JPH03265104A - 軟磁性合金膜 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ この発明は、磁気ヘッド等に適した軟磁性合金膜に関す
る。

［従来の技術］ 磁気記録の分野においては、記録密度を高めるために磁
気テープ等の記録媒体の高保磁力化が推進されているが
、それに対応する磁気ヘッドの材料として飽和磁束密度
（Ｂｓ）の高いものが要求されている。

従来の高飽和゛磁束密度の軟磁性材料（膜）として、Ｆ
　ｅ−９ｉ−Ａ　Ｉ合金（センダスト）が代表的なもの
であるが、近年、強磁性金属元素であるＣＯを主体とす
る非晶質の合金膜が開発されている。

また最近の試みとして、Ｆｅを主成分とする微細結晶か
らなる合金膜（Ｆ　ｅ−Ｃ、Ｐ　ｅ−Ｓ　ｉ等）により
、Ｆ’ｅの結晶磁気異方性の影響（軟磁性に対する悪影
響）を結晶の微細化により軽減し、高飽和磁束密度でか
つ軟磁気特性の優れた膜を得た例がある。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、磁気ヘッドを組み込んだ装置は小型化、軽量
化する傾向にあり、移動に伴う振動にさらされたり、悪
環境のもとで使用されたりすることが多くなっている。

そこで、磁気ヘッドには、磁気特性が優秀であって磁気
テープに対する耐摩耗性が優れていることは勿論、湿度
や腐食性の雰囲気中での耐用性、すなわち耐環境性や、
耐振動性等が高いことが要求されている。そのため、ギ
ャップ形成やケースへの組み込み等をガラス溶着で行う
ことが必要となり、磁気ヘッドの素材はヘッドの製造工
程におけるガラス溶着工程の高温に耐え得ることが必要
である。

しかしながら、前記従来の軟磁性合金膜において、セン
ダストからなるものは、飽和磁束密度が約１００００Ｇ
（ガウス）程度であり、今後−層の高密度化の要求に対
しては不充分である。、また、Ｃｏ系のアモルファス合
金膜では１３０００Ｇ以上の高い飽和磁束密度のものも
得られているが、従来のアモルファス合金の飽和磁束密
度を高くしようとすると、アモルファス形成元素である
Ｔｉ。

Ｚｒ　Ｈｆ　Ｎｂ、Ｔａ’、Ｍｏ、Ｗ等の添加量を少な
くする必要があるが、添加量を少なくすると、アモルフ
ァス構造の安定性が低下し、ガラス溶着に必要な温度（
約５００℃以上）には耐え得ない問題がある。

更に、上述したＦｅを主成分とする微細結晶からなる合
金膜（Ｆ　ｅ−Ｃ、Ｆ　ｅ−８ｉ等）は、高温で結晶成
長を起こし、軟磁気特性が劣化する（Ｆｅ−Ｃの場合、
４００℃が最大）ために、やはりガラス溶着に適したも
のとは言い難い。

このような背景から杏願発明者らは、特願平１−２７８
２２０号などにおいて、前記の問題を解決した軟磁性合
金膜を特許出願している。

特願平１−２７８２２０号明細書において特許出願して
いる軟磁性合金膜の１つは、組成式が、ＦｅａＭｅＣｄ
で示され、組成比ａは原子％で５０〜９６、Ｃは２〜３
０、ｄは０．５〜２５、ａ＋ｃ−ｔ−ｄ＝　３００なる
関係を満足するものであった。

また、他の１つは、組成式がＦｅａＴｂＭｃＣｄで示さ
れ、組成比ａは原子％で５０〜９６、ｂは０．１−１０
、Ｃは２〜３０、ｄは０．５〜２５、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝
　１００なる関係を満足するものであった。

この特許出願で提供した軟磁性合金膜は、一部組酸のも
のは１５０００Ｇ以上の高い飽和磁束密度を宵し、従来
の各種材料に比較すると高い熱安定性を備え、通常の使
用環境下では十分な耐食性と耐環境性を有しているが、
Ｆｅを主成分とするために、悪環境下で使用された場合
は変色あるいは発錆を招くおそれがあった。

