー用（ハードディスクドライブ）、新規高記録密度媒体用（垂直磁気記憶媒体、アイランド磁気記憶媒体、半導体メモリー用記憶媒体）等の用途展開も始まりつつあり、これらの新規用途への展開も含めて、基板に求められる特性はより高度になっている。
【０００５】
従来、磁気ディスク基板材には、アルミニウム合金が使用されているが、アルミニウム合金基板では、種々の材料欠陥の影響により、研磨工程における基板表面の突起またはスポット状の凹凸を生じ平滑性の点で前記の高密度記憶媒体用基板として十分でない。またアルミニウム合金は軟かい材料で、ヤング率、表面硬度が低いため、ドライブの高速回転において振動が激しく変形が生じやすいということや、薄形化に対応することが難しいという欠点を有している。更にヘッドの接触による変形傷を生じメディアを損傷させてしまったり高速回転化に対する変形等、今日の高密度記録化の要求に十分対応できない。
【０００６】
また、アルミニウム合金基板の問題点を解消する材料として化学強化ガラスのアルミノシリケートガラス（ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｎａ₂Ｏ）などが知られているが、この場合、
（１）研磨は化学強化後に行なわれるため、ディスクの薄板化における強化層の不安定要素が高い。
（２）ガラス中にＮａ₂Ｏ成分を必須成分として含有するため、成膜特性が悪化し、Ｎａ₂Ｏ溶出防止のためのエッチング処理や全面バリアコート処理が必要となり、基板の微少うねり等の問題等、製品の低コスト安定生産性が難しい欠点がある。
【０００７】
特開平６−３２９４４０号公報記載のＳｉＯ₂−Ｌｉ₂Ｏ−ＭｇＯ−Ｐ₂Ｏ₅系結晶化ガラスは、主結晶相として二珪酸リチウム（Ｌｉ₂Ｏ・２ＳｉＯ₂）およびα−クォーツ（α−ＳｉＯ₂）を有し、α−クォーツ（α−ＳｉＯ₂）の球状粒子サイズをコントロールする事で、従来のメカニカルテクスチャ、ケミカルテクスチャを不用とし、研磨して成る表面粗度Ｒａ（算術平均粗さ）を１５〜５０Åの範囲で制御を可能とした、基板表面全面テクスチャ材として非常に優れた材料である。しかし、今日目標とする表面粗度Ｒａ（算術平均粗さ）は、５.０Å以下、より好ましくは３.０Å以下、さらに好ましくは２.０Å以下であり、急速に進む記録容量向上に合せた低浮上化に十分対応することができない。また、後述の結晶粒子径、結晶化度、ヤング率・比重等の機械的強度に対する議論がまったくなされていない。
【０００８】
また、特開平１０−４５４２６号公報記載のＳｉＯ₂−Ｌｉ₂Ｏ−Ｋ₂Ｏ―ＭｇＯ−ＺｎＯ―Ｐ₂Ｏ₅―Ａｌ₂Ｏ₃系または、ＳｉＯ₂−Ｌｉ₂Ｏ−Ｋ₂Ｏ―ＭｇＯ−ＺｎＯ―Ｐ₂Ｏ₅―Ａｌ₂Ｏ₃―ＺｒＯ₂系結晶化ガラスは、主結晶相として二珪酸リチウム（Ｌｉ₂Ｏ・２ＳｉＯ₂）、二珪酸リチウム及びα−クォーツ（α−ＳｉＯ₂）の混晶、または二珪酸リチウム及びα−クリストバライト（α−ＳｉＯ₂）の混晶の少なくとも一種以上であることを特徴とした、レーザーテクスチャー用ガラスセラミックスが開示されている。しかし、今日目標とする表面粗度Ｒａ（算術平均粗さ）は５．０Å以下、より好ましくは３．０Å以下、さらに好ましくは２.０Å以下であり、急速に進む記録容量向上に合せた低浮上化に十分対応することができない。また、後述の結晶粒子径、結晶化度、ヤング率・比重等の機械的強度に対する議論がまったくなされていない。
【０００９】
特開平９−３５２３４号公報には、ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｌｉ₂Ｏ系ガラスにおいて、主結晶相が二珪酸リチウム（Ｌｉ₂Ｏ・２ＳｉＯ₂）とβ−スポジューメン（Ｌｉ₂Ｏ・Ａｌ₂Ｏ₃・４ＳｉＯ₂）からなる磁気ディスク用基板が開示されているが、この結晶化ガラスの主結晶相は、負の熱膨張特性（結果として基板は低膨張特性となる）を有するβ−スポジューメン（Ｌｉ₂Ｏ・Ａｌ₂Ｏ₃・４ＳｉＯ₂）であり、α−石英（α−ＳｉＯ₂）やα−クリストバライト（α−ＳｉＯ₂）結晶等ＳｉＯ₂系の正の熱膨張特性（結果として基板は高膨張特性となる）を有する結晶の析出を規制したものである。この結晶化ガラスは、磁気ディスクとしての研磨して成る表面粗度Ｒａ（算術平均粗さ）は、２０Å以下であるが、実施例で開示される表面粗度Ｒａ（算術平均粗さ）は１２〜１７Åと、上記要求に対してはまだ粗く、記憶容量向上に伴う磁気ヘッドの低浮上化に十分対応することができない。また、主結晶として負の熱膨張特性を有する結晶を析出させた材料は、情報記憶媒体装置の構成部品との熱膨張率差に関して悪影響を与える事は明白である。加えて結晶化熱処理温度に関しても８２０〜９２０℃と高温を必要とし、低コスト、量産性を妨げるものであると同時に後述の結晶粒子径、結晶化度、機械的強度に対する議論がまったくなされていない。
