Стекло для спаивания элементов магнитных головок Советский патент 1992 года по МПК C03C3/95 

Изобретение относится к составам стекол для спаивания ферритовых элементов магнитных головок для звуко- и видеозаписывающих устройств и вычислительной техники. Может быть использовано также для изолирующих и герметизирующих покрытий в электронной технике.

В последние годы в области произ- водстза магнитных головок продолжался процесс перехода от использования для формирования рабочих зазоров тугоплавких стекол с температурой растекания 900-950°С к использованию стекол с температурой растекания 700-750°С. Предложенные различными авторами составы стекол с температурой растекания до 750°С в разной степени отвечают следующему комплексу максимальных требований, предъявляемых к стеклам

указанного назначения: твердость - не ниже твердости феррита (микротвердость по Виккерсу марганец-цинковых ферритов - 630-670 кгс/мм2); высокая адгезия к ферриту, обеспечивающая затекание расплавленного стекла в рабочий зазор на необходимую глубину; отсутствие склонности растравливать поверхность ферритовых магнитопроводов и образовывать пузырьки при формировании рабочих зазоров; отсутствие сколько- нибудь заметной кристаллизации; согласованность по термическому расширению со спаиваемыми материалами магнитных головок; кислото- и щелочеустойчивость.

Анализ предложенных решений показывает, что достижение высокого уровня всех свойств в одном стекле - задача чрезвычайно трудная, и обычно достижение выХ| ХЗ

Ю О 00

ю

сокого уровня одних достигается за счет снижения других.

В ходе разработки стекол особенно выражено стремление обеспечить сочетание пониженной температуры растекания с отсутствием склонности растравливать феррит и образовывать пузырьки при формировании рабочих зазоров и других соединений магнитных головок.

Без соответствия жестким требованиям по последним двум характеристикам, а также по согласованности термического расширения со спаиваемыми материалами и по адгезии к ним использовать стекло для изготовления магнитных головок не представляется возможным. Вместе с тем, от уровня химической устойчивости стекла и его твердости в значительной степени зависит производительность технологического процесса изготовления и выход годных магнитных головок, их надежность и долговечность при эксплуатации. Химическая устойчивость и твердость стекол для магнитных головок большинства опубликованных за последние годы составов весьма невысокие.

Опыт работы со стеклами, характеризующимися совокупностью температуры растекания не более 730°С и микротвердости по Виккерсу 680-750 кгс/мм , выявляет большие трудности по обеспечению еще и сочетания высокой химической устойчивости с отсутствием склонности растравливать поверхность ферритовых магнитопроводов и образовывать пузырьки при спаивании в атмосфере инертного газа. В приближении к максимуму всех указанных выше свойств стекол указанного назначения заключается в настоящее время основная, наиболее трудная задача их разработчиков.

Известно стекло для спаивания элементов магнитных головок, включающее, мас.%:

SI0236-46

В20з20,1-26,1

№200,2-21,5

LI202,3-12,3

МдО0,1-0,2

К200,1-0,2

5Ь2Оз0,2-0,3

ZnO9-14,2

ТЮ20,1-2

Zr020,3-6,1

Оно характеризуется благоприятным сочетанием низкой температуры растекания - 720-760°С и высокой микротвердо- сти - более 700 кгс/мм2. Стекло обладает хорошей адгезией к ферриту, согласуется с ним по термическому расширению, устойчиво к кристаллизации. Однако оно имеет следующие недостатки: его склонность к растравливанию феррита и к образованию пузырьков при формировании рабочих зазо- ров в атмосфере инертного газа заметно увеличивается даже при небольшом (10- 15°С) превышении оптимальной температуры спаивания и его продолжительности. Кроме того, это стекло является недостаточ- но кислотоустойчивым.

