JPH0528432A

JPH0528432A - 磁気ヘツド用基板材およびその製造法

Info

Publication number: JPH0528432A
Application number: JP3184326A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Miyazaki; 猛宮崎; Yoshiyuki Yasutomi; 義幸安富; Masahisa Sofue; 昌久祖父江; Akihiro Goto; 明弘後藤; Shinsuke Higuchi; 晋介樋口; Sukeo Saito; 翼生斉藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-07-24
Filing date: 1991-07-24
Publication date: 1993-02-05

Abstract

(57)【要約】【構成】Ａ金属炭化物が、Ａ金属窒化物あるいはＡ金属
炭窒化物に変化し、焼結体がＢ金属窒化物，Ａ金属窒化
物，Ａ金属炭窒化物，カーボンから成る粒子で結合され
た気孔率１０vol ％以下、最大気孔径５μｍ以下の低気
孔率反応焼結複合セラミックスに潤滑剤を含浸させた磁
気ヘッド基板材料。【効果】緻密かつ気孔サイズの小さいカーボンが分散し
た窒化珪素結合セラミックスの微細な気孔中に潤滑剤を
含浸させることによって、磁気ディスクとの高摺動性を
実現し、更に、微細な気孔によって高加工性も具備した
磁気ヘッド基板材料を提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は磁気記録装置用磁気ヘッ
ド基板材として、装置の高信頼性をもたらし更に、低コ
スト化に寄与する材料とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】浮動型磁気ヘッドを持つ磁気ディスク装
置の技術分野では、近年のデータ処理量の多量化に対応
して、ディスクにデータをより高密度に記録し、高速度
で読み書きすることが要求されている。そのため、磁気
ヘッドの浮上量はますます小さくなり、将来的には、連
続的に摺動するような状況も考えられている。その様な
状況にあって、磁気ヘッド基板材には、磁気ディスクに
対する高摺動性が、装置の信頼性を高めるという意味で
重要になってきている。そのため、磁気ヘッド基板材の
摺動性を改善する発明が数多く提案されている。例え
ば、固体潤滑剤を添加し焼結したもの（特開昭63−1155
9 号公報）、磁気ディスクとの摺動面（浮上面）に、固
体もしくは液体の潤滑剤を含む層を設けたもの（特開昭
56-47956号公報),(特開昭56−111166号公報),(特開昭56
−77949 号公報),(特開昭56−169264号公報),(特開昭59
−3743号公報),(特開昭59−3742号公報),(特開昭58−15
0122号公報）等がある。一方、磁気ヘッドは高速で情報
を読み書きするために、小型軽量精密化が図られてい
る。何故なら、情報読み書きのため、ヘッドを磁気ディ
スクのトラック間で移動させる際、磁気ヘッドが大きく
重い場合、ヘッドジンバルの動きに対してヘッドの追従
性が悪くなるからである。そのため、基板材には、精密
な加工に耐えられるような、高加工性が備わっていなく
てはならない。磁気ヘッド基板材の加工性を改善する発
明に関しても数多くのものが提案されている。例えば、
高硬度粒子を添加する方法（特開昭55−163665号公
報）,(特開昭60−77407 号公報）等や、微量の酸化物等
を添加するもの（特開昭60−59718 号公報）,(特開昭60
−66403号公報）等がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これら、二つ
の要求を同時にしかも、高い次元で満たすことは非常に
難しい。何故なら、これら、二つの要求は、互いに相反
する部分を持つものであり、加工性を向上させる目的
で、高硬度粒子を添加すると、その高硬度粒子が磁気デ
ィスクを傷つけてしまう等の問題も起こってくるからで
ある。本発明の目的は、これら、二つの要求を同時にし
かも、高い次元で満たす磁気ヘッド用基板材料を提供
し、より高密度記録，高速情報伝送が可能な磁気ディス
ク記録装置の作製を実現することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明では、Ａ金属炭化
物の粒子及び／又はウイスカとＢ金属粉末から成る成形
体を窒化性ガス雰囲気中で加熱し、Ｂ金属粉末が窒素と
反応してＢ金属系窒化物を生成する以外に、Ａ金属炭化
物を窒素と反応させてＡ金属窒化物あるいはＡ金属炭窒
化物に変化すると共に遊離カーボンが生成し、その遊離
カーボンの一部とＢ金属粉末が反応してＢ金属炭化物粒
子を生成し、これらが焼結体中に分散させることによ
り、最終的には、該焼結体がＡ金属炭化物と反応生成物
であるＢ金属窒化物，Ａ金属窒化物，Ａ金属炭窒化物及
びカーボンからなる粒子及び／又はウイスカで互いに結
合された気孔率１０vol ％以下、最大気孔径５μｍ以下
のカーボン分散反応焼結複合セラミックス、あるいは該
焼結体が反応生成物であるＢ金属窒化物，Ａ金属窒化
物，Ａ金属炭窒化物及びカーボンからなる粒子及び／又
はウイスカで互いに結合された気孔率１０vol ％以下、
最大気孔径５μｍ以下のカーボン分散反応焼結複合セラ
ミックスが得られ、この材料の気孔中に、潤滑剤を含浸
することによって、優れた摺動性を示すことを見出し
た。

