非磁性基底及应用它的磁头

摘要

一种非磁性基底,以NiO、TiO

说明书

本发明涉及非磁性基底和应用该基底的磁头，更具体地，涉及一种具有优良耐磨性能和加工性能的非磁性基底和应用该基底的磁阻头。

用磁带作为记录介质的磁记录和再生装置，如像带记录机(VTR)或数字声带(DAT)具有用来在磁带上记录和再生信号的磁头。而且，用磁盘作为记录介质的磁记录和再生装置如硬盘驱动器(HDD)和软盘驱动器(FDD)也具有磁头。

在磁头中，应用最多的是电磁感应型磁头，该磁头包括由高磁导率材料形成的磁芯和缠绕磁芯的部件如线圈。通常，在电磁感应型磁头中，把大块的高磁导率材料通过机械加工切成的两半结合在一起以制作磁芯，然而，随着向高记录密度发展，要求电磁感应型磁头具有更窄的磁道宽度和更窄的磁隙宽度。

为了满足上述需求，已经开始采用薄膜磁头。薄膜磁头是通过在非磁性基底上沉积一具有高磁导率的磁性薄膜，并用薄膜加工技术如干蚀刻形成磁芯或磁线圈。而且，多层磁头也已被实用，多层磁头是通过在非磁性基底上沉积多层磁性薄膜和绝缘薄膜以形成半磁芯，然后把半磁芯结合来制造的。

相比之下，虽然仅是用于再生，在非磁性基底上形成磁阻元件薄膜的磁阻头主要应用于HDD系统。

而且，在HDD系统中，磁头被安装在叫做滑块的非磁性基底部分的末端，以便升起磁头至几乎与硬盘接触。

作为薄膜磁头、多层磁头或滑块的非磁性基底，MnO-NiO基的双氧化物已公知，例如在特开昭62-22411中公开的。公开的双氧化物具有NaCl晶体结构，以包含的MnO作为主要组分，能够提高加工性能。

但是，与铁氧单晶体相比，MnO-NiO双组分双氧化物对于已被开发、特别是用作高密度记录介质的薄膜沉积磁带来说，与用铁氧单晶体作磁芯材料的大尺寸磁阻头和MIG磁阻头相比，用MnO-NiO双组元双氧化物作为非磁性基底或保护材料的薄膜磁头或多层磁阻头的寿命短。当其应用在例如低温潮湿的环境时，这个问题更加突出。

本发明将能解决上述现有技术中存在的问题。

本发明的目的之一在于提供一种具有优良的耐磨性能和加工性能的非磁性基底和应用它的磁头。

本发明的非磁性基底的主要组分是NiO、TiO₂、ZnO和CaO，晶体结构主要是钛铁矿和尖晶石结构。钛铁矿和尖晶石结构的晶区的总面积占非磁性基底的任一给定剖面面积的≥20％。钛铁矿和尖晶石结构晶区的总面积占的百分数没有上限，可以是100％。

考虑到非磁性基底的加工性能，在除钛铁矿和尖晶石结构的晶区的总面积之外的剖面的其它剩余面积上优选地具有CaTiO₃相和TiO₂相。

本发明的磁头包括在非磁性基底上形成的磁性薄膜，该基底的主要组分是NiO、TiO₂、ZuO和CaO，晶体结构主要为钛铁矿和尖晶石结构。钛铁矿和尖晶石结构的晶区的总面积占任一给定剖面面积的≥20％，钛铁矿和尖晶石结构的晶区的总面积百分数不具有特定的上限，可以是100％。

根据本发明的磁头，从加工性的角度考虑，在钛铁矿和尖晶石结构的晶区的总面积除外的剖面的其它面积上优选地包括CaTiO₃相和TiO₂相。

根据本发明的非磁性基底和用它的磁头可被应用到任何类型的磁头，例如薄膜头或多层磁头，或可用于任何用途，如用在施加偏压磁场的磁阻头或在电磁感应型、磁阻型或磁光记录介质中应用的滑块上。

根据本发明的非磁性基底，通过把钛铁矿和尖晶石结构的晶区的总面积占的分数设定为≥20％，当应用例如薄膜沉积带或涂敷带的磁记录介质时，其耐磨性能等于或高于用铁氧磁芯的磁头。

而且，当除钛铁矿和尖晶石结构的晶区之外的剩余的面积上包含具有钙钛矿晶体结构的CaTiO₃相和具有金红石晶体结构的TiO₂相时，在保持耐磨性能的同时可提高机加工时的加工性能。

