JPS6044572A - ２つの部材を結合する方法 - 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】 本発明は結合の分野に関し、ざらに具体的にば２つの部
材間に極めて薄い、はとんど存在しない様なギャップを
形成するのに有用な結合方法に関する。

２つの例示的用途は磁気変換ヘッドの非磁気変換ギャッ
プを形成する事、及び２つの導電性部材間に導電性のシ
ム（詰物）を結合する事である。

［発明の背景］ 本発明は一般的な結合において有用であるが、２つの特
定の技法の分野、即ち磁気的もしくは電気的絶縁を与え
る結合の分野について説明される。

磁気的な記録２媒体上に記録され得るデータ密度は多く
の物理的パラメータによって制限されるが、その一つは
媒体のデータ・トラックに書込みもしくは読取りを行う
ための変換ヘッドの非磁気ギャップ幅である。ギャップ
幅はヘッドと磁気記録媒体との相対的移動の方向におい
て測定きれる。従来技法の努力の大部分は薄い均一な耐
久力のあるヘッド・ギャップを与える事に費やされた。

以下はその例である。

磁気ヘッドの変換ギャップの形成のために隣接する層を
熱／圧力結合方法を使用する概念は周知であり、米国特
許第４１８２６４３号はその例である。

ヘッド・スライダの動作中に磁気ヘッドの胞いフェライ
ト材料を支えるためにアルミナ薄膜を使用する方法が米
国特許第４２９８８９９号に開示きれている。この特許
においては、先ずアルミナの薄膜が２つのセラミック部
材上にスパッタ付着される。次にアルミナの薄膜は低温
度のガラスもしくはエポキシ樹脂の拡散によって結合さ
れる。

ガラスの如き・層を物品上に付着するためにコロイドも
しくはスラリーを使用する事も周知である。米国特許第
４０３９７０２号は例えばスパッタリング、蒸着もしく
は濃縮（シロツクス過程）といった色々の方法で半導体
もしくは電子部品上に薄い均一なガラス被膜を形成する
方法を開示している。この特許は遠心力によってガラス
の粒子の懸濁液から沈澱物を生ずるガラス被覆方法の改
良、特に懸濁液に塩化水素酸、水酸化アンモニウムもし
くは過酸化水素の如き極性材料を加える事による改良に
係わる。この方法は遠心力を使用して物品を被覆するの
を好ましいとするものであるが、懸濁された粒子の凝集
及び沈積を起こさせる任意の方法がこの特許の概念の中
に含まれると言える。

１９７８年６月刊ＩＢＭ　ＴＥＣＨＮｔＣＡＬＤＩ’５
ＣＬＯ３ＵＲＥ　ＢＵＬＬＥＴＩＮの第３２８頁には、
ホログラフィ干渉計を使用して表面を解析する時に有用
な拡散反射媒体を表面上に与える目的で、２酸化チタン
もしくはアルミナの極めて薄い、均一な層を基体の表面
上に形成する方法を開示している。ざらに具体的には、
表面が先ず洗）ヤされ、次いで水溶性シリカ浴に浸漬さ
れ、親水性の表面が与えられる。余分のシリカは水で洗
い落とされ、表面が乾燥きれる。次いで表面は水溶性の
無機重合体中に置かれ、２酸化チタンのスラリーもしく
はアルミナへ浸漬される。余分な粒子は水で洗浄する事
によって除去きれ、空気乾燥される。

１９７３年１２月刊のＩＢＭ　ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ　Ｄ
ＩＳＣＬＯ３ＵＲＥ　ＢＵＬＬＥＴＩＮ第２３６９頁は
例えば磁気媒体を形成する際に基板上に単分子層を付着
する方法を開示している。

［発明の説明］ 本発明の目的は２つの表面を結合する事である。磁気記
録ヘッドを形成するのに使用される同種もしくは異種の
セラミック部材が本発明に従って結合きれ得る。例示的
セラミック部材はＮｉＺｎフェライトである。

本発明は導電性の炭化チタン（７０％）酸化アルミニウ
ム（３０％）材料（Ｔ　１Ｃ−Ａ　１’　２０３）の２
つのブロック間に薄い緻密な非導電性アルミナのシム（
厚ざ１２．７Ｘ１０　”ｃｍ乃至２５．４Ｘ１０−３ａ
ｍ）を結合するために使用可能である。

この様な分野における結合線は極めて薄くなくてはなら
ず、数オンクゼストロームから約５ミクロンの範囲にな
くてはならず、数オングストロームから約５ミクロンの
範囲になくとはならない。

特に磁気ヘッドの分野では、結合線は厚とが極めて一様
でなくとはならず、耐久性がなければならない。

ヘッド製造に使用される種類の多くＱセラミックは水の
存在の下に正の電荷を示すが戸本発明は２つのこの様な
表面を結合する場合について説明される。しかしながら
、本発明は水の存在の下で負の表面電荷を示す材料にも
使用きれ得る。

