JPS632855A

JPS632855A - 磁気ヘッドスライダ用セラミック材料

Info

Publication number: JPS632855A
Application number: JP61144182A
Authority: JP
Inventors: 行雄川口
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1986-06-20
Filing date: 1986-06-20
Publication date: 1988-01-07
Anticipated expiration: 2009-01-12
Also published as: JPH062616B2

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】工　発明の背景技術分野本発明は、特に磁気ヘッドスライダ用に用いるセラミッ
ク材料に関する。

従来技術とその問題点最近、高密度記録用磁気ヘッドのヘッド磁気回路構成材
料として、高透磁率を有するパーマロイ薄膜が使用され
ている。　このような磁気ヘッドのスライダ材料として
はセラミック材料が一般に用いられているが、その場合
、Ｃ３／Ｓ特性（スライダ慴動面の耐摩耗性等）が良好
なこと、緻密な構造で硬度が大きく、かつ切断、溝入れ
、鏡面加工等の各工程において、加工性に優れているこ
となどが要求される。　このような要求を満たすものと
して、アルミナ−炭化チタン（Ａ１２０３−Ｔｉ　Ｃ）
焼結体カ挙げられる。

例えば、特開昭５５−１６３６６５号に記載のＡＩＬ２
０＊とＴｉＣとの混合物をホットプレス法によって焼成
して得られるもので、飛行磁気ヘッドのスライダ要素に
用いられるもの、特開昭５６−１４００６６号に記載のＡＩｔ２０３とＴｉｃに、酸化イツトリウム（固溶体あ
るいは複合物の構成成分として含まれる場合もある）ま
たは炭化イツトリウム（ダブルカーバイドあるいは複合
物の構成成分として含まれる場合もある）の形でイツト
リウムを添加して、熱間等方等圧加圧（ＨＩＰ）法によ
って得られるもの、特開昭５７−１３５７７２号に記載のＡＩＬ２０．、ＴｉＣおよびＴｉＯ２に、ＭｇＯ，Ｎｉ
０１Ｃｒ２０３．ＺｒＯ２から選ばれる少なくとも１つ
の快削性付与剤とＹ　２０３とを添加して、）（ＩＰ法
によって得られるものなどである。

この他に、ＭｏあるいはＷを単体もしくは炭化物の形で
添加して焼成し、Ａ　１２０３−ＴｉＣ焼結体を得る方
法も挙げられる。

さらには、特公昭６０−５４２６６号に記載のＭｇＯ，
Ｙ２Ｏ，、ＣｒＯ２，ＮｉＯのうちの少なくとも１種以
上およびＺｒＯ２を含む酸化アルミニウム（粉末の平均
粒径１−以下）と炭酸化チタン粉末を含む炭化チタン粉
末（粉末の平均粒径１μｓ以下）とを混合して還元性の
：囲気で焼結して得られるもの、特公昭５１−５６９号
および同５３−１４５６８号に記載の炭化チタン粉末、
酸化チタン粉末、アルミナ粉末の混合粉末をホットプレ
スして得られるものなどが挙げられる。

しかし、以上のような方法で得られたＡｎ２０３−Ｔｉ　Ｃ焼結体は、いずれも切断加工速度
を大きくすると、チッピング発生率が高く、粒脱落しや
すくなること、また、鏡面加工時にも粒脱落しやすいこ
と等の加工性に問題を残している。　チッピング発生率
を低下させるために、セラミック工具材料用のセラミッ
ク焼結体では、Ｆｅ族の金属が単体もしくは酸化物の形
で添加されているが、非磁性でなくなり、磁気ヘッドス
ライダ材料として用いる場合に好ましくない事態が生ず
る。

そこで、このような問題を解消した、Ａ１□０３−ＴｉＣ焼結体として、本発明者等は、Ｇａ
、Ｂａ、ＣｅおよびＮｂの酸化物の少なくとも１種を添
加したものを提案している（特願昭５９−２７８８１０
号）。