【０００５】本発明において、Ａ金属にＴｉ、Ｚｒ，
Ｖ，Ｂ，Ａｌ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｗの少なくと
も一種以上を用い、Ｂ金属にＳｉ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒの
少なくとも一種を用い、窒化性ガス中でＡ金属炭化物を
反応させることにより上記のプロセスを達成させること
が出来る。

【０００６】本発明において、Ａ金属炭化物からＡ金属
窒化物あるいはＡ金属炭窒化物に変化させる割合は、Ａ
金属炭化物とＡ金属窒化物及びＡ金属炭窒化物の比が、
｛（Ａ金属窒化物及びＡ金属炭窒化物）／Ａ金属炭化
物｝×１００≧５０％である。５０％より小さいと低気
孔率化に効果が無いことが検討の結果分かったためであ
る。

【０００７】本発明において、Ａ金属炭化物とＢ金属粉
末の組成比を変化させて作製した焼結体の気孔率はＡ金
属炭化物にＴｉＣ、Ｂ金属粉末にはＳｉを用いたもの
は、ＴｉＣの配合比にかかわらず４から１０vol ％と小
さいが、Ａ金属炭化物にSiCを用いたものは、ＳｉＣの
増加と共に気孔率が１２から３０vol ％と増加し、多孔
質体になる。これは、Ｓｉの窒化物でのみ空隙を埋める
ためにＳｉ量が少なくなるとＳｉの窒化物が少なくなり
多孔質となるためである。

【０００８】ＴｉＣを用いて窒素と反応させた場合は、
ＴｉＣ粒子が変化してＴｉＮあるいはＴｉＣＮを生成す
ると共に遊離カーボンが生成する、このようにＳｉの窒
化物以外でも成形体中の空隙を埋めるために、緻密化さ
れている。そしてこの際、反応により遊離カーボンが生
成するために、焼結体中にカーボンを均一に分散するこ
とが出来る。この際、遊離カーボンがＳｉと反応してＳ
ｉＣを生成するが、その反応率は５％以下と少ない。

【０００９】本発明において、焼結体中のカーボン量は
５から４０vol ％とすることが好ましい。その理由は、
カーボン量が５vol ％より少ないとカーボン分散による
摺動の効果が無く、４０vol ％より多くなると焼結体が
脆くなり強度低下を招くためである。

【００１０】本発明において、Ａ金属炭化物の粒子径は
１００μｍ以下、好ましくは５μｍ以下とするのが良
い。なぜなら、Ａ金属炭化物を窒素反応させるのに粒径
が大きいと反応速度が遅く、Ａ金属窒化物の粒子形状が
大きくなるためである。また本発明において、Ｂ金属粉
末の粒子径は５μｍ以下、好ましくは１μｍ以下の方が
低温での窒化速度を向上させるのに適している。