【００１０】
国際公開番号ＷＯ９７／０１１６４には、上記特開平９−３５２３４号公報を含み、新たに上記組成系の結晶化熱処理を低温化（６８０〜７７０℃）した、磁気ディスク用結晶化ガラスが開示されているが、その改善効果は不十分であり、実施例中で開示されるすべての結晶化ガラスの結晶相は、やはり負の熱膨張特性を有する、β−ユークリプタイト（Ｌｉ₂Ｏ・Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂）を析出させるものであり、情報記憶媒体装置の構成部品との熱膨張率差に関して悪影響を与えてしまう。尚、後述の結晶粒子径、結晶化度、機械的強度に対する議論がまったくなされていない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記従来技術に見られる諸欠点を解消しつつ、情報記憶媒体の記憶容量の増大に合わせ、磁気ヘッドの低浮上化あるいは接触状態による基板の超平滑化、情報転送速度の高速化に対応する基板の高速回転対応化、モバイル用途への高機械的強度化を兼ね備えた、情報記憶媒体用ガラスセラミックス基板、その製造方法、ならびにこのガラスセラミックス基板上に磁気媒体の被膜を形成してなる磁気情報記憶媒体を提供することにある。
【００１２】
すなわち、
▲１▼高記憶密度化に伴い、ビットセルのサイズを縮小化する必要がある。そしてヘッドは、ビットセルの縮小化に伴って、情報記憶媒体表面により近接した状態で作動するようになる。このようにヘッドが情報記憶媒体基板に対し、低浮上状態（ニアコンタクト）または接触状態（コンタクト）にて作動する場合、基板表面の超平滑性は表面粗度Ｒａ（算術平均粗さ）が５．０Å以下、より好ましくは３．０Å以下、さらに好ましくは２.０Å以下と原子レベルの超平滑性が求められる。
▲２▼超平滑性化に伴い、基板内部の結晶粒子は原子レベルの精密研磨に耐え得るために、超精密研磨耐え得る化学的耐久性、物理的特性を有する結晶の種類と結晶粒子径、結晶粒子形状、結晶化度が求められる。
▲３▼高記憶密度化に伴い、基板の回転数を高速化する必要がある。このように高速回転化に対して基板材は、高ヤング率、低比重化が重要となる。
▲４▼情報記憶媒体の用途拡大に対して、特にモバイル用途では基板材の機械的強度が重要となる。
▲５▼ヘッドと媒体のポジショニングに高精度を要するため、媒体基板やディスクの各構成部品には高い寸法精度が要求される。そのためこれら構成部品に対する熱膨張係数の差を使用環境温度範囲において極力少なくしなければならない。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記目的を達成するために鋭意試験研究を重ねた結果、ＳｉＯ₂−Ｌｉ₂Ｏ−Ｋ₂Ｏ−ＭｇＯ−ＺｎＯ−Ｐ₂Ｏ₅−Ａｌ₂Ｏ₃−ＺｒＯ₂系のガラスにおいて、限られた熱処理温度範囲で得られた結晶化ガラスは、その主結晶相が二珪酸リチウム（Ｌｉ₂Ｏ・２ＳｉＯ₂）および、α−クォーツ（α−ＳｉＯ₂）、α−クォーツ固溶体（α−ＳｉＯ₂固溶体）、α−クリストバライト（α−ＳｉＯ₂）、α−クリストバライト固溶体（α−ＳｉＯ₂固溶体）の中から選ばれる少なくとも一種以上であり、かつ結晶粒子はいずれも限定された微細な球状粒子形体から成り、研磨して成る表面特性がより平滑性に優れ、ドライブ構成部品に合致する熱膨張特性を有し、かつ高ヤング率、低比重、高機械的強度を兼ね備えた情報記憶媒体用基板に好適なガラスセラミックスが得られることを見い出し、本発明に至った。
【００１４】
すなわち、請求項１に記載の発明は、主結晶相として二珪酸リチウム（Ｌｉ₂Ｏ・２ＳｉＯ₂）を含み、その結晶粒子径（平均）は０．０５μｍ以下であり、二珪酸リチウムの結晶相の結晶化度が３〜２０％であり、重量百分率で、 Ｋ ₂ Ｏ １ 〜 ３％、ＺｒＯ ₂ ２．０〜 ７％の各成分を含有することを特徴とするガラスセラミックスであり、請求項２に記載の発明は、ヤング率（ＧＰａ）／比重が３７以上であることを特徴とする、請求項１に記載のガラスセラミックスであり、請求項３に記載の発明は、α−クォーツ（α−ＳｉＯ₂）、α−クォーツ固溶体（α−ＳｉＯ₂固溶体）の中から選ばれる少なくとも１種以上の主結晶相を含み、この主結晶相の結晶化度が５〜２５％、その結晶粒子径（平均）は０．１０μｍ以下であることを特徴とする、請求項１または２に記載のガラスセラミックスである。