专利名称：微晶玻璃及其制造方法
技术领域：
本发明属于微晶玻璃及其制造方法，具有高机械强度和高度平滑表面，是特别适合用于信息记录装置用的基板材料近年来，由于磁头和磁记忆膜技术的发展，计算机硬盘的记录密度和读写速度得到了很大的提高，对盘基的性能也提出了更高的要求为了增大单位面积的记录密度，磁盘必须增大环节和磁道的密度，因而必然使磁头更接近于盘面，目前磁头从盘面向上的浮动量已达到0.015μm，做到这一点要求盘片的表面粗糙度在5以下；读写速度高正是使硬盘没有面临淘汰的重要原因之一，随着记录密度的快速增长及计算机的CPU等其他部件的信息处理速度越来越快，必然要求硬盘的读写速度也得到相应的提高，其结果是硬盘的转速得到了很大的提高，目前一万转以上/分钟的硬盘已进入了市场，高速的旋转要求硬盘盘基具有更高机械强度，更高的弹性模量。
传统的硬盘盘基为铝合金，但由于铝合金难以研磨到5以下的表面粗糙度，要达到5以下的表面粗糙度需经过2次以上特殊加工，成本较高，成本已没有下降的余地。现在的记忆膜都是玻璃态的金属膜，玻璃的基板将会更适宜，特别是新发展的记忆膜都希望有较高的成膜温度(高于650度)以此提高记忆特性，但铝合金的极限温度只能到360度左右。同时高强度的玻璃其机械强度也优于铝合金，基于以上原因，传统的铝合金基板近年来已出现了被化学强化玻璃基板和微晶玻璃基板逐步取代的趋势。
但化学强化玻璃基板的组成中必须含有一定量的Na2O和K2O，易导致成膜特性变坏，必须进行全面性包涂处理，镀Si膜，导致生产成本提高；而现有的微晶玻璃基板，例如日本小原的MgO-Li2O-(Al2O3)-RO-R2O3-SiO2-P2O5系玻璃(见日本专利1995年247138号)，如果要达到理想的表面粗糙度，必须严格控制晶粒的大小，使晶粒的尺寸在0.3μm以下，但当晶粒的尺寸在0.3μm以下时，微晶玻璃基板达不到理想的机械强度，这一矛盾仍没有得到很好的解决。
本发明的目的在于克服已有技术的缺陷，提供一种微晶玻璃及其制造方法，具有高机械强度和高度平滑表面，是特别适合用于信息记录装置用的基板材料，使微晶晶粒控制在0.3μm以内也能达到理想的机械强度和弹性模量。
本发明的解决方案是在SiO2-Li2O-Al2O3-P2O5系统微晶玻璃中通过一定的工艺手段引入一定量的Y2O3和/或La2O3以提高微晶玻璃的机械强度和弹性模量，结果表明引入一定量的Y2O3后，即使微晶晶粒控制在0.3μm以内也能达到理想的机械强度，加入适量的La2O3也能得到增加机械强度的效果，但是没有加入Y2O3的效果显著。考虑到La2O3比Y2O3便宜很多，在实际生产时可以考虑以适当的比例共同加入。
本发明的微晶玻璃，其特征在于在SiO2-Li2O-Al2O3-P2O5系统微晶玻璃中掺入Y2O3，其中各主要原料的重量百分比的含量为SiO265-80wt％；Li2O 7-12wt％；Al2O32-5wt％；P2O51-4wt％；Y2O30.5-8wt％。
微晶玻璃，其特征在于在SiO2-Li2O-Al2O3-P2O5系统微晶玻璃中掺入La2O3，其中各主要原料的重量百分比的含量为SiO265-80wt％；Li2O 7-12wt％；Al2O32-5wt％；P2O51-4wt％；La2O31-8wt％。
微晶玻璃，其特征在于在SiO2-Li2O-Al2O3-P2O5系统微晶玻璃中掺入Y2O3+La2O3，其中各主要原料的重量百分比的含量为SiO265-80wt％；Li2O 7-12wt％；Al2O32-5wt％；P2O51-4wt％；Y2O3+La2O3=0.5-8wt％。
如上所述的微晶玻璃，其特征在于原料中还掺杂下列任意一种或多种过渡金属元素Fe2O31-3wt％,CuO 1-3wt％,Cr2O31-3w％,V2O51-3wt％，稀土金属元素CeO21-3wt％。
如上所述的微晶玻璃，其特征在于原料中还掺有F 0.1-4wt％；Cl 0.1-5wt％；P2O51-4wt％；RO 2-8wt％,R为二价元素。
如上所述的微晶玻璃，其特征在于原料中还掺有R2O＜6wt％；B2O3＜5wt％。
