JP3933523B2

JP3933523B2 - 薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料

Info

Publication number: JP3933523B2
Application number: JP2002149687A
Authority: JP
Inventors: 真司辻本; 泰典廣岡; 晋三味冨
Original assignee: Neomax Co Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2002-05-23
Filing date: 2002-05-23
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2022-05-23
Also published as: JP2003342058A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハードディスクドライブ装置の薄膜磁気ヘッドスライダーに用いられる薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、通信・情報技術分野の発展に伴って、コンピュータで扱える情報量が飛躍的に増大してきている。特に、従来ではアナログ信号としてのみ扱うことが可能であった音声や音楽、画像などの情報もデジタル信号に変換してパーソナルコンピュータで処理できるようになってきている。このような音楽や画像などのマルチメディアデータは、多くの情報を含むため、パーソナルコンピュータなどに用いられる情報記録装置の容量を大きくすることが求められている。
【０００３】
ハードディスクドライブ装置は、パーソナルコンピュータなどに従来より用いられている典型的な情報記録装置である。上述した要求に応えるため、ハードディスクドライブの容量をより大きくし、また、装置を小型化することが求められている。
【０００４】
このようなハードディスクドライブ装置の薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板の材料として、Ａｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ系のセラミックス焼結体（以下、ＡｌＴｉＣと略す）が知られている。ＡｌＴｉＣは、Ａｌ₂Ｏ₃を第１相とし、ＴｉＣを第２相として含んでおり、電気伝導性に優れ、精密加工にも適している。このため、従来のハードディスクドライブ装置の薄膜磁気ヘッドにはほとんどすべてＡｌＴｉＣが用いられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したようにハードディスクドライブ装置を小型化する要求が高まるにつれて、薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板を従来よりも高精度に加工する必要が生じている。しかしながら、ＡｌＴｉＣはＡｌ₂Ｏ₃セラミックスとＴｉＣセラミックスの混合体であるため、２つのセラミックスの性質の違いにより、種々の問題が生じる。
【０００６】
具体的には、ＡｌＴｉＣにおいて、ＴｉＣ粒子のビッカース硬度Ｈｖは２４００以上であるのに対して、Ａｌ₂Ｏ₃粒子のビッカース硬度Ｈｖは２０００であり、２つの粒子の硬度差は大きい。このため、ＡｌＴｉＣ基板を研磨すると、Ａｌ₂Ｏ₃粒子のほうがＴｉＣ粒子よりも多く研磨されてしまい、ＡｌＴｉＣ基板の表面において、ＴｉＣ粒子とＡｌ₂Ｏ₃粒子との間に段差が生じる。この段差は平均面粗さで５ｎｍ以下であり、従来のハードディスクドライブ装置に用いられる薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板では、問題とならない値であった。
【０００７】
しかし、ハードディスクドライブ装置の小型化にともなって、薄膜磁気ヘッドがディスクから浮上する高さも小さくなり、薄膜磁気ヘッドのスライダーのエアーベアリングサーフェイス（ＡＢＳ）の面粗さも、さらに高品位のものが要求されるようになってきている。特に３．５インチのハードディスクドライブ装置においてガラス基板が磁気記録媒体のディスクに採用されるようになり、ディスクの回転数も１００００回転／分を超えるようになってきた。このため、ＡｌＴｉＣ基板の平均面粗さをさらに小さくする必要が生じている。
【０００８】
また、図３（ａ）に示すように、薄膜磁気ヘッド２０は、ＡｌＴｉＣ基板２１、Ａｌ₂Ｏ₃膜２２、読み出しあるいは書き込み素子２３、およびＡｌ₂Ｏ₃膜２４を積層して形成される。薄膜磁気ヘッド２０を作製する際、ＡＢＳ面となる面２５は、まず研磨によって平坦になるよう仕上げられる。面２５には、ＡｌＴｉＣ基板２１とＡｌ₂Ｏ₃膜２２、２４と素子２３とが露出しているため、面２５を研磨する際に、これらの要素において硬度の違いが問題となる。具体的には、ＡｌＴｉＣ基板１１のＡｌ₂Ｏ₃およびＴｉＣのビッカース硬度Ｈｖはそれぞれ２０００および２４００であり、Ａｌ₂Ｏ₃膜および素子２３（金属）のビッカース硬度Ｈｖは７００〜９００および１００〜３００である。
【０００９】
このため、面２５においてもっとも広い面積を占め、ＡＢＳ面の主要な構成となるＡｌＴｉＣ基板１１（特にＴｉＣ）の研磨量が最適となるように面２５を研磨すると、ＴｉＣより硬度の小さいＡｌ₂Ｏ₃膜２２、２４および素子２３が研磨されすぎてしまう。その結果、図３（ｂ）に示すように、平坦であるべき面２５において、Ａｌ₂Ｏ₃膜２２および２４の部分は、ＡｌＴｉＣ基板２１の部分に比べて一段低くなり、素子２３の部分はそれよりさらに低くなってしまう。一般に、この段差はポールチップリセッション（以下、「ＰＴＲ」と略す）と呼ばれる。このＰＴＲの発生によって、磁気ヘッドと磁気記録媒体との間の余分な空隙が形成されてしまい、ハードディスクドライブの小型化の妨げとなる。この際、ＡｌＴｉＣ基板１１中のＡｌ₂Ｏ₃もＴｉＣより多く研磨されるため、ＡｌＴｉＣ基板１１の表面の粗さも上述した程度の値となる。
