Стекло для спаивания элементов магнитных головок - RU2063935C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к составам стекол, используемых при изготовлении магнитных головок для записывающих устройств и вычислительной техники.

При производстве магнитных головок для интенсификации процесса полировки спаянных стеклом блоков магнитных головок используется щавелевая кислота. В этом случае применяются кислотоустойчивые тугоплавкие стекла на бариевосвинцовосиликатной и свинцовосиликатной основе, температура растекания которых составляет 900-950^oС. В настоящее время очевидной стала необходимость их замены более легкоплавкими стеклами, так как нагрев до столь высоких температур приводит к существенной деградации магнитных свойств феррита и к снижению качества магнитных головок.

Для успешного применения в указанном техпроцессе стекло должно удовлетворять следующим требованиям: температура растекания не более 770^oС; микротвердость по Виккерсу не ниже 610 кгс/мм²; наличие адрезии к ферриту, обеспечивающей необходимую механическую прочность магнитных головок при изготовлении и эксплуатации; отсутствие склонности к растравливанию поверхности ферритовых магнитопроводов и к образованию пузырьков при спаивании; отсутствие кристаллизации при выдержке на ферритовой подложке при темп ературе растекания в течение 1 часа; согласованность по термическому расширению со спаиваемыми ферритовыми материалами; кислотоустойчивость: потери массы образцов при выдержке в 5%-ной щавелевой кислоте при комнатной температуре в течение 1 часа не более 0,005% щелочеустойчивость: потери массы образцов при кипячении в 10% -ном растворе гидрооксида натрия в течение 1 часа не более 0,10% водоустойчивость: потери массы образцов при кипячении в дистиллированной воде в течение 1 часа не более 0,001%
Известно стекло для спаивания [1] включающее, мас.

Si0₂ 43 45
ВаО 10,5 11,5
РbО 11 13
Na₂O 8,5 9,5
K₂О 11,5 12,5
TiO₂ 9 11
La₂O₃ 1,5 2,5
Стекло [1] характеризуется высокой кислотоустойчивостью, однако имеет существенный недостаток: величина его температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР) намного выше требуемого для согласования с ферритами по термическому расширению вследствие значительного содержания оксидов натрия и калия.

Наиболее близким к предложенному по составу и свойствам является стекло для спаивания элементов магнитных головок [2] включающее, мас.

SiO₂ 55 60
Аl₂О₃ 1,5 3,5
ВаО 6 12
РbО 12 18
Na₂O 3 6
K₂O 6 12
Li₂O 0,1 2
ZnO 5 6.

Данный состав выбран в качестве прототипа. Стекло [2] обладает достаточной адгезией к ферриту, малой интенсивностью растравливания поверхности ферритовых магнитопроводов и образования пузырьков при формировании рабочих зазоров и других соединений магнитных головок, характеризуется высокой кристаллизационной и химической устойчивостью, в частности кислотоустойчивостью, согласуется по термическому расширению с марганеццинковыми ферритами типа 10000MT. Вместе с тем стекло [2] имеет существенные недостатки: высокую температуру растекания 950^oС и сравнительно низкий ТКЛР (97 102)•10^-7 1/град. вследствие значительного содержания оксидов кремния, бария и алюминия. Указанные недостатки этого стекла исключают возможность его применения для спаивания высокоиндукционных ферритов типа 4500МТ и НВ-55. Высокая температура спаивания ферритов обуславливает существенную деградацию их магнитных свойств и соответствующее снижение качества магнитных головок.

Задачей изобретения является снижение температуры растекания стекла при обеспечении высокой химической устойчивости его.

Сущность изобретения характеризуется тем, что стекло для спаивания элементов магнитных головок, включающее SiO₂, Al₂O₃, ВаО, РbО, Na₂O и Li₂O, дополнительно содержит СаО, TiO₂, V₂О₃ и Sb₂O₃ при следующем соотношении компонентов, мас.

SiO₂ 51,2 60,3
Al₂0₃ 0,1 2,5
ВаО 0,1 -4,1
РbО 9,0 16,8
Na₂O 8,9 17,8
Li₂O 0,1 4,0
СаО 2,8 5,5
TiO₂ 8,0 9,5
V₂О₃ 0, 2 10,0
Sb₂0₃ 0,1 0,4.

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в снижении температуры растекания и повышении температурного коэффициента линейного расширения стекла с обеспечением соответствия всем требованиям, изложенным выше, в том числе по кислотоустойчивости. Благодаря этому обеспечивается возможность применения высокопроизводительных технологических процессов полировки кислотосодержащими суспензиями рабочих поверхностей магнитных головок при их изготовлении с использованием легкоплавких стекол с температурой растекания не свыше 770^oС, кислотоустойчивость которых обычно в 10-100 раз ниже кислотоустойчивости тугоплавких бариевосвинцовосиликатных и свинцовосиликатных стекол. Полученное благоприятное сочетание низкой температуры растекания и высокой кислотоустойчивости предложенного стекла при отсутствии склонности растравливать феррит обеспечивает широкое применение его в промышленном производстве магнитных головок.