しかし、このものでも、特にＣ５／Ｓ特性における粒脱
落の点で充分とはいえず、この点の改善が望まれている
。

■　発明の目的本発明の目的は、特にＣＳ／Ｓ特性が良好で、緻密な構
造を有し、粒脱落がなく、かつ硬度が大きく、非磁性で
あり、しかも各工程において加工性に優れた磁気ヘッド
スライダ用として有用なセラミック材料を提供すること
にある。

■　発明の開示このような目的は、下記の本発明によって達成される。

すなわち、本発明は、５〜４０重量％の炭化チタンとア
ルミナとを含む混合物１００重量部に対し、Ｇａ、Ｂａ
、ＣｅおよびＮｂの酸化物の少なくとも１種を０，０１
〜５重量部ならびにＴｉの酸化物を０．０１〜５重量部
含むことを特徴とするセラミック材料である。

■　発明の具体的構成以下、本発明の具体的構成について詳細に説明する。

本発明のセラミック材料は、アルミナ−炭化チタン焼結
体である。

アルミナ−炭化チタン焼結体は、アルミナ（Ａ　Ｉ１２
０３　）　＜７）粉末と炭化チタン（Ｔｉｃ）の粉末の
混合物に、Ｇａ、Ｂａ、ＣｅおよびＮｂの酸化物から選
ばれた少なくとも１種ならびにＴｉの酸化物を含有する
ものである。

そして、このようなアルミナ−炭化チタン焼結体は、ア
ルミナ（ＡＪ２□０３）の粉末と炭化チタン（ＴｉＣ）
の粉末の混合物に、−般に、Ｇａ、Ｂａ、Ｃｅ、Ｎｂの
酸化物（例えば、Ｇａ０１ＣｅＯ２，Ｎｂ２Ｏ，等）ま
たは焼成により酸化物となる化合物、例えば、炭酸化合
物（例えば、ＢａＣ０，等）などから選ばれた少なくと
も１種の化合物の粉末ならびにＴｉの酸化物等を添加し
て、焼成してなるものである。

Ｔｉの酸化物等の添加方法としては、（１）Ｔｉの酸化物（ＴｉＣ２，Ｔｉｅ。

Ｔｉ２Ｏ３等）の粉末あるいは少なくとも表面がＴｉ酸
化物である粉末または焼成により酸化物となる化合物、
例えば、Ｔｉのアルコキシド（［（ＣＨ３）２０ＨＯ］
　４　Ｔｉ等）の粉末を直接添加する方法、（２）アル、ミナー炭化チタン焼結体をホットプレス法
、熱間等方等圧加圧（ＨＩＰ）法等により焼成する際、
酸素雰囲気を用いることにより炭化チタンの一部をＴｉ
の酸化物、ＴｉＣ２とする方法などが挙げられる。

これらの方法は単独で用いても併用してもよい。

Ｔｉの酸化物、ＴｉＯ□はＡＪ１２０３−ＴｉＣ焼結体
においてＡｌ２Ｏ３とＴｉＣとの間に介在してＡＩＬ２
０３とＴｉＣとの粒結合を強固にする役目を果たすと考
えられる。

Ａ　１．２０　ｓ粉末は微粉化することが好ましく、平
均粒子径が０．１〜１−１特に０．４〜０．６−である
ことが好ましい。

ＴｉＣ粉末は微粉化することが好ましく、平均粒子径が
０．１〜３−１特に０．５〜１，５−であることが好ま
しい。

Ａ　ｊ！　２０３とＴｉＣとの混合比率は、Ａｆｉ□０
３が６０〜９５重量％を占め、これに対応して残りの４
０〜５重量％をＴｉＣが占めることが好ましい。

ＴｉＣが５重量％より少ないと、ＴｉＣの添加効果が小
さく、Ａ　ｆｌ　２０　ｓも粒成長しやすくなり、４０
重量％を越えると、加工性が急激に悪化するからである
。

Ａｌ２Ｏ３−Ｔｉｃ混合物に添加するＧａ。

Ｂａ、Ｃｅ、Ｎｂの酸化物や炭酸化合物等の粉末の平均
粒子径は０．１〜３Ｐ、特に０．５〜１−であることが
好ましい。

また、添加量はＡｌ２Ｏ，−ＴｉＣ混合物１００重量部
に対してＴｉの酸化物やアルコキシド等も含めて、酸化
物として０．０１〜１０重量部、特に１〜７重量部であ
ることが好ましい。

