JPH05246763A - セラミックス焼結体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】摺動性、耐摩耗性、高熱伝導度、機械加工性に
優れ、電気的性質としても比抵抗が小さく、摩擦帯電性
も小さく、磁気ヘッド用基板材料として好適な焼結体を
提供する。 【構成】重量％でα−ＳｉＣを１０〜７５％、Ｔｉ，Ｚ
ｒ，Ｎｂの炭化物、硼化物から選ばれた１種以上を２０
〜７０％、Ａｌ2 Ｏ3 ，Ｙ2 Ｏ3 から選ばれた１種以上
を５〜２０％含むもので、結晶の平均粒径が２μｍ以下
の緻密なセラミックス焼結体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はセラミックス焼結体特に
は耐久性、耐摩耗性に優れた薄膜磁気ヘッド用基板材料
に好適なセラミックス焼結体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、磁気ディスク装置の分野において
増大する高記録、高密度化の要請に応えるため、磁気ヘ
ッド特に薄膜磁気ヘッドが急速に普及しつつある。薄膜
磁気ヘッドは基板となるセラミックス製スライダーの後
端面に磁気信号の記録再生を行う薄膜素子が形成された
構造を有しており、スライダーが磁気ディスクの高速回
転によって発生する空気層流に乗って磁気ディスク面上
にわずかに浮上することを利用し、磁気ディスクに対し
て記録の書き込み読み取りを行う機能を有する。したが
ってスライダーは磁気ディスク回転の起動、停止時には
十分な空気層流が得られないため、必ず磁気ディスクと
摺動しいわゆるＣＳＳ動作を行う。さらにスライダーは
定常浮上中であっても振動や塵埃の介入などの外的要因
によって浮上高さや浮上姿勢が乱れることが避けられな
い。記録密度を大きくするためには浮上高さは一層小さ
くなりつつあり、このような乱れによりスライダーが高
速回転中の磁気ディスクと衝突する回数がますます増大
してきている。

【０００３】これらのことからＣＳＳ性能を向上させる
ためには磁気ヘッドのスライダーの摺動性を高めること
が重要である。更にスライダーの表面が平滑で気孔が存
在しないこと、耐摩耗性が良いことが必須である。また
磁気ヘッドは前述の如く磁気ディスクと接触摺動する時
に摩擦帯電する。この帯電量が過度に大きくなると磁気
トランジュサー信号巻線にノイズが発生し、磁気ヘッド
の浮上量が変わったりする恐れがある。そこで摩擦帯電
のできるだけ生じない材料で磁気ヘッドのスライダーを
構成することが望ましい。

【０００４】磁気ヘッドスライダーは例えば特開昭５５
−１６３６６５号に示されているように極めて複雑な構
造をしているのであるが、この磁気ヘッドを生産性良く
作るにはスライダー構成材が機械加工性即ち加工時の切
削抵抗の少ないことや切削ブレードへの目づまりのない
ことやクラック、チッピングの生じないことが重要であ
る。

【０００５】従来のスライダー材料としては薄膜素子の
形成性が良好な点から Al2O3系セラミックスが広く知ら
れており、改良提案も多い。例えば特開昭６１−１５８
８６２、特開昭６０−２３１３０８、特開昭６０−１８
３７０９、特開昭６０−１７９９２３等に示されたもの
や、一方ZrO2を主成分としたスライダー材料が例えば特
開昭６０−１７１６１７、特開昭６３−２７８３１２、
特開昭６０−６６４０４に示され、摺動特性、耐摩耗性
の向上が計られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の A
l2O3−TiC からなるスライダーは機械加工性や耐摩耗性
に優れるものの高精度の複雑な形状のスライダーを加工
する際クラックやチッピングも少なくなく加工歩留を落
としており、より破壊靭性、摺動特性の向上が強く望ま
れている。

