CERAMIC MAGNETIC HEAD SLIDER

Abstract: 1. Magnetic head slider, particularly for magnetic heads (3) flying over an air cushion, consisting of a ceramic material made of aluminum oxide and titanium carbide, preferably made of about 70% Al2 O3 and 30% TiC, characterized in that on the sliding side (2) of the slider (1) the titanium carbide component (5) is removed in a thin layer (4) directly beneath the surface.

Description: MAGNETKOPFGLEITER AUS KERAMIKMATERIAL Die Erfindung betrifft einen Magnetkopfgleiter, insbesondere für über einem Luftpolster fliegende Magnetköpfe, bestehend aus einem Keramikmaterial aus Aluminiumoxid und Titancarbid, vorzugsweise ca. 70% Al 203 und 30% TiC. Aus der europäischen Patentanmeldung 001 19693, die der US Patentschrift 4 251 841 entspricht, ist ein Magnetkopfgleiter gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt. Dieses Material lässt sich recht gut bearbeiten, ist bruchfest, hat gute Abriebeigenschaften, eine lange Lebens dauer und ist elektrisch leitend. Bei immer höherer Datendichte pro Flächeneinheit der magnetischen Speicherplatte ist es nötig, den Abstand zwischen Magnetkopf und Plattenoberfläche zu verringern. Damit wird das Luftpolster zwischen dem den Magnetkopf tragenden Gleiter und der Plattenoberfläche geringer. Die Häufigkeit und die Wahrscheinlichkeit mit der der Gleiter bei seiner Relativbewegung zum Aufzeichnungsträger auf diesen aufschlägt wird dadurch grösser. Zur Vermeidung von Zusammenstössen zwischen Kopf und Platte, die für beide Teile schädlich sind, oder zumindest zur Verminderung der dabei auftretenden Beschädigungen sowie zur Verbesserung der Verhältnisse beim Anfahren und Anhalten, ist es bekannt, die Platte mit einem Schmiermittel zu versehen. In der Praxis hat es sich dabei gezeigt, dass ein zu dünner Schmierfilm die Beschädigung der Platte bei Kopfberührung nicht zuverlässig vermeiden kann, dass aber andererseits ein zu dicker Schmierfilm dazu führt, dass der Magnetkopfgleiter bei Beginn der Relativbewegung zwischen der Platte und dem Kopf, d.h. beim Anfahren, auf der Platte klebt. Beim Anfahren kann daher der Gleiter von seinem Tragarm abgerissen werden oder der Tragarm kann verbogen werden, falls es nicht noch zu weiteren Beschädigungen kommt. Die Aufbringung und Einhaltung eines Schmierfilms in genau richtiger Stärke ist eine unwahrscheinlich schwierige und in der Praxis selten reproduzierbare Aufgabe. Andererseits haben die Untersuchungen auch Hinweise dafür geliefert, dass die Oberfläche des Magnetkopfgleiters, welche der Plattenoberfläche gegenübersteht, einen nicht unerheblichen Einfluss auf das Verhalten hinsichtlich der Berührung zwischen Kopf und Platte hat. Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, einen Magnetkopfgleiter gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu modifizieren, dass sein Flugverhalten und sein Gleitverhalten bei Start- und Stopvorgängen wesentlich besser ist, d.h. dass wesentlich weniger Zusammenstösse zwischen Kopf und Platte stattfinden und dadurch die Lebenszeit von Magnetkopfgleitern mit Kopf einerseits und Magnetplatte andererseits wesentlich verlängert ist. Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass die Lebensdauer von Magnetkopfgleitern, bei denen durch Entfernen der TiC-Komponente in einer dünnen oberflächennahen Schicht auf der Gleitseite des Gleiters, der aus Aluminiumoxid und Titancarbid besteht, um ein Vielfaches gesteigert ist. Die gesteigerte Lebensdauer drückt sich darin aus, dass ein Vielfaches an Start/Stop-Vorgängen, d.h. Anfahren und Anhalten der Platte, gegenüber vorher durchgeführt werden kann, ohne dass in der Zwischenzeit eine katastrophal beschädigende Berührung zwischen Kopf und Platte auftritt. Dadurch ist die Lebensdauer sowohl des Magnetkopfgleiters als auch der mit ihm zusammenarbeitenden Platte um ein Vielfaches gesteigert. Dies hat auch positive Wirkungen auf die Verminderung der Ausfallquoten von Magnetplattensystemen. Gemäss einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Titancarbid-Komponente durch präferentielles Ätzen mit einem reaktiven Ionenätzverfahren aus der Gleitoberfläche des Gleiters herausgelöst. Dieses Ätzverfahren beeinträchtigt den angebauten Magnetkopf nicht, da der Materialabtrag am metallischen Magnetkopf nur einige wenige nm beträgt. Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einem Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 in perspektivischer Darstellung einen Magnetkopfgleiter mit angebautem Ma gnetkopf, der auf der Gleitseite drei schienenförmige Gleitflächen auf weist und aus der Mischkeramik von Al 203 und TiC besteht; Fig. 2 in vergrössertem Massstab eine Drauf sicht auf einen Ausschnitt der Gleit fläche und Fig. 3 eine Seitenansicht entlang der Linie 3-3 von Fig. 2, die in vergrösserter Ansicht die Schichtung und die Materi alkomponenten erkennen lässt. Der in Fig. 1 dargestellte Magnetkopfgleiter 1 enthält auf seiner Gleitseite 2 längliche Schienen 2A, 2B und 2C. Auf den beiden äusseren Schienen 2A und 2C baut sich bei Fliegen über eine nicht dargestellte Magnetplatte das Luftkissen auf, welches den ganzen Magnetkopfgleiter 1 mit dem angebauten Magnetkopf 3 trägt. Der Magnetkopf 3 ist am Ende der mittleren Schiene 2B vorgesehen. Dieser Kopf kann einen Dünnfilm-übertrager enthalten. Es ist auch eine andere Konstruktion der Gestalt möglich, dass Dünnfilmköpfe jeweils am Ende der beiden äusseren Längsschienen 2A und 2C angeordnet sind. Auch sind andere Gestaltungen der Gleitfläche 2 möglich. Der in Fig. 1 dargestellte Magnetkopfgleiter ist aus Keramikmaterial hergestellt, welches aus einer Mischung von Aluminiumoxid und Titancarbid besteht, wobei vorzugsweise ca. 70% AL203 und 30% TiC vorgesehen sind. In Fig. 2 ist in einem Ausschnitt der Gleitschiene 2C in Draufsicht die erfindungsgemäss gestaltete Gleitfläche 2 vergrössert dargestellt, und in Fig. 3 in einem Schnittbild die erfindungsgemäss gestaltete Gleitfläche 2 in Seitenansicht entlang der Schnittlinie 3-3 aus Fig. 2. Der überwiegende Teil des Materials besteht aus dem Bestandteil Al203, in den Titancarbidpartikel eingelagert sind. In einer oberflächennahen Schicht 4, deren Dicke zwischen 10 und 100 nm liegt, vorzugsweise zwischen 20 und 50 nm, ist erfindungsgemäss in den mit 5 bezeichneten Bereichen die Titancarbid-Komponente entfernt bzw. herausgelöst. Die Ebene der Oberfläche ist weiterhin durch die mit 2 bezeichnete Linie gegeben, die jedoch in den Bereichen 5 entsprechend der Dicke der Schicht 4 Ausnehmungen bzw. Gruben aufweist. Somit wird die Oberflächenebene 2, allein durch die Komponente Al203 bestimmt. Im Bereich der Oberfläche der Gleitseite 2 hat somit die Titancarbid-Komponente keinen Einfluss mehr, unabhängig davon ob, wie in Fig. 2 erkennbar, die unter der Schicht 4 liegenden Teile der einzelnen Titancarbidpartikel zur Oberfläche hin offen in Erscheinung treten. Untersuchungen haben gezeigt, dass Magnetkopfgleiter mit einer erfindungsgemäss gestalteten Oberfläche eine um ein Vielfaches besseres Start/Stop-Verhalten zeigen als gleich artig gestaltete, aus demselben Material bestehende Magnetkopfgleiter, deren Oberfläche der Gleitseite nicht gemäss der Erfindung modifiziert ist. Es ist noch nicht gänzlich geklärt, worauf diese wesentliche Verbesserung der Flugeigenschaften bzw. der Reibeigenschaften des erfindungsgemäss gestalteten Magnetkopfgleiters zurückzuführen ist. Man könnte einmal davon ausgehen, dass die durch das Herauslösen der TiC-Komponente aus der oberflächennahen Schicht 4 entstandenen Gruben bzw. Vertiefungen dazu geeignet sind Schmiermittel aufzunehmen, und dadurch die Schmierung zwischen Gleitern und Platte verbessert ist. Gegen diese Erklärung spricht jedoch die Tatsache, dass bei Herauslösen von Al 203 aus der Oberfläche unter Belassung von TiC bei gleich grosser Anzahl von Vertiefungen und damit gleich grossem Schmiermittelreservoir, die Flugeigenschaften gegen über einem nicht modifizierten Gleiter nicht verbessert