【００１０】
また、研磨を行った後、薄膜磁気ヘッド２０の面２５には、ＡＢＳの形状に加工するためのイオンビームエッチング等のドライエッチングが施される。ドライエッチングにおいては、化学種の違いによってエッチング速度が異なるため、面２５には、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＣ、および素子２３を構成する金属という３つの異なる化学種が存在する。ＡｌＴｉＣ基板２１およびＡｌ₂Ｏ₃膜２２、２４のＡｌ₂Ｏ₃は、イオンビームエッチングにおいては同じエッチング速度を有する。
【００１１】
一般に、ドライエッチングにおいて、エッチング速度の異なる２つの化学種のエッチング量は、エッチング条件を適切に選択、調整することによって制御することが可能である。しかし、エッチング速度の異なる３つの化学種のエッチング量を制御することは、現在考えられる通常の方法では非常に困難である。したがって、面２５をイオンビームによりエッチングする場合にも、化学種の違いによるエッチング量の違いが必然的に生じてしまう。例えば、ＡｌＴｉＣ基板２１のＡｌ₂Ｏ₃粒子およびＴｉＣ粒子のエッチング量を等しくしようとエッチング条件を調節した場合、素子２３のエッチング量を適切な値にすることは困難である。また、Ａｌ₂Ｏ₃粒子および素子２３のエッチング量を等しくしようとエッチング条件を調節した場合、ＴｉＣ粒子のエッチング量を適切な値にすることは困難である。
【００１２】
この問題を解決する１つの方法として、薄膜磁気ヘッド２０の基板の材料を、ＡｌＴｉＣのような複合材料から単相材料へ変更することが考えられる。例えば、ＺｒＯ₂、ＳｉＣといったセラミックス材料やＣＶＤ−ＳｉＣ、サファイア、Ｓｉ単結晶を薄膜磁気ヘッド２０用の基板として用いることが検討されている。
【００１３】
しかし、単結晶材料は劈開性を有しているため、精密な加工が要求される薄膜磁気ヘッドには適していない。また、他のセラミックス材料は、単相材料であることによるエッチングの均一性を備えるものの、薄膜磁気ヘッドとして必要な他の物性条件を満たさない。例えば、ＺｒＯ₂は、単相材料であるため、均一なエッチングが得られ、硬度も小さいという点で薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板の材料としてＡｌＴｉＣよりも優れている。しかし、熱伝導率が非常に悪く、ヘッドの磁気特性に悪影響を与えるほどであり、また、電気抵抗も高すぎる。特に、電気抵抗が小さく、適当な熱膨張率および熱伝導率を備えた安価な単相セラミックス材料は知られていない。
【００１４】
本発明は、上記課題の少なくとも１つを解決するためになされたものであって、その目的とするところは、薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板に適した加工性を備える薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料を提供する。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料は、２４〜７５ｍｏｌ％の第１相および残部の第２相を含む。前記第１相はＡｌ₂Ｏ₃からなる。前記第２相は、組成式（Ｍ_aＭ’_b）（Ｃ_xＯ_yＮ_z）（Ｍは、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＷおよびＶのなかから選ばれる少なくとも一種の元素、Ｍ’は、ＺｒおよびＨｆのなかから選ばれる少なくとも一種の元素、ａ＋ｂ＝１、ｂ≦０．２、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０．５≦ｘ≦０．９９５、０．００５≦ｙ≦０．３０、０≦ｚ≦０．２０）で表される化合物からなる。
【００１６】
また、本発明の他の薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料は、２４〜７５ｍｏｌ％の第１相および残部の第２相を含む。前記第１相はＡｌ₂Ｏ₃からなる。前記第２相は、組成式（Ｍ’’_cＭ’’’_d）（Ｃ_xＯ_yＮ_z）（Ｍ’’は、Ｎｂ、ＣｒおよびＭｏのなかから選ばれる少なくとも一種の元素、Ｍ’’’は、Ｖ、ＺｒおよびＨｆのなかから選ばれる少なくとも一種の元素、ｃ＋ｄ＝１、ｄ≦０．８、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０．５≦ｘ≦０．８、０．２≦ｙ≦０．３０、０≦ｚ≦０．１０）で表される化合物からなる。
【００１７】
ある好ましい実施形態において、前記第２相を構成する粒子のビッカース硬度は、前記第１相を構成する粒子のビッカース硬度の±５％の範囲にある。
【００１８】
ある好ましい実施形態において、前記第２相を構成する粒子のイオンビームエッチング速度は、前記第１相を構成する粒子のイオンビームエッチング速度の±２０％の範囲にある。
【００１９】
ある好ましい実施形態において、前記Ｍ’は、Ｎｂ、Ｃｒ、ＭｏおよびＷのなかから選ばれる少なくとも一種の元素である。
【００２０】
