JP2014038669A - 磁気記録用軟磁性用合金およびスパッタリングターゲット材並びに磁気記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】 特に飽和磁束密度、非晶質性（アモルファス性）、および耐食性を確保し、かつ耐サーマルショック性に優れた磁気記録用軟磁性用合金およびそれを用いたスパッタリングターゲット材並びに磁気記録媒体を提供する。
【解決手段】 ａｔ．比で、１００Ｆｅ／（Ｆｅ＋Ｃｏ）：０〜７０％を含み、かつ下記（Ａ）群の各種元素の１種または２種を１０〜３０％含有し、残部Ｃｏおよび不可避的不純物からなることを特徴とする磁気記録用軟磁性合金。（Ａ）Ｍｏ，Ｗ
【選択図】 なし

Description

本発明は、磁気記録媒体における軟磁性薄膜層用アモルファス合金およびスパッタリングターゲット材並びに磁気記録媒体に関する。

近年、垂直磁気記録の進歩は著しく、ドライブの大容量化のために、磁気記録媒体の高記録密度化が進められており、従来普及していた面内磁気記録媒体により、さらに高記録密度が実現できる、垂直磁気記録方式が実用化されている。ここで、垂直磁気記録方式とは、垂直磁気記録媒体の磁性膜中の媒体面に対して磁化容易軸が垂直方向に配向するように形成したものであり、高記録密度に適した方法である。

そこで、最近では１０ｋＧ程度の比較的小さい磁性（Ｂｓ）の合金組成を持つ軟磁性薄膜が使用されつつある。例えば、特開２０１１−１８１１４０号公報（特許文献１）に開示されているように、軟磁性膜としてＦｅ−Ｃｏ系合金中にアモルファス性と結晶化温度を高めるための最適な元素としてＮｂおよび／またはＴａとＢとを選択し、アモルファス性が高く、かつ高い結晶化温度を有する磁気記録媒体に用いられるＦｅ−Ｃｏ系合金軟磁性膜が提案されている。

また、特開２０１１−８６３５６号公報（特許文献２）に開示されているように、下地層の飽和磁束密度（Ｍｓ）を高めつつ、中間層の核発生を抑制する効果を維持することによって、優れたオーバーライト（ＯＷ）特性を得ることを可能とした垂直磁気記録媒体、並びにそのような垂直磁気記録媒体を備えた磁気記録再生装置が提案されている。

また、特開２００８−２９９０５号公報（特許文献３）に開示されているように、飽和磁束密度、非晶質性、耐候性に優れた垂直磁気記録媒体における軟磁性膜層用合金が提案されている。しかし、その合金の成分組成がＺｒ，Ｈｆ，Ｎｂ，ＴａにＡｌ，Ｃｒを含有させたＦｅＣｏ系合金であって、ＦｅＣｏ系合金に主成分とするＭｏ，Ｗを含有させたものではない。

また、特開２０１１−２０８２６５号公報（特許文献４）や特開２０１１−２１４０３９号公報（特許文献５）には、磁気記録媒体や光磁気（ＭＯ）記録媒体の製造に利用され、高い磁場透過率（ＰＴＦ）を有するスパッタリングターゲットの製造方法において、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉを主成分とし、これに主成分以外の１つの元素を含む粉末原料を熱間で成形し、冷却したターゲットの製造方法や、さらに機械加工した後熱処理し、透過率を低減したターゲットの製造方法が提案されている。この方法に係る成分組成は、いずれもＭｏ，Ｗの含有量が低いためにＢｓが高すぎ、本発明が特徴とする１０ｋＧ以下の小さいＢｓを有する組成とは異なる。

また、特開２０１２−４８７６７号公報（特許文献６）には、垂直磁気記録媒体における軟磁性層膜として用いるＣｏ−（Ｚｒ，Ｈｆ）−Ｂ系合金およびスパッタリングターゲット材並びに磁気記録媒体が提案されている。しかし、この特許文献はＺｒ，Ｈｆの含有量を５ａｔ％以上と高い成分組成を対象としたものである。