【０００７】またZrO2を主成分とするスライダーは Al2
O3−TiC と比べ摺動特性に優れているが耐摩耗性や機械
加工性が劣ると言われている。このように種々のスライ
ダー材料が提案されているが、摺動特性、耐摩耗性、破
壊靭性の高い機械加工性に優れた材料が強く望まれてい
る。

【０００８】本発明は上記の問題点について鋭意研究の
結果、薄膜磁気ヘッド用基板の機械加工性を向上させる
ためにはセラミックス材料の高靭性化は１つの方法では
あるが、摺動性、耐摩耗性のよい特定の材料組成の組合
せにより破壊靭性は小さくとも微細な結晶組織にするこ
とにより優れた機械加工性が得られることを見い出し
た。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は前述の問題点を
解決すべくなされたものであり、セラミックス焼結体特
にはスライダーとして好適な薄膜磁気ヘッド用基板材料
を提供する。

【００１０】即ち本発明は重量％で （１）α−SiC を10〜75％ （２）Ti, Zr, Nbの炭化物または硼化物から選ばれた１
種以上を20〜70％ （３）Al2O3, Y2O3 から選ばれた１種以上を 5〜20％を
含むことで特徴づけられたセラミックス焼結体を提供す
る。

【００１１】本発明は摺動特性、耐摩耗性、高強度、高
熱伝導率に優れたα−SiC を１つの主構成相とし、微細
結晶組織や導電性、帯電防止のためのTi, Zr, Nbの炭化
物、硼化物の１種以上をもう１つの主構成相として分散
した均一で微細結晶の焼結体からなる摺動特性、耐摩耗
性、機械加工性に優れた磁気ヘッドに好適な基板材料を
得ることができる。

【００１２】本発明の焼結体は成分的には基本的に三つ
の成分からなる。（１）第一成分はα炭化珪素である。
（２）第二成分は Ti, Zr, Nb の炭化物または硼化物か
ら選ばれる１種以上であり、（３）第三成分は Al2O3,
Y2O3から選ばれる１種以上である。

【００１３】本発明の焼結体は好ましくはこれらの三種
の成分のみからなるが、本発明の目的、効果を損なわな
い範囲で少量の他の成分を含有してもよい。また実質的
にこれらの三種の成分のみからなるものであっても、例
えば、原料粉末の粉末混合過程において混入する不可避
的不純物が含有されてもよい。

【００１４】焼結体としてのこれら各成分の割合は、重
量％（以下同じ）で（１）が10〜75％、（２）が20〜70
％、（３）が 5〜20％であり、好ましくは（１）が25〜
60％、（２）が30〜60％、（３）が10〜15％である。

【００１５】第一成分である炭化珪素はα−SiC が好ま
しく、β−SiC を含むα−SiC は本焼結体の微細な結晶
組織を得るためには好ましくない。原料としてのα−Si
C は可及的に純度の高いもの好ましくは99％以上で、微
細なもの好ましくは、平均粒径 1μｍ以下、より好まし
くは 0.5μｍ以下のものである。

【００１６】第２成分である Ti, Zr, Nb の炭化物、硼
化物は導電性、帯電防止性付与の働きをするもので、そ
の原料粉末としては純度は99％以上、平均粒径 1μｍ特
には0.5 μｍ以下のものがよい。第二成分である Ti, Z
r, Nb の炭化物、硼化物の含有量は20〜70重量％が微細
な結晶組織、導電性のために必要であり、20％以下では
導電性が不十分であり、70％以上では焼結しにくくな
り、望ましくは30〜60％である。

【００１７】本発明の第三成分は本焼結体の焼結を促進
させる助剤として働き、特に焼結体中のα−SiC の結晶
を微細な組織にコントロールする働きをするもので、原
料の純度は99％以上、平均粒径は 1μｍ以下、特には
0.5μｍ以下のものが好ましく用いられる。第三成分で
ある Al2O3, Y2O3は焼結体中として 5〜20％が有用であ
り、5 ％以下では焼結促進に効果がなく、20％以上の添
加では局部的に異常な粒成長が発生し、微細で均一な結
晶組織を得ることができないためであり、好ましくは10
〜15％である。