いずれの場合にも、本発明の実施には、反対の電荷の２
種の水／コロイド溶液、即ち一方は陽イオン性他方は陰
イオン性の溶液を必要とする。

本明細書で使用されるコロイドなる用語は通當のもので
あり、粒子の表面積がその体積よりもはるかに大きい程
粒子が小さく、例えば粒子が重力によって懸濁液から沈
澱せず、炉化器の膜を通過し得る程に十分小さい粒子の
物理化学的現象に関するものである。

第１の水／コロイド溶液は、例えば負の電荷溶液であり
得る。さらに具体的には、この溶液は１５０オングスト
ロームの寸法のコロイド条シリカ（Ｓｉ０２）の１％溶
液である事が好ましい。この材料の例は、Ｅ　、Ｉ　、
　ｄｕ　Ｐｏｎｔ　ｄｅ　Ｎｅｍｏｕｒｓ社製のＬＵＤ
ＯＸ　（登録商標）である。コロイドの寸法は販売され
ている中で最小のものから１／２ミクロンに及ぶ。陽イ
オン性の（表面を正に帯電する）水／コロイド溶液は水
溶性のアクリル型高分子電解質の如ぎ重合体を使用する
事によっても得られる。これ等の重合体も同様に本発明
で使用され得る。この様な材料の例はＨｅｒｃｕ　ｌｅ
ｓ社製のＲＥＴＥＮ　（登録商標）である。

第２の水／コロイド正電荷溶液は例えば１００オングス
トロームの寸法のアルミナ（Ａ　１２０３）の１％溶液
である。その例はＣｏｎｔｉｎｅｎｔａｌＯ３１社のＣ
ｏｎｏｃｏ　Ｃｈｅｍｉｃａ１部製のＣＡＴＡＰＡＬＳ
Ｂ（登録商標）である。

これ等の溶液のコロイド濃度は約ｏ、１がら５％の範囲
中を変動し得る。一般的に入って粒子の寸法が小ざい程
、溶液は薄（なる。しかしながら、本発明の方法におい
ては、濃度が低過ぎると、溶液は良好な被覆力を示きず
、濃度が高過ぎると、粒子の凝集が生じ始める。

本発明を使用して２つのセラミック表面を結合する最初
の段階は、２つの表面を清浄にする事である。清浄剤と
してはＬ　Ｉ　ＱＵ、Ｉ　ＮＯＸ　（登録商標）が好ま
しい。結合されるべき表面が清浄剤でこすられ、水洗い
され、プロパツールで洗われ、次いで水洗いきれる。

２つの表面は当然の事ながら極めて平坦でなければなら
ない。

ここで互に結合きれるべき平坦で清浄な表面の一方もし
くは両方が第１の陽イオン性溶液中に置かれる。この処
理によって表面はシリカ゛の単層で被覆される。溶液か
ら取り出きれる時に多重のシリカ層が表面上に存在する
時は、最初の層を除くすべての層は脱イオン水で表面を
清浄にされる。

その後、表面は空気で乾燥される。ここで表面は１５０
オングストロームの厚ざのシリカの層によって被覆され
ている。

ここで表面は第２の、陰イオン性溶液中に浸漬される。

この溶液中で表面のシリカ層が負に帯電され、その上に
１００オングストロームの厚さのアルミナの単分子層が
付着される。再び部品が取り出されて、脱イオン水で水
洗いされ、アルミナ層が単分子層である事が確実にきれ
る。

種々の層が陽イオンもしくは陰イオンを吸引する事によ
って上述のおだやかな清浄工程の後に単分子層が確実に
残される事が見出だされている。

この時点で、結合きれるべき表面は２５０オングストロ
ームの厚との層で覆われている。この層の厚さはこのプ
ロセスが繰返されない限り結合線の厚きどなる。このプ
ロセスが繰返される度に、結合線の厚さが２５０オング
ストロームだけ増大する。同様に、もし両方の表面が同
様に処理されるならば、結合線の厚ざは２つの表面の一
方だけを処理した場合の２倍となる。

処理の最後の工程において、２つのアルミナの表面は好
ましくは窒素の雰囲気内で１乃至２時間、８００乃至１
３００℃の温度で例えば約２１０Ｋｇ／ｃｍ２の圧力の
下で接触状態に置かれる。

拡散（圧力／熱）結合を行うための装置は本発明にとっ
てはきほど重要ではない。しかしながら、先ず結合され
るべき表面を直接物理的に接触きせ、次いで互に物品を
保持するためにゴム糊を使用し、次に高温度モールド内
に含まれる大量のＡｌ２Ｏ３粉末の中に物品を埋没きせ
る。次にＡｌ２Ｏ３粉末は周辺の電熱器によって加熱き
れつつ圧力が与えられる。

上述の説明から明らかな如く、結合線の厚さは多重処理
工程もしくはコロイド粒子の寸法を変化する事によって
制御され得る。実際には、処理工程サイクルを過度に増
すことを必要としない様な最小の寸法の粒子が使用され
る。例えば、大きな寸法の粒子に対しては１０乃至２０
サイクルが好ましく、小ざな寸法の粒子に対しては１サ
イクルもしくは２サイクルが好ましい。