さらに、特開２０１２−１０８９９７号公報（特許文献７）には、垂直磁気記録媒体における軟磁性層膜として用いるＣｏ−（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ）系合金およびスパッタリングターゲット材並びに磁気記録媒体が提案されている。しかし、この合金成分の場合も、上記特許文献６と同様に、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆの含有量が５ａｔ％以上と高い成分組成を対象としたものである。
特開２０１１−１８１１４０号公報 特開２０１１−８６３５６号公報 特開２００８−２９９０５号公報 特開２０１１−２０８２６５号公報 特開２０１１−２１４０３９号公報 特開２０１２−４８７６７号公報 特開２０１２−１０８９９７号公報

その一方で、このようにＴａやＮｂを１０％を超えて多量に添加したスパッタリングターゲットや、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆのような５％以上を超えて多量に添加したスパッタリングターゲットでは、スパッタリングターゲットを使用、すなわち、スパッタリング中にスパッタリングターゲットが割れる現象が起きることがある。その理由は明確ではないが、スパッタリング中にはスパッタリングターゲットのスパッタされる面では数百度から１０００℃を超えると推定されるように加熱される一方、反対側の面はスパッタリング装置の冷却板に密着しており、常温に維持されているように、スパッタリングターゲットの厚みの中に大きな熱勾配を有すると共に、スパッタリングが数秒単位でオンオフが繰り返されるような、厳しい熱環境が割れの原因と推定される。このような熱環境下でも割れないスパッタリングターゲットの特性を、「耐サーマルショック性」と呼ぶことにする。

上述した問題を解消するために鋭意開発を進めた結果、ＭｏＷはＦｅＣｏに固溶度を有し、それ故生成する金属間化合物量が低減すること、およびＦｅＣｏ固溶体にＭｏＷが固溶して熱膨張率が金属間化合物に近づくことにより、耐サーマルショック性が改善されることを見出し発明に至った。その発明の要旨とするところは
（１）ａｔ．％比で、１００Ｆｅ／（Ｆｅ＋Ｃｏ）：０〜７０、かつ下記（Ａ）群の各種元素の１種または２種を１０〜３０％含有し、残部Ｃｏおよび不可避的不純物からなることを特徴とする磁気記録用軟磁性合金。
（Ａ）Ｍｏ，Ｗ

（２）前記（１）に記載した磁気記録用軟磁性合金に加え、ａｔ．％で、下記（Ｂ）群の各種元素の１種または２種以上を５％未満含有し、残部Ｃｏおよび不可避的不純物からなることを特徴とする磁気記録用軟磁性合金。
（Ｂ）Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ
（３）前記（１）または（２）に記載した磁気記録用軟磁性合金に加え、ａｔ．％で、下記（Ｃ）群の各種元素の１種または２種以上を０．５％未満含有し、残部Ｃｏおよび不可避的不純物からなることを特徴とする磁気記録用軟磁性合金。
（Ｃ）Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ

（４）前記（１）〜（３）のいずれか１項に記載した磁気記録用軟磁性合金に加え、ａｔ．％で、下記（Ｄ）群の各種元素の１種または２種を３０％以下含有し、残部Ｃｏおよび不可避的不純物からなることを特徴とする磁気記録用軟磁性合金。
（Ｄ）Ｎｉ，Ｍｎ
（５）前記（１）〜（４）のいずれか１項に記載した磁気記録用軟磁性合金に加え、ａｔ．％で、下記（Ｅ）群の各種元素の１種または２種以上を１０％以下含有し、残部Ｃｏおよび不可避的不純物からなることを特徴とする磁気記録用軟磁性合金。
（Ｅ）Ｃｒ，Ａｌ，Ｃｕ

（６）前記（１）〜（５）のいずれか１項に記載した磁気記録用軟磁性合金に加え、ａｔ．％で、下記（Ｆ）群の各種元素の１種または２種以上を１０％以下含有し、残部Ｃｏおよび不可避的不純物からなることを特徴とする磁気記録用軟磁性合金。
（Ｆ）Ｓｉ，Ｇｅ，Ｐ，Ｂ，Ｃ