【００１８】本発明はα−SiC を主構成相とし、その組
織内に Ti, Zr, Nb の炭化物、硼化物が他の主構成相と
して均一に分散した微細な結晶組織を呈する。本発明の
焼結体は精密機械加工性等の観点からその平均結晶粒径
が 2μｍ以下が好ましく、さらに好ましくは 1μｍ以下
である。平均結晶粒径が 2μｍより大きい場合は機械加
工の場合にチッピングが生じやすく、また加工面の平滑
度、面粗さが低下するので好ましくない。

【００１９】本発明焼結体は以上の構成によりなるが、
本発明のセラミックスを製造するには 1μｍ以下のα−
SiC 粉末と Ti, Zr, Nb の炭化物、硼化物の１種以上及
びAl2O3, Y2O3 から選ばれる１種以上を所定の割合にて
配合し、これらの混合物をさらに超微扮砕化することが
有効である。即ちこれらの原料混合物を粒度 1μｍ以
下、好ましくは 0.5μｍ以下になるまでSiC ボールを用
いて粉砕することができる。

【００２０】本発明焼結体はこれらの混合物を例えば黒
鉛型中に充填し、真空中またはAr等の非酸化雰囲気中で
ホットプレスすることにより得ることができる。また上
記の混合粉末に少量のバインダーを添加してスプレイド
ライヤーにて送粒しこの造粒物をＣＩＰにて成形し、真
空または非酸化雰囲気中で常圧焼結や予備焼成ＨＩＰ
（sinter−ＨＩＰ）やカプセルＨＩＰ（カプセル中に封
入）しても同様の効果が得られる。なお焼成温度は1800
〜2200℃、焼成時間は通常 0.5〜5 時間程度が適当であ
る。

【００２１】

【作用】前述した如く、本発明の焼結体は摺動性、耐摩
耗性、高熱伝導率、高強度に優れた微細なα−SiC 結晶
組織内に導電性の Ti, Zr, Nb の炭化物、硼化物を均一
に分散し、α−SiC とこれらの熱膨張差に起因する残留
応力の導入により適度の破壊靭性をもたらした焼結体で
あって、これらの相互作用によって磁気ヘッド基板とし
ての機械加工性が特に優れるものであり、磁気ヘッドと
しての摺動特性、耐摩耗性、放熱性、摩擦帯電性等も優
れた特性を呈するものと考えられる。

【００２２】

【実施例】さらに本発明を実施例により説明する。原料
としてα−SiC 粉末（純度99％以上、平均粒径 0.3μ
ｍ）、Ti, Zr, Nbの窒化物、硼化物粉末（純度99％、平
均粒径 1μｍ以下）のうちいずれか１種と助剤として A
l2O3粉末（純度99.9％、平均粒径 0.5μｍ）、Y2O3粉末
（純度99.9％、平均粒径 0.5μｍ）を所定の割合にてボ
ールミルにてエタノール溶媒を用いSiC ボールで24時間
粉砕した。この混合末をエバポレーターにて乾燥し軽く
解砕した。

【００２３】この粉末をホットプレスの黒鉛鋳型内に充
填し、圧力 350 kg/cm2 温度はそれぞれ1800〜2200℃の
Ar雰囲気下で１時間ホットプレスし、60 mm φ× 5 mm
厚みの焼結体を得た。

【００２４】焼結体の物性として密度はアルキメデス法
により測定し理論密度で除して相対密度を求め、曲げ強
度は JIS R 1601 「ファインセラミックスの曲げ試験
法」に従って測定した。また破壊靭性はＳＥＰＢ法（ S
ingle Edge Pre-cracked Beam法）により測定した。即
ち JIS R 1601 に準拠した試料を用意し、ビッカース圧
子圧入により圧痕をつけた後予亀裂を入れるため荷重を
加えイヤホンでポップイン（ Pop-in ）を検知した。続
いて予亀裂長さを測定するため着色を行い、そして曲げ
試験を行って破断荷重を測定した。破断試料の予亀裂長
さを測定した後破壊靭性の算出式により破壊靭性を求め
た。