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明は、α−クリストバライト（α−ＳｉＯ₂）、α−クリストバライト固溶体（α−ＳｉＯ₂固溶体）の中から選ばれる少なくとも１種以上の主結晶相を含み、この主結晶相の結晶化度が２％〜１０％、その結晶粒子径（平均）は０．１０μｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つに記載のガラスセラミックスであり、請求項５に記載の発明は、結晶粒子はいずれも微細で概略球状であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つに記載のガラスセラミックスであり、請求項６に記載の発明は、Ｎａ₂Ｏ、ＰｂＯを実質的に含まないことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つに記載のガラスセラミックスであり、請求項７に記載の発明は、研磨加工後の表面粗度Ｒａ（算術平均粗さ）が５．０Å以下であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに一つに記載のガラスセラミックスであり、請求項８に記載の発明は、−５０〜＋７０℃における熱膨張係数が＋６５×１０^-7〜＋１３０×１０^-7／℃であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一つに記載のガラスセラミックスであり、請求項９に記載の発明は、曲げ強度が４００ＭＰａ以上であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一つに記載のガラスセラミックスである。
【００１６】
また、請求項１０に記載の発明は、ガラスセラミックスは重量百分率で、 ＳｉＯ₂ ７０ 〜７７％ Ｌｉ₂Ｏ ８ 〜１２％ Ｋ₂Ｏ １ 〜 ３％ ＭｇＯ ０ 〜 ２％ ＺｎＯ ０ 〜 ２％ Ｐ₂Ｏ₅ １．５〜 ３％ ＺｒＯ₂ ２．０〜 ７％ Ａｌ₂Ｏ₃ ３ 〜 ９％ Ｓｂ₂Ｏ₃＋Ａｓ₂Ｏ₃ ０ 〜 ２％の範囲の各成分を含有することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一つに記載のガラスセラミックスであり、請求項１０記載の発明は、原ガラスを５００℃〜６００℃で１〜７時間熱処理して核形成した後、７００℃〜７８０℃で１〜１２時間熱処理して得られることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載のガラスセラミックスである。
【００１７】
本発明の情報記憶媒体用ガラスセラミックス基板の主結晶相とその結晶粒子径（平均）・結晶化度、ヤング率、比重、機械的強度、熱膨張係数、表面特性、組成、熱処理条件、を限定した理由を以下に述べる。尚、組成は原ガラスと同様酸化物基準で表示する。
【００１８】
まず、主結晶相とその結晶粒子径についてであるが、本発明の情報記憶媒体用ガラスセラミックス基板は、二珪酸リチウム（Ｌｉ₂Ｏ・２ＳｉＯ₂）を主結晶相として含み、その結晶粒子径（平均）は０．０５μｍ以下でなければならない。二珪酸リチウムの結晶粒子径（平均）を０．０５μｍ以下と極めて小さくすることによって、目標の表面粗度に容易に研磨され、超平滑性に優れるだけでなく、機械的強度特に曲げ強度が格段に優れたディスク基板が得られる。また、その結晶種を二珪酸リチウムに選ぶことによって、化学的耐久性、物理的特性に優れた情報記憶媒体用ガラスセラミックス基板を得ることができる。
【００１９】
二珪酸リチウムの結晶相の結晶化度は、主結晶相であるという意味で３％以上であることが好ましく、本発明に適した物性値（熱膨張係数、ヤング率、比重、曲げ強度、表面粗度）に設計し易い点で、２０％以下であることがより好ましい。
【００２０】
本発明の情報記憶媒体用ガラスセラミックス基板は、二珪酸リチウムに加えて、α−クォーツ（α−ＳｉＯ₂）、α−クォーツ固溶体（α−ＳｉＯ₂固溶体）の中から選ばれる少なくとも１種以上の主結晶相を含むことが好ましい。これらの主結晶相を含むことによって、曲げ強度を硬くすることができ、かつ、−５０〜＋７０℃における熱膨張係数を高めに設定することができる。これらの効果を発現する為に、これらの主結晶相の結晶化度は５％以上が好ましく、本発明に適した物性値（特に熱膨張係数、比重、表面粗度）に設計し易い点で、２５％以下であることが好ましい。目標の表面粗度に容易に研磨され、超平滑性に優れ、機械的強度特に曲げ強度が格段に優れたディスク基板が得られる点で、これらの主結晶相の結晶粒子径（平均）は０．１０μｍ以下であることが好ましい。
