JPH0319184B2

JPH0319184B2 -

Info

Publication number: JPH0319184B2
Application number: JP61120855A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Wada; Mitsuhiko Furukawa; Masaharu Shiroyama; Michihito Myahara; Shigeki Mori; Mitsuyoshi Nagano
Original assignee: Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1986-05-26
Filing date: 1986-05-26
Publication date: 1991-03-14
Also published as: JPS62278164A; US4814915A

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕本発明はコンピユータ用を始め、オーデイオ
用、VTR用等の記録再生用磁気ヘツドスライダ
用材料や磁気テープ用耐摩耗性機能部材料に関す
る。〔従来の技術〕従来からかかる記録再生用磁気ヘツドスライダ
には、多結晶Ni−Znフエライト、Mn−Znフエ
ライトや単結晶Mn−Znフエライトあるいは高硬
度パーマロイなどが用いられていた。今日では記録密度の高密度化並びに耐摩耗性特
性の改善が切望されており、一層、薄膜磁気ヘツ
ド化が進められており、この薄膜磁気ヘツド化に
伴い、記録再生のための磁気回路部材用材料と耐
摩耗性スライダ材料の各々に、それぞれに要求さ
れる特性を満足した最適の材料が選定されつつあ
る。すなわち、磁気回路用としては、高周波域の磁
気特性が優れたパーマロイ、センダストあるいは
アモルフアスの薄膜を使用し、一方、耐摩耗性が
要求される機能部材用としては、アルミナ系材料
が望ましいと考えられている。かかる耐摩耗性摺動部材用材料は、非磁性材料
であるが、耐摩耗性を始め精密加工性、加工能
率、高強度、組織の緻密性、さらには記録媒体と
のなじみ、潤滑性、金属薄膜との熱的整合性など
の諸特性が要求されている。従来、磁気ヘツド・スライダ用材料として、特
開昭55−163665号公報に記載のAl₂O₃−TiC材料
は、種々の特性が優れ、かかる耐摩耗性機能部材
として最適の材料の一つであるが、記録媒体との
なじみ、潤滑性及び精密加工性、特に加工歩留り
の点では必ずしも安定した材料とはいえない。また、特開昭57−198578号公報には、Al₂O₃−
TiC材料の記録媒体とのなじみや潤滑性を改善し
た磁気ヘツド・スライダ用材料としてTiO₂−
Al₂O₃系材料が提案され、多くの面で優れた特性
を有し、該耐摩耗性機能部材材料に最適な材料の
一つであるが、材料の加工性と機械的特性、とく
に、機械加工に際しての歩留まりの悪いことが問
題となる。さらに、特開昭60−171617号公報には、スライ
シング工程でのチツピングを改善した材料として
ジルコニアを主成分とする薄膜磁気ヘツド用セラ
ミツクス基板が提案されているが、部分安定化し
たZrO₂主成分の材料では熱劣化の問題があり、
基板への膜付けの際の数百℃までの加熱や冷却に
起因して単斜晶が増加し、強度の劣化や体積変化
に伴い基板の反りが生じるという問題がある。〔発明が解決しようとする問題点〕このように強靭なセラミツクスを磁気ヘツド・
スライダ用材料として使用した場合には加工性が
悪く複雑な加工が困難となる。本発明の目的は、磁気ヘツド・スライダの耐摩
耗性機能部材に要求される耐摩耗性を始め、精密
加工性、加工能率、高強度、組織の緻密性、記録
媒体とのなじみ、潤滑性などの諸特性を満足し、
特に精密加工性、強度、潤滑性に優れた特性を有
する磁気ヘツド・スライダ用材料を提供すること
にある。〔問題点を解決するための手段〕本発明は、上述の問題点に鑑み、特に精密加工
性、強度、潤滑性に優れた特性を有する磁気ヘツ
ド・スライダ用材料を種々検討した結果、組成と
結晶構造、それに結晶粒度を特定した材料がこれ
らの諸特性を満足し、磁気ヘツド・スライダ用材
料として満足すべき特性を有する点に着目して完
成したものである。すなわち、本発明に係る磁気ヘツド・スライダ
材料は、ZrO₂成分を65〜90重量％と、残部がそ
の２重量％以下をY₂O₃、MgOの少なくとも１種
からなる結合剤で置換したAl₂O₃成分とからな
り、高強度、高靭性で摺動性のよい正方晶結晶構
造を実質的に有する。 ZrO₂を実質的に正方晶構造とするためには、
ZrO₂にY₂O₃、MgO、CeO₂等の安定化剤を少な
くとも１種を含有せしめることが必要である。こ
れらの安定化剤はZrO₂に対して、Y₂O₃の場合に
は1.8〜10.5重量％、MgOでは2.0〜4.3重量％、
CeO₂の場合には8.2〜13.4重量％含有させる必要
がある。正方晶のZrO₂が存在すると、外部応力に対し
て正方晶から単斜晶の結晶構造への変態が起こる
結果、いわゆる応力誘起変態機構によつて機械的
特性、特に強度や靭性が向上する作用がある。また、正方晶ZrO₂は一般に粒成長を起こし易
いが、Al₂O₃を複合化させることにより、複合化
による結晶粒の微細化の効果が大きく、平均結晶
粒1.5μｍ以下となつてチツピングが少なくなり、
耐摩耗性、材料の緻密さが改善されるばかりでな
く、前述の熱劣化の問題も大幅に改善される。本発明において安定化剤を含むZrO₂成分は、
Y₂O₃、MgOを含むAl₂O₃成分と共に本系材料の
主成分であり、65重量％未満では強度や靭性が不
定で、これまで多用されてきたAl₂O₃−TiC系材
料と比べてスライシング工程でのチツピングや潤
滑性が改善されず、90重量％を越えると基板への
膜付けの際の数100℃までの加熱や冷却に起因し
てZrO₂の単斜晶が増加し、強度の劣化や基板の