上述の溶液は約４のｐＨを示す事が好ましい。

上述の圧力、温度及び時間は使用されるコロイド材料に
依存して選択され、結合される材料の関数として選択さ
れる。

上述の第１の溶液で使用するために上述の如き陽イオン
性溶液中が選択されると、結合線の厚きは第２の溶液の
コロイドの寸法となる。これはプロセスの圧力／熱印加
工程中に重合体が蒸発するので、重合体が結合部の厚ざ
に寄与しないからである。

本発明の他の例示的用途は、７０重置部の炭化チタン（
ＴｉＣ）及び３０重計数の酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ
３）より成る市販の２相の堅い緻密な材料の如き導電性
材料の２つのブロック間に極めて薄い酸化アルミニウム
より成る非導電性シムを有する感知プルーブを与える事
にある。

Ａｌ２Ｏ３シムて結合きれる２つのＴｉＣ・Ａ　１２０
３表面の寸法はシム自体と同じで、例えば５．０８ｃｍ
平方である。このシムは１０ミクロンの厚ざを有する。

ＴｉＣ−Ａｌ２Ｏ３のブロックは４ｍｍの厚きの範囲内
にある。

２つのＴｉＣ”Ａｌ２Ｏ３表面は２ミクロンの寸法のダ
イアモンドでラッピングされる。この様にしても、５．
０８ｃｍ平方の表面の平坦度１こは中心から辺迄に５ミ
クロンもの誤差がある。Ａｌ２Ｏ３シムも同様に完全に
平坦ではない。

上述の方法に従って、シリカ粒子及びアルミニウム粒子
の交互重畳層が結合されるべき表面上に置かれ、結合表
面間に良好な物理的接触が補償される。しかしながら、
所望の厚きの層を形成するのに必要とされる工程の数を
現象するためには、陰イオン外水／コロイド溶液中のア
ルミナ粒子は約０．３ミクロンの粒子寸法を有する事が
最も好ましい事が分った。５０枚のシリカ及びアルミナ
の層か、結合されるべき表面の平坦度の欠如を補償する
のに適している。

ざらに具体的には、研摩され清）鯉にされた結合される
へきＴｉＣ’Ａｌ２Ｏ３表面は先ず上述のシリカ／水コ
ロイド溶液中に浸漬きれる。なんとなればＴｉＣ−Ａｌ
２Ｏ３利料は水の中で正に帯電されるからである。次に
これ等の表面は脱イオン水中で清浄され、空気で乾燥さ
れる。

この過程は次に陰イオン正のＡＩ　２０３　／水コロイ
ド溶液を使用して繰返きれる。

このプロセスが１乃至３ミクロンの範囲の厚ざの交互の
コロイド層が得られる迄繰返きれる。

次に２つのＴｉＣ−Ａｌ２Ｏ３ブロックが約１２．７Ｘ
１０−３ａｍ乃至２５．４Ｘ１０　”ａｍの厚ざの薄い
研摩された緻密なアルミナ・シートの対向する表面に接
する様に置かれる。取扱いを容易にする目的で組立体を
互に保持するために、この３部品より成る組立体の端に
はゴム糊が塗布される。

次に組立体はＡｌ２Ｏ３粉末を含む炭化ケイ素モールド
中に置かれる。このモールドはＡｌ２Ｏ３粉末を圧縮し
得る可動ピストン及び圧縮された粉末を加熱するための
電熱器を含む。

その後、組立体は窒素雰囲気中で約２１０Ｋｇ／ｃｍ２
の圧力、約１３００℃の温度に約１時間にわたりきらさ
れる。次にモールドは冷却され、組立体が除去される。

このプロセスの結果として、シリカ及びアルミナの充填
物層が互に、又、ＴｉＣ”Ａｌ２Ｏ３部剤のアルミナの
部分及びアルミナのシムと反応し、共晶スピネル材料が
形成される。この共晶は隣接材料に拡散し、共晶でなく
なり、ＴｉＣ・Ａｌ２Ｏ３及びアルミナ・シム間の極め
て強く明確に確定された結合線がＴｉＣ−Ａｌ２Ｏ３と
アルミナ・シムとの間に残される、 出願人　インターナショナル・ビジネス・マシーン乏・
コーポレーション代理人　弁理士　山　木　仁　朗 （外１名）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一極性を有する第１のコロイド溶液及び反対極性を有す
   る第２のコロイド溶液を準備し、互に結合すべき２つの
   部材の２つの表面の少なくとも一方を上記第１のコロイ
   ド溶液中に浸漬し、上記一方の表面を取出して洗浄する
   ことにより上記第１のコロイドの単分子層を残し、次に
   上記一方の表面を上記第２のコロイド溶液中に浸漬し、
   上記一方の表面を取出して洗浄することにより上記第２
   のコロイドの単分子層を残し、次に上記両表面を結合す
   るために上記両表面を所定の熱／圧力環境に置く事を特
   徴とする２つの部材を結合する方法。