Стекло для магнитных головок - RU2060234C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к составам стекол, применяемых при изготовлении магнитных головок для видеозаписывающих и вычислительных устройств, и может быть использовано также для производства магнитодиэлектриков и в качестве изолирующих покрытий в электронной технике.

Опыт изготовления магнитных головок типа МИГ ("металл в зазоре") с металлическим сплавом сендаст, напыленным на поверхность ферритовых магнитопроводов, или чисто сендастовых магнитных головок показывает, что механически прочные головки такого типа можно изготовить, используя для спаивания магнитопроводов механически достаточно прочное стекло, не образующее большого количества пузырьков при контакте с сендастом. Особо легкоплавкие стекла на многосвинцовой, борофосфатной, борованадиевой основах с температурой растекания 480-520^оС (при которой краевой угол смачивания подложки становится менее 15^оС) характеризуются невысокой механической прочностью и химической устойчивостью, образуют много пузырьков в спае вследствие химического растравливания сендаста. Большое количество пузырьков в стеклянной части спая является причиной еще большего снижения его механической прочности. С другой стороны, максимальная температура, до которой еще можно нагревать сендаст, не вызывая заметной деградации его магнитных свойств, составляет 600^оС.

Средний температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) сендаста в интервале температур 20-300^оС составляет 141·10^-7 с^-1. При изготовлении чисто сендастовых магнитных головок ТКЛР стекла должен составлять (125-132)·10^-7 c^-1. Опыт показывает, что можно изготавливать магнитные головки типа МИГ, в которых сендаст напылен на монокристаллический феррит с ТКЛР, равным 121· 10^-7 с^-1, если толщина слоя сендаста не превышает нескольких микрометров. В этом случае для спаивания полученных композитных магнитопроводов выбирается стекло, согласующееся по термическому расширению с указанным ферритовым материалом.

Для реализации высокопроизводительного технологического процесса изготовления магнитных головок и обеспечения их эксплуатационной надежности стекло должно обладать еще и достаточно высокой химической устойчивостью.

Таким образом, можно сформулировать следующие требования к стеклу для изготовления магнитных головок с использованием сендаста: температура растекания стекла должна находиться в пределах 570-600^оС (что является необходимой предпосылкой достаточной механической прочности); в спаях стекла с магнитопроводами, изготовленными с использованием сендаста, не должно возникать трещин; стекло при спаивании не должно растравливать сендаст и образовывать вследствие этого газовые пузырьки; стекло должно обладать повышенной щелоче- и водоустойчивостью. Перечисленные требования являются во многом противоречивыми и в комплексе не реализованы ни в одном из известных стекол.

Известно стекло для магнитных головок [1] включающее, мас.

SiO₂ 25,0 35,0
В₂О₃ 0 7,0
Al₂ O₃ 0 6,0
PbО 52,0 68,0
Na₂О 0 5,0
K₂О 0 5,0
Sb₂О₃ 0 1,0
Недостатком известного стекла является высокая температура растекания существенно больше 600^оС из-за cравнительно большого содержания кремнезема. Это стекло характеризуется низким ТКЛР (85-92)·10^-7 c^-1 по той же причине. Указанные недостатки не позволяют использовать его для изготовления сендастовых магнитных головок.

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

SiО₂ 10,0 25,0
PbO 55,0 80,0
СdО 1,0 15,0
В₂O₃ 0 10,0
ZnO 0 5,0
Al₂O₃ 0 5,0
Na₂О 0 5,0
K₂О 0 10,0, причем Na₂О + K₂О≅10%
Данный состав выбран в качестве прототипа. Стекло [2] содержит меньше кремнезема по сравнению со стеклом [1] и поэтому легкоплавкие его варианты могут растекаться при температурах ниже 600^оС. Стекло [2] обладает достаточно высоким ТКЛР. Благодаря присутствию оксида кадмия оно в меньшей степени, чем стекло [1] склонно растравливать сендаст и образовывать газовые пузырьки. Однако и стекло [2] имеет существенные недостатки. Во-первых, оно все же растравливает сендаст при спаивании магнитопроводов и образует пузырьки вследствие высокого содержания щелочных оксидов и пониженного поверхностного натяжения. Во-вторых, это стекло недостаточно щелоче- и водоустойчиво из-за значительного содержания щелочных оксидов и оксида цинка. Отмеченные недостатки стекла [2] существенно снижают выход годных при изготовлении сендастовых магнитных головок и их надежность при эксплуатации.

Цель изобретения снижение интенсивности коррозионного растравливания сендаста и образования газовых пузырьков при спаивании стеклом магнитопроводов сендастовых магнитных головок, а также повышение химической устойчивости стекла.

Эта задача решается тем, что стекло для магнитных головок, включающие SiO₂, PbO, СdO, B₂O₃, Al₂O₃ и Na₂O, дополнительно содержит Li₂O, СаО и Y₂O₃ при следующем соотношении компонентов, мас.

SiO₂ 17,1 22,0
PbO 52,9 61,9
СdO 0,01 1,3
B₂O₃ 7,2 11,5
Al₂ O₃ 0,2 6,1
Na₂O 1,2 12,1
Li₂О 0,01 2,0
СаО 1,1 5,0
Y₂O₃ 0,01 3,0
Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в существенном снижении интенсивности коррозионного растравливания сендаста и образования газовых пузырьков при спаивании стеклом магнитопроводов сендастовых магнитных головок, а также в повышении химической устойчивости стекла. Благодаря этому резко возрастает выход годных магнитных головок и их надежность при эксплуатации.

