具有富碳涂层的底物制造技术

提供一种磁性记录介质，它包括聚合物挠性底物和涂在该底物上的磁性层，该磁性层上附着了一层无粘接材料的富碳涂层，富碳涂层等离子体沉积到一种底物上的方法，已知ａ. 将底物置于真空室中；ｂ. 通过将适宜提供富碳涂层的等离子体气体注入到细长空心阴极中在真空室中产生富碳等离子体；提供足够的电压以产生和维持等离子体；和在真空室中为等离子体维持足够的真空；和ｃ. 在射频偏压电极作用磁性介质的同时，将底物暴露到等离子体中以使等离子体朝着底物加速并在底物上沉积富碳涂层。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有富碳外层的底物，特别是具有富碳外层的磁性记录介质和一种等离子体沉积涂层的方法。磁性记录介质通常由附着到底物上的可磁化材料组成。一种普通的磁性介质由可磁性固化的颜料粘接涂料组成(后者由可磁化颜料颗粒于聚合物粘接剂中的分散体制得)，涂在挠性、通常是聚合物的非磁性载体上。磁性介质有各种各样包括音频和视频和视频磁带，计算机软盘和拉伸表面记录磁盘(SSR)，SSR通常由一种硬的圆形载体和一种有一适于附到该载体的周向的记录层的薄聚合物膜组成。参见例如US patent No.4，623，570。为最佳操作，磁性介质应有极平滑耐用的记录表面，具有最小的摩擦系数。目前的记录介质，摩擦系数常常随环境湿度的变化而变化。这在介质于各种使用环境下操作时，引起了不希望的变化。润滑剂常用于磁性介质中以有助于降低介质与记录磁头间的磨损。润滑剂或者在涂覆前加到粘接材料和可磁化颗粒分表散体中或作为外涂层加入并浸渍到磁性层中。良好的确性介质应有足够的表面电导率以避免在使用时于产生静电。例如涂在非导体挠性底物上的非导体磁性层如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚酰胺，为达到适当的电导性，可能需要作一些特殊处理。这可通过在涂覆前加一种导体如炭黑到磁性颜料中来完成。另一种方法是将非磁性炭黑涂料涂到挠性底物的背面或涂在介质正面的磁性层下。这些提供电导性的每种方法都有缺陷。当炭黑加到磁性层中，导致信号损失，因为炭黑占据了供磁性颜料可能占据的空间。另涂炭黑层需要额外的加工步骤，因此是昂贵的且降低了生产率。目前的磁性介质，水蒸汽能渗入磁性层而使其寿命缩短。极易渗入水蒸汽和氧的磁性层也使细菌易于生长或使磁性颜料氧化。碳涂层已应用到硬盘和非粘接料型磁性介质中，参见如US patent No.4，833，031，但在耐用性，渗透性方面并不成功，摩擦系数随环境湿度变化的稳定性也很差。挠性磁性介质通常通过使用表面涂润滑剂和使用炭黑以提高电导性从而提高其寿命。用等离子体沉积制备碳涂层的方法以前就有，但有缺陷。U.S.patent No.4，645，977公开了一种使用感应等离子体形成碳膜的方法。使用高气流，高压和高能量导致碳粉的形成而不是光滑、坚硬和碳膜。尽管已经可获得碳涂层和等离子体沉积碳涂层的设备，但仍需要有含可磁化颜料的聚合层的挠性碳性介质，它不需要分散在粘接料层或另外的导电层中的导电颗粒。也需要很耐用且有较低摩擦系数(该系数在从0到100%的环境湿度范围内是稳定的)的磁性介质。也需要一种水蒸汽和氧气基本不渗透的磁性记录介质。本专利技术提供一种磁性记录介质，它包括上面涂有磁性层的底物和附着到磁性层上不含粘接料的富碳涂层。该底物既是聚合物的也是挠性的，富碳层包括至少50原子百分数的碳，通常包括70-95原子百分数的碳，0.1-20原子百分数的氮，0.1-15原子百分数的氧和0.1-40原子百分数的氢。富碳层最好不渗水蒸汽和氧气，Molls硬度约5-8和表面电导率约108-1012欧姆/方(ohms/square)。当暴露到从0到100%的环境湿度时，带有富碳涂层的磁性记录介质最好有基本稳定的动摩擦系数。本专利技术也提供一种在底物(包括磁性介质)上等离子体沉积富碳涂层的方法，它包括下列步骤(a)将底物置于真空室中;(b)借下列步骤在真空室中产生富碳等离子体(1)将适宜提供富碳涂层的等离子体气体注入到空心阴极中，(2)提供足够的电压以产生和维持等离子体，和(3)在所述真空室中为所述等离子体维持一足够的真空;和(4)当射频偏压设置作用于该底物时，将底物暴露于等离子体中，借此等离子体向底物加速并作为富碳涂层沉积在其上。虽然本专利技术书后面涉及磁性记录介质，但所描述的方法能用来沉积碳涂层到任何能用等离子体沉积辉光放电方法涂覆的底物。这样的底物包括(仅作为例子)薄膜;纤维带;板或盘;和模塑的，机加工的或其它结构元件。通常，底物厚度不超过1cm。等离子体气体是提供富碳涂层所需组分的任何适宜的气源如饱和不饱和烃，含氮烃，含氧烃，含卤烃和含硅烃。等离子体气体可以是气态或汽化的液体，也可以包括载气如氩气。对某些应用，可能也需要使用含氮气体。通常，射频偏压设备是射频偏压电极，其频率约25KHz到400KHz，偏压约-100到-1500伏。有可能增加频率范围高达且包括兆赫兹范围。优选的产生电压的方法是借助于脉冲DC电源。