【００１１】本発明において、加熱処理は、第一段階：
Ｂ金属の融点以下でＢ金属粉末を窒化性ガス（窒素，ア
ンモニアなど）雰囲気中で窒化させる工程、第二段階：
その後Ａ金属炭化物が反応する温度まで加熱する工程、
の二段階とすることにより、容易に目的が達成される。

【００１２】Ｂ金属の窒化が終了しないうちに融点以上
まで加熱するとＢ金属が溶融し、滲み出しやＡ金属炭化
物との反応により合金が生成し、収縮やクラック発生の
原因となることが実験により分かったためである。Ｂ金
属の窒化が終了した後、Ａ金属炭化物が窒化性ガス（窒
素，アンモニアなど）と反応する温度まで加熱すること
により、５０％以上の反応率を達成させることが出来
る。

【００１３】本発明において、Ａ金属炭化物及びＢ金属
粉末表面の酸化膜と窒素が反応して、酸窒化物や酸炭化
物などが一部合成される場合があるが、機械的特性には
影響しない。

【００１４】本発明において、窒化性ガス雰囲気は常圧
で使用できる。しかし、減圧（−３乗Torr〜）から加圧
（〜二千気圧）下でも可能である。加圧下で無ければ出
来ないプロセスではない。したがって、ホットプレスの
ような装置を必要条件としない。

【００１５】本発明において、焼結体の気孔径を５μｍ
以下とする理由は、磁気ヘッド用基板材としては、従来
の技術で述べたように、精密な加工を施されるため気孔
径が５μｍより大きい場合、加工した材料のエッジ部が
気孔のために滑らかでなくなり、磁気ディスクと摺動し
た場合、ディスクを傷つけてしまうからである。また、
同様の理由で、気孔率は、潤滑剤の含浸に支障が無い範
囲でできるだけ小さい方が望ましい。基板材の気孔率と
その時の磁気ディスクとの摩擦係数の関係を図１に示
す。これから、気孔率が０で摩擦係数は最大を示し、そ
れより多くなると、摩擦係数は減少する。しかし、気孔
率が約１０vol ％以上になると摩擦係数はほとんど変化
していないことがわかる。このことから、気孔率は１０
vol ％以下であることが望ましい。

【００１６】成形方法は、射出成形，プレス成形，鋳込
み成形，ラバープレス成形，押出し成形，金型粉末成形
など各種成形方法が選択できる。

【００１７】

【作用】Ａ金属炭化物の粒子及び／又はウイスカが、Ａ
金属窒化物に変化し、遊離カーボンを生成し、該焼結体
がＢ金属窒化物，Ａ金属窒化物などにより互いに結合さ
れたセラミックスとすることにより、カーボン分散反応
焼結複合セラミックスが得られる。このセラミックスの
５μｍ以下の微細な気孔中に、潤滑剤が含浸されている
ことによって、摺動時に、ディスクとヘッド間に常に適
量の潤滑剤が存在し、両者の機械的な接触を無くし、摩
耗を防ぐことができる。また、何らかの原因でディスク
とヘッドが機械的に接触した場合でも基板材中に存在す
る微細なカーボンが固体潤滑剤的な作用をして、摩擦係
数を下げ、摩耗を防ぐことができる。更に、この微細な
気孔は、基板材の加工性を向上させる効果も示す。すな
わち、加工時には加工用砥石が材料にクラックを生じさ
せながら加工が進むが、微細な気孔があると、このクラ
ックの進展が気孔で止められるため、それ以上内部には
クラックが進まなくなる。つまり、材料のかけ（チッピ
ング）が小さくなるのである。