Наиболее близким к предлагаемому по химическому составу является стекло для спаивания, включающее, мас.%:

SI0253-71

А120з1,3-4

В20з4-12

СаО3,5-8

МдО1,3-4,2

N3209-16

LI204-8

ZnO0,5-10

и по крайней мере один из группы: Се02, 1а20з, Мй20з,

Рг20з0.1-1,5 СоО 0,5-2.5

Данное стекло выбирается нами за прототип. Оно характеризуется довольно высокой химической устойчивостью и твердостью, растекается при сравнительно низкой температуре. Может быть согласовано с ферритами по термическому расширению. Однако это стекло имеет существенные не- достатки: растравливает феррит и образует большое количество пузырьков при спаивании элементов магнитных головок в атмосфере инертного газа, характеризуется недостаточной кристаллизационной устой- чивостью. Это исключает возможность его использования для изготовления магнитных головок.

Целью изобретения является снижение интенсивности коррозионного рас- травливания поверхности ферритовых магнитопроводов и количества пузырьков в стеклянной части спая, а также повышение кристаллизационной устойчивости стекла.

Поставленная цель достигается тем, что стекло для спаивания элементов магнитных головок, включающее SI02, В20з, Na20t , MgO, ZnO, СаО, А120з и 1э20з. дополнительно содержит К20 и 8Ь2Оз при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Si0250,11-56,71

В20з16,13-19,36

Na2011.49-15.60

LI203,02-5.07

0.01-2,72

0,01-1,52

3,03-7.50

0,47-1.57

0.01-10,07

0,01-1,47

0,27-0,49

Обычно при использовании для спаивания ферритовых магнитопроводов стекол рассматриваемого типа, содержащих сверх 10% оксида бора, имеет место интенсивное коррозионное растравливание поверхности магнитопроводов, а в стеклянной части спая образуется большое количествр пузырьков, особенно в присутствии оксида калия. Однако при отработанном отпимальном соотношении компонентов присутствии в предложенном стекле оксидов бора и калия в указанном количестве делает его значительно менее склонным к коррозионному растравливанию феррита и к выделению пузырьков при спаивании, обеспечивает ему большое преимущество перед прототипом по кристаллизационной устойчивости. Более высокий уровень указанных свойств предложенного стекла достигнут за счет более полного использования фактора координационного состояния бора и полищелочного эффекта, а также за счет использования выявленной зависимости газо- насыщенности стекла от состава и температуры. Существенному снижению склонности образовывать пузырьки при спаивании элементов магнитных головок способствовало введение в состав стекла оксида сурьмы.

В табл. 1 приведены конкретные примеры составов предлагаемого стекла, в табл 2 - его свойства: температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) от в интервале 20-300°С и температура начала деформации Тдеф, определенные с помощью дилатометра ДКВ-5А при нагреве образцов стекла размерами 50 х 4 х 4 мм со скоростью 3°С/мин; температура растекания Траст., при которой краевой угол смачивания ферритовой подложки становится менее 15°; микротвердость по Виккерсу Hv, определенная с помощью микротвердомера ПМТ-3 по стандартной методике; период времени т до появления первых признаков изменения микрорельефа исходной поверхности ферритовых магнитопроводов, полированной до 14 класса шероховатости- количестве пузырьков N в объеме 0,1 мм стеклянной части спаянного блока магнитных головок: потери массы Рк образцов диаметром 20 мм, высотой 8 мм при выдержке в течение 1 часа в 5%-ной щавелевой кислоте при комнатной температуре; потери массы Рщ образцов тех же размеров при кипячении в 10%-ном растворе NaOH в течение 1 часа: период времени S до по- явления первых признаков кристаллизации на поверхности растекающейся по ферритовой подложке капли стекла при температуре растекания в атмосфере инертного газа.

0 Стекла синтезируются в платиновом или корундовом тигле при температуре 1330°С. Как видно из табл. 2, предлагаемое стекло характеризуется значительно меньшей интенсивностью коррозионного

5 растравливания поверхности ферритоеых магнитопроводов и образования пузырьков при спаивании (обычно в течение 15 мин при температуре растекания), а также существенно более высокой кристаллиза0 ционной устойчивостью по сравнению с прототипом, не уступает по твердости марганец-цинковым ферритам, хорошо согласуется с последними по термическому расширению.

