專利名稱：垂直磁記錄介質(zhì)中的合金靶材及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制備垂直磁記錄介質(zhì)中的軟磁膜層的合金濺射靶材。本發(fā)明還涉及一種制備該合金靶材的方法。
背景技術(shù)：
隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們需要越來越高的數(shù)據(jù)存儲密度，而磁記錄存儲是數(shù)據(jù)存儲的最主要的方式，這就要求磁性材料中單個記錄位的面積越來越小。因此，磁記錄密度的提高面臨著巨大的挑戰(zhàn)，其中最重要的就是需要克服超順磁極限所帶來的挑戰(zhàn)，這就要求采用垂直磁記錄方式，因?yàn)榇怪贝庞涗浄绞侥軌蛲黄?50GB/in2的記錄面密度。垂直磁記錄介質(zhì)是實(shí)現(xiàn)超高密度垂直磁存儲的重要一環(huán)，與傳統(tǒng)的縱向磁記錄介質(zhì)相比，垂直磁記錄可以達(dá)到更高記錄密度，縱向磁記錄系統(tǒng)中，介質(zhì)在與介質(zhì)表面平行的方向上被磁化， 垂直磁記錄系統(tǒng)中，在與介質(zhì)表面垂直的方向上被磁化，可實(shí)現(xiàn)單位記錄位的進(jìn)一步減小。
垂直磁記錄材料需要具備如下特點(diǎn)(1)高的矯頑力是磁矩翻轉(zhuǎn)難易的標(biāo)志，為了能在熱擾動和雜散場的影響下保持記錄數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，必須要求有高的矯頑力；(2)高的矩形比(Mr/Ms )和適中的飽和磁化強(qiáng)度高的剩余磁化強(qiáng)度(Mr )與剩余磁化強(qiáng)度(Ms )的比值，是滿足足夠大的讀出信號和信噪比的必然要求，現(xiàn)在要求材料的矩形比都要在0. 95 以上。過高的飽和磁化強(qiáng)度會降低讀出信號的信噪比，為了得到大的讀出信號，低飽和磁化強(qiáng)度的材料要相對較厚，這對生長工藝提出了額外的要求，并且增加了寫入信息的困難，這樣做也不利于面密度的提高；(3)磁性晶粒之間足夠低的耦合在磁記錄介質(zhì)的制備工藝中，磁性晶粒之間的退耦合是一個重要的問題。晶粒間過強(qiáng)的耦合和會降低信噪比，并且在一個記錄位寫入信息時，會影響到周圍記錄位信息；(4)直徑分布均勻的、小的磁性晶粒 磁性晶粒直徑過大和不均勻會導(dǎo)致信噪比降低；此外，小的磁性粒子也是提高面密度的必然選擇；(5)適中的居里溫度考慮到熱輔助的垂直磁記錄方式，磁性材料的居里溫度應(yīng)該適中，因?yàn)槿绻判圆牧系木永稂c(diǎn)過高，則在該技術(shù)適用溫度下(如150°C左右)，矯頑力隨溫度的變化不明顯，達(dá)不到熱輔助的效果；而如果磁性材料的居里點(diǎn)過低，其熱穩(wěn)定性差， 由于硬盤在使用時會發(fā)熱，記錄信息容易丟失。
為了獲得具有上述性質(zhì)的高性能垂直磁記錄薄膜材料，對于用于制造軟磁膜的合金靶材而言，需要具備如下性能，才能獲得性能優(yōu)良的薄膜(1)要求合金靶材必須有一定的純度，一般而言，要求純度高于99. 9% ； (2)要求合金靶材的合金成分在在各個部位的分布均勻；(3)要求合金靶材的微觀組織在各個部位均勻分布；(4)要求合金靶材具有較高的透磁率，即，有較多的磁力線能夠穿過靶材，一般透磁率要求大于50%。