すなわち、Ｔｉの酸化物を０．０１〜５重量部ならびに
Ｇａ、Ｂａ、ＣｅおよびＮｂの酸化物の少なくとも１種
を０．０１〜５重量部含ませる。

これらの添加量が０．０１重量部より少ないと、本発明
の効果の実効がなくなり、１０重量部をこえると、添加
物の焼結体内における偏在が急激に増すからである。

また、Ａｌ２Ｏ，−Ｔｉ　Ｃ混合物ｋｌ：Ｔｉ＜７）酸
化物、アルコキシド等を粉末として直接添加する場合、
Ｔｉの酸化物またはアルコキシド等の粉末の平均粒子径
は０．１〜３μｓ、特に０，５〜１．０−であることが
好ましい。

材料中のＴｉの酸化物の含有量は、添加方法によらず、
Ａｌ２Ｏ，−ＴｉＣ混合物１００重量部に対して酸化物
として０．０１〜５重量部とするが、なかでも１〜４重
量部、特に２〜３．５重量部であることが好ましい。

含有量か０．０１１重部より少ないと、Ａ　１．２０３
とＴｉＣとの粒結合を強固にする役目が果たせず、５重
量部をこえると、ＴｉＣ２の焼結体内における偏在が増
すからである。

上記における各酸化物の同定および定量には、ＩＣＰ発
光分光分析法および酸素気流中の燃焼赤外吸収法を用い
ればよい。

Ａｊ！２０３−Ｔ　ｉ　Ｃ焼結体は、通常、Ａｆ１２０
３粉末およびＴｉＣ粉末の混合物にＧａ、Ｂａ、Ｃｅ、
Ｎｂの酸化物や炭酸化合物等の粉末、ならびに適宜Ｔｉ
の酸化物やアルコキシド等の粉末を添加混合した後、成
形体とし、酸素雰囲気中あるいは非酸化性雰囲気中での
ホットプレス焼結法により、この成形体を焼結し、放冷
して得られる。

この場合の焼結温度は１５００〜１８００℃、特に１６
５０〜１７５０℃が好ましい。

温度が１５００℃より低いと、緻密な焼結体が得られず
、１８００℃より高いと、添加物の昇華が増し、表面層
と内部が異構造になるからである。

また、プレス圧力は２００〜３００にｇ／ｃｍ２程度で
ある。

非酸化性雰囲気としては、Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅ等の不活性
ガス、Ｎ２、ＣＯ５各種炭化水素等、あるいはこれらの
混合雰囲気、さらには真空等柱々のものであってよい。

焼結時間は、−般に１〜３時間である。

なお、焼結に際・しては、原料粉末の成形体を酸素雰囲
気中あるいは非酸化性雰囲気中（例えば、１２００℃ま
で真空中、その後はＡｒ雰囲気中等が好ましい）で予備
焼結し、次いでＨＩＰ炉内でこの予備焼結体を焼結する
熱間等方等圧加圧（ＨＩ　Ｐ）法を用いてもよい。　予
備焼結の温度は１４００〜１６５０℃、その時間は１〜
３時間とするのがよい。　ま　た　、ＨＩＰ法における
温度は１３００〜１５００℃、焼結時間は１〜５時間、
圧力は１０００〜１５００Ｋｇ／ｃｍ２であり、酸素雰
囲気中あるいはＡｒ等の不活性雰囲気中で行えばよい。