【００１８】以下に実施例を示し本発明を更に具体的に
説明する。

【００１９】

【実施例】

〈実施例１〉Ａ金属炭化物として平均粒径５μｍのＴｉ
Ｃ粉末とＢ金属粉末として平均粒径１μｍのＳｉ粉末の
混合粉末にワックス系のバインダを７重量部添加し、混
練機で混練した後、粉砕し成形用原料とした。次に金型
を用いて直径５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの成形体を作製し
た。成形体のワックス分を除去した後、窒素ガス中１１
００℃から１３００℃まで４℃／ｈでＳｉ粉末を窒化処
理したのち、1400℃で五時間加熱処理した。得られた焼
結体の気孔中に、磁気ディスク上に塗布するフッソ系潤
滑剤を真空含浸させたものとしないもの、比較として、
現在磁気ヘッド基板材として一般に用いられているＡｌ
₂Ｏ₃系の基板材、モノリシック型のヘッド基板材のＭｎ
−Ｚｎフェライトの、それぞれの摺動性，加工性を比較
した。摺動性は、図２に示すような実機磁気ディスク記
録装置に、基板材をヘッド形状に加工して組み込み、Ｃ
ＳＳ（コンタクト．スタート．ストップ）動作を十万ｋ
回繰り返した後の、磁気ディスク表面の、摩耗量を表面
粗さ計を用いて測定することによって行なった。加工性
は、磁気ヘッドスライダをウェハより切り出す工程で
の、チッピングの大きさの最大値を測定することによっ
て行なった。それらの結果を表１に示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】これより、摺動性については潤滑剤を含浸
させたカーボン分散反応焼結複合セラミックスが最も良
く、次に潤滑剤を含浸させないカーボン分散反応焼結複
合セラミックス、Ｍｎ−Ｚｎフェライト、Ａｌ₂Ｏ₃系の
基板材となった。カーボン分散反応焼結複合セラミック
スは、材料硬度の点からは最も硬く不利ではあるが、分
散しているカーボンと、含浸させた潤滑剤により高摺動
性を得ている。また、加工性に関しても、やはり、カー
ボン分散反応焼結複合セラミックスが最も良く、次にＡ
ｌ₂Ｏ₃系の基板材、Ｍｎ−Ｚｎフェライトと続いてい
る。

【００２２】〈実施例２〉実施例１と同様にして、Ａ金
属炭化物としてＴｉＣ粒子の代わりにＺｒＣ，ＶＣ，Ｖ
₂Ｃ，Ｂ₄Ｃ，Ａｌ₄Ｃ，ＴａＣ，Ｔａ₂Ｃ，Ｃｒ₃Ｃ₂，Ｃ
ｒ₇Ｃ₃，ＮｂＣ，ＨｆＣに変えて同様に成形，加熱した
結果、いずれも窒化珪素以外に、Ａ金属窒化物，Ａ金属
炭窒化物，カーボン及び少量のＳｉＣが生成し、気孔を
埋めていることが分かった。焼結体の気孔率は、いずれ
も５から１０vol ％であり、気孔形状が５μｍ以下と小
さいカーボン分散反応焼結複合セラミックスが得られ
た。これを、実施例１と同様の試験を行ない評価した。
結果を表２に示す。

【００２３】

【表２】

【００２４】金属炭化物の種類によって多少変動はある
ものの、すべてＡｌ₂Ｏ₃系の基板材、Ｍｎ−Ｚｎフェラ
イトよりも摺動性，加工性共に優れていることがわか
る。

【００２５】〈実施例３〉実施例１と同様にして、Ｂ金
属粉末に平均粒径１μｍのＴｉ、Ａｌ、Ｃｒを用い、Ａ
金属炭化物として平均粒径１００μｍのＢ₄Ｃ粉末を用
いて同様に成形し、Ｂ金属粉末の融点以下でＢ金属粉末
を窒化処理した後、Ｂ₄Ｃ粉末が窒化する温度領域で加
熱した結果、いずれもＢ金属窒化物以外に、Ａ金属窒化
物(ＢＮ）、Ａ金属炭窒化物（ＢＮＣ）、カーボン及び
一部ＳｉＣが生成し、気孔を埋めていることが分かっ
た。焼結体の気孔率は、いずれも４から１０vol ％であ
り、気孔形状が５μｍ以下と小さいカーボン分散反応焼
結複合セラミックスが得られた。これを、実施例１と同
様の試験を行ない評価した。結果を表３に示す。