本発明は上述の問題点を解決し、保磁力が小さく透磁率
が高く、その特性が熱的に安定であるとともに、高い飽
和磁束密度を示し、良好な耐食性を有する軟磁性合金膜
を提供することを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 請求項１に記載した発明は前記課題を解決するために、
組成式がＦｅａＣｒｃＭｄＣｅで示され、ＭはＴ　ｉ、
　Ｚ　ｒ、Ｈｆ、Ｖ　、Ｎ　ｂ、Ｔ　ａ、Ｍｏ、Ｗのう
ち、少なくとも１種からなる金属元素又はその混合物で
あり、組成比ａ、ｃ、ｄ、ｅは原子％で５０≦ａ≦９５
．０５≦ｃ≦２０．２≦ｄ≦２５．０５≦ｅ≦２５、ａ
＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝　１００なる関係を満足させるとともに
、その組織が基本的に平均結晶粒径０．０８μｍ以下の
微細な結晶粒からなり、その一部に元素Ｍ・の炭化物の
結晶相を含むものである。

請求項２に記載した発明は前記課題を解決するために、
組成式がＦｅａＴ　ｂｃｒｃＭ　ｄＣｅで示され、Ｔは
Ｃｏ、Ｎｉのうち少なくとも１種からなる金属元素又は
その混合物、ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｉｆ。

Ｖ　、Ｎｂ、ＴａｌＭｏ、Ｗのうち、少なくとも１種か
らなる金属元素又はその混合物であり、組成比ａ、ｂ。

ｃ、ｄ、ｅは原子％で５０≦ａ≦９５．０．１≦ｂ≦１
０゜０．５≦ｃ≦２０．２≦ｄ≦２５．０．５≦ｅ≦２
５、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝　１００なる関係を満足させ
るとともに、その組織が、基本的に平均結晶粒径０゜０
８μｍ以下の微細な結晶粒からなり、その一部に元素Ｍ
の炭化物の結晶相を含むものである。

請求項３に記載した発明は前記課題を解決するために、
請求項１または２に記載の組織が基本的に平均粒径０．
０８μｍ以下の結晶粒と非晶質相が混在した組織である
ものである。

以下に本発明を更に詳細に説明する。

前記合金膜の生成方法としては、合金膜をスパッタ、蒸
着等の薄膜形成装置により作製する。スパッタ装置とし
ては、ＲＦ２極スパッタ、ＤＣスパッタ、マグネトロン
スパッタ、３極スパツタ、イオンビームスパッタ、対向
ターゲット式スパッタ、等の既存のものを使用すること
ができる。

また、Ｃを膜中に添加する方法としては、ターゲツト板
上にグラファイトのベレットを配置して複合ターゲット
とし、これをスパッタする方法、あるいは、Ｃを含まな
いターゲット（Ｆ　ｅ−Ｃｒ−Ｍ系あるいはＦ　ｅ−Ｔ
　−Ｃｒ−Ｍ系）を用い、Ａｒ等の不活性ガス中にメタ
ン（ＣＨ，）等の炭化水素ガスを混合したガス雰囲気で
スパッタする反応性スパッタ法等を用いることができ、
特Ｉこ反応性スパッタ法では膜中のＣ濃度の制御が容易
であるので所望のＣ濃度の優れた膜を得ることができる
。

このようにして作製したままの膜はアモルファス相をか
なりの割合で含んだしのであり、不安定であるので、４
００〜７００℃程度に加熱する熱処理を施すことによっ
て微結晶を析出させる。そして、この熱処理を無磁場、
静磁場中あるいは回転磁場中で行うことにより、優れた
軟磁気特性が得られる。また、この熱処理は磁気ヘッド
の製造工程におけるガラス溶着工程と兼ねて行うことが
できる。

なお、前記微結晶の析出工程は、完全に行なわれる必要
はなく、微結晶が相当数（好ましくは５０％以上）析出
していれば良いので、アモルファス成分が一部残留して
いても差し支えなく、残留したアモルファス成分が特性
向上の障害となることはない。

以下、前記のように成分を限定した理由について述べる
。

Ｆｅは主成分であり、磁性を担う元素であって、少なく
ともフェライト（Ｂｓ　　５０００Ｇ）以上の飽和磁束
密度を得るためには、８２５０％が必要である。また、
良好な軟磁気特性を得るためには、８６９５％でなけれ
ばならない。