（７）前記（１）〜（６）のいずれか１項に記載した磁気記録用軟磁性合金を用いたスパッタリングターゲット材。
（８）前記（１）〜（６）のいずれか１項に記載した磁気記録用軟磁性合金を用いた磁気記録媒体にある。

以上述べたように、本発明は、耐サーマルショック性に優れた軟磁性合金およびそのスパッタリングターゲット材を提供することにある。

以下、本発明に係わる成分組成の限定理由を説明する。
ａｔ．％比で、１００Ｆｅ／（Ｆｅ＋Ｃｏ）：０〜７０
Ｆｅ、Ｃｏは、軟磁性材料を得るための元素である。しかし、ａｔ．％比で、７０を超えると、耐食性が劣化するために、その上限を７０とした。

（Ａ）群の各種元素の１種または２種を１０〜３０％
（Ａ）群であるＭｏ，Ｗは、Ｃｏ合金において、非晶質化（アモルファス化性）を確保するための元素であり、その元素の１種または２種の合計含有量が、１０％未満では磁性が高すぎ、また、３０％を超えると、非磁性となることから、その範囲を１０〜３０％とした。

（Ｂ）群の各種元素の１種または２種以上を５％未満
（Ｂ）群であるＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆは、耐サーマルショック性を改善する元素である。しかし、５％以上含有すると耐サーマルショック性が低下することから、その上限を５％未満とした。好ましくは１〜５％未満とする。

（Ｃ）群の各種元素の１種または２種以上を０．５％未満
（Ｃ）群であるＶ，Ｎｂ，Ｔａは、（Ｂ）群と同様に、耐サーマルショック性を改善する元素である。しかし、０．５％以上含有すると耐サーマルショック性が低下することから、その上限を０．５％未満とした。好ましくは０．１〜０．５％未満とする。

（Ｄ）群の各種元素の１種または２種を３０％以下
（Ｄ）群であるＮｉ，Ｍｎは、Ｃｏ合金において、飽和磁束密度を調整するための元素であり、その元素の１種または２種以上の合計含有量が３０％を超えると磁性が低下することから、その上限を３０％とした。好ましくは５〜３０％とする。

（Ｅ）群の各種元素の１種または２種以上を１０％以下
（Ｅ）群であるＡｌ、Ｃｕ，Ｃｒは、Ｃｏ合金において、耐食性を向上するための元素である。しかし、１種または２種の合計含有量が１０％を超えると耐サーマルショック性が低下する。したがって、その上限を１０％とした。好ましくは１〜１０％とする。

（Ｆ）群の各種元素の１種または２種以上を１０％以下
（Ｆ）群であるＳｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｃは、アモルファス性を改善する元素である。しかし、１種または２種以上の合計含有量が１０％を超えると耐サーマルショック性が低下することから、その上限を１０％とした。好ましくは１〜１０％とする。

以下、本発明に係る合金について実施例によって具体的に説明する。
通常、垂直磁気記録媒体における薄膜は、その成分と同じ成分のスパッタリングターゲット材をスパッタし、ガラス基板などの上に成膜し得られる。ここでスパッタにより成膜された薄膜は急冷されている。これに対し、本発明では実施例、比較例の供試材として、単ロール式の液体急冷装置にて作製した急冷薄帯を用いている。これは実際にスパッタにより急冷され成膜された薄膜の、成分による諸特性への影響を、簡易的に液体急冷薄帯により評価したものである。

［急冷薄帯の作製条件］
表１〜表３に示す成分組成に秤量した原料３０ｇを内径が１０ｍｍで深さが４０ｍｍ程度の水冷銅型に挿入して減圧したＡｒ雰囲気中でアーク溶解して凝固させ、急冷薄帯の溶解母材とした。急冷薄帯の作製条件は、単ロール方式で、内径１５ｍｍの石英管中にてこの溶解母材をセットし、出湯ノズルの内径を１ｍｍとし、雰囲気気圧を６１ｋＰａ、噴霧差圧を６９ｋＰａ、銅ロール（径３００ｍｍ）の回転数を３０００ｒｐｍ、銅ロールと出湯ノズルのギャップを０．３ｍｍにして溶解母材を溶解後出湯した。出湯温度は各溶解母材の溶け落ち直後の温度とした。このようにして作製した急冷薄帯を供試材とし、以下の項目を評価した。