この場合、室温で酸素ガス、Ａｒガス等を３００〜４０
０ｋｇ／ｃｍ２まで加圧し、その後、上記のように加熱
により圧力をかける。

ホットプレス法、ＨＩＰ法を行なう際、酸素雰囲気、非
酸化性雰囲気のいずれを選択するかについては、Ｔｉの
酸化物の添加方法に主に依存する。

Ｔｉの酸化物やアルコキシド等の粉末を直接添加する場
合は非酸化性雰囲気とすることが好ましい。

非酸化性雰囲気にするのは、ＴｉＣの酸化を防止するた
めである。

一方、焼成中にＴｉＣをＴｉの酸化物とする必要がある
場合は酸素雰囲気とすることが好ましい。

添加したＴｉの酸化物やアルコキシド等はいずれの添加
方法によらず、焼結後、はとんど酸化物として残存し、
前記したように粒結合を強固にしている。

また、添加したＧａ、Ｂａ、Ｃｅ、Ｎｂの酸化物や炭酸
化合物も、焼結後、はとんど酸化物として残存し、Ｔｉ
化合物同様、粒結合を強固にする働きをすると考えられ
る。

いずれの化合物も金属の状態で残るのは、結合状態が悪
く粒脱落の原因となり、好結果を得ないが、本発明の焼
結体には金属状態で残らないことがＸ線分析により確認
されている。

このようにして得られたＡ１□０３−ＴｉＣ焼結体は、
ビッカース硬度の高い水準を保持したままで、強度を９
５　Ｋ　ｇ　／　ｍ　ｍ　２から７０〜８０Ｋｇ／ｍｍ
２に下げることができ、切断加工性を２倍程度に挙げる
ことが可能となる。

また、鏡面加工の際、生ずる粒脱落もおこりにくい。

以上述べてきた本発明のセラミック材料は種々の用途に
有用である。　特に磁気ヘッドスライダ材料としてのＡ
２□Ｏ，−ＴｉＣ焼結体は、いわゆる飛行型の磁気ヘッ
ドの基体ないしスライダのみならず、フロッピーヘッド
などのスライダや各種ダミーブロック等に適用すること
ができる。

■　発明の具体的作用効果本発明によれば、炭化チタン５〜４０重量％と、アルミ
ナとを含む混合物１００重量部に対し、Ｇａ、Ｂａ、Ｃ
ｅ、Ｎｂの酸化物や炭酸化合物等の少なくとも１種を酸
化物の形で０．０１〜５重量部、ならびにＴｉの酸化物
やアルコキシド等を酸化物の形で０．０１〜５重量部含
有するように添加しているため、緻密な構造を有し、粒
脱落がなく、かつ硬度が大きく、非磁性であり、しかも
各工程において加工性に優れたセラミック材料が得られ
る。　そして、磁気ヘッドスライダ材料として、ＣＳ／
Ｓ特性もきわめて良好である。　従フて、特に、高密度
記録用磁気ヘッドスライダ材料としての使用が期待され
る。

■　発明の具体的実施例以下、本発明の具体的実施例を示し、本発明の効果をさ
らに詳細に説明する。

実施例１平均粒径０，５−のＡｎ□０３　（純度９９．９％）粉
末と平均粒径０．７−のＴｉＣ（純度９９％、炭素含有
量１９％以上でその１％以下は遊離コクエンである）と
を重量比で７：３の割合で混合したもの１００重量部に
対して、各種添加物（表１）を、表１に示すような割合
で添加し、ボールミルにより２０時時間式混合を行った
。

混合したスラリーを乾燥造粒し、内径７７ｍｍの黒鉛型
に充填した。　これを真空雰囲気中で１時間、焼結温度
１５００〜１８００℃、プレス圧力２００〜３００にｇ
　／　ｃ　ｍ　２でホットプレス焼結を行った。