中國專利CN102149836A提供了一種在垂直磁記錄介質(zhì)中的軟磁膜層的合金，這種合金包含以原子%計的下列各項=Fe :10 45% ；Ni 廣25% ；Zr、Hf、Nb、Ta和B中的一種或多種Jr+Hf+Nb+Ta+B/2之和為5 10%，其中B為0 7%的量；以及Al和Cr中的一種或多種 Al+Cr之和為(Γ5% ；以及作為余量的Co和不可避免的雜質(zhì)37%以上，并且所述合金以原子比計滿足下列各項:Fe/ (Fe+Co+Ni):0. Γθ. 5 ；以及 Ni/ (Fe+Co+Ni):0. Γθ. 25。該專利的3特點(diǎn)在于合金靶材的耐蝕性好，透磁率高的特點(diǎn)，由于使用粉末冶金燒結(jié)的方法制造和選擇的原料的原因，微觀組織的各相異性能較小。
中國專利CN1995443A提供了一種垂直磁記錄介質(zhì)軟磁性底層用鈷基合金靶材的制造方法，包括下述步驟，量取Co、Ta、Zr三種元素原料放入坩堝中，進(jìn)行真空熔煉并澆鑄成鑄錠，將所得鑄錠進(jìn)行熱等靜壓，后進(jìn)行熱軋變形；將熱軋錠進(jìn)行機(jī)加工制得所需形狀的靶材。該專利的特點(diǎn)在于保證了材料的微觀組織性能，透磁率高的特點(diǎn)，但工藝過程還是較為復(fù)雜。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種用于在垂直磁記錄介質(zhì)中的軟磁膜層的合金靶材，該合金靶材具有高的透磁率、適中的磁飽和強(qiáng)度、非結(jié)晶性較好且具有較好的耐腐蝕性等特點(diǎn)，該靶材可以有效地用于磁控濺射。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種垂直磁記錄介質(zhì)中的合金靶材，所述合金靶材具體是一種Tb-Fe-Co基合金靶材，其原子比的組成式為(C0x-FeiQQ_x) 100_ (Y+z)-TbY-Mz，其中， 5彡X彡20，15彡Y彡40，2彡Z彡15，所述組成式中的M元素為從Ta、Nb、Zr中選出的一種或兩種元素，其中Te的原子比為40% 70%，Co的原子比為5% 30%，作的原子比為20% 40%， Ta, Nb, Zr中一種或兩種的原子比為2% 15%。
本發(fā)明還提供一種制備上述合金靶材的方法，所述方法包括以下步驟(1)按所設(shè)計的Tb-Fe-Co基合金靶材的元素含量計算所需的Tb、Fe、Co、三種或三種以上元素的重量，要求所有原料的純度均高于99. 9% ；(2)將(1)步所取的原料放入真空熔煉爐中，熔煉并澆鑄成錠，熔煉溫度為 1400^1600°C，熔煉前先將真空度抽至6. 67 X 10 ,然后通入Ar保護(hù)氣體，熔煉時的真空度為 1. OXKT1Pa ；(3)將(2)步所得熔煉合金錠進(jìn)行一次低溫?zé)彳堊冃翁幚砗蛢纱胃邷責(zé)彳堊冃翁幚恚蜏責(zé)彳垳囟葹?0(T50(TC，高溫?zé)彳垳囟仍?0(Γ1150 ，要求軋制時道次變形率小于30% ；(4)將(3)步所得的錠進(jìn)行機(jī)加工制得所需形狀的靶材與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明提供一種用于在垂直磁記錄介質(zhì)中的軟磁膜層的合金靶材，用熔煉的方法讓Tb 均勻分布在i^e-Co基合金靶材的微觀組織中，通過后期扎制的方式，控制組織結(jié)構(gòu)，獲得了純度高、成分均勻、微觀組織均勻、非結(jié)晶性能好、各向異性的合金靶材。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明涉及一種Tb-Fe-Co基合金靶材，其原子比的組成式為(Cox-Fe100_x) 100- (Y+z)-TbY-Mz，其中，5 < X ^ 20,15 ^ Y ^ 40,2 ^ Z ^ 15，所述組成式中的 M 元素為從 Ta,Nb,Zr中選出的一種或兩種元素的濺射靶材。在微觀組織中，Tb、Ta、NbJr微細(xì)均勻分布在以為主體的合金組成的相中。