元素Ｔ（即ちＣｏ、Ｎｉ）は、磁歪の調整の目的で添加
する元素である。Ｆｅ−Ｍ−Ｃ膜の場合、熱処理温度が
低いと磁歪が正になり、熱処理温度が高いと磁歪が負に
なる。高い熱処理温度（ガラス溶着温度）を必要とする
場合、磁歪を正にする効果のあるＮｉ、Ｇｏを過員添加
することにより、磁歪をほぼ零にすることができる。な
お、熱処理温度が適当な場合、元素Ｔの添加は特に必要
ないが、Ｔの添加は正の磁歪が＋１０−５台以上まで大
きくならないように５５１０％としなくてはならない。

元素Ｍは軟磁気特性を良好にするために必要であり、ま
たＣと結合して炭化物の微細結晶を形成する。良好な軟
磁気特性を維持するためには、ｄ≧２％とする必要があ
るが、多すぎると飽和磁束密度が低下してしまうので、
４６２５％とする必要がある。

Ｃは軟磁気特性を良好にするため、及び、耐熱性を向上
させるために必要であり、Ｃは元素Ｍと結合して炭化物
の微細結晶を形成する。良好な軟磁気特性、及び、熱的
安定性を維持するためには、ｅ≧０．５％とする必要が
あるが、多すぎると飽和磁束密度が低下してしまうので
、０５２５％とする必要がある。

元素Ｍの炭化物の微細結晶は磁壁のピンニングサイトと
して働き、透磁率の高周波特性を向上させる働きがある
とともに、膜中に均一に分散させることで、Ｆｅの微結
晶が熱処理により成長して軟磁性を損うことを防止する
働きがある。つまり、Ｆｅの結晶粒が成長して大きくな
ると結晶磁気異方性の悪影響が大きくなり、軟磁気特性
が悪化するが、元素Ｍの炭化物の微結晶がＦｅの粒成長
の障壁として働くことにより軟磁気特性の悪化を防止す
る。

以上説明のＦｅと元素Ｔと元素ＭとＣの成分限定理由は
特願平１−２７８２２０号の場合と同等である。

Ｃｒは耐食性を向上させるために添加する元素であるが
、Ｃ≧０．５％としなければ耐食性の改善効果が現れな
い。また、Ｃ≧２０％とすると飽和磁束密度が低くなり
過ぎる（フェライト以下になる）ので好ましくない。

そして、金属組織が基本的に０，０８μｍ以下の微結晶
からなっているから、非晶質に比べて熱的安定性に優れ
ており、添加元素を少なくでき、飽和磁束密度を高くす
ることができる。

［作用］ 上記軟磁性合金膜においては、その組織かＦｅに富む結
晶を主体とし、飽和磁束密度を低下させる成分の添加が
制限されているから、非晶質状態に比べ鉄原子１個あた
りの磁気モーメントおよびキュリー温度が高くなってお
り、高い飽和磁束密度が得られる。また、元素Ｍ及びＣ
が含まれているとともに、金属組織が微細な結晶粒から
なっており、結晶磁気異方性による軟磁性への悪影響が
軽減されるので、良好な軟磁気特性が得られる。

更に、元素Ｍの炭化物が析出してＦｅを主成分とする結
晶粒の成長を抑えるので、ガラス溶着工程において加熱
されても、結晶粒が粗大化することがない。更にまた、
Ｃｒを特定量添加しているので耐食性が向上し、耐環境
性に優れる。

［実施例］ （１）成膜 ＲＦ２極スパッタ装置を用いて、後記の第１表に示す組
成の合金膜を形成した。

使用したターゲットは、Ｆｅターゲット上にＴａＣｒ、
Ｎｉ、グラファイトの各ペレットを適宜配置して構成し
た複合ターゲットを用い、Ａｒガス雰囲気中でスパッタ
を行って膜厚５〜６μｍの薄膜を形成した。