冷却後、それぞれの焼結体を型から取り出し、＃２００
ダイヤモンド砥石にて加工し、３インチφ、４ｍｍ厚の
試料（表１）を作製した。

また、添加物を混入しない試料３０１も上と同様に作製
した。

上記の試料１０１〜１０７，２０１〜２１１および３０
１について、特性を表１に示す。

特性の評価方法は下記のとおりである。

（１）鏡面加工性各試料をグリーンカーバイド（ＧＣ）砥粒でラップ加工
した後、ダイヤモンド砥粒でボリシング加工し、２次電
子像の回折および表面あらさ計により粒脱落の有無を調
べた。

また、Ｘ線マイクロアナライザーを用いてＸ線像を得、
表面の分析を行い、脱落部の組成を調べた。

（２）磁性試料振動型マグネトメータ（ＶＳＭ）により磁性の有無
を調べた。

（３）切断加工性（ａ）切断性（定圧切断実験）１軸スラストベアリングの上にガラスを接着し、その上
に試料（幅３０ｍｍ、厚さ４ｍｍ）を接着し、この試料
を５００ｇおよび１０００ｇのおもりで引っばり、ダイ
ヤモンド切断砥石で切断加工したときの切断速度を測定
した。

（ｂ）チッピング発生（定速切断実験）定速送り（２５
ｍｍ／ｍ１ｎ）により、ダイヤモンド切断砥石で切断加
工したとき、切断面から１０ｙ！ｎ以上の深さのチッピ
ングの発生率（幅３０ｍｍ、厚さ４ｍｍの試料について
３０ｍｍあたりの発生率）を顕微鏡（２００倍）で調べ
た。

５個以内を０．５〜１０個を△、それ以上をＸで表わす
。

（４）Ｃ５／Ｓ特性（ａ）耐摩耗性試料の薄膜素子を一括形成してスライダ形状に加工し、
磁気ヘッドについてコンタクトスタート／ストップを２
万回繰り返した時の摩耗の程度（−）を調べた。

（ｂ）粒脱落（電解評価）白金と試料との間に１ｖの電圧を印加し、電解作用によるＴｉｃの粒脱落の程度を調べた。

Ｒｍａｘ　　（表面粗さの指標）が１００人以下である
ものをＱ、１００〜１０００人であるものを△、１００
０人をこえるものを×で表わす。

表１より、本発明の試料は、鏡面加工性、切断加工性お
よびＣ３／Ｓ特性のいずれについても優れていることが
わかる。　また、非磁性であり、鏡面加工性が良好なこ
とからスライダ摺動面の鏡面加工が容易となり、磁気ヘ
ッドスライダ材料として適していることもわかる。

なお、本発明の試料はビッカース硬度も高い値であった
。

実施例２実施例１で用いたＡＪ２２０．粉末とＴｉＣ粉末とを重
量比で６．５：３．５の割合で混合したものに、ＢａＣ
Ｏ３を２重量％添加し、実施例１と同様の処理をし、試
料を作製した。

ただし、焼成雰囲気は酸素罪囲気とし、焼成時間は１時
間、焼結温度は１５００〜１８００℃、プレス圧力は２
００〜３００にｇ　／　ｃ　ｍ　２とした。

この場合ＴｉＣの１０重量％がＴｉの酸化物へと変化し
た。

この試料について実施例１と同様に特性を評価した。

結果を以下に示す。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）５〜４０重量％の炭化チタンとアルミナとを含む
混合物１００重量部に対し、Ｇａ、Ｂａ、ＣｅおよびＮ
ｂの酸化物の少なくとも１種を０．０１〜５重量部なら
びにＴｉの酸化物を０．０１〜５重量部含むことを特徴
とするセラミック材料。
（２）５〜４０重量％の炭化チタンとアルミナとを含む
混合物１００重量部に対し、Ｇａ、Ｂａ、ＣｅおよびＮ
ｂの酸化物および／または焼成によりこれらの酸化物と
なる化合物から選ばれた少なくとも１種ならびにＴｉの
酸化物を、前記酸化物としてそれぞれ０．０１〜５重量
部含有するように添加して焼結する特許請求の範囲第１
項に記載のセラミック材料。
（３）磁気ヘッドスライダ用である特許請求の範囲第１
項または第２項に記載のセラミック材料。