鐵磁性物質(zhì)Fe、Ni、Co單晶，沿不同晶軸方向的磁化曲線各不相同，如Co單晶體在wool]方向的最易磁化，此軸為易磁化軸，而[1010]晶軸方向最難磁化，為難磁化軸，這種與晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)的各向異性為磁晶各向異性。合金靶材的特點(diǎn)則在于根據(jù)材料的特性，保持材料特有的磁學(xué)性質(zhì)外，還必須保證一定的透磁率，使得更加有效地進(jìn)行濺射，形成高質(zhì)量的磁記錄薄膜。稀土原子的磁各向異性和非晶態(tài)RE-TM金屬的感生垂直各向異性密切相關(guān)。重稀土金屬具有大的磁晶各向異性，來源于4f軌道磁矩和晶場的作用，要比Fe、Co 的情況大100-1000倍。所以單原子各向異性能大的Tb、Dy和Co感生的非晶組織的各向異性能也大。合金靶材中添加高的Tb含量，讓Tb均勻分布在!^e-Co基合金靶材的微觀組織中，可以降低合金靶材的導(dǎo)磁率。從耐腐蝕性的角度而言，添加重稀土金屬的i^-Co系合金，狗含量原子比低于33%將降低合金靶材的飽和磁通密度，！^含量原子比高于7 將會是使得合金靶材的耐蝕性變差。Co的耐蝕性能強(qiáng)于鐵，增加Co的含量，能夠增強(qiáng)合金靶材的耐蝕性能。Ta、Nb、& 分別是具有和i^、Co相關(guān)的共晶相圖，并且容易形成非結(jié)晶相， 以提高透磁率。
考慮合金靶材的透磁率、飽和磁通密度及耐蝕性，基于過程中可能產(chǎn)生的中間合金，優(yōu)選地，為了提高合金靶材的飽和磁通密度，確定狗的原子比為409Γ70%，為提高合金靶材的耐蝕性不損失飽和磁通密度，Co的原子比為59Γ30% ；為提高靶材的透磁率和非結(jié)晶性，Tb的原子比為20% 40%，為了增加合金靶材的非結(jié)晶共晶相，Ta、Nb、Zr中一種或兩種的原子比為2% 15%。
為了提高合金靶材的微觀組織均勻分布、高透磁率，本發(fā)明還提供一種制備上述 Tb-Fe-Co基合金靶材的方法，所述方法包括以下步驟(1)按所設(shè)計的Tb-Fe-Co基合金靶材的元素含量計算所需的Tb、Fe、Co、三種或三種以上元素的重量，要求所有原料的純度均高于99. 9% ；(2)將(1)步所取的原料放入真空熔煉爐中，熔煉并澆鑄成錠，熔煉溫度為 1400^16000C，熔煉前先將真空度抽至6. 67 X 10 ,然后通入Ar保護(hù)氣體，熔煉時的真空度為 1. OXKT1Pa ；(3)將(2)步所得熔煉合金錠進(jìn)行一次低溫?zé)彳堊冃翁幚砗蛢纱胃邷責(zé)彳堊冃翁幚?，低溫?zé)彳垳囟葹?0(T50(TC，高溫?zé)彳垳囟仍?0(Γ1150 ，要求軋制時道次變形率小于30% ；(4)將(3)步所得的錠進(jìn)行機(jī)加工制得所需形狀的靶材。
實(shí)施實(shí)例1(1)按所設(shè)計的Tb-Fe-Co基合金靶材的元素含量計算所需的Tb、Fe、Co三種元素的重量，原子百分比 Tb :Fe :Co=22:65:13，Tb 的純度為 99. 9%, Fe 為 99. 99%, Co 為 99. 99% ；(2)將(1)步所取的原料放入真空熔煉爐中，熔煉并澆鑄成錠，熔煉溫度為1500°C，熔煉前先將真空度抽至6. 67X 10_3Pa，然后通入Ar氣體，熔煉時的真空度為1. OX 10.1! ；(3)將(2)步所得熔煉合金錠進(jìn)行一次低溫?zé)彳堊冃翁幚砗蛢纱胃邷責(zé)彳堊冃翁幚?，低溫?zé)彳垳囟葹?50°C，高溫?zé)彳垳囟仍?00°C，軋制時道次變形率為20% ；(4)將(3)步所得的錠進(jìn)行機(jī)加工制得所需形狀的靶材。