［急冷薄帯の飽和磁束密度の評価］
急冷薄帯の飽和磁束密度（Ｂｓ）の評価としては、ＶＳＭ装置（振動試料型磁力計）にて、印加磁場１２００ｋＡ／ｍ、供試材の重量は１５ｍｇ程度で飽和磁束密度を測定した。

［急冷薄帯の構造］
急冷薄帯の非晶質性の評価としては、通常、非晶質材料のＸ線回折パターンを測定すると、回折ピークが見られず、非晶質特有のハローパターンとなる。また、完全な非晶質でない場合は、回折ピークは見られるものの、結晶材料と比較してピーク高さが低くなり、かつハローパターンも見られる。そこで下記の方法にて非晶質性の評価とした。

［非晶質性の評価］
非晶質性の評価としては、ガラス板に両面テープで供試材を貼り付け、Ｘ線回折装置にて回折パターンを得た。このとき、測定面は急冷薄帯の銅ロール接触面となるように供試材を貼り付けた。Ｘ線源はＣｕ−α線で、スキャンスピード４°／ｍｉｎで測定した。この回折パターンにハローパターンが確認できるものを○、全くハローパターンが見られないものを×として非晶質性の評価とした。

［急冷薄帯の耐食性評価（ＮａＣｌ）］
ガラスペレットに急冷薄帯を両面テープで貼り付けた試料にて、塩水噴霧試験（５％ＮａＣｌ水溶液で３５℃にて１６時間噴霧）を実施した評価で、発錆が認められなかったものを○、発錆が認められたものを×とした。

耐サーマルショック性はターゲットを作製し、所定の温度からの水冷により割れるか割れないかを評価した。
［ターゲット作製方法］
表１〜表３に示す組成をガスアトマイズ法により軟磁性合金粉末を作製した。得られた粉末を５００μｍ以下に分級し、ＨＩＰ（熱間等方圧プレス）による固化成形加工の原料粉末として用いた。ＨＩＰ成形用ビレットは、直径２５０ｍｍ、長さ５０ｍｍの炭素鋼製の缶に原料粉末を充填したのち、蓋をして、真空脱気を施し、その後脱気孔を封入し作製した。この粉末を充填したビレットを１１５０℃に加熱した後、内径２３０ｍｍの拘束型コンテナ内に装入し、５００ＭＰａの加圧にて成形した。上記方法で作製した固化成形耐を、ワイヤーカットで切り出し、旋盤加工にて直径および厚さの寸法を調整し、平面研磨により厚さと表面粗さの仕上げを行って、直径１８０ｍｍ、厚さ７ｍｍの円盤状に加工し、スパッタリングターゲット材を作製した。

［耐サーマルショック性の評価］
上記で得たターゲットを３００℃から５０℃きざみで、７００℃までの各温度で１時間保持した後、水中へ投入することで急冷し、割れの発生状況を確認した。割れの発生した温度を割れ温度として評価した。割れ温度が４５０℃以上を耐サーマルショック性が良いとした。

表１〜表３に示す、Ｎｏ．１〜７４は本発明例であり、Ｎｏ．７５〜１００は比較例である。

表３に示す比較例Ｎｏ．７５、７６はＦｅ含有量が多いために、耐食性悪い。比較例Ｎｏ．７７は（Ａ）群のＭｏ元素の含有量が少ないために、Ｂｓが高い。比較例Ｎｏ．７８、７９、８０は（Ａ）群のＭｏ、Ｗ元素の含有量が多いために、割れ温度が低い。比較例Ｎｏ．８１、８２、８３は（Ｂ）群のＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ元素の含有量が多いために、比較例Ｎｏ．７８、７９、８０と同様に、割れ温度が低い。比較例Ｎｏ．８４、８５、８６は（Ｃ）群のＶ、Ｎｂ、Ｔａ元素の含有量が多いために、比較例Ｎｏ．７８〜８３と同様に、割れ温度が低い。