【００２６】

【表３】

【００２７】金属粉末の種類によって多少変動はあるも
のの、すべてＡｌ₂Ｏ₃系の基板材、Ｍｎ−Ｚｎフェライ
トよりも摺動性，加工性共に優れていることがわかる。

【００２８】〈実施例４〉実施例１のＴｉＣ粒子の変わ
りに長さ５０μｍ、アスペクト比５０のＴｉＣウイスカ
を原料に用いて同様に成形，焼結を行い試験を行った。
その結果、実施例１と同様に低気孔率の焼結体が得ら
れ、カーボンが分散された反応焼結複合セラミックスが
得られた。これを、実施例１と同様の試験を行なって評
価したが、Ａｌ₂Ｏ₃系の基板材、Ｍｎ−Ｚｎフェライト
よりも摺動性，加工性共に優れていることがわかった。

【００２９】

【発明の効果】本発明では、磁気ディスクとの高摺動性
をもち、かつ、高精度の加工ができる磁気ヘッド基板材
が提供できるため、結果的に、より高密度記録，高速情
報伝送が可能であり、かつ高信頼性，低コストの磁気デ
ィスク記録装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】焼結体気孔率とその時の磁気ディスクとの摩擦
係数の関係の説明図。

【図２】磁気ヘッドの斜視図。

【符号の説明】

１…磁気ディスク、２…支持アーム、３…薄膜磁気ヘッ
ド素子、４…浮上面（レール面）、５…磁気ヘッドスラ
イダ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者後藤明弘茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者樋口晋介茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者斉藤翼生神奈川県小田原市国府津2880番地株式会社日立製作所小田原工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ａ金属炭化物の粒子及び／又はウイスカの
表面層が、Ａ金属窒化物あるいはＡ金属炭窒化物からな
り、焼結体中に前記Ａ金属窒化物、前記Ａ金属炭窒化
物，Ｂ金属炭化物粒子，カーボンが分散されており、前
記焼結体が少なくともＢ金属窒化物、前記Ａ金属窒化物
及びカーボンからなる粒子及び／又はウイスカで互いに
結合された気孔率１０vol ％以下、最大気孔径５μｍ以
下のカーボン分散反応焼結の複合セラミックスを用い、
前記複合セラミックスの気孔中に、潤滑剤が含浸されて
いることを特徴とする磁気ヘッド用基板材。
【請求項２】Ａ金属炭化物とＢ金属窒化物との粒界にＡ
金属窒化物及び／又はＡ金属炭窒化物が介在してなるカ
ーボン分散反応焼結の複合セラミックスを用い、前記複
合セラミックスの気孔中に、潤滑剤が含浸されているこ
とを特徴とする磁気ヘッド用基板材。
【請求項３】Ａ金属窒化物及び／又はＢ金属窒化物の粒
子及び／又はウイスカからなる焼結体中にカーボンが分
散されており、前記焼結体が少なくとも前記Ｂ金属窒化
物、前記Ａ金属窒化物及びカーボンからなる粒子及び／
又はウイスカで互いに結合された気孔率が１０vol ％以
下、最大気孔径５μｍ以下のカーボン分散反応焼結の複
合セラミックスを用い、前記複合セラミックスの気孔中
に、潤滑剤が含浸されていることを特徴とする磁気ヘッ
ド用基板材。
【請求項４】Ａ金属炭化物の粒子及び／又はウイスカと
Ｂ金属粉末から成る成形体を窒化性ガス雰囲気中で加熱
することにより、前記Ｂ金属粉末が窒素と反応してＢ金
属窒化物を生成すると共に、前記Ａ金属炭化物の層が、
窒素と反応してＡ金属窒化物及び／又はＡ金属炭窒化物
に変化すると共に、遊離カーボンが生成し、遊離カーボ
ンの一部とＢ金属粉末と反応して前記Ｂ金属炭化物の粒
子が生成し、これらが焼結体中に分散され、最終的に
は、前記焼結体が少なくとも反応生成物である前記Ｂ金
属窒化物、前記Ａ金属窒化物及びカーボンからなる粒子