【００２１】
本発明の情報記憶媒体用ガラスセラミックス基板は、二珪酸リチウムに加えて、α−クリストバライト（α−ＳｉＯ₂）、α−クリストバライト固溶体（α−ＳｉＯ₂固溶体）の中から選ばれる少なくとも一種以上の主結晶相を含むことが好ましい。これらの主結晶相を含むことによって、曲げ強度を格段に硬くすることができ、かつ、−５０〜＋７０℃における熱膨張係数を高めに設定することができる。これらの効果を発現する為に、これらの主結晶相の結晶化度は２％以上であることが好ましい。また、本発明に適した物性値（特に表面粗度と熱膨張係数）に設計し易い点で、１０％以下であることが好ましい。目標の表面粗度に容易に研磨され、超平滑性に優れ、機械的強度特に曲げ強度が格段に優れたディスク基板が得られる点で、これらの主結晶相の結晶粒子径（平均）は０．１０μｍ以下であることが好ましい。
【００２２】
要するに、本発明の情報記憶媒体用ガラスセラミックス基板の主結晶相は二珪酸リチウム（Ｌｉ₂Ｏ・２ＳｉＯ₂）、またはこれに加えて、α−クォーツ（α−ＳｉＯ₂）、α−クォーツ固溶体（α−ＳｉＯ₂固溶体）、α−クリストバライト（α−ＳｉＯ₂）、α−クリストバライト固溶体（α−ＳｉＯ₂固溶体）の中から選ばれる少なくとも１種以上であることが好ましい。主結晶相は熱膨張係数、機械的強度、結晶の形状とこれに起因する表面特性を左右する重要なファクターであり、前述の高密度記録用基板として求められる各種特性を実現するためには、これらが主結晶相でなければならない。
【００２３】
次に主結晶相の結晶粒子径と基板の表面特性についてであるが、先に述べたように、情報記憶媒体の面記録密度向上に伴い、ヘッドの浮上高さが０．０２５μm以下と著しく低下しており、ニアコンタクトレコーディング方式あるいは完全に接触するコンタクトレコーディング方式の方向に進みつつあり、これに対応するには、ディスク表面の平滑性は従来品よりも良好でなければならない。従来レベルの平滑性で磁気記録媒体への高密度な入出力を行おうとしても、ヘッドと媒体間の距離が大きいため、磁気信号の入出力を行うことができない。またこの距離を小さくしようとすると、媒体の突起とヘッドが衝突し、ヘッド破損や媒体破損を引き起こしてしまう。この著しく低い浮上高さもしくは接触状態でもヘッド破損や媒体破損を引き起こさない様にするためは、ディスク表面の平滑性は、この浮上高さを可能にする表面粗度Ｒａ（算術平均粗さ）は５．０Å以下が好ましく、３．０Å以下である事がより好ましく、２.０Å以下である事がさらに好ましい。
【００２４】
上記のような平滑性を有するガラスセラミックス基板を得るためには、その析出結晶粒子径とともに、結晶粒子形状が重要な因子となる。すなわち、析出結晶粒子は加工性・表面粗度の面からいずれも微細な球状粒子であることが好ましい。
【００２５】
また、情報記憶媒体用基板には、結晶異方性、異物、不純物等の欠陥がなく組織が緻密で均質、微細である事が要求されるが、上記のような結晶粒子径，結晶粒子形状を有する、主結晶相（二珪酸リチウム（Ｌｉ₂Ｏ・２ＳｉＯ₂）、α−クォーツ（α−ＳｉＯ₂）、α−クォーツ固溶体（α−ＳｉＯ₂固溶体）、α−クリストバライト（α−ＳｉＯ₂）、α−クリストバライト固溶体（α−ＳｉＯ₂固溶体）の中から選ばれる少なくとも１種以上である）とすることによって、これらの要件を十分に満足することができる。
【００２６】
主結晶相をこれらのものに限定された本発明のガラスセラミックス基板は、後述する情報記憶媒体用ガラスセラミックスに適した熱膨張係数を有する。本発明の情報記憶媒体用ガラスセラミックス基板の主結晶相には、負の熱膨張特性を有するβ−スポジューメンやβ−ユークリプタイト、β−クリストバライト（β−ＳｉＯ₂）、β−クォーツを実質的に含まないことが好ましい。
【００２７】
次に情報記憶媒体用ガラスセラミックスに適した熱膨張係数について詳述する。記録密度の向上に伴って、磁気ヘッドと媒体のポジショニングに高精度を要するため、媒体基板やディスクの各構成部品には高い寸法精度が要求される。そのためこれら構成部品に対する熱膨張係数の差の影響も無視できなくなるので、これらの熱膨張率差を極力少なくしなければならない。さらに厳密には、これら構成部品の熱膨張係数よりも媒体基板の熱膨張係数は極くわずかに大きいことが好ましい場合がある。特に小型の磁気情報記憶媒体に使用される構成部品の熱膨脹係数は、＋９０〜＋１００×１０^-7／℃程度のものが良く用いられており、基板もこの程度の熱膨脹係数が必要とされるが、ドライブメーカーによってはこの範囲からはずれた熱膨脹係数（＋７０前後〜＋１２５前後×１０^-7／℃）を有する材料を構成部品に用いる場合がある。以上のような理由により、本発明の結晶系で強度との兼ね合いを図りながら、用いる構成部品の材質に広く対応しうるよう、熱膨張係数範囲を決めなければならず、その範囲は−５０〜＋７０℃の範囲において、＋６５〜＋１３０×１０^-7／℃であることが好ましい。さらには、熱膨張係数は＋９５×１０^-7／℃以上がより好ましく、＋１１０×１０^-7／℃以下がより好ましい。