Обычно при введении оксидов кальция и иттрия в стекло рассматриваемого типа со значительным содержанием оксида свинца склонность к коррозионному растравливанию магнитопроводов и к образованию газовых пузырьков возрастает. На границе раздела стекло-металл при спаивании образуется нежелательный черный налет продуктов взаимодействия металла с оксидом иттрия. Проведенное исследование показало, однако, что в присутствии оксида лития при отработанном оптимальном соотношении оксидов лития, кальция, иттрия и кадмия, а также всех других компонентов предлагаемого стекла его склонность растравливать сендаст и образовывать пузырьки при спаивании магнитопроводов резко снижается, а иттрий не только не вызывает образования черного налета, но оказывается необходимым усилителем положительного влияния оксидов лития и кальция на поведение стекла по отношению к сендасту и на химическую устойчивость стекла.

В табл. 1 приведены конкретные примеры составов предлагаемого стекла, в табл.2 его свойства: cредний ТКЛР α в интервале 20-300^оС, измеренный с помощью дилатометра ДКВ-5А при нагреве образцов со скоростью 3^оС/мин. температура растекания Т_раст, при которой краевой угол смачивания подложки из сендаста становится менее 15^о; микротвердость по Виккерсу Н_v, измеренная с помощью микротвердомера ПМТ-3 при нагрузке на индентор, равной 100 г; период времени τ до появления первых признаков изменения микрорельефа исходной поверхности сендаста при спаивании его со стеклом; количество пузырьков N в объеме 0,1 мм³ стеклянной части спая (с сендастом); потери массы Р_щ образцов диаметром 20 мм, высотой 8 мм при кипячении в 10%-ном растворе NaOН в течение 1 ч; потери массы P_в образцов тех же размеров при кипячении в дистиллированной воде в течение 1 ч.

Стекла синтезируются в платиновом или корундовом тигле при температуре 1100^оС в электрической печи. Характеризуются значительно более низкой интенсивностью коррозионного растравливания сендаста по сравнению с прототипом (продолжительность процесса спаивания магнитопроводов составляет 20-25 мин. ); в отличие от прототипа не образуют пузырьков при спаивании. Существенно выше и химическая устойчивость предлагаемого стекла: как видно из табл.2, минимальные значения Р_щ и P_в для предлагаемого стекла ниже по сравнению с минимальными значениями этих характеристик для прототипа соответственно в 20 и 10 раз. Химическая устойчивость стекол рассматриваемого типа снижается с увеличением содержания в них щелочных оксидов, тем не менее максимальные значения P_щ и P_в для предлагаемого стекла соответственно в 2,7 и в 2 раза ниже по сравнению с максимальными значениями P_щ и P_в для прототипа.

П р и м е р. Приготавливают смесь сырьевых материалов для синтеза стекла состава 1, при этом используют материалы квалификации ХЧ или ЧДА: оксиды кремния, свинца, кадмия, алюминия и иттрия, борную кислоту и углекислые соли натрия, лития и кальция. Смесь тщательно перемешивают и порциями, по мере расплавления, загружают в платиновый или корундовый тигель, нагреваемый в электрической печи. После засыпки в тигель последней порции смеси сырьевых материалов стекломассу выдерживают в печи при температуре 1100^оС и выливают в графитовую или металлическую форму. Полученную отливку отжигают в муфельной печи при температуре 380^оС и затем перетягивают в нить диаметром 0,1-1,0 мм. Аналогичным образом получали другие стекла, составы которых указаны в табл.1 (примеры 2-14).

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

Интенсивность коррозионного растравливания сендаста предлагаемым стеклом и количество пузырьков в стеклянной части спая резко увеличивается, если содержание оксидов лития, иттрия и кадмия оказывается менее 0,01% для каждого, а содержание оксида кальция менее 1,1% При содержании оксидов лития, кальция, иттрия и кадмия сверх 2,0; 5,0; 3,0 и 1,3% соответственно, существенно снижается кристаллизационная устойчивость стекла.

Кристаллизационная устойчивость предлагаемого стекла существенно снижается также при содержании оксидов кремния, свинца, бора, алюминия и натрия менее 17,1; 52,9; 7,2; 0,2 и 1,2% соответственно. Если содержание оксидов кремния и алюминия становится более 22,0 и 6,1% соответственно, заметно увеличивается температура растекания стекла.

При увеличении содержания оксидов свинца бора и натрия сверх соответственно 61,9; 11,5 и 12,1% существенно снижается химическая устойчивость стекла.

Примеры получения предлагаемого стекла и результаты изучения его свойств свидетельствуют о промышленной осуществимости изобретения.

Реферат

Использование: при изготовлении магнитных головок для видеозаписывающих и вычислительных устройств, а также для производства магнитодиэлектриков и в качестве изолирующих покрытий в электронной технике. Сущность изобретения: стекло для магнитных головок содержит следующие компоненты, мас.% Т: оксид кремния 17,1 - 22; оксид свинца 52,9 - 61,9; оксид кадмия 0,01 - 1,3; оксид бора 7,2 - 11,5; оксид алюминия 0,2 - 6,1; оксид натрия 1,2 - 12,1; оксид лития 0,01 - 2,0; оксид кальция 1,1 - 5,0; оксид иттрия 0,01 - 3,0. Характеристика стекла: температура растекания - 570 - 600^oС; микротвердость - 470 - 520 кгс/мм²; период времени до появления первых признаков изменения микрорельефа исходной поверхности сендаста при спаивании его со стеклом - 30 - 45 мин; пузыри в стеклянной части спая отсутствуют; теплостойкость 0,03 - 9%; водостойкость - 0,002 - 0,05% ( по потере веса). 3 табл.

Формула