ある好ましい実施形態において、薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料は、前記第１相および前記第２相の合計に対して、０〜２．０ｍｏｌ％の第１の添加剤となるＭｇ、Ｃａ、ＺｒおよびＣｒの酸化物のなかから選ばれる少なくとも一種と、前記第１相および前記第２相の合計に対して、０〜２．０ｍｏｌ％の第２の添加剤となる希土類元素の酸化物から選ばれる少なくとも一種とを更に含み、前記第１の添加剤および前記第２の添加剤の合計は、前記第１相および前記第２相の合計に対して、０〜３．０ｍｏｌ％の範囲である。
【００２１】
ある好ましい実施形態において、前記第１の添加剤および前記第２の添加剤は、それぞれ単独の酸化物、それらの複合酸化物、または、前記第１相との複合酸化物として存在している。
【００２２】
ある好ましい実施形態において、前記薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料の平均結晶粒径は０．３〜１．５μｍである。
【００２３】
また、本発明の他の薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料は、２４〜７５ｍｏｌ％の第１相となるＡｌ₂Ｏ₃と、残部が第２相とからなる薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料であって、前記第２相を構成する粒子のビッカース硬度は、前記第１相を構成する粒子のビッカース硬度の±５％の範囲にあり、前記第２相を構成する粒子のイオンビームエッチング速度は、前記第１相を構成する粒子のイオンビームエッチング速度の±２０％の範囲にある。
【００２４】
本発明の薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板は、上記いずれかの薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料からなる。
【００２５】
本発明の薄膜磁気ヘッドスライダーは、上記いずれかの薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料からなる基板と、前記基板に保持された書き込み素子および読み出し素子とを備える。
【００２６】
本発明のハードディスクドライブ装置は、上記薄膜磁気ヘッドスライダーを備える。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本願発明者は、ＡｌＴｉＣセラミックスの第２相であるＴｉＣの炭酸窒化物を他の材料に置き換えることによって、第２相の硬度をＡｌ₂Ｏ₃と同程度以下に低下させることができることを見出した。これによって、Ａｌ₂Ｏ₃と第２相とからなるセラミックス全体において、硬度を均一にすると共に、全体の硬度を低下させて、薄膜磁気ヘッドのＡｌ₂Ｏ₃膜と読み出しまたは書き込み素子を構成する金属との硬度差も小さくすることができる。好ましくは、第２相の粒子のビッカース硬度は、Ａｌ₂Ｏ₃粒子のビッカース硬度の±５％の範囲内にある。
【００２８】
また、同様にして、第２相およびＡｌ₂Ｏ₃のイオンエッチングにおけるエッチング速度をおおよそ等しくできることを見出した。これによって、Ａｌ₂Ｏ₃と第２相とからなる混合セラミックスであるにもかかわらず、ドライエッチングに対しては１つの化学種からなるセラミックスのように、全体を均一にエッチングすることができるようになる。好ましくは、第２相の粒子のエッチング速度は、Ａｌ₂Ｏ₃粒子のエッチング速度の±２０％の範囲内にある。
【００２９】
上述のセラミックス粒子のビッカース硬度は、物理的な性質に関連しているのに対して、セラミックス粒子のイオンエッチング速度は化学的な性質に関連している。一般に、物質の物理的な性質と化学的な性質との間に直接的な関連はないことが多いが、本願発明者は、これら２つの性質を同時に満たすことのできる組成範囲が第２相に存在することを見出した。
【００３０】
したがって、Ａｌ₂Ｏ₃粒子と上述の２つの性質を備える第２相とを含むセラミックスからなる薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板は、より精密な加工に適しており、小型で高い記録密度を有するハードディスクドライブ装置を実現することができる。
【００３１】
従来より、ＡｌＴｉＣ基板において、ＴｉＣの炭酸窒化物の一部を他の材料に置き換えることは知られていた。しかし、従来技術は、Ｔｉの等価で置換可能な他の元素として、種々の元素が用いられているに過ぎず、構成粒子の硬度を制御する目的や構成粒子のイオンエッチング速度を制御する目的でＴｉを他の元素に置き換えることはなされていなかった。
【００３２】
なお、本願明細書において、複合セラミックスを構成している２つ以上の相のそれぞれの粒子の硬度に言及しているが、これらの粒子の硬度は、通常のビッカース、ヌープ、ブリネルなどの硬度を測定する方法では測定できない。これらの方法は、１個の粒子の硬度ではなく、数百〜数万個の粒子からなる集合の平均的な硬度の値を求めるものである。本発明では、粒子１個の硬度を求めるために、マイクロインデンテーション法を用いた。そして、マイクロインデンテーション法による硬度Ｈをビッカース硬度Ｈｖに換算している。マイクロインデンテーション法による計測方法や、ビッカース硬度への換算については、後述する実験例において説明する。
【００３３】
以下、本発明による薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料を詳細に説明する。本発明の薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料は第１相と第２相とを含み、第２相を構成する化合物の組成には２つの条件が存在する。
【００３４】