sind. Dies wurde durch Vergleichsversuche herausgefunden. Für die Verbesserung des Flugverhaltens des erfindungsgemäss gestalteten Magnetkopfgleiters ist demnach wohl die spezielle Entfernung einer Materialkomponente, nämlich der Titancarbid-Komponente, verantwortlich. Die Gleitoberfläche 2 des Magnetkopfgleiters stellt eine reine Al203-Gleitfläche dar. Die zu den Versuchszwecken benutzte Magnetplatte enthält magnetische Partikel in einer Kunstharzschicht. Es ist aus der Gelenkprotetik, insbesondere der Hüftgelenksprotetik beim Menschen, bekannt, dass Aluminiumoxidkeramik extrem gute tribologische Eigenschaften in Zusammenarbeit mit Kunststoff aufweist. Darüberhinaus ist nicht auszuschliessen, dass der Verlauf des elektrischen Feldes zwischen der Plattenoberfläche und der Gleitoberfläche des Magnetkopfgleiters positiv beeinflusst ist und zur Verringerung der Ansammlung von Abrieb, dem sogenannten Debris, am Magnetkopfgleiter beiträgt. Ein elektrisches Feld kommt im übrigen auch bei dem hier vorliegenden elektrisch leit fähigen Magnetkopfgleiter vor aufgrund von influenzierter Ladung. Die Heraus lösung der Titancarbid-Komponente in der oberflächennahen Schicht 4 kann gemäss einem vorteilhaft zu verwendenden Verfahren durch einen reaktiven Ionenätzprozess mittels präferentiellem Ätzen erfolgen. Eine Abdeckung des Magnetkopfes 3 ist auch bei längeren Ätzzeiten als nötig nicht erforderlich, da dieser Ätzprozess keinen negativen Einfluss auf das Schreib-/Leseelement 3 hat. Das Ätzen erfolgt vorteilhafterweise in einem CF4-Plasma. Die beim reaktiven Ionenätzprozess in einem Parallel-Plattenreaktor verwendeten Prozessbedingungen sind bei einer vorteilhaften Konfiguration folgende: Plasma CF4 Flussmenge 18 ml/min Druck 8 x 10 3 mbar Leistung 1500 Watt Kathodenmaterial Ti Ätzrate > 11nm/sec Ätzzeit 30 sec Bei einer Ätzzeit von 30 sec und einer Ätzrate von etwas mehr als 1 nm/sec ergibt sich eine Dicke der Schicht 4, die grösser als 20 nm ist. Versuche mit einem derartig gestalteten Magnetkopfgleiter ergaben die vierfache Anzahl von möglichen Start/Stop-Vorgängen als bei nicht konditionierten Magnetkopfgleitern des gleichen Materials und der gleichen Form und unter sonst gleichen Bedingungen. Bei dem angewendeten Ätzverfahren werden möglicherweise auch scharfe Kanten auf der Gleitseite 2 des Magnetkopfgleiters gebrochen, wodurch Ansammlungen von Debris an diesen Kanten aufgrund influenzierter Ladungen vermindert, wenn nicht gar vermieden werden. Der erfindungsgemäss gestaltete Magnetkopfgleiter erhöht die Lebensdauer von Magnetplatten und Köpfen um ein Vielfaches gegenüber demselben Magnetkopfgleiter mit nicht behandelter Gleitoberfläche.

Claims: PATENTANSPRÜCHE 1. Magnetkopfgleiter, insbesondere für über einem Luft polster fliegende Magnetköpfe (3), bestehend aus ei nem Keramikmaterial aus Aluminiumoxid und Titancar bid, mit vorzugsweise ca. 70% Al203 und 30% TiC, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Gleitseite (2) des Gleiters (1) die Ti tancarbid-Komponente in einer oberflächennahen dünnen Schicht (4) entfernt ist. 2. Magnetkopfgleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dünne Schicht (4), in der das Titancarbid entfernt ist, zwischen 10 und 100 nm, vorzugsweise ca. 20 nm bis 50 nm, dick ist. 3. Magnetkopfgleiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfernung des Titancarbids durch einen reaktiven Ionenätzprozess durchgeführt ist. 4. Magnetkopfgleiter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das präferentielle Ätzen in einem CF4-Plasma erfolgt.

Inventors: ERTINGHAUSEN, FRIEDRICH, HEINRICH, VOLKER, DIPL.-ING., HINKEL, HOLGER, DR. DIPL.-PHYS., KAUS, GERHARD, DR. DIPL.-MINERALOGE, KEMPF, JURGEN, DR. DIPL.-PHYS., NAUTH, HANS-GEORG, DIPL.-PHYS., SCHRADER, MANFRED, DR. DIPL.-METALLURGE, Kempf, Jürgen, Dr. Dipl.-Phys.
Applicants: IBM DEUTSCHLAND GMBH, INTERNATIONAL BUSINESS MACHINES CORPORATION
Application year: 1982
Main classification: G11B5
IPC codes: G11B5, G11B21, G11B23