對比實(shí)例2(1)按所設(shè)計的Tb-Fe-Co基合金靶材的元素含量計算所需的Tb、Fe、Co三種元素的重量，原子百分比 Tb :Fe :Co =8 :65 :27，Tb 的純度為 99. 9%, Fe 為 99. 99%, Co 為 99. 99% ；(2)將(1)步所取的原料放入真空熔煉爐中，熔煉并澆鑄成錠，熔煉溫度為1500°C，熔煉前先將真空度抽至6. 67X 10_3Pa，然后通入Ar氣體，熔煉時的真空度為1. OX 10.1! ；(3)將(2)步所得熔煉合金錠進(jìn)行一次低溫?zé)彳堊冃翁幚砗蛢纱胃邷責(zé)彳堊冃翁幚?，低溫?zé)彳垳囟葹?50°C，高溫?zé)彳垳囟仍?00°C，軋制時道次變形率為20% ； (4)將(3)步所得的錠進(jìn)行機(jī)加工制得所需形狀的靶材。
對比實(shí)例3(1)按所設(shè)計的合金靶材的元素含量計算所需的Tb、Fe、&三種元素的重量，原子百分比 Tb :Fe :Zr =22 :65 :13，Tb 的純度為 99. 9%, Fe 為 99. 99%, Zr 為 99. 99% ；(2)將(1)步所取的原料放入真空熔煉爐中，熔煉并澆鑄成錠，熔煉溫度為1550°C，熔煉前先將真空度抽至6. 67X 10_3Pa，然后通入Ar氣體，熔煉時的真空度為1. OX 10.1! ；(3)將(2)步所得熔煉合金錠進(jìn)行一次低溫?zé)彳堊冃翁幚砗蛢纱胃邷責(zé)彳堊冃翁幚恚蜏責(zé)彳垳囟葹?00°C，高溫?zé)彳垳囟仍?00°C，軋制時道次變形率為15% ；(4)將(3)步所得的錠進(jìn)行機(jī)加工制得所需形狀的靶材。
實(shí)施實(shí)例4(1)按所設(shè)計的Tb-Fe-Co基合金靶材的元素含量計算所需的Tb、Fe、Co、Ta四種元素的重量，原子百分比 Tb =Fe =Co =Ta =22 :54 :13 11，Tb 的純度為 99. 9%, Fe 為 99. 99%，Co 為 99. 99%, Ta 為 99. 99% ；(2)將(1)步所取的原料放入真空熔煉爐中，熔煉并澆鑄成錠，熔煉溫度為1550°C，熔煉前先將真空度抽至6. 67X 10_3Pa，然后通入Ar氣體，熔煉時的真空度為1. OX 10.1! ；(3)將(2)步所得熔煉合金錠進(jìn)行一次低溫?zé)彳堊冃翁幚砗蛢纱胃邷責(zé)彳堊冃翁幚?，低溫?zé)彳垳囟葹?00°C，高溫?zé)彳垳囟仍?00°C，軋制時道次變形率為15% ；(4)將(3)步所得的錠進(jìn)行機(jī)加工制得所需形狀的靶材。
實(shí)施實(shí)例5(1)按所設(shè)計的Tb-Fe-Co基合金靶材的元素含量計算所需的Tb、Fe、Co、Zr四種元素的重量，原子百分比 Tb =Fe =Co =Zr =22 :54 :13 11，Tb 的純度為 99. 9%, Fe 為 99. 99%，Co 為 99. 99%, Zr 為 99. 99% ；(2)將(1)步所取的原料放入真空熔煉爐中，熔煉并澆鑄成錠，熔煉溫度為1550°C，熔煉前先將真空度抽至6. 67X 10_3Pa，然后通入Ar氣體，熔煉時的真空度為1. OX 10.1! ；(3)將(2)步所得熔煉合金錠進(jìn)行一次低溫?zé)彳堊冃翁幚砗蛢纱胃邷責(zé)彳堊冃翁幚?，低溫?zé)彳垳囟葹?00°C，高溫?zé)彳垳囟仍?00°C，軋制時道次變形率為15% ；(4)將(3)步所得的錠進(jìn)行機(jī)加工制得所需形狀的靶材。