及び／又はウイスカで互いに結合された気孔率１０vol
％以下、最大気孔径５μｍ以下のカーボン分散反応焼結
の複合セラミックスを用い、前記複合セラミックスの気
孔中に、潤滑剤が含浸されていることを特徴とする磁気
ヘッド用基板材の製造法。
【請求項５】Ａ金属炭化物の粒子及び／又はウイスカ６
０ｗｔ％以上とＢ金属粉末４０ｗｔ％以下とから成る成
形体を窒化性ガス雰囲気中で加熱することにより、前記
Ｂ金属粉末が窒素と反応してＢ金属窒化物を生成すると
共に、前記Ａ金属炭化物の層が、窒素と反応してＡ金属
窒化物あるいはＡ金属炭窒化物に変化し、遊離カーボン
が前記Ｂ金属粉末と反応して焼結体中にＢ金属炭化物粒
子が分散され、最終的には、前記焼結体が少なくとも反
応生成物である前記Ｂ金属窒化物，Ａ金属窒化物，Ａ金
属炭窒化物及びカーボンからなる粒子及び／又はウイス
カで互いに結合された気孔率１０vol ％以下、最大気孔
径５μｍ以下のカーボン分散反応焼結の複合セラミック
スを用い、前記複合セラミックスの気孔中に、潤滑剤が
含浸されていることを特徴とする磁気ヘッド用基板材の
製造法。
【請求項６】請求項１，２，３，４または５において、
Ａ金属が、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｂ，Ａｌ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｎ
ｂ，Ｈｆの少なくとも一種以上から成り、Ｂ金属がＳ
ｉ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒの少なくとも一種からなるカーボ
ン分散反応焼結の複合セラミックスを用い、前記複合セ
ラミックスの気孔中に、潤滑剤が含浸されている磁気ヘ
ッド用基板材。
【請求項７】請求項１，２，３，４または５において、
前記Ａ金属炭化物と前記Ａ金属窒化物及び前記Ａ金属炭
窒化物の比が、｛（Ａ金属窒化物及びＡ金属炭窒化物）
／Ａ金属炭化物｝×１００≧５０％であるカーボン分散
反応焼結の複合セラミックスを用い、前記複合セラミッ
クスの気孔中に潤滑剤が含浸されている磁気ヘッド用基
板材。
【請求項８】請求項１，２，３，４または５において、
焼結体中のカーボン量が５から４０vol ％であるカーボ
ン分散反応焼結の複合セラミックスを用い、前記複合セ
ラミックスの気孔中に、潤滑剤が含浸されている磁気ヘ
ッド用基板材。
【請求項９】請求項４において、前記Ａ金属炭化物と前
記Ｂ金属粉末の配合比が９５：５ｗｔ％から５：９５ｗ
ｔ％の範囲からなる成形体を用いてなる焼結体であるカ
ーボン分散反応焼結の複合セラミックスを用い、前記複
合セラミックスの気孔中に、潤滑剤が含浸されている磁
気ヘッド用基板材。
【請求項１０】請求項５または６において、前記Ａ金属
炭化物と前記Ａ金属窒化物及び前記Ａ金属炭窒化物の比
が、｛（Ａ金属窒化物及びＡ金属炭窒化物）／Ａ金属炭
化物｝×１００≧５０％であるカーボン分散反応焼結の
複合セラミックスを用い、前記複合セラミックスの気孔
中に、潤滑剤が含浸されている磁気ヘッド用基板材の製
造法。
【請求項１１】請求項５または６において、加熱処理
は、Ｂ金属の融点以下で前記Ｂ金属粉末を窒化させる工
程、その後、前記Ａ金属炭化物が反応する温度まで加熱
する工程の二段階からなる磁気ヘッド用基板材の製造
法。
【請求項１２】請求項１，２，３，４，５，６，７また
は８において、セラミックスの気孔中に、含浸する潤滑
剤が前記セラミックスが摺動する磁気ディスク表面に塗
布されているものと同じものである磁気ヘッド用基板
材。
【請求項１３】請求項１，２または３に記載の磁気ヘッ
ド用基板材を用いた磁気ヘッドスライダ。
【請求項１４】請求項１，２または３に記載の磁気ヘッ
ド用基板材を磁気ヘッドスライダに用いた磁気ディスク
装置。