第１の条件では、本発明の薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料は、第１相である２４〜７５ｍｏｌ％のＡｌ₂Ｏ₃と、残部が組成式（Ｍ_aＭ’_b）（Ｃ_xＯ_yＮ_z）で表される化合物からなる第２相とを含む。
【００３５】
ここで、Ｍは、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＷおよびＶのなかから選ばれる少なくとも一種の元素であり、Ｍ’は、ＺｒおよびＨｆのなかから選ばれる少なくとも一種の元素である。また、上記組成式の組成比は、ａ＋ｂ＝１、ｂ≦０．２、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０．５≦ｘ≦０．９９５、０．００５≦ｙ≦０．３０、０≦ｚ≦０．２０を満たす。
【００３６】
Ｚｒ、Ｖ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｃｒ、ＷおよびＭｏの炭酸窒化物のビッカース硬度はそれぞれ、２３００、１９００、２３００、１５５０、１７５０、１３５０および１７００程度である。このうち、Ａｌ₂Ｏ₃のビッカース硬度（２０００〜２１００）より小さいものは、Ｖ、Ｎｂ、Ｃｒ、ＷおよびＭｏの炭酸窒化物である。これらの元素からなる集合をグループＡと呼ぶ。また、Ａｌ₂Ｏ₃のビッカース硬度より大きいものは、ＺｒおよびＨｆの炭酸窒化物である。これらの元素からなる集合をグループＢと呼ぶ。
【００３７】
これらの９つの元素の炭酸窒化物は任意の割合で互いに固溶し合い、ひとつの相をつくる。また、グループＡおよびグループＢからそれぞれ選ばれる元素の炭酸窒化物の固溶体は、混合した炭酸窒化物のそれぞれのビッカース硬度の平均的な値となる硬度を備え、その値は混合する金属炭酸窒化物の割合によって変化することを確認した。
【００３８】
したがって、グループＡおよびグループＢからそれぞれ選ばれる１つまたは複数の元素の炭酸窒化物を選択し、その混合割合を調節することにより所望のビッカース硬度を備えた固溶体を得ることができる。
【００３９】
本発明では、ＡｌＴｉＣセラミックスの第２相であるＴｉＣを他の材料に置き換えることによって、第２相の硬度をＡｌ₂Ｏ₃と同程度以下に低下させることにある。
【００４０】
このためには、Ｍ：Ｍ’は８：２以上であることが好ましい。つまり、組成式（Ｍ_aＭ’_b）（Ｃ_xＯ_yＮ_z）において、ａ＋ｂ＝１かつｂ≦０．２であることが好ましい。Ｍ：Ｍ’が８：２未満であれば、アルミナよりも硬度が大きくなってしまうので、好ましくない。Ｍ：Ｍ’の比は大きいほうが好ましく、具体的には９：１以上、すなわち、ａ＋ｂ＝１かつｂ≦０．１であることがより好ましい。
【００４１】
組成式（Ｍ_aＭ’_b）（Ｃ_xＯ_yＮ_z）のｘ、ｙ、ｚの値は、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０．５≦ｘ≦０．９９５、０．００５≦ｙ≦０．３０、０≦ｚ≦０．２０を満たすことが好ましい。ｘは炭素の含有比率を規定し、ｘが０．９９５よりも大きくなると、著しく粒子が脱粒してしまう。また、ｘが０．５未満である場合には、薄膜磁気ヘッドと磁気記録媒体とのトライボロジー特性が劣化する。炭素の含有比率ｘは、０．７≦ｘ≦０．９を満たしていることがより好ましい。
【００４２】
酸素の含有比率ｙは、正確に制御される必要である。ｙが０．３を超えると、切断抵抗が高くなりすぎてしまう。また、ｙが０．００５より小さい場合、結合促進効果が十分ではなく、低温焼結性が悪くなる。その結果、平均結晶粒径が大きくなってしまう。切断抵抗を小さくし、平均結晶粒径を小さくするためには、ｙは０．０２≦ｙ≦０．１２を満たすことがより好ましい。
【００４３】
窒素の含有比率ｚは、粒成長を抑制するのために重要な要素である。ｚが０．２よりも大きいと、窒素が切断用のダイアモンド砥石と反応して切断抵抗を著しく大きくしてしまう。
【００４４】
Ａｌ₂Ｏ₃と組成式（Ｍ_aＭ’_b）（Ｃ_xＯ_yＮ_z）で示される第２相との混合比率は磁気記録媒体とのトライボロジー特性に関係する。２４〜７５ｍｏｌ％のＡｌ₂Ｏ₃に対して、第２相が残部（７６〜２５ｍｏｌ％）を占めることが好ましい。Ａｌ₂Ｏ₃が７５ｍｏｌ％を超えると、Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒子成長を抑制する効果が少なく、Ａｌ₂Ｏ₃粒子が粗大化する可能性があるため好ましくない。また、Ａｌ₂Ｏ₃が２３ｍｏｌ％未満である場合には、緻密な焼結体を得ることが困難となり、塵埃をトラップするポアが焼結体中に増えてしまうので好ましくない。Ａｌ₂Ｏ₃の結晶粒子成長を抑え、より緻密な焼結体を得るためには、４０〜６０ｍｏｌ％のＡｌ₂Ｏ₃に対して、第２相が残部（６０〜４０ｍｏｌ％）を占めることがより好ましい。
【００４５】
第２の条件では、第２相は、組成式（Ｍ’’_cＭ’’’_d）（Ｃ_xＯ_yＮ_z）で表される化合物からなる。第２の条件を満たしていても第２相の硬度をＡｌ₂Ｏ₃と同程度以下に低下させることができる。第２の条件では、Ｍ’’は、Ｎｂ、ＣｒおよびＭｏのなかから選ばれる少なくとも一種の元素であり、Ｍ’’’は、Ｖ、ＺｒおよびＨｆのなかから選ばれる少なくとも一種の元素である。また、上記組成式の組成比は、ｃ＋ｄ＝１、ｄ≦０．８、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０．６≦ｘ≦０．８、０．２≦ｙ≦０．３、０≦ｚ≦０．１０を満たす。
【００４６】
第２の条件では、Ｃ、ＯおよびＮの組成比を最適に選択することによって、Ｍ’’’として選ばれる金属の含有量が多くても、第２相のビッカース硬度ＨｖをＡｌ₂Ｏ₃の値の±５％以内の範囲にすることができる。