【００２５】ビッカース硬度は曲げ試験片の鏡面研磨面
を用い荷重 300 gにてビッカース硬度計により測定し
た。比抵抗の測定は曲げ試験片を用い４端子法にて測定
した。上記と同様な方法にて製作した 60 mmφ×厚み 5
mm の焼結体で磁気ヘッドスライダーとしての評価を行
った。

【００２６】得られた焼結体を鏡面研磨してダイヤモン
ド切断砥石で切断し、角部の微細なチッピングを顕微鏡
にて観察する事により行った。このチッピング試験は幅
0.28mm 及び直径 52 mmのレジノイト砥石（ 30 μｍの
ダイヤ砥粒を有するカッター）を用い切り込み 0.3 mm
送り量 5 mm/sec で実施した。チッピング深さが 2μｍ
を超えない場合実質的にスライダー品質に影響を及ぼさ
ず満足すべき品質を維持するものでこれを○で示し、2
μｍを超える場合は△及び著しいチッピングの場合は×
として示した。

【００２７】また摺動性及び耐摩耗性は焼結体から実際
の薄膜磁気ヘッドの形状に切出し磁気ディスクと接触さ
せてディスクを回転させるＣＳＳ試験により特性を評価
した。摺動性はディスクとヘッドのＣＳＳ試験により摩
擦係数を求め摩擦係数が 0.5より小さいものを○で示
し、摩擦係数が 0.5より大きいものは△及び著しく大き
い場合は×で示した。

【００２８】耐摩耗性はＣＳＳ試験を 10000回繰返し磁
気ヘッドスライダーの擦動面の傷の有無について評価し
た。比較例として Al2O3-TiC 30 ％基板とY2O3 5.2 wt
％で部分安定化されたZrO2-TiC 30 ％基板を用い比較し
た。それぞれの結果を表１、表２に示した。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【表２】

【００３１】実施例１〜14の焼結体は緻密で気孔もな
く、微細なα−SiC の組織内にTi,Zr,Nbの炭化物、硼化
物の微細な結晶が均一に分散した平均結晶粒径が 0.7〜
1.5 μｍの組織を呈するものであり、比抵抗も小さく、
破壊靭性は高くないものの磁気ヘッドスライダーとして
の機械加工性の評価では亀裂やチッピングが全く起こら
ず、加工性の良好なものであった。また摺動性や耐摩耗
性も優れた特性を示すものであった。

【００３２】

【発明の効果】本発明の焼結体は薄膜磁気ヘッド用スラ
イダーとして摺動性、耐摩耗性、高熱伝導性、高強度に
優れた微細なα−SiC 結晶組織の中に導電性と適度な靭
性を付与するために Ti, Zr, Nb の炭化物、硼化物のう
ちの１種以上を均一に分散し、微細結晶組織で緻密化し
たものであり、摺動性、耐摩耗性、特に機械加工性に優
れ、且つ比抵抗が小さく、摩擦帯電性が小さい優れた技
術的長所を有するものである。

【００３３】また本発明の焼結体は表１、表２に示す特
性の他耐熱性、耐酸化性、耐食性、耐薬品性等に優れる
ので、電気用部材、精密機械部材、耐食部材等としても
使用できる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量％で （１）α−SiC を10〜75％ （２）Ti, Zr, Nbの炭化物または硼化物から選ばれた１
   種以上を20〜70％ （３）Al2O3, Y2O3 から選ばれた１種以上を 5〜20％を
   含むことで特徴づけられたセラミックス焼結体。
2. 【請求項２】請求項１において、（１）成分が25〜60
   ％、（２）成分が30〜60％、（３）成分が10〜15％であ
   る焼結体。
3. 【請求項３】請求項１または２において、各成分の平均
   結晶粒径が 2μｍ以下である焼結体。