また、比較例Ｎｏ．８７は（Ｃ）群のＮｂとＴａ元素の合計含有量が多いために、割れ温度が低い。比較例Ｎｏ．８８、８９は（Ｄ）群のＮｉ、Ｍｎ元素の含有量が多いために、非磁性である。比較例Ｎｏ．９０、９１、９２は（Ｅ）群のＣｒ、Ａｌ、Ｃｕ元素の含有量が多いために、割れ温度が低い。また、比較例Ｎｏ．９３、９４、９５は（Ｅ）群のＣｒ、Ａｌ、Ｃｕ元素のそれぞれの含有量の和が多いために、比較例Ｎｏ．９０、９１、９２と同様に、割れ温度が低い。比較例Ｎｏ．９６〜１００は（Ｆ）群のＳｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｃ元素のいずれかの含有量が多いために、比較例Ｎｏ．９０〜９５と同様に、割れ温度が低いことが分かる。

これに対して、本発明であるＮｏ．１〜７４は、いずれも本発明の条件を満足していることから、１０ｋＧ以下の比較的小さい飽和磁束密度（Ｂｓ）を得ることが可能となり、かつアモルファス性、耐食性および本発明の最大の特徴とする割れ温度が高く、所謂耐サーマルショック性に優れた合金を提供することができる。

以上述べたように、本発明により、特に飽和磁束密度、非晶質性（アモルファス性）、および耐食性を確保し、かつ耐サーマルショック性に優れた磁気記録用軟磁性用合金およびそれを用いたスパッタリングターゲット材並びに磁気記録媒体を得ることを可能とした極めて優れた効果を奏するものである。


特許出願人 山陽特殊製鋼株式会社
代理人 弁理士 椎 名 彊

Claims (8)

1. ａｔ．％比で、１００Ｆｅ／（Ｆｅ＋Ｃｏ）：０〜７０、かつ下記（Ａ）群の各種元素の１種または２種を１０〜３０％含有し、残部Ｃｏおよび不可避的不純物からなることを特徴とする磁気記録用軟磁性合金。
   （Ａ）Ｍｏ，Ｗ
2. 請求項１に記載した磁気記録用軟磁性合金に加え、ａｔ．％で、下記（Ｂ）群の各種元素の１種または２種以上を５％未満含有し、残部Ｃｏおよび不可避的不純物からなることを特徴とする磁気記録用軟磁性合金。
   （Ｂ）Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ
3. 請求項１または２に記載した磁気記録用軟磁性合金に加え、ａｔ．％で、下記（Ｃ）群の各種元素の１種または２種以上を０．５％未満含有し、残部Ｃｏおよび不可避的不純物からなることを特徴とする磁気記録用軟磁性合金。
   （Ｃ）Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載した磁気記録用軟磁性合金に加え、ａｔ．％で、下記（Ｄ）群の各種元素の１種または２種を３０％以下含有し、残部Ｃｏおよび不可避的不純物からなることを特徴とする磁気記録用軟磁性合金。
   （Ｄ）Ｎｉ，Ｍｎ
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載した磁気記録用軟磁性合金に加え、ａｔ．％で、下記（Ｅ）群の各種元素の１種または２種以上を１０％以下含有し、残部Ｃｏおよび不可避的不純物からなることを特徴とする磁気記録用軟磁性合金。
   （Ｅ）Ｃｒ，Ａｌ，Ｃｕ
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載した磁気記録用軟磁性合金に加え、ａｔ．％で、下記（Ｆ）群の各種元素の１種または２種以上を１０％以下含有し、残部Ｃｏおよび不可避的不純物からなることを特徴とする磁気記録用軟磁性合金。
   （Ｆ）Ｓｉ，Ｇｅ，Ｐ，Ｂ，Ｃ
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載した磁気記録用軟磁性合金を用いたスパッタリングターゲット材。
8. 請求項１〜６のいずれか１項に記載した磁気記録用軟磁性合金を用いた磁気記録媒体。