【００４７】
炭素の含有比率ｘが０．８を超えると、第２相のビッカース硬度ＨｖがＡｌ₂Ｏ₃の値より５％以上大きくなってしまうので好ましくない。一方、ｘが０．５未満である場合には、第１の条件と同様、トライボロジー特性が劣化する。炭素の含有比率ｘは、０．６≦ｘ≦０．７を満たしていることがより好ましい。
【００４８】
また、酸素の含有比率ｙが０．３を超えると、切断抵抗が高くなりすぎてしまう。一方、ｙが０．２より小さい場合、第２相のビッカース硬度ＨｖがＡｌ₂Ｏ₃の値より５％以上大きくなってしまうので好ましくない。より好ましいｙの範囲は、０．２３≦ｙ≦０．２６である。
【００４９】
窒素の含有比率ｚが、０．１より大きくなると、第２相のビッカース硬度ＨｖがＡｌ₂Ｏ₃の値より５％以上大きくなってしまうので好ましくない。窒素の含有比率ｚは、０≦ｚ≦０．０５を満たしていることがより好ましい。
【００５０】
Ａｌ₂Ｏ₃と組成式（Ｍ’’_cＭ’’’_d）（Ｃ_xＯ_yＮ_z）で表される第２相との混合比率の好ましい値は第１の条件と同じである。つまり、２４〜７５ｍｏｌ％のＡｌ₂Ｏ₃に対して、第２相が残部（７６〜２５ｍｏｌ％）を占めることが好ましく、４０〜６０ｍｏｌ％のＡｌ₂Ｏ₃に対して、第２相が残部（６０〜４０ｍｏｌ％）を占めることがより好ましい。
【００５１】
上述の第１の条件または第２の条件による組成を備えた薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料に添加剤を加え、平均結晶粒径を調節し、また、焼結性を改善してもよい。具体的には、第１相および第２相によって構成材料の１００％を占める薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料に対して、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｒ、およびＣｒの酸化物からなる第１の添加剤のグループから選ばれる少なくとも一種を０〜２．０ｍｏｌ％を添加し、希土類元素の酸化物からなる第２の添加剤を０〜２．０ｍｏｌ％添加してもよい。ここで、第２の添加剤はＣｅ、Ｙ、Ｅｕ、Ｄｙ、Ｙｂ等である。また、第１の添加剤および第２の添加剤の合計は０〜３．０ｍｏｌ％であることが好ましい。さらに、第１の添加剤を０．０１〜１．０ｍｏｌ％添加し、第２の添加剤を０．０３〜０．８ｍｏｌ％添加することがより好ましく、第１の添加剤および第２の添加剤の合計は、０．０１〜１．０３ｍｏｌ％であることがより好ましい。
【００５２】
第１の添加剤は第１相であるＡｌ₂Ｏ₃の粒成長を抑制する効果を有する。しかし、添加量が２ｍｏｌ％を超えると、ドライエッチング特性が著しく悪化するため好ましくない。第２の添加剤は、焼結を促進させる焼結助材として働き、添加量が少なくても効果がある。第２の添加剤の添加量が２ｍｏｌ％を超えると、第１の添加剤と同様、ドライエッチング特性が著しく悪化する。第１の添加剤を０．０１〜１．０ｍｏｌ％添加し、第２の添加剤を０．０３〜０．８ｍｏｌ％添加することにより、それぞれの添加効果が顕著に現れる。
【００５３】
また、第２相においてＮｂ、Ｃｒ、Ｖ、ＭｏおよびＷの炭酸窒化物中、酸素の量が多い（ｘ＞０．２）場合には、第１および第２の添加剤を添加しなくても焼結させることができる。
【００５４】
第１の添加剤および第２の添加剤は、出発原料として酸化物の形で薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料に混合することが好ましい。しかし、第１の添加剤および第２の添加剤を水酸化物、炭酸塩、有機塩もしくは無機塩の形で材料に混合し、焼結用原料粉末の製造工程あるいは焼結工程中に酸化物となる成分であれば、上記効果を奏する。第１の添加剤および第２の添加剤は、薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料では、それぞれ単独の酸化物、それらの複合酸化物、または、第１相との複合酸化物として存在している。
【００５５】
次に第１の条件および第２の条件を備えた薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料のイオンエッチング速度について説明する。
【００５６】
従来のＡｌＴｉＣセラミックスの場合、Ａｌ₂Ｏ₃のイオンビームエッチング速度は１２．５ｎｍ／分であり、ＴｉＣのイオンビームエッチング速度は９ｎｍ／分であった。Ａｌ₂Ｏ₃のイオンビームエッチング速度が、ＴｉＣのイオンビームエッチング速度よりも約３８％も大きいため、ＡｌＴｉＣセラミックスの表面をイオンビームエッチングによって均一にエッチングしようとしても、Ａｌ₂Ｏ₃粒子が速く削れてしまう。その結果、従来のＡｌＴｉＣセラミックスをイオンビームによってエッチングした場合、その表面の面粗さは悪かった。
【００５７】