（２）熱処理 成膜後、５５０℃で２０分間保持するアニールを行った
。このアニールには、静磁場中で行うものと無磁場中で
行うものの２種類を実施した。

（３）測定 前記のように製造された合金膜と、スパッタにより成膜
したＣｒを含有しない合金膜（特願平ｌ−２７８２２０
号において特許出願している発明に係る合金膜）につい
て、静磁場アニール後あるいは無磁場アニール後におけ
る飽和磁束密度（Ｂｓ）と、初透磁率（μ、ａｔｌＭｈ
ｚ）および保磁力（Ｈｅ）の測定を行った。以上の結果
を第１表に示す。

（以下、余白） 第１表のサンプル１の比較例は、本発明者らが先に特許
出願しているもので、Ｃｒの添加のみを省略したもので
あるが、この組成にＣｒを添加しても初透磁率と保磁力
などの軟磁気特性の劣化はほとんど問題にならないこと
が判明した。

前記と同様な方法で作製した軟磁性合金膜を純水中に２
４０時間浸漬した後の変色状況を目視て判定した結果を
以下の第２表に示す。

第　　２　　表 第２表に示す結果から、Ｃｒを添加することで耐食性を
向上できることが明らかになった。

［発明の効果］ 以上詳述したようにこの発明は、Ｆｅを主成分とする微
細な結晶粒から主になる軟磁性合金膜であり、飽和磁束
密度を低下させる成分の添加が制限されているから、高
い飽和磁束密度が得られる。

更に、従来のアモルファス合金膜とは異なり、無磁場中
で熱処理を行っても高い透磁率を発揮する膜を得ること
ができ、磁場をかけて熱処理する場合よりも工程の簡略
化をなしえる。

また、元素Ｍ（Ｔｉ、Ｚｒ、ＨＬＶ、Ｎ，Ｂ，Ｔａ，Ｍ
ｏ、Ｗ）及びＣという軟磁性を良好とする成分が添加さ
れるとともに、金属組織が微細な結晶粒から成り、結晶
磁気異方性による軟磁性への悪影響が軽減されるので、
良好な軟磁気特性が得られる。

更に、微細な結晶粒からなるとともに、添加された元素
ＭがＣと炭化物を形成するから、ガラス溶着工程におい
て加熱されても、結晶粒が粗大化することがなく、上記
の特性を維持するので、高密度記録に要求される高い性
能を有する磁気ヘッドの素材として好適である。

更にまた、上記組成に加えて元素Ｔ（Ｃｏ、Ｎｉ）を添
加し、磁歪を調整することにより、磁気ヘッド製造工程
で生じる種々の歪による軟磁気特性の劣化を防ぐことが
できるものである。

そして、前記成分にＣｒを特定量添加しているので、Ｆ
ｅ基の合金としては耐食性に優れ、悪環境下であっても
変色や発錆を生じない特徴がある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）組成式がＦｅａＣｒｃＭｄＣｅで示され、ＭはＴ
   ｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎ，Ｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗのうち、
   少なくとも１種からなる金属元素又はその混合物であり
   、組成比ａ，ｃ，ｄ，ｅは原子％で ５０≦ａ≦９５ ０．５≦ｃ≦２０ ２≦ｄ≦２５ ０．５≦ｅ≦２５ ａ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１００ なる関係を満足させるとともに、その組織が基本的に平
   均結晶粒径０．０８μｍ以下の微細な結晶粒からなり、
   その一部に元素Ｍの炭化物の結晶相を含むことを特徴と
   する軟磁性合金膜。 （２）組成式がＦｅａＴｂＣｒｃＭｄＣｅで示され、Ｔ
   はＣｏ，Ｎｉのうち少なくとも１種からなる金属元素又
   はその混合物、ＭはＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ
   ，Ｍｏ，Ｗのうち、少なくとも１種からなる金属元素又
   はその混合物であり、組成比ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅは原子
   ％で ５０≦ａ≦９５ ０．１≦ｂ≦１０ ０．５≦ｃ≦２０ ２≦ｄ≦２５ ０．５≦ｅ≦２５ ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１００ なる関係を満足させるとともに、その組織が基本的に平
   均結晶粒径０．０８μｍ以下の微細な結晶粒からなり、
   その一部に元素Ｍの炭化物の結晶相を含むことを特徴と
   する軟磁性合金膜。 （３）請求項１または２に記載の組織が平均結晶粒径０
   ．０８μｍ以下の微細な結晶粒と非晶質相との混在した
   組織であることを特徴とする軟磁性合金膜。