如权利要求1所述，本发明的特征之一是Li2O,Al2O3,SiO2,P2O5及其所规定的范围是形成微晶玻璃的基础，不足或超出范围都不能成为微晶玻璃，本发明的特征之二是采用Li2O-Al2O3-SiO2-P2O5玻璃体系，通过在其中引入一定量的Y2O3成为新的微晶玻璃体系，该种微晶玻璃具有高弹性模量和高断裂强度的特点，实际测试弹性模量均大于9600kgf/cm2，断裂强度均大于27kgf/cm2。晶粒尺寸却在0.3μm以下。可以加工超平滑表面。Y2O3的含量以0.5wt％到8wt％为佳，少于0.5wt％效果不明显，高于8wt％影响表面粗糙度。
如权利要求2所述，本发明的特征之一Li2O,Al2O3,SiO2,P2O5及其所规定的范围是形成微晶玻璃的基础，不足或超出范围都不能成为微晶玻璃，本发明的特征之二是采用Li2O-Al2O3-SiO2-P2O5玻璃体系，通过在其中引入一定量的La2O3成为新的微晶玻璃体系，该种微晶玻璃比原体系具有较高弹性模量的特点，但晶粒尺寸在0.3μm以下。可以加工超平滑表面。但增加机械强度没有加入Y2O3后效果显著。实际测试弹性模量均大于9200kgf/cm2，断裂强度均大于20kgf/cm2。La2O3的含量以1wt％到8wt％为佳，少于1wt％效果不明显，高于8wt％影响表面粗糙度。
如权利要求3所述，本发明的特征之一是Li2O,Al2O3,SiO2,P2O5及其所规定的范围是形成微晶玻璃的基础，不足或超出范围都不能成为微晶玻璃，本发明的特征之二是采用Li2O-Al2O3-SiO2-P2O5玻璃体系，通过在其中引入一定量的Y2O3和La2O3成为新的微晶玻璃体系，该种微晶玻璃具有高弹性模量和高断裂强度的特点，实际测试弹性模量均大于95kgf/cm2，断裂强度均大于25kgf/cm2。晶粒尺寸却在0.3μm以下。可以加工超平滑表面。由于有一定比例的Y2O3被La2O3替代，成本低于权利要求1的微晶玻璃体系。Y2O3和La2O3的总含量以0.5wt％到8wt％为佳，少于0.5wt％效果不明显，高于8wt％影响表面粗糙度不好。
如权利要求4所述，还可根据不同用户的需要，在熔制时将权利要求1,2,3的玻璃中掺杂下列一种或多种过渡金属元素Fe2O31-3wt％,CuO 1-3w％,Cr2O31-3wt％,V2O51-3wt％，稀土金属元素CeO21-3wt％；使其能直接进行激光网纹加工。
如权利要求5所述，F和Cl，特别是Cl，有利于微晶析出并能降低熔融温度。加入太多，晶粒变粗大；加入适量的二价元素氧化物可以提高玻璃的稳定性和有利于熔制。
如权利要求6所述，加入碱金属(R2O)和硼(B2O3)对降低熔制温度有一定好处，但因碱金属(R2O)和硼(B2O3)镀磁膜时，很容易溢出污染磁膜，并影响表面光洁度。
为了更好地阐述该发明的成效，我们列举实施例如下实施例1玻璃的组成以重量百分比表示为SiO276.5wt％；Li2O 11wt％；Al2O34.5wt％；P2O53wt％；Y2O35wt％，且以碳酸盐，硝酸盐，氧化物，氯化物和氟化物形式，称量，混合后加入熔炉中，配合料在1440℃熔融，澄清、均化后成型为理想的形状，然后以100℃/小时升温到550℃保温3小时，以100℃/小时升温到780℃保温2小时，热处理后即可获得所要的微晶玻璃。该微晶玻璃的弹性模量9610kgf/cm2。断裂强度均大于27.2kgf/cm2。晶粒尺寸却在0.3μm以下。按现有普通加工技术加工后表面粗糙度为4.4埃。此微晶玻璃经打孔，滚边，研磨，抛光，既成为记忆装置的基板，可在此基板上镀磁膜等各种记忆膜。
实施例2玻璃的组成以重量百分比表示为SiO276.5wt％；Li2O 11wt％；Al2O34.5wt％；P2O53wt％；La2O35wt％，且以碳酸盐，硝酸盐，氧化物，氯化物和氟化物形式，称量，混合后加入熔炉中，配合料在1440℃熔融，澄清、均化后成型为理想的形状，然后以100℃/小时升温到550℃保温3小时，以100℃/小时升温到780℃保温2小时，热处理后即可获得所要的微晶玻璃。该微晶玻璃的弹性模量9210kgf/cm2。断裂强度均大于20.1kgf/cm2。晶粒尺寸却在0.3μm以下。按现有普通加工技术加工后表面粗糙度为4.3埃。此微晶玻璃经打孔，滚边，研磨，抛光，既成为记忆装置的基板，可在此基板上镀磁膜等各种记忆膜。