本発明の薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料では、第２相を構成する粒子が、Ａｌ₂Ｏ₃のイオンビームエッチング速度と同程度のイオンビームエッチング速度を備えるように第２相の材料を選択する。イオンビームエッチング速度が比較的速く、Ａｌ₂Ｏ₃のイオンビームエッチング速度に近いものとしては、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｒの炭酸窒化物が上げられる。したがって、これらの金属の炭酸窒化物を主成分とし、その成分に固溶する他の物質を用いてエッチング速度を調整することによって、第２相のイオンビームエッチング速度を第１相であるＡｌ₂Ｏ₃のイオンビームエッチング速度とほぼ同じ値にすることできる。これによって、薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料において、粒子によるイオンエッチング速度差がなく、材料全体が均一にエッチングされ、表面の面粗さを小さくすることができる。第１相と第２相とのイオンビームエッチング速度の差は４０％程度であれば、現在用いられるハードディスクドライブ装置に適した薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料が得られる。しかし、高密度のハードディスクドライブ装置に適した薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料としては、第１相と第２相とのイオンビームエッチング速度の差は２０％以内が好ましく、１０％以内であることがより好ましい。通常、ヘッドを製造する場合の最大エッチング深さは、０．１〜０．８μｍである。
【００５８】
焼結した薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料の平均粒径は０．３〜１．５μｍの範囲であることが好ましい。平均粒径は小さいほうが基板表面の面粗さを小さくできるので好ましいが、平均粒径が０．３μｍより小さくなると、薄膜磁気ヘッドと磁気記録媒体とが接触したときに、薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板から粒子が脱落して、ヘッドクラッシュしてしまう可能性がある。また、平均粒径が１．５μｍを超えると、薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板を切断加工する際、チッピングが大きくなってしまう。平均粒径は、０．３〜１．０μｍの範囲にあることがより好ましい。
【００５９】
（実験例）
表１に示す割合で第１相、第２相および添加剤を含む試料番号１〜１５の実施例および試料番号１６〜２３の比較例を作製した。試料の製造手順は以下のとおりである。
【００６０】
【表１】

【００６１】
まず、第１相として純度が９９．９５％以上であり、平均粒子径が０．６μｍ、最大粒子径が３．０μｍ以下のα−Ａｌ₂Ｏ₃粉末を用意した。
また、表１に示す比率で第２相の構成元素を含むように、炭化物、酸化物および窒化物粉末を混合し、真空、不活性または非酸化性雰囲気下で混合物を５００〜１５００℃で熱処理をした。その後、合成粉をボールミル等によって平均結晶粒子径が１．５μｍ以下で最大粒子径が３μｍ以下となるように粉砕し第２相を調整した。
【００６２】
添加剤には、純度が９９％以上である平均結晶粒子径が１．５μｍ以下の粉末を使用した。
【００６３】
第１相および第２相は熱処理前に混合してもよい。
【００６４】
これらの調整原料を、表１に示す割合で混合した。混合した調整原料を不純物の混入がないように手段を講じたボールミル機や強力な粉砕機を用いて平均粒子径が１．０μｍ以下であり、最大粒子径が２μｍ以下になるように湿式粉砕し、粉砕メディアの欠片が混入しないように、５μｍのフィルタを通した。なお、湿式粉砕では、第１相よりも第２相の粉砕速度が速いため、第２相が微紛化し、混合物はスラリー状になる。その後、得られたスラリーをスラリー噴霧造粒機などを用いて成分の分離が発生しないよう短時間で乾燥、整粒し、焼結用原料粉末を得た。
【００６５】
得られた焼結用混合粉を、所定の寸法を有する金型でプレス成形し、板状の圧粉体を作製した。これを表２に示す非酸化性雰囲気の条件において、熱間プレス（ＨＰ）あるいは熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）によって焼結し、試料番号１〜２４の焼結体を得た。焼結体はいずれも相対密度９９％以上であり、添加剤であるＭｇ等の金属元素および希土類元素が過剰に偏在することによる偏析もなく、良好な焼結体が得られた。
【００６６】
【表２】

【００６７】
得られた焼結体の第２相の硬度は、マイクロインデンテーション装置（Ｈｙｓｉｔｒｏｎ社製）によって求めた。この装置は、焼結体中の１個の粒子の硬度を測定できるが、ビッカース法により求めた硬度Ｈｖとは異なる値となる。このため、マイクロインデンテーションにより求めた硬度Ｈをビッカース硬度Ｈｖに換算した。まず、ホットプレスによるＡｌ₂Ｏ₃、通常の方法により焼結させたＡｌ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃膜およびＳｉＣ膜の硬度をマイクロインデンテーション法およびビッカース法により求めた。図１に示すように、マイクロインデンテーションにより求めた硬度Ｈとビッカース硬度Ｈｖとは比例している。測定結果から、相関式はＨｖ（Ｋｇｆ／ｍｍ²）＝７０．６５７×Ｈ（ＧＰａ）となる。この相関式を用いて、試料１〜２４中の第２相のビッカース硬度Ｈｖを求めた。
【００６８】
また、第２相のイオンビームエッチングのエッチング速度は、加速電圧５００Ｖ、電流密度０．６５ｍＡ／ｃｍ²およびＡｒガス圧０．０１３Ｐａの条件にて、１μｍエッチングを行い、その際のエッチング深さを触針式段差計によって計測した。第１相であるＡｌ₂Ｏ₃のエッチング速度を１２．５ｎｍ／分として、第１相とのエッチング速度比も求めた。表３に測定結果を示す。
【００６９】
【表３】

【００７０】