产生并维持在空心电极中的电压通常为-30到-4000伏;低压为-1000V是最常见的。供给空心电极的功率通常为200到12000瓦，更常见为500到2000瓦。空心阴极优选由石墨或耐火金属如钨，钽或钼制成，且通常长度与直径之比约为15∶1到1∶30。当空心阴极不是圆形横载段时，“直径”意味着最大的横载面尺寸。当涂覆热敏性底物时，空心阴极最好水冷。优选在等离子体沉积期间底物与射频偏压电极(例如铜板)接触。真空值通常维持在约1-300毫托，优选5-50毫托，且总进料气体流率通常约为10-500sccm。磁性介质优选上述颜料粘接剂型，带有涂在可磁化层上的富碳层。也可包括产生富碳等离子体的一个或多个附加空心阴极。附加阴极能在磁性介质上提供多于一种类型的涂层或提高富碳层堆积速率。用于本文中的术语“富碳”意味着富碳层有至少约50原子百分数碳。用于本文的修饰磁性介质的术语“挠性”表示与磁性数据记录硬盘(例如Winchester或硬盘)的挠曲刚度相比，磁性记录介质具有低的挠曲刚度D。D定义为D＝ (Ed3)/(12(1-V))其中d＝(记录层+底物)的厚度(m)E＝(记录层+底物)的杨氏模量(N/m2)V＝(记录层+底物)的泊松比用于本文中的与富碳层有关的术语“基本不渗透”意味着200埃(A)厚的富碳层是水蒸汽和氧的阻挡层，且允许透过该层的水蒸汽小于2克/m2·天和氧气小于2cM3/M2-day-atm.氧渗透率按ASTM Testmethod D-3985法使用Modern Controls，Inc.，Minneapolis，Minnesota制备的Mocon Permeahility Tseter测试。测试室用氮气冲洗以置换背景氧气，进行第一次氧渗透率测试。然后向测试室中导入氧气，在规定时间后进行第二次渗透率测试。第一次和第二次测试值差作为渗透率。用于本文中的与磁性记录介质动态摩擦系数有关的“基本稳定”表示动态摩擦系数在规定的条件范围内变化不超过20%。附图说明图1是本专利技术喷射等离子体蒸汽沉积装置示意图;图2是对比例磁性介质摩擦系数(Y)与相对湿度%(X轴)关系的曲线图;图3是本专利技术磁性介质摩擦系数(Y轴)与相对湿度%(X轴)关系的曲线图;图4是磁性介质剥落力(lb/in)(Y轴)与剥落速率(in/min)(X轴)关系的曲线图。本专利技术提供一种带有富碳外层的磁性记录介质。本专利技术也提供一种用喷射等离子体沉积法在磁性介质上沉积优异的富碳涂层的方法。优选的用本专利技术方法可涂覆的磁性介质通常包括一种在粘接剂中的可磁化颗粒的聚合分散体(磁性层)，在一挠性非磁性载体上作为涂层。涂料也可用本专利技术的新方法涂到其它记录介质上，例如涂到包括沉积在一底物上的磁性薄膜的介质上。磁性薄膜可以是无聚合粘接剂的可磁化层如蒸汽沉积的钴-镍或钴-铬层或溅射的钡铁层。富碳涂层被沉积并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在底物上等离子体沉积富碳涂层的方法，它包括下列步骤：ａ. 将底物置于真空室中；ｂ. 借下列步骤在该真空室中产生富碳等离子体；（ｉ）向空心阴极中注入适于提供富碳涂层的等离子体；（ｉｉ）提供足够的电压以在该空心阴极产生并维持富碳 等离子；（ｉｉｉ）在所这真空中为所述等离子体维持足够的真空；ｃ. 将所述底物暴露在所述等离子体中，同时将所述底物紧靠射频偏压设备，借此所述等离子体朝着所述底物加速并作为富碳涂层沉积在该底物上。

【技术特征摘要】
1.一种在底物上等离子体沉积富碳涂层的方法，它包括下列步骤a.将底物置于真空室中；b.借下列步骤在该真空室中产生富碳等离子体；(i)向空心阴极中注入适于提供富碳涂层的等离子体；(ii)提供足够的电压以在该空心阴极产生并维持富碳等离子；(iii)在所这真空中为所述等离子体维持足够的真空；c.将所述底物暴露在所述等离子体中，同时将所述底物紧靠射频偏压设备，借此所述等离子体朝着所述底物加速并作为富碳涂层沉积在该底物上。2.权利要求1的方法，其中底物是磁性记录介质。3.权利要求1的方法，其中所述的等离子体气体包括选自下列的气体饱和和不饱和烃，含氮烃，含氧烃，含卤烃，和含硅烃。4.权利要求1的方法，其中射频偏压设备的频率为25KHz到400KHz，偏压电压为100伏到1500伏。5.权利要求1的方法，其中在所述真空室中产生和维持的电压由脉冲DC电源来完成。6.权利要求1的方法，其中空心阴极包括选自下列的耐火材料石墨，钼，钨和钽。7.权利要求1的方法，其中在等离子体沉积时底物与射频偏压设备接触且所述的射频偏压设备为导电板。8.权利要求1的方法，其中真空室中的真空维持在约1到300毫托。9.权利要求1的方法，其中等离子体气体以约10到500sccm的总进料气体流率注入到空心阴极中。10.权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：GA科勒，RW杜斯特，DP思图博，
申请(专利权)人：明尼苏达州采矿制造公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]