【００２８】
さらにヤング率・比重、機械的強度について述べる。ヤング率・比重については情報転送速度の高速化に対応する基板の１００００ｒｐｍ以上の高速回転化に対して基板の変形・静振性を防止するために、本発明の情報記憶媒体用ガラスセラミックス基板は高剛性，低比重でなければならない。また、ヘッドの接触やリムーバブル記憶装置のような携帯型の記憶装置に用いた場合においては、それに十分耐え得る機械的強度，高ヤング率，表面硬度を有する事が必要になる。
【００２９】
ところが、単に高剛性であっても比重が大きければ、高速回転時にその重量が大きいことによってたわみが生じ、振動を発生する。逆に低比重でも剛性が小さければ、同様に振動が発生する。したがって、高剛性でありながら低比重という一見相反する特性のバランスを取らなければならず、その好ましい範囲はヤング率（ＧＰａ）／比重で３７以上である。より好ましい範囲は３９以上であり、更に好ましい範囲は４１以上であり、最も好ましい範囲は４３以上である。尚、剛性についても好ましい範囲があり、例え低比重で上記範囲を満足しても、前記振動発生問題の点からすると、少なくとも基板のヤング率は９６ＧＰａ以上であることが好ましい。本発明の実施例においてガラスセラミックス基板は９６ＧＰａ以上、１１４ＧＰａ以下の範囲のヤング率を有していた。比重についても同様で、前記振動発生問題の点からすると、例え高剛性であっても比重は２．６０以下であることが好ましく、２．５０以下であることがより好ましい。本発明の実施例においては２．４０以上、２．６０以下の範囲の比重を有していた。
【００３０】
また、モバイル用途等の情報記憶媒体には、耐ショック性（１００Ｇ〜５００Ｇ）やヘッドスラップにおいて十分耐え得る高機械的強度化が要求されており、その為に基板の曲げ強度は４００ＭＰａ以上であることが好ましく、５００ＭＰａ以上であることがより好ましい。本発明の実施例においてガラスセラミックス基板は４００ＭＰａ以上、８００ＭＰａ以下の範囲の曲げ強度を有していた。
【００３１】
次に原ガラスの組成範囲を上記の様に限定した理由について以下に述べる。すなわち、ＳｉＯ₂成分は、原ガラスの熱処理により、主結晶相として析出する二珪酸リチウム（Ｌｉ₂Ｏ・２ＳｉＯ₂）、α−クォーツ（α−ＳｉＯ₂）、α−クォーツ固溶体（α−ＳｉＯ₂固溶体）、α−クリストバライト（α−ＳｉＯ₂）、α−クリストバライト固溶体（α−ＳｉＯ₂固溶体）結晶を生成するきわめて重要な成分であるが、その量が７０％未満では、得られたガラスセラミックスの析出結晶が不安定で組織が粗大化しやすく、また、７７％を超えると原ガラスの溶融・成形性が困難になる。
【００３２】
Ｌｉ₂Ｏ成分は、原ガラスの熱処理により、主結晶相として析出する二珪酸リチウム（Ｌｉ₂Ｏ・２ＳｉＯ₂）結晶を生成するきわめて重要な成分であるが、その量が８％未満では、上記結晶の析出が困難となると同時に、原ガラスの溶融が困難となり、また、１２％を超えると得られる結晶が不安定で組織が粗大化しやすいうえ化学的耐久性が悪化する。
【００３３】
Ｋ₂Ｏ成分は、ガラスの溶融性を向上させると同時に析出結晶の粗大化を防止し、その量は１％以上が好ましい。ただし、過剰に含まれると析出結晶の粗大化、結晶相変化および化学的耐久性が悪化する為にその量は３％以下が好ましい。
【００３４】
ＭｇＯ、ＺｎＯ成分は、ガラスの溶融性を向上させると同時に析出結晶の粗大化を防止する成分であるのと同時に、主結晶相としての二珪酸リチウム（Ｌｉ₂Ｏ・２ＳｉＯ₂）、α−クォーツ（α−ＳｉＯ₂）、α−クォーツ固溶体（α−ＳｉＯ₂固溶体）、α−クリストバライト（α−ＳｉＯ₂）、α−クリストバライト固溶体（α−ＳｉＯ₂固溶体）の各結晶粒子を球状に析出させることに効果的である。そのためにＭｇＯ成分は０．３％以上であることが好ましい。同じくＺｎＯ成分は０．１％以上であることが好ましい。また、ＭｇＯ、ＺｎＯ成分が過剰に含まれると、得られる結晶が不安定で組織が粗大化しやすく、そのためにＭｇＯ成分は２％以下であることが好ましく、１％以下であることがより好ましい。同じくＺｎＯ成分は２％以下であることが好ましく、１％以下であることがより好ましい。ＭｇＯとＺｎＯの成分の和は２％以下である事が好ましく、１％以下である事がより好ましい。