表２に示すように、試料番号１、３、８〜１０、１３および１４の実施例において、第２相のビッカース硬度Ｈｖはいずれも２０００以下の値になっており、第１相であるＡｌ₂Ｏ₃のビッカース硬度Ｈｖ（２０００〜２１００）よりも小さくなっている。このように、組成を調整することによって第２相のビッカース硬度Ｈｖを自由に調整できる。例えば試料番号３、８および１５の実施例のように、第２相のビッカース硬度Ｈｖを第１相であるＡｌ₂Ｏ₃のビッカース硬度Ｈｖとほぼ同じにすることもできる。また、第２相のエッチング速度もおおよそＡｌ₂Ｏ₃のエッチング速度の±２０％以内になっている。特に、ＭあるいはＭ’’として、Ｎｂ、Ｃｒ、ＷおよびＭｏを選択した場合には、第２相のエッチング速度はＡｌ₂Ｏ₃のエッチング速度の±１０％以内になっている。
【００７１】
一方、試料番号１６の比較例では第２相の配合比率が多すぎるため、ポアが多く生じている。試料番号１７の比較例では、逆に第２相の配合比率が少なすぎるため、第１相であるＡｌ₂Ｏ₃粒子が粗大化してしまっている。
【００７２】
試料番号１８および２１の比較例ではＭ’であるＴｉの添加量ｂが０．２を超えているため、ビッカース硬度Ｈｖが２３００になってしまっている。また、試料番号１９および２０の比較例では、それぞれ、ＯおよびＮの添加量ｙおよびｚが多すぎるため、切断抵抗が大きくなりすぎている。
【００７３】
試料番号２２の比較例では、添加剤の添加量が多すぎるため、イオンビームエッチングのエッチング速度が著しく小さくなってしまい、エッチング特性が悪くなっている。また、試料番号２３の比較例では、Ｃの添加量ｘが多すぎるため、ビッカース硬度Ｈｖが２３５０になってしまっている。
【００７４】
このように、本発明によれば、薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料において第２相の硬度を第１相であるＡｌ₂Ｏ₃と同程度にすることができる。また、第２相のイオンビームエッチング速度を第１相と同程度にすることができる。したがって、本発明による薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料は、第１相および第２相を含む複合セラミックスであるにもかかわらず、単一組織のセラミックスであるかのように均一に物理的な研磨およびイオンビームエッチングを行うことができる。その結果、本発明による薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料を非常に滑らかな表面加工が求められる記録密度の高いハードディスクドライブ装置の薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板に好適に用いることができる。
【００７５】
また、本発明の薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料は、電気抵抗が小さく、適当な熱膨張率および熱伝導率を備えていることを確認した。これは、本発明による基板材料の第１相はＡｌＴｉＣと同じＡｌ₂Ｏ₃であり、加えて第２相がＡｌＴｉＣに含まれるＴｉＣと同様の導電性を示し、かつ熱膨張係数および熱伝導率もＴｉＣと大きく異ならないからである。
【００７６】
本発明の効果を確認するために、試料番号３に示す組成を備えた薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料を用いて基板を作製し、薄膜磁気ヘッドスライダーを作製した。図２に示すように、試料番号３に示す組成の薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板１２上にＡｌ₂Ｏ₃膜１３を形成し、書き込み素子１４、コイル１５および読み出し素子１６を形成した後、書き込み素子１４、コイル１５および読み出し素子１６を覆うようにＡｌ₂Ｏ₃膜１３’を形成した。基板１２をポリッシングにより平坦化したあと、イオンビームドライエッチングによりＡＢＳを形成し、ジンバル１０に取り付けて、薄膜磁気ヘッドスライダー１１を完成させた。基板１２をポリッシングにより平坦化したあとの薄膜磁気ヘッドスライダー１１の面１１ａにおいて、基板１２の表面粗さは１．０ｎｍ（Ｒａ）であった。また、従来の基板に含まれていたＴｉＣほど硬い粒子が存在しないため、面１１ａにおいて、ＰＴＲによって生じる段差は従来よりも小さくすることが出来た。これは、基板１２において第１相と第２相との硬度の差を小さくできたことおよび、基板１２全体として硬度を小さくすることができたため、基板１２と書き込み素子１４、あるいは読み出し素子１６を構成する金属との硬度差を従来より小さくできたからである。
【００７７】
更に、ＡＢＳを形成するためのイオンビームエッチングの際、基板１２における第２相のイオンビームエッチング速度は第１相のイオンビームエッチングの速度とほぼ等しい。また、Ａｌ₂Ｏ₃膜１３および１３’のイオンビームエッチング速度も基板１２の第１相に等しい。つまり、基板１２とＡｌ₂Ｏ₃膜１３および１３’とはひとつの化学種として扱える。このため、ＡＢＳ面を形成するにあたって、面１１ａにおけるイオンビームエッチング速度の異なる化学種は、素子１４および１５を構成する金属と基板１２等の２つとなり、エッチングの条件を適切に制御することによって、２つの化学種のエッチング量を調節することができた。
【００７８】
このようにして作製された磁気ヘッドスライダーを用い、公知の技術によってハードディスドライブ装置を作製することができる。これによって、記録密度の高いハードディスクドライブ装置を実現することができる。
【００７９】
【発明の効果】