实施例3玻璃的组成以重量百分比表示为SiO271.7wt％；Li2O 10.0wt％；Al2O33.3wt％；MgO 2.4wt％；ZnO 1.4wt％；Cu 1.9wt％；F 1wt％；Cl 1wt％；P2O52.3wt％；Y2O35.0wt％，且以碳酸盐，硝酸盐，氧化物，氯化物和氟化物形式，称量，混合后加入熔炉中，配合料在1400℃熔融，澄清、均化后成型为理想的形状，然后以100℃/小时升温到550℃保温3小时，以100℃/小时升温到780℃保温2小时，热处理后即可获得所要的微晶玻璃。该微晶玻璃的弹性模量9700kgf/cm2。断裂强度均大于28kgf/cm2。晶粒尺寸却在0.3μm以下。按现有普通加工技术加工后表面粗糙度为4.3埃。此微晶玻璃经打孔，滚边，研磨，抛光，既成为记忆装置的基板，可在此基板上镀磁膜等各种记忆膜。
实施例4玻璃的组成以重量百分比表示为SiO271.7wt％；Li2O 10.0wt％；Al2O33.3wt％；MgO 2.4wt％；ZnO 1.4wt％；Cu 1.9wt％；F 1wt％；Cl 1wt％；P2O52.3wt％；La2O35.0wt％且以碳酸盐，硝酸盐，氧化物，氯化物和氟化物形式，称量，混合后加入熔炉中，配合料在1400℃熔融，澄清、均化后成型为理想的形状，然后以100℃/小时升温到550℃保温3小时，以100℃/小时升温到780℃保温2小时，热处理后即可获得所要的微晶玻璃。该微晶玻璃的弹性模量9250kgf/cm2。断裂强度均大于20.4kgf/cm2。晶粒尺寸却在0.3μm以下。按现有普通加工技术加工后表面粗糙度为4.2埃。此微晶玻璃经打孔，滚边，研磨，抛光，既成为记忆装置的基板，可在此基板上镀磁膜等各种记忆膜。
实施例5玻璃的组成以重量百分比表示为SiO271.7wt％；Li2O 10.0wt％；Al2O33.3wt％；MgO 2.4wt％；ZnO 1.4wt％；Cu 1.9wt％；F 1wt％；Cl 1wt％；P2O52.3wt％；Y2O33.5wt％；La2O31.5wt％且以碳酸盐，硝酸盐，氧化物，氯化物和氟化物形式，称量，混合后加入熔炉中，配合料在1400℃熔融，澄清、均化后成型为理想的形状，然后以100℃/小时升温到550℃保温3小时，以100℃/小时升温到780℃保温2小时，热处理后即可获得所要的微晶玻璃。该微晶玻璃的弹性模量9650kgf/cm2。断裂强度均大于27kgf/cm2。晶粒尺寸却在0.3μm以下。按现有普通加工技术加工后表面粗糙度为4.1埃。此微晶玻璃经打孔，滚边，研磨，抛光，既成为记忆装置的基板，可在此基板上镀磁膜等各种记忆膜。
实施例6玻璃的组成以重量百分比表示为SiO270.4wt％；Li2O 9.8wt％；Al2O33.0wt％；MgO 2.3wt％；ZnO 1.4wt％；Cu 1.9wt％；F 1wt％；Cl 1wt％；P2O52.3wt％；Y2O33.0wt％；La2O31.0wt％；CeO23wt％且以碳酸盐，硝酸盐，氧化物，氯化物和氟化物形式，称量，混合后加入熔炉中，配合料在1400℃熔融，澄清、均化后成型为理想的形状，然后以100℃/小时升温到550℃保温3小时，以100℃/小时升温到780℃保温2小时，热处理后即可获得所要的微晶玻璃。该微晶玻璃的弹性模量9630kgf/cm2。断裂强度均大于27kgf/cm2。晶粒尺寸却在0.3μm以下。按现有普通加工技术加工后表面粗糙度为4.2埃。此微晶玻璃经打孔，滚边，研磨，抛光，激光网纹加工，既成为记忆装置的基板，可在此基板上镀磁膜等各种记忆膜。
实施例7玻璃的组成以重量百分比表示为SiO270.4wt％；Li2O 9.8wt％；Al2O33.0wt％；MgO 2.3wt％；ZnO 1.4wt％；Cu 1.9wt％；F 1wt％；Cl 1wt％；P2O52.3wt％；Y2O33.0wt％；La2O31.0wt％；Fe2O32 V2O51且以碳酸盐，硝酸盐，氧化物，氯化物和氟化物形式，称量，混合后加入熔炉中，配合料在1400℃熔融，澄清、均化后成型为理想的形状，然后以100℃/小时升温到550℃保温3小时，以100℃/小时升温到780℃保温2小时，热处理后即可获得所要的微晶玻璃。该微晶玻璃的弹性模量9610kgf/cm2。断裂强度均大于26.7kgf/cm2。晶粒尺寸却在0.3μm以下。按现有普通加工技术加工后表面粗糙度为4.2埃。此微晶玻璃经打孔，滚边，研磨，抛光，激光网纹加工，既成为记忆装置的基板，可在此基板上镀磁膜等各种记忆膜。