图1是示出多层磁头的一例的示意立体图；

图2是示出用于HDD的磁头的一例的示意侧视图。

下面结合图1和图2描述根据本发明的非磁性基底和用该基底的磁头。

图1是示出了多层磁头的一例的示意立体图。图1所示的磁头1是通过把一对半磁芯3结合在一起制造的，在半磁芯3中，由高磁导率的磁性薄膜和绝缘膜交替沉积的多层磁性膜4夹在非磁性基底2之间。磁隙Gp形成在朝着磁记录介质(图中未示出)的滑动面5上。磁隙Gp的磁道宽度TW由多层磁性膜4确定。而且，滑动面5和磁记录介质的接触宽度CW由多层磁性膜4和非磁性基底2的总厚度确定。在一个半磁芯3的结合面上形成一个开口6以控制磁隙Gp的深度Dp和便于缠绕线圈(图中未示出)。

通过把根据本发明的非磁性基底2施加到这样的多层磁头上，可以得到具有优良耐磨和加工性能的磁头。

图2是示出用于HDD系统的一例的示意侧视图。图2所示的磁头1包括非磁性基底2，它是温彻斯特型滑块(Winchester-type slider)，以及固定在非磁性基底2的一端的磁头元件7。磁头元件7可以是电磁感应型或磁阻型。图中的虚线表示在磁头11的滑动面长度方向上形成的槽。

通过把根据本发明的非磁性基底2施加到图2所示的用于HDD系统的磁头1，可得到具有优良的耐磨和加工性能的磁头。

本发明的非磁性基底可以用传统方法制作。

即，称量工业上可得到的NiO、TiO₂、ZnO₃的粉未使它们具有预定份数的重量，并加入纯水，在球形磨机中混合24小时；然后，把浆状物从球形磨机中取出，在100℃下进行≥20小时的干燥处理；把得到的干燥的块状物基本压碎，在1100℃预烧5小时；再向把预烧的烧结体压碎得到的粉末中加入纯水，在球形磨机中混合24小时；在100℃干燥≥20小时后，再把得到的干燥块状物压碎，并加入占干燥块状物的10wt％的10wt％聚乙烯醇水溶液(PVA)进行球化。

在80Mpa下挤压成形，并在1250～1400℃氧气氛中进行烧结；然后，在1150～1350℃100MPa氩气压力下进行热等压(HIP)处理，得到本发明的非磁性基底。

下面评价得到的非磁性基底的钛铁矿和尖晶石结构的晶区的总面积分数、剩余面积的晶体结构、磨损量和加工性能。

钛铁矿和尖晶石结构的晶区的总面积百分数和剩余面积的晶体结构的评价

在任一剖面上把非磁性基底切开，细抛光并在1100℃热蚀3小时。显露在剖面上的每个晶区的晶体结构用X-射线微分析仪(XMA)鉴定。用图像分析系统得到每一晶体结构的面积百分数。

当然，每一晶体结构的面积百分数可基于原材料中的NiO、TiO₂、ZnO和CaO的摩尔比以及组成得到的非磁性基底的CaTiO₃、NiZnTiO₃、NiTTO₃、TiO₂和NiO的摩尔比，摩尔重量和比重得到。磨损量的评价

通过仅用非磁性基底做成VTR的样品头，进行非磁性基底的磨损量的测量。样品头的尺寸为2mm(宽)×2mm(高)×0.2mm(厚)。滑动面的接触宽度为80μm，接触宽度方向上的曲率半径R是6mm。把样品头安装在数据存储带驱动台SDX-300C(索尼公司制造)上进行磨损试验。在5℃、50％RH下驱动由Co基合金组成的薄膜沉积带SDX-73N(索尼公司制造)1000小时后，测量以上的样品头的突出部分的变化以确定磨损量。当然，磨损量越小，磨损抗力越好。样品头从鼓上的突出的部分预先设定为30μm。加工性能的评价

用一般的切片机，测量非磁性基底经过砂轮50次后砂轮的磨损量，即测量砂轮沟槽的原始深度和经50次后形成的沟槽深度的差，以评价加工性。砂轮的磨损量越小，加工性能越好。在下列条件下评价加工性能：砂，SD318(R200)；砂轮的转速5000rpm；进给速度，30mm/min，沟槽深度0.1mm。