本発明によれば、第１相および第２相を含む薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料において、第２相の硬度をＡｌ₂Ｏ₃からなる第１相の硬度と同程度にすることが出来る。また、第２相のイオンビームエッチング速度をＡｌ₂Ｏ₃からなる第１相のイオンビームエッチング速度と同程度にすることが出来る。したがって、第１相および第２相を含む複合セラミックスであるにもかかわらず、単一のセラミックスであるかのように均一に物理的な研磨およびイオンビームエッチングを行うことができる。また、本発明による薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料を非常に滑らかな表面加工が求められる記録密度の高いハードディスクドライブ装置の薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】マイクロインデンテーション法による硬度（Ｈ）とビッカース法による硬度（Ｈｖ）との相関を示すグラフである。
【図２】本発明による薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料を用いた磁気ヘッド１１スライダーの構造を示す図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、従来の磁気ヘッドの製造工程を説明する模式図である。
【符号の説明】
１１薄膜磁気ヘッドスライダー
１２基板
１３、１３’、２２、２４Ａｌ₂Ｏ₃膜１３
１４書き込み素子
１５読み出し素子
２１ＡｌＴｉＣ基板
２３素子

Claims

２４〜７５ｍｏｌ％の第１相および残部の第２相を含む薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料であって、
前記第１相はＡｌ₂Ｏ₃からなり、
前記第２相は、組成式（Ｍ_aＭ’_b）（Ｃ_xＯ_yＮ_z）（Ｍは、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＷおよびＶのなかから選ばれる少なくとも一種の元素、Ｍ’は、ＺｒおよびＨｆのなかから選ばれる少なくとも一種の元素、ａ＋ｂ＝１、０＜ｂ≦０．２、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０．５≦ｘ≦０．９９５、０．００５≦ｙ≦０．３０、０≦ｚ≦０．２０）で表される化合物からなる薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料。
２４〜７５ｍｏｌ％の第１相および残部の第２相を含む薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料であって、
前記第１相はＡｌ₂Ｏ₃からなり、
前記第２相は、組成式（Ｍ’’_cＭ’’’_d）（Ｃ_xＯ_yＮ_z）（Ｍ’’は、Ｎｂ、ＣｒおよびＭｏのなかから選ばれる少なくとも一種の元素、Ｍ’’’は、Ｖ、ＺｒおよびＨｆのなかから選ばれる少なくとも一種の元素、ｃ＋ｄ＝１、ｄ≦０．８、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０．５≦ｘ≦０．８、０．２≦ｙ≦０．３０、０≦ｚ≦０．１０）で表される第２相となる化合物からなる薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料。
前記第２相を構成する粒子のビッカース硬度は、前記第１相を構成する粒子のビッカース硬度の±５％の範囲にある請求項１または２に記載の薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料。
前記第２相を構成する粒子のイオンビームエッチング速度は、前記第１相を構成する粒子のイオンビームエッチング速度の±２０％の範囲にある請求項１から３のいずれかに記載の薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料。
前記Ｍは、Ｎｂ、Ｃｒ、ＭｏおよびＷのなかから選ばれる少なくとも一種の元素である請求項１に記載の薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料。
前記第１相および前記第２相の合計に対して、０〜２．０ｍｏｌ％の第１の添加剤となるＭｇ、Ｃａ、ＺｒおよびＣｒの酸化物のなかから選ばれる少なくとも一種と、
前記第１相および前記第２相の合計に対して、０〜２．０ｍｏｌ％の第２の添加剤となる希土類元素の酸化物から選ばれる少なくとも一種と、
を更に含み、前記第１の添加剤および前記第２の添加剤の合計は、前記第１相および前記第２相の合計に対して、０〜３．０ｍｏｌ％の範囲である請求項１から５のいずれかに記載の薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料。
前記第１の添加剤および前記第２の添加剤は、それぞれ単独の酸化物、それらの複合酸化物、または、前記第１相との複合酸化物として存在している請求項６に記載の薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料。
前記薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料の平均結晶粒径は０．３〜１．５μｍである請求項１から７のいずれかに記載の薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料。
請求項１から８のいずれかに記載の薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料からなる基板。
請求項１から８のいずれかに記載の薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料からなる基板と、前記基板に保持された書き込み素子および読み出し素子とを備えた薄膜磁気ヘッドスライダー。
請求項１０に記載の薄膜磁気ヘッドスライダーを備えたハードディスクドライブ装置。