实施例8
玻璃的组成以重量百分比表示为；SiO270.4wt％；Li2O 9.8wt％；Al2O33.0wt％；MgO 2.3wt％；ZnO 1.4wt％；Cu 1.9wt％；F 1wt％；Cl 1wt％；P2O52.3wt％；Y2O33.0wt％；La2O31.0wt％；Cr2O33且以碳酸盐，硝酸盐，氧化物，氯化物和氟化物形式，称量，混合后加入熔炉中，配合料在1400℃熔融，澄清、均化后成型为理想的形状，然后以100℃/小时升温到550℃保温3小时，以100℃/小时升温到780℃保温2小时，热处理后即可获得所要的微晶玻璃。该微晶玻璃的弹性模量9620kgf/cm2。断裂强度均大于26.6kgf/cm2。晶粒尺寸却在0.3μm以下。按现有普通加工技术加工后表面粗糙度为4.2埃。此微晶玻璃经打孔，滚边，研磨，抛光，激光网纹加工，既成为记忆装置的基板，可在此基板上镀磁膜等各种记忆膜。
权利要求
1．微晶玻璃，其特征在于在SiO2-Li2O-Al2O3-P2O5系统微晶玻璃中掺入Y2O3，其中各主要物质原料含量的重量百分比为SiO265-80wt％；Li2O 7-12wt％；Al2O32-5wt％；P2O51-4wt％；Y2O30.5-8wt％。
2．微晶玻璃，其特征在于在SiO2-Li2O-Al2O3-P2O5系统微晶玻璃中掺入La2O3，其中各主要物质原料含量的重量百分比为SiO265-80wt％；Li2O 7-12wt％；Al2O32-5wt％；P2O51-4wt％；La2O31-8wt％。
3．微晶玻璃，其特征在于在SiO2-Li2O-Al2O3-P2O5系统微晶玻璃中掺入Y2O3+La2O3，其中各主要物质原料含量的重量百分比为SiO265-80wt％；Li2O 7-12wt％；Al2O32-5wt％；P2O51-4wt％；Y2O3+La2O3=0.5-8wt％。
4．如权利要求1、2、3所述的微晶玻璃，其特征在于还掺杂下列一种或多种过渡金属元素Fe2O31-3wt％,CuO 1-3wt％,MgO 1-3wt％,ZnO 1-3wt％,Cu 1-3wt％,Cr2O31-3wt％,V2O51-3wt％，稀土金属元素CeO21-3wt％。
5．如权利要求1、2、3所述的微晶玻璃，其特征在于还掺有F 0.1-4wt％；Cl 0.1-5wt％；P2O51-4wt％；RO 2-8wt％,R为二价元素。
6．如权利要求5所述的微晶玻璃，其特征在于还掺有R2O＜6wt％；B2O3＜5wt％。
7．如权利要求1、2、3、6所述的微晶玻璃的制造方法，其特征在于以碳酸盐，硝酸盐，氧化物，氯化物和氟化物形式称量，混合后加入熔炉中，混合料在1400-1450℃熔融，澄清、均化后成型为理想的形状，然后以100℃/小时升温到550℃保温3小时，以100℃/小时升温到780℃保温2小时，热处理后即可获得所要的微晶玻璃。
8．如权利要求4所述的微晶玻璃的制造方法，其特征在于以碳酸盐，硝酸盐，氧化物，氯化物和氟化物形式称量，混合后加入熔炉中，混合料在1400℃熔融，澄清、均化后成型为理想的形状，然后以100℃/小时升温到550℃保温3小时，以100℃/小时升温到780℃保温2小时，热处理后即可获得所要的微晶玻璃。
9．如权利要求5所述的微晶玻璃的制造方法，其特征在于以碳酸盐，硝酸盐，氧化物，氯化物和氟化物形式称量，混合后加入熔炉中，混合料在1400℃熔融，澄清、均化后成型为理想的形状，然后以100℃/小时升温到550℃保温3小时，以100℃/小时升温到780℃保温2小时，热处理后即可获得所要的微晶玻璃。
全文摘要
微晶玻璃,其特征在于在SiO
文档编号C03C10/00GK1324775SQ0011459
公开日2001年12月5日 申请日期2000年5月24日 优先权日2000年5月24日
发明者彭波 申请人:彭波