【００３５】
Ｐ₂Ｏ₅成分は本発明において、ガラスの結晶核形成剤として不可欠であるが、結晶核形成を促進して析出結晶相の粗大化を防ぎ為に、その量は１．５％以上が好ましい。また、原ガラスの乳白失透を防ぎ、量産安定性を保つために３％以下が好ましい。
【００３６】
ＺｒＯ₂成分はＰ₂Ｏ₅成分と同様にガラスの結晶核形成剤として機能する上に、析出結晶の微細化と材料の機械的強度向上および化学的耐久性の向上に顕著な効果を有することが見出された極めて重要な成分である。上記効果を得るためにはＺｒＯ₂成分量は２％以上が好ましい。ただし、過剰に加えると原ガラスの溶融が困難となると同時にＺｒＳｉＯ₄等の溶け残りが発生してしまうために、ＺｒＯ₂成分量は７％以下が好ましい。
【００３７】
Ａｌ₂Ｏ₃成分は、ガラスセラミックスの化学的耐久性および機械的強度、特に硬度を向上させる成分であり、その量は３％以上であることが好ましく、４％以上であることがより好ましい。またＡｌ₂Ｏ₃成分が過剰であると、溶融性、失透性が悪化し、析出結晶相が低膨張結晶のβ−スポジューメン（Ｌｉ₂Ｏ・Ａｌ₂Ｏ₃・４ＳｉＯ₂）に相変化してしまう。β−スポジューメン（Ｌｉ₂Ｏ・Ａｌ₂Ｏ₃・４ＳｉＯ₂）およびβ−クリストバライト（β−ＳｉＯ₂）の析出は材料の熱膨張係数を著しく低下させるため、これらの結晶の析出は避ける必要がある。したがって、Ａｌ₂Ｏ₃成分は９％以下であることが好ましく、８％以下であることがより好ましい。
【００３８】
Ｓｂ₂Ｏ₃およびＡｓ₂Ｏ₃成分はガラス溶融の際の清澄剤として添加しうるが、それらの成分の和は２％以下、より好ましくは１％以下で充分である。
【００３９】
次に基板にＮａ₂Ｏ、ＰｂＯを実質的に含まない理由について説明する。材料中のＮａ₂Ｏは磁性膜の高精度化、微細化において問題となる成分である。この成分が基板中に存在すると、成膜中にＮａイオンが磁性膜内に拡散して磁性膜粒子の異常成長や配向性低下をもたらし磁気特性が低下する。さらに、Ｎａイオンが磁性膜内に徐々に拡散して磁気特性の長期安定性を悪化させる。また、ＰｂＯについては、環境上好ましくない成分であるので、使用は極力避けるべきである。
【００４０】
つぎに本発明にかかる磁気情報記憶媒体用ガラスセラミックス基板を製造するには、上記の組成を有するガラスを溶解し、熱間成形および/または冷間加工を行った後、５００〜６００℃の範囲の温度で１〜７時間熱処理して結晶核を形成し、続いて７００〜７８０℃の範囲の温度で約１〜１２時間熱処理して結晶化を行う。
【００４１】
こうして熱処理により結晶化されたガラスセラミックスの主結晶相は、二珪酸リチウム（Ｌｉ₂Ｏ・２ＳｉＯ₂）および、α−クォーツ（α−ＳｉＯ₂）、α−クォーツ固溶体（α−ＳｉＯ₂固溶体）、α−クリストバライト（α−ＳｉＯ₂）、α−クリストバライト固溶体（α−ＳｉＯ₂固溶体）、の中から選ばれる少なくとも１種以上であって、二珪酸リチウムの結晶化度が３％〜２０％、その粒子径（平均）は０．００５μｍ以上、０．０５μｍ以下の範囲内にあった。また、α−クォーツおよびα−クォーツ固溶体の結晶化度が５％〜２５％、その粒子径（平均）は、０．０１μｍ以上、０．１０μｍ以下の範囲内であり、α−クリストバライトおよびα−クリストバライト固溶体の結晶化度が２％〜１０％、その粒子径（平均）は０．０１μｍ以上、０．１０μｍ以下の範囲内にあった。
【００４２】
次にこの熱処理結晶化したガラスセラミックスを常法によりラッピングした後ポリシングすることにより、表面粗度Ｒａ（算術平均粗さ）が１．０Å以上、５．０Å以下の範囲内の情報記憶媒体用ディスク基板が得られた。また、このディスク基板上に磁性膜および必要に応じてＮｉ−Ｐメッキ、または下地層、保護層、潤滑膜等を形成して、情報磁気記憶媒体ディスクが得られた。
【００４３】
【発明の実施の形態】
次に本発明の好適な実施例について説明する。表１〜表５は本発明の情報記憶媒体用ディスク用ガラスセラミックス基板の実施組成例（No.１〜２５）および比較組成例として従来のＬｉ₂Ｏ−ＳｉＯ₂系ガラスセラミックス２種（比較例１：特開昭６２−７２５４７号公報記載のもの、比較例２：特開平９−３５２３４号公報記載のもの）をこれらのガラスセラミックスの核形成温度、結晶化温度、結晶相、結晶化度、結晶粒子径（平均）、熱膨張、ヤング率、比重、曲げ強度、研磨して成る表面粗度Ｒａ（算術平均粗さ）の値を共に示す。