實(shí)施實(shí)例6(1)按所設(shè)計的Tb-Fe-Co基合金靶材的元素含量計算所需的Tb、Fe、Co、Ta、Nb五種元素的重量，原子百分比Tb =Fe =Co =Ta、Nb=22 :54 :13 :9 :2，Tb的純度為99. 9%，F(xiàn)e為 99. 99%, Co 為 99. 99%, Ta 為 99. 99%, Nb 為 99. 99% ；(2)將(1)步所取的原料放入真空熔煉爐中，熔煉并澆鑄成錠，熔煉溫度為1550V，熔煉前先將真空度抽至6. 67X 10_3Pa，然后通入Ar氣體，熔煉時的真空度為1. OX 10.1! ；(3)將(2)步所得熔煉合金錠進(jìn)行一次低溫?zé)彳堊冃翁幚砗蛢纱胃邷責(zé)彳堊冃翁幚?，低溫?zé)彳垳囟葹?00°C，高溫?zé)彳垳囟仍?00°C，軋制時道次變形率為15% ；(4)將(3)步所得的錠進(jìn)行機(jī)加工制得所需形狀的靶材。
權(quán)利要求
1.一種垂直磁記錄介質(zhì)中的合金靶材，其特征在于所述合金靶材具體是一種 Tb-Fe-Co基合金靶材，其原子比的組成式為(Cox-FeiQ(1_x)1(1(1_ (Y+z)-TbY_Mz，其中，5彡X ^ 20, 15 ^ Y^ 40,2 ^ Z^ 15，所述組成式中的M元素為從Ta、Nb、Zr中選出的一種或兩種元素，其中=Fe的原子比為409T70%，Co的原子比為5% 30%，Tb的原子比為20% 40%，Ta,Nb, Zr中一種或兩種的原子比為2°/Γ 5%。
2.一種制備權(quán)利要求1所述的合金靶材的方法，其特征在于所述方法包括以下步驟(1)按所設(shè)計的Tb-Fe-Co基合金靶材的元素含量計算所需的Tb、Fe、Co、三種或三種以上元素的重量，要求所有原料的純度均高于99. 9% ；(2)將(1)步所取的原料放入真空熔煉爐中，熔煉并澆鑄成錠，熔煉溫度為 1400^16000C，熔煉前先將真空度抽至6. 67 X 10 ,然后通入Ar保護(hù)氣體，熔煉時的真空度為 1. OXKT1Pa ；(3)將(2)步所得熔煉合金錠進(jìn)行一次低溫?zé)彳堊冃翁幚砗蛢纱胃邷責(zé)彳堊冃翁幚?，低溫?zé)彳垳囟葹?0(T50(TC，高溫?zé)彳垳囟仍?0(Γ1150 ，要求軋制時道次變形率小于30% ；(4)將(3)步所得的錠進(jìn)行機(jī)加工制得所需形狀的靶材。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種垂直磁記錄介質(zhì)中的合金靶材，其特征在于所述合金靶材的原子比組成式為(CoX-Fe100-X)100-(Y+Z)-TbY-MZ，其中，5≤X≤20，15≤Y≤40，2≤Z≤15，所述組成式中的M元素為從Ta、Nb、Zr中選出的一種或兩種元素，其中Fe的原子比為40%~70%，Co的原子比為5%~30%，Tb的原子比為20%~40%，Ta、Nb、Zr中一種或兩種的原子比為2%~15%。本發(fā)明提供一種用于在垂直磁記錄介質(zhì)中的軟磁膜層的合金靶材，用熔煉的方法讓Tb均勻分布在Fe-Co基合金靶材的微觀組織中，通過后期扎制的方式，控制組織結(jié)構(gòu)，獲得了純度高、成分均勻、微觀組織均勻、非結(jié)晶性能好、各向異性的合金靶材。
文檔編號C22C38/14GK102517497SQ20111044020
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月26日
發(fā)明者王廣欣, 王樹森, 鐘小亮 申請人:江陰品源新材料科技有限公司