[发明专利]玻璃组合物

说明书

本发明提供一种杨氏模量高、密度低、不含碱金属氧化物且具有低的高温粘度的玻璃组合物。玻璃组合物，其组成按摩尔百分比表示，含有：SiO₂：52‑70％、B₂O₃：5‑10％、Al₂O₃：5‑15％、RO：10‑35％，其中RO为CaO、MgO、SrO和BaO中的一种或多种，不含碱金属氧化物。本发明使用常用的化工原料，通过合理设计组分的含量，使本发明的玻璃组合物的杨氏模量高、密度低，耐热性和化学稳定性好，在不含碱金属氧化物的条件下高温粘度低，适用于硬盘基板制作以及其他需要高杨氏模量材料的领域。

技术领域

本发明涉及一种玻璃组合物，特别是涉及一种杨氏模量高、密度较低的玻璃组合物。

背景技术

近年来，随着大数据云存储等产业的快速发展，对硬盘的读取速度提出了更高的要求，提高硬盘的读取速度最有效的方法是提高硬盘的转速。目前市场上硬盘转速通常为5200rpm-7200rpm，若要进一步提高硬盘的传输速度，需要硬盘盘片的转速到达10000rpm以上并且长期保持不变形。高速旋转下的盘片变形对硬盘来说是致命的缺陷，这就需要制作盘片的材料需要非常高的比弹率。比弹率是指材料杨氏模量和密度的比值，若材料的比弹率越大，则该材料制作的基片在高速转动中变形量越小。传统的铝合金盘片由于杨氏模量较小，约为70GPa，不适用于制作高转速硬盘。

基于以上原因，硬盘厂商趋向于使用高杨氏模量玻璃来替代铝合金材料作为硬盘使用。对于作为硬盘基片的玻璃材料来说，一般要求其杨氏模量大于80GPa,剪切模量大于35GPa,杨氏模量与密度的比值,即E(GPa)/ρ的值大于30。另外，由于磁性材料需要在高温环境下溅射到玻璃基片上，需要玻璃在600℃以上温度下不产生变形。更为重要的是，玻璃中不能含有较多气泡，若气泡较多，基板会在高速转动中发生扰动。因此，此类玻璃在组分设计中需要考虑降低高温粘度，从而易于在生产过程中排除气泡。

2003年发表的文献《硬盘基板用微晶玻璃材料研究》中描述了一种Li₂O-Al₂O₃-SiO₂-P₂O₅体系的微晶玻璃，其杨氏模量可以达到100GPa，密度低于2.60g/cm³，这样的数值对于提升硬盘的转速是非常有利的。但由于微晶玻璃的机理是在玻璃组分中析出和周围玻璃相不同的晶粒，来提高玻璃的杨氏模量和强度，而析出的晶粒和周围玻璃相的成分是不一致的，其加工性能有较大的差别。目前硬盘基板的表面粗糙度要求为左右，而微晶玻璃在目前的加工条件下达到这个标准是非常困难的，更为重要的是，玻璃基板表面中若存在晶粒，会导致存储数据的丢失，也因此微晶玻璃在玻璃硬盘基板领域很难得到广泛应用。

CN1207086A描述了一种SiO₂-Al₂O₃-RO无碱玻璃,其中RO指碱土金属氧化物，其杨氏模量能达到110GPa以上。但此类玻璃高温粘度非常高，排除气泡非常困难。另外，此类玻璃需要1600℃左右的熔炼温度，容易在玻璃内部产生夹杂物从而导致报废，而且还需要加入As₂O₃作为澄清剂才能获得气泡相对良好的玻璃。这因此带来两个方面的问题，一方面是工作在1600℃的炉体需要特殊设计，大修间隔时间比工作在1500℃短50％以上，这带来了更多的能源消耗和废弃物的排放；另一方面是As₂O₃根据现有的环保规定是禁止加入到玻璃之中的，不符合环保要求。