反りが生じるという問題が発生するので、安定化
剤を含むZrO₂成分は65〜90重量％とする。また、本系材料に含有されるAl₂O₃の２重量％
以下をY₂O₃、MgOの少なくとも１種で置換する
が、２重量％以下とする理由は下記による。すなわちAl₂O₃の一部をY₂O₃やMgOで置換す
ることによつて焼結促進効果が発揮され、Y₂O₃
やMgOを全く含まないものに比べて順次焼結温
度が低くなり、均一微細な組織をもつ焼結体が得
られるが、置換量が２重量％を越えると焼結体に
スポツトが増加し硬さも低下する。〔作用〕磁気ヘツド・スライダ用材料は、微細な加工性
が要求されるが、ZrO₂が立方晶の構造のもので
あると、加工時に結晶粒がボロボロと脱落し、非
常にチツピングしやすい。これに対し本発明のよ
うにZrO₂が正方晶の構造のものでは結晶が脱落
しにくく、チツピングしにくい。また、前者の構
造のものより曲げ強度が３倍以上あり、機械的強
度や加工性に優れた材料である。磁気ヘツド・スライダ用材料として要求される
耐摩耗性についてみると、本発明のZrO₂が正方
晶の構造のものは硬度が立方晶のものより高く、
耐摩耗性においてもきわめて優れている。また、正方晶のZrO₂の平均結晶粒径が1.5μｍ
以下と微小なものになると、曲げ強度、硬度等の
機械的強度が向上し、組織の緻密さも増し、より
精密な加工ができるようになる。上記本発明の磁気ヘツド・スライダ用材料は以
下の要領によつて製造される。共沈法によつて得たY₂O₃、MgO、CeO₂等の安
定化剤を所定量含む部分安定化ZrO₂粉末と、
Y₂O₃、MgOの少なくとも１種で２重量％以下を
置換した高純度Al₂O₃粉末と所定量配合し湿式混
合粉砕した後、乾燥、整流して原料粉末を調整す
る。また、ZrO₂、Al₂O₃の原料粉末として塩化
Zr、Ｙ、Alなどの混合溶液より上記組成に合成
された粉末を用いてもよい。この原料粉末を黒鉛型内に充填し、それぞれ最
適の焼結温度1300〜1600℃で100〜300Kg／cm²の圧
力を加え、それぞれ所定時間保持焼結して相対密
度99％以上のZrO₂−Al₂O₃系セラミツクス焼結体
を得る。また、このZrO₂−Al₂O₃系セラミツクス焼結体
は、熱間等方圧加圧焼結法（HIP）でも製造する
ことができる。すなわち上記原料粉末を金型プレ
ス、冷間静水圧プレス（CIP）、ドクターブレー
ド法、スリツプキヤステイング法等の各種成形方
法により成形し、この成形体を大気中で1350〜
1600℃の温度で焼成して相対密度を94.5％以上に
した後で1200〜1500℃でHIPして相対密度99％以
上のZrO₂−Al₂O₃系セラミツクス焼結体を得る。このようにして得たZrO₂−Al₂O₃系セラミツク
ス焼結体は磁気ヘツド・スライダの形状に切断し
仕上げ加工して製造する。〔実施例〕共沈法によつて得られたY₂O₃、MgO、CeO₂の
安定化剤を第１表に示す割合で含む部分安定化
ZrO₂粉末と純度99.9％、平均粒子径0.5μｍの
Al₂O₃粉末とを同じく第１表に示す割合に配合
し、純水を溶媒としてジルコニア・ボール・ミル
で24時間混合粉砕した後、乾燥整粒して原料粉末
を調整した。この原料粉末を50×50mm、高さ60mmの黒鉛型内
に充填して、それぞれ最適の焼結温度1300〜1600
℃で100〜300Kg／cm²の圧力を加え、60分間保持し
て、ついで圧力を除去し放冷することにより、50
×50×5.5mmの焼結体を得た。焼結体の密度は水
中置換法で測定し、理論密度で除して相対密度を
求めた。切断加工性及び耐チツピング性は各試験
片を治具で固定し、これに滑車を介して10Kgの重
錘をつけ、レジンボンドダイヤモンド切断砥石を
用い、重錘の荷重により試験片を50mm長さに切断
する試験を行い、切断に要する時間を測定して加
工性を、また切断加工時に稜を生じるチツピング
の有無、大きさを顕微鏡で観察して耐チツピング
性を評価した。諸物性値及び評価結果を第１表に
示す。なお、加工性は比較例の部分安定化ZrO₂の切
断所要時間を基準時間とし、各試料No.毎の切断所
要時間を基準時間で除し、100倍した数値を比切
断加工性として示す。 ZrO₂の平均結晶粒径が0.5、1.0及び1.5μｍの本
発明の磁気ヘツドスライダ材料（No.１〜19）を用
いた磁気ヘツドスライダを作成した。そして、本発明の材料と組成が同じでZrO₂の
平均結晶粒径が、1.5μｍより大きい材料で造つた
No.20〜35に示す磁気ヘツドスライダを作製した。また、ZrO₂の平均結晶粒径が、0.5μｍと本発
明のものと同じで、その結晶形が立方晶となる材
料からNo.36〜39に示す磁気ヘツドスライダを作製
した。さらに、本発明の材料とZrO₂の平均結晶粒径
及び結晶形が同じで、成分比が本発明と異なる材
料からNo.40〜43に示す磁気ヘツドスライダを作製
した。そして、従来からある３種の材料からNo.44
〜46に示す磁気ヘツドスライダを作製した。 No.１〜19に示される本発明の材料の例と、本発
明外のNo.20〜46の材料を、硬さ、抗折力、切断加
工性、耐チツピング性等について比較した。本発明の実施例試料No.１、12、16と比較例試料
No.20、28、32を例にとつて、摩耗試験（摺動テス
ト、CSSテスト）を行つた。摩耗試験は、第１図に示すCSSテスト装置を使
用し磁気ヘツド１と磁気デイスク２間の摺動ノイ
ズは図示しないサスペンシヨンに取付けたAE
（Acoustic Emission）センサー３の出力より検
出した。試験条件は、IBM3380型スライダ形状にヘツ
ドを加工し、Head Flexre（Whitneyk型）に組
立て試験に使用した。スライダ押付バネ圧は9.5
ｇとした。試験はCSS周期を27秒とし、１万回の
CSS試験を実施し、試験終了後、ヘツド面とデイ
スク面を微分干渉顕微鏡及び走査型電子顕微鏡
（明石製作所製）を用い観察しさらにヘツド面の
付着物をEMPA（島津製作所製）にて分析を実施
した。この試験結果を第２表に示す。