Опыт разработки стекол для магнитных головок показывает, что достижение сочетания легкоплавкости, высокой твердости и кислотоустойчивости в одном стекле задача весьма трудная. Обычно при введении в состав бариевосвинцовосиликатного стекла оксидов кальция, титана и иттрия температура его растекания еще более увеличивается и резко снижается кристаллизационная устойчивость. В ходе проведенного исследования однако выявились неожиданно большие возможности получения благоприятного сочетания указанных свойств за счет введения в состав стекла на бариевосвинцовосиликатной основе именно этих оксидов при отработанном соотношении всех составляющих предложенного состава. В большинстве случаев присутствие в стекле значительного количества оксида титана, способствующего повышению химической устойчивости стекла, делает его склонным к растравливанию феррита. Установлено, что такое действие оксида титана неожиданно эффективно нейтрализует оксид иттрия, что может быть обусловлено существенным повышением поверхностного натяжения стекла в присутствии этого оксида.

В таблице 1 приведены конкретные примеры составов предложенного стекла, а в таблице 2 его свойства: температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) α в интервале температур 20-300^oС, а также значения температур их деформации T_деф, определенные с помощью дилатометра ДКВ-5А при нагреве образцов со скоростью 3^oС/мин; температура растекания T_раст, при которой краевой угол смачивания ферритовой подложки становится менее 15^o; микротвердость по Виккерсу Н, измеренная с помощью микротвердомера ПМТ-3 при нагрузке на индентор, равной 100 г; потери массы Р_к образцов диаметром 20 мм, высотой 8 мм при выдержке в 5%-ной щавелевой кислоте при комнатной температуре в течение 1 часа; потери массы Р_щ образцов тех же размеров при кипячении в 10% -ном растворе гидрооксида натрия в течение 1 часа; потери массы Р_в образцов тех же размеров при кипячении в дистиллированной воде в течение 1 часа.

Стекла синтезируются в платиновом или корундовом тигле при температуре 1400^oС в электрической печи, для синтеза используются сырьевые материала в виде оксидов, а также углекислых и азотнокислых солей классификации "чда" и "хч". Во время варки стекломасса интенсивно перемешивается пропеллерной мешалкой. Из полученных стеклянных отливок изготавливают нити или пластины, которые используются для спаивания элементов магнитных головок. Характеризуются намного более низкой температурой растекания по сравнению со стеклом-прототипом. Варианты с определенным соотношением компонентов имеют существенно более высокий ТКЛР. Обладают и более высоким уровнем других свойств, приведенных в таблице 2.

В таблице 1 приведены также составы стекол с запредельным содержанием компонентов, в таблице 3 характерные для них недостатки.

Высокая химическая устойчивость предложенного стекла обеспечивается при содержании оксидов кремния и титана не ниже соответственно 51,2 и 8% При содержании SiO₂ сверх 60,3% заметно увеличивается температура растекания стекла, а при содержании TiO₂ сверх 9,5% снижается его кристаллизационная устойчивость.

Кристаллизационная устойчивость предложенного стекла существенно повышается, если оксидов алюминия и бария оказывается не менее 0,1% для каждого, а содержание оксидов свинца и натрия не менее 9 и 8,9% соответственно. При содержании Al₂O₃ сверх 2,5% заметно повышается температура растекания стекла. Если же количество ВаО, РbО и Na₂O становится более 4,1 1,8 и 17,8% соответственно, стекло приобретает нежелательную склонность к растравливанию феррита.

Стекло не растравливает феррит, если содержание оксидов лития, кальция и иттрия составляет не менее 0,1; 2,8 и 0,2% соответственно. При содержании этих оксидов сверх 4; 5,5 и 10% соответственно резко снижается кристаллизационная устойчивость стекла.

Присутствие в предложенном стекле оксида сурьмы способствует снижению количества пузырьков в стеклянной части спаев, если ее содержание оказывается не менее 0,1% и не более 0,4% ТТТ1 ТТТ2 ТТТ3

Реферат

Использование: при изготовлении магнитных головок для записывающих устройств и вычислительной техники. Сущность изобретения: стекло для спаивания элементов магнитных головок содержит следующие компоненты, мас.%: оксид кремния 51,2-60,3 БФ SiO₂, оксид алюминия 0,1-2,5 БФ Al₂O₃, оксид бария 0,1-4, 1 БФ ВаO, оксид свинца 9,0-16,8 БФ РbО, оксид натрия 8,9-17,8 БФ Na₂O, оксид лития 0,1-4,0 БФ Li₂O, оксид кальция 2,8-5,5 БФ СаО, оксид титана 8,0-9,5 БФ TiO₂, оксид иттрия 0,2-10,0 БФ V₂ O₃, оксид сурьмы 0,1-0,4 БФ Sb₂O₃. Характеристика стекла: ТКЛР (92-115)•10^-7 1/град., деформации 510-540^oС, Трастекания 760-770^oC, микротвердость 610-780 кгс/мм², кислотостойкость в 5%-ной щавелевой кислоте при комнатной температуре в течение 1 часа 0,0004-0,002% (по потере веса), шелочестойкость при кипячении в 10%-ном растворе гидрооксида натрия в течение 1 часа 0,05-0,1% (по потере веса), водостойкость при кипячении в течение 1 часа 0,0002-0,0009% (по потери веса). 3 табл.

Формула