【００４４】
【表１】

【００４５】
【表２】

【００４６】
【表３】

【００４７】
【表４】

【００４８】
【表５】

【００４９】
本発明の上記実施例のガラスは、いずれも酸化物、炭酸塩、硝酸塩等の原料を混合し、これを通常の溶解装置を用いて約１３５０〜１４５０℃の温度で溶解し攪拌均質化した後ディスク状に成形して、冷却しガラス成形体を得た。その後これを５００〜６００℃で約１〜７時間熱処理して結晶核形成後、７００〜７８０℃で約１〜１２時間熱処理結晶化して、所望のガラスセラミックスを得た。ついで上記ガラスセラミックスを８００＃〜２０００＃のダイヤモンドペレットにて約５〜３０分ラッピングし、その後粒子径（平均）０．０２〜３μｍの研磨剤酸化セリュームにて約３０〜６０分間研磨し仕上げた。
【００５０】
各結晶相の結晶粒子径（平均）については透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により求めた。各結晶粒子の結晶種はＴＥＭ構造解析により同定した。
【００５１】
各結晶種の結晶化度についてはそれぞれの結晶種の１００％結晶標準試料を準備し、Ｘ線回折（ＸＲＤ）装置により、内部標準法を使った回折ピーク面積により求めた。
【００５２】
さらに表面粗度Ｒａ（算術平均粗さ）については、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）により求めた。
【００５３】
曲げ強度については、カップ式リング曲げ試験により、ディスクの内径・外径・板厚・ポアソン比・最大荷重により算出した。
【００５４】
本発明の実施例３および比較例２の結晶粒子形状を示すＴＥＭ像を図１、図２に示す。
図１において、結晶粒子はいずれも微細で概略球状であり、二珪酸リチウムの結晶粒子径は０．０１〜０．０５μｍの範囲にあり、結晶粒子径（平均）は０．０２μｍ。α−クォーツの結晶粒子径は０．０２〜０．０５μｍにあり、結晶粒子径（平均）は０．０３μｍである。
図２において、結晶粒子は比較的大きな針状、板状乃至米粒形状であり、二珪酸リチウムの結晶粒子径は０．０６〜０．２μｍにあり、結晶粒子径（平均）は０．１μｍ。β−スポジューメンの結晶粒子径は０．１〜０．４μｍにあり、結晶粒子径（平均）は０．２μｍである。
【００５５】
表１〜５および図１、図２、に示されるとおり、本発明と従来のＬｉ₂Ｏ−ＳｉＯ₂系ガラスセラミックスの比較例とでは、結晶相の結晶粒子径（平均）および結晶化度が異なり、本発明のガラスセラミックス基板は、主結晶相が二珪酸リチウム（Ｌｉ₂Ｓｉ₂Ｏ₅）および、α−クォーツ、α−クォーツ固溶体、α−クリストバライト、α−クリストバライト固溶体の中から選ばれる少なくとも１種以上からなり、結晶粒子はいずれも微細で概略球状であるのに対し、比較例１のガラスセラミックスは二珪酸リチウムの結晶粒子径（平均）が１．５μｍ、比較例２のガラスセラミックスはβ−スポジューメンの結晶粒子径（平均）が０．２μmと、いずれも比較的大きな針状乃至米粒形状である。これは、より平滑性を求められる状況において、研磨して成る表面粗度や欠陥に影響するものであり、比較例１、２のガラスセラミックスはいずれも表面粗度Ｒａ（算術平均粗さ）が１１Å以上と、平滑性の優れた表面特性を得ることが困難であることを示すものである。
【００５６】
また、熱膨張係数（×１０^-7／℃）は４９低膨張となっており、磁気情報記憶媒体用基板材として磁気情報記憶媒体用装置に不適合である。さらにヤング率８６ＧＰａ以下、曲げ強度３２０ＭＰａ以下と、比較例１、２のガラスセラミックスは、低ヤング率、低強度材である。
【００５７】
図３、図４に示すグラフは、本発明で限定するヤング率・曲げ強度に対する結晶化温度（図３）及び結晶粒子径に対する結晶化温度（図４）を実施例１組成にて示した図である。図３、４に示すように、結晶化温度が結晶粒子径およびヤング率、曲げ強度に大きな影響を及ぼすことが明確であり、本発明で限定する各種限定値の根拠となるものである。
【００５８】
また上記の実施例により得られたガラスセラミックス基板に、ＤＣスパッタ法により、Ｃｒ中間層（８０ｎｍ）、Ｃｏ−Ｃｒ磁性層（５０ｎｍ）、ＳｉＣ保護膜（１０ｎｍ）を成膜した。次いでパーフルオロポリエーテル系潤滑剤（５ｎｍ）を塗布して、情報記憶媒体を得た。これによって得られた情報記憶媒体は、その良好な表面粗度により、従来よりもヘッド浮上高さを低減することができ、またランプローディング方式によって、ヘッドと媒体が接触状態での入出力を行っても、ヘッド破損・媒体破損を生じることなく磁気信号の入出力を行うことができた。さらに本発明のガラスセラミックスは、ランディングゾーン方式にて行われるレーザーテクスチャーにおいても安定したバンプ形状を示すものである。