5 Высокий уровень химической устойчивости предлагаемого стекла обеспечивается значительным содержанием кремнезема. Кислотоустойчивость стекла существенно сни кьетс. ъслн одерж«чие

Q кремнезема становится менее 50,11%. Увеличение его количества более 56,71% приводит к заметному повышению температуры растекания.

Если содержание В20з становится ме5 нее 16,13%, существенно инт ксифициру- ется коррозионное растравливан-ие феррита и снижается кристаллизационная устойчивость стекла. При увеличении его количества сверх 19,36% резко снижается x-iQ мическая устойчивость стекла.

Низкая температура-растекания, высокая адгези предлагаемого стекла к ферриту и кристаллизационная устойчивость обеспечиваются пры указанном содержании сидов натрия, лития и калия. При содержании этих оксидов в количестве менее 11,49,- 3,02 и 0,01%. соответственно, температура растекания заметно повышается. При увеличении их содержания, соотп ветственно. сверх 15,60; 5,07 и 1.47% существенно снижается химическая устойчивость стекпа.

Повышению химической устойчивости предлагаемого стекла способствует присутствие в нем оксидов магния и цинка. Это

5

становится заметным, если их содержание оказывается не менее 0,01% для каждого. При содержании этих оксидов в количестве более соответственно 2,72 и 1,52 % снижается кристаллизационная устойчивость стекла. Количество пузырьков в стеклянной части спаев существенно увеличивается, если содержание оксида сурьмы оказывается менее 0,27%. Повышение его содержания более 0,49% приводит снижению химической устойчивости стекла.

Повышение интенсивности коррозионного растравливания феррита и образования пузырьков при спаивании становится заметным также, если содержание оксидов кальция, алюминия и лантана оказывается менее 3,03; 0.47 и 0,01%, соответственно. При содержании этих оксидов более, соответственно, 7,50: 1,57 и 10,07% существенно снижается кристаллизационная устойчивость стекла,

Предлагаемое стекло характеризуется благоприятным сочетанием всех перечисленных выше свойств, его применение для формирования рабочих зазоров и других соединений магнитных головок позволит существенно Повысить уровень технологии их производства, надежность и долговечность.

Формула изобретения

Стекло для спаивания элементов магнитных головок, включающее SI02, ВаОз. Na20, LI20, MgO, ZnO, СаО. , LaaOa, отличающееся тем, что, с целью снижения интенсивности коррозионного растравливания поверхности ферритовых магнитопроводов и количества пузырьков в стеклянной части спая, а также повышения кристаллизационной устойчивости стекла, оно дополнительно содержит КаО и ЗЬаОз при следующем соотношении компонентов, мае. %:

Si0250,11-56.71;

В20з16,13-19.36;

N32011,49-15,60;

Lt203,02-5,07;

MgO. 0,01-2,72;

ZnO0,01-1,52;

СаО3,03-7,50;

At20i0,47-1,57;

1а20з0,01-10,07;

К200,01-1,47;

5Ь20з0,27-0,49.

Использование: для спаивания ферри- товых элементов магнитных головок для звуко- и видеозаписывающих устройств и вычислительной техники. Сущность изобре2 тения: стекло содержит оксид кремния 50,11-56,71% БФ SI02, оксид бора 16,13- 19,36% БФ ВаОз, оксид натрия 11,49- 15,60% БФ N320, оксид лития 3,02-5.07% БФ LiaO. оксид магния 0.01-2,72% БФ МдО, оксид цинка 0,01-1,52% БФ ZnO, оксид кальция 3,03-7,5% БФ СаО, оксид алюминия 0,47-1,57% БФ , оксид лантана 0,01-10.07% БФ . оксид калия 0,01- 1,47% БФ . оксид сурьмы 0,27-0,49% БФ ЗЬ20з. Время до появления первых признаков изменения микрорельефа поверхности магнитопроводов 30-40 мин, количество пузырьков в объеме 0,1 мм3 стеклянной части спаянного блока магнитных головок 1-2 шт. 2 табл.

Таблица 1

Таблица 2