关于磨损量和加工性，还评价了铁氧单晶体和MnO-NiO基非磁性基底，以用作比较。非磁性基底试样的制作

表有所示的试样No1～19通过改变材料中NiO、TiO₂、ZnO和CaO的含量得到。

评价了非磁性基底试样No1～19的钛铁矿和尖晶石结构的晶区的总面积百分数以及剩余面积的晶体结构。

而且，还评价了非磁性基底试样No1～19和对比材料的非磁性基底的磨损量和加工性能(砂轮的磨损量)。

评价结果示于表2。            表1

    No.    成分(mol％)    NiO              TiO₂                 ZnO                   CaO    1    2    3    4    5    6    7    8    9    10    11    12    13    14    15    16    17    18    19    1    1    2    2    3    5    5    10    60    14    43    40    20    50    23    45    28    32    33.3    80    80    80    80    60    60    60    60    20    60    30    30    55    30    50    36    50    34    33.3    1    2    1    1    2    4    6    10    10    10    10    15    20    10    10    10    10    32    33.3    18    17    17    15    35    31    29    20    10    16    17    15    5    10    17    9    12    2    0比较材料1比较材料2    铁氧单晶体    MnO-NiO基

表2

    No.钛铁矿和尖晶石结构的百分数(面积％)剩余部分的晶体结构    磨损量    (μm)砂轮的磨    损量    (μm)    1    2    3    4    5    6    7    8    9    10    11    12    13    14    15    16    17    18    19    7    10    11    14    15    20    22    29    36    41    45    47    49    55    62    65    70    89    100CaTiO₃,TiO₂CaTiO₃,TiO₂CaTiO₃,TiO₂CaTiO₃,TiO₂CaTiO₃,TiO₂CaTiO₃,TiO₂CaTiO₃,TiO₂CaTiO₃,TiO₂CaTiO₃,NiOCaTiO₃,TiO₂CaTiO₃,NiOCaTiO₃,NiOCaTiO₃,TiO₂CaTiO₃,NiOCaTiO₃CaTiO₃,NiOCaTiO₃CaTiO₃-    5    3    3    2    2    1    1    0.8    0.8    0.8    0.8    0.8    0.8    0.5    0.6    0.6    0.5    0.5    0.5    1    2    2    2    3    3    3    4    18    4    20    20    4    20    4    22    5    5    5比较例1比较例2     -     -       -       -    1    20    1    20

下面讨论表2的结果。

对于钛铁矿和尖晶石结构的晶区的总面积百分数＜20％的试样No1～5，其磨损量都≥20μm，大于铁磁单晶体的对比材料1的磨损量。因此，如果试样No1～5中的任何一个用作磁头中的保护材料，滑块等，其大的磨损量会缩短磁头的寿命，这是不期望的。

相比而言，对于钛铁矿和尖晶石结构的晶区的面积百分数≥20％的试样No6～19，其磨损量都≤1μm，等于或小铁氧单晶体的对比材料1的磨损量。因此，如果试样No6～19中的任何一个用作磁头中的保护材料，滑块可以制造磨损量小、寿命长的磁头。

在试样NO6～19中，在除钛铁矿和尖晶石结构的晶区之外剩下的晶体结构中包含CaTiO₃和TiO₂相的试样No6、7、8、10、13、15、17、18和19具有小的磨损量3～5μm以及好的加工性能。

然而，在试样No6～19中，在除钛铁矿和尖晶石结构的晶区之外剩下的晶体结构中包含NiO(NaCl晶体结构)的试样No9、11、12、14和16具有和MnO-NiO基对比材料相同的大磨损量18～22μm以及不满意的加工性能。

从上述评价结果和核查可看出，以NiO、TiO₂、ZnO和CaO作为主要组分、钛铁矿和尖晶石结构作为主要晶体结构并且钛铁矿和尖晶石结构的晶区的总面积百分数≥20％的非磁性基底具有小于或等于铁氧单晶体的小的磨损量。

而且，当除钛铁矿和尖晶石结构的晶区除外的剩余晶体结构包含CaTiO₃相和TiO₂相时，加工性能也得到提高。

尽管在上述实施方案中，是假定磁头的非磁性基底用在数据存储带记录机上进行试验的，对于VTR和DAT的磁头，HDD的滑块等，也可得到同样的结果。

如上所述，根据本发明的非磁性基底可以得到等于或大于铁氧单晶体的磁芯材料的优良耐磨性能。

而且，当除钛铁矿和尖晶石结构的晶区总面积除外的剩余面积上具有CaTiO₃相时，还可以提高加工性能。

因此，通过采用这样的非磁性基底，可以制造具有优良耐磨性能和寿命长的磁头和滑块。