【００５９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、上記従来技術に見られる諸欠点を解消しつつ、高記録密度化に対応したヘッドの低浮上化または接触を可能とする原子レベルの超平滑性を有し、さらには情報速度の高速化に対応する高速回転化に対応する高ヤング率・低比重を有するのと同時にモバイル用途に不可欠な高機械的強度を兼ね備えた情報記憶媒体用ガラスセラミックス基板およびその製造方法ならびにこのガラスセラミックス基板上に磁気媒体の被膜を形成してなる磁気情報記憶媒体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例３のガラスセラミックスの倍率２万倍のＴＥＭ像である。
【図２】比較例２のガラスセラミックスの倍率２万倍のＴＥＭ像である。
【図３】実施例１（組成一定）において、結晶化温度とヤング率、曲げ強度の関係を示す。
【図４】実施例１（組成一定）において、結晶化温度と結晶粒子径（平均）の関係を示す。

Claims (11)

1. 主結晶相として二珪酸リチウム（Ｌｉ₂Ｏ・２ＳｉＯ₂）を含み、その結晶粒子径（平均）は０．０５μｍ以下であり、二珪酸リチウムの結晶相の結晶化度が３〜２０％であり、重量百分率で、 Ｋ ₂ Ｏ １ 〜 ３％、ＺｒＯ ₂ ２．０〜 ７％の各成分を含有することを特徴とするガラスセラミックス。
2. ヤング率（ＧＰａ）／比重が３７以上であることを特徴とする、請求項１に記載のガラスセラミックス。
3. α−クォーツ（α−ＳｉＯ₂）、α−クォーツ固溶体（α−ＳｉＯ₂固溶体）の中から選ばれる少なくとも１種以上の主結晶相を含み、この主結晶相の結晶化度が５〜２５％、その結晶粒子径（平均）は０．１０μｍ以下であることを特徴とする、請求項１または２に記載のガラスセラミックス。
4. α−クリストバライト（α−ＳｉＯ₂）、α−クリストバライト固溶体（α−ＳｉＯ₂固溶体）の中から選ばれる少なくとも１種以上の主結晶相を含み、この主結晶相の結晶化度が２％〜１０％、その結晶粒子径（平均）は０．１０μｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つに記載のガラスセラミックス。
5. 結晶粒子はいずれも微細で概略球状であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つに記載のガラスセラミックス。
6. Ｎａ₂Ｏ、ＰｂＯを実質的に含まないことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つに記載のガラスセラミックス。
7. 研磨加工後の表面粗度Ｒａ（算術平均粗さ）が５．０Å以下であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに一つに記載のガラスセラミックス。
8. −５０〜＋７０℃における熱膨張係数が＋６５×１０^-7〜＋１３０×１０^-7／℃であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一つに記載のガラスセラミックス。
9. 曲げ強度が４００ＭＰａ以上であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一つに記載のガラスセラミックス。
10. ガラスセラミックスは重量百分率で、
    ＳｉＯ₂ ７０〜７７％
    Ｌｉ₂Ｏ ８〜１２％
    Ｋ₂Ｏ １〜 ３％
    ＭｇＯ ０〜 ２％
    ＺｎＯ ０〜 ２％
    Ｐ₂Ｏ₅ １．５〜 ３％
    ＺｒＯ₂ ２．０〜 ７％
    Ａｌ₂Ｏ₃ ３〜 ９％
    Ｓｂ₂Ｏ₃＋Ａｓ₂Ｏ₃ ０〜 ２％
    の範囲の各成分を含有することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一つに記載のガラスセラミックス。
11. 原ガラスを５００℃〜６００℃で１〜７時間熱処理して核形成した後、７００℃〜７８０℃で１〜１２時間熱処理して得られることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一つに記載のガラスセラミックス。

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