【表】

〔発明の効果〕

本発明の磁気ヘツドスライダ用材料は、磁気ヘ
ツド・スライダの耐摩耗性機能部材に要求される
耐摩耗性をはじめ、精密加工性、加工能率、高強
度、組織の緻密性、記録の媒体とのなじみ、潤滑
性などの諸特性を満足し、特に精密加工性、強
度、潤滑性に優れた特性を有する磁気ヘツド・ス
ライダ用材料であるので、チツピングも少なく微
細な加工を行うことができ、薄膜磁気ヘツドスラ
イダとして好適なものを得ることができるという
効果を奏することができる。さらに、磁気ヘツドの生命でもある磁性膜の透
磁力を向上させる機能を有し、薄膜磁気ヘツド・
スライダの記録媒体に対する記録特性を向上させ
る効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はCSS装置の概要を示す。１：磁気ヘツド、２：磁気デイスク、３：AE
センサー。

Claims

【特許請求の範囲】１安定化剤を含むZrO₂成分が65〜90重量％と、
残部がその２重量％以下をY₂O₃、MgOの少なく
とも１種の結合剤で置換したAl₂O₃成分とからな
り、ZrO₂が実質的に正方晶であり、且つ平均結
晶粒が1.5μｍ以下の微細結晶を有する磁気ヘツ
ド・スライダ用材料。２特許請求の範囲第１項の記載において、安定
化剤がY₂O₃であつて、ZrO₂成分に対して1.8〜
10.5重量％含有している磁気ヘツド・スライダ用
材料。３特許請求の範囲第１項の記載において、安定
化剤がMgOであつて、ZrO₂成分に対して2.0〜
4.3重量％含有している磁気ヘツド・スライダ用
材料。４特許請求の範囲第１項の記載において、安定
化剤がCeO₂であつて、ZrO₂成分に対して8.2〜
13.4重量％含有している磁気ヘツド・スライダ用
材料。