薄膜磁头滑块和制备薄膜磁头滑块材料的方法 本发明涉及到一种薄膜磁头滑块和制备薄膜磁头滑块材料的方法，具体地说，本发明涉及到一种适用于磁记录器中的薄膜磁头滑块和制备薄膜磁头滑块材料的方法，在上述磁记录器中，滑块与记录媒质相接触并在记录媒质上滑动。
在磁盘记录器的领域中，已经制造了薄膜磁头，并且使用了一个接触起停系统（CSS）来满足最近的较高记录密度和较高记录容量的要求。
在图一中，表明了薄膜磁头结构的一个实例，其中，在滑块1的一端提供了带有薄膜传感器的电路元件2。
在此CSS系统中，磁头滑块通常以0.2到0.5微米的小间隙浮在磁盘上以增大记录密度，但是在开始或停止磁盘旋转时，磁头滑块与磁盘表面相接触并在其上滑动。更进而，即便在浮起期间，磁头滑块以小的浮动高度浮起，于是，如果磁盘有了裂纹，细小的凸起或在磁盘表面上有灰尘，则滑块相应地有着较高的与磁盘接触或滑动的频率。在这些情况下，磁记录器的可靠性在很大程度上取决于磁头滑块的滑动特性。
基于生产成本低等原因，磁头滑块的材料不是使用单晶材料，而是使用多晶和烧结材料。例如在美国专利NO.4，251，841中公开了烧结Al2O3-TiC作为这种材料。这种材料有良好的耐磨性和良好的机械加工性能，但是它的滑动特性不能满足所希望的可靠性要求。也就是说，磁盘表面的被覆表层因滑动摩擦的热量而软化，并且易于粘到磁头上而引起所谓的磁头碎裂。为了克服这些缺点，在日本专利申请（公开号为：NO.56-111，116;56-47，95656-107，326;以及56-169，264）中已经提出，在滑块的对着磁盘的一边浸渍或被覆良好的润滑材料。然而，对于较薄的被覆，这个效果不能保持一个长的时间，反之，对于较厚的被覆，由磁头到磁盘记录表面的空隙就会较大，因而，记录密度和精确度受到不良的影响。在用良好的润滑材料浸入烧结材料中小孔的情况下，可滑动性能可以得到改善。但是，因为润滑材料由孔中排出，磁头会粘到磁盘上。
日本专利申请（公开号为NO.58-121，179）中公开了一种由二氧化锆陶瓷制造的磁头滑块，其中，可应用的二氧化锆陶瓷仅是从它们的密度的角度加以选择的，机械问题仍然存在。
本发明的一个目标是提供一种有着优良的滑动寿命的薄膜磁头滑块。
本发明的另一个目标是提供一种有着良好的机械加工性能的薄膜磁头滑块，它能够延长磁盘的寿命。
本发明的另外的目标是提出制备薄膜磁头滑块材料的方法。
根据本发明的第一个方面，提供了一种薄膜磁头滑块，该滑块包括一个在记录媒质上完成接触起停操作的滑块，在滑块的侧端提供了一个薄膜磁头装置，至少是滑块的与记录媒质接触部分是由烧结材料制成的，该材料有着高的热绝缘性能，足以使得在记录媒质上的滑动过程中记录媒质的表层分解和碳化，并且其平均晶粒大小不超过5微米。
根据本发明的第二个方面，提供了制备薄膜磁头滑块材料的方法，此方法包括在1，100～1800℃的浸渍温度下焙烧由ZrO2粉末、为了在室温下稳定立方晶系ZrO2粉末的足够数量的稳定剂、以及晶粒增长控制剂的混合物，同时热压此混合物。因而，获得了包含了以立方晶系ZrO2作为主要成分的烧结材料，并且平均晶粒大小不超过5微米，及导热率不超过0.02卡/厘米、秒、度。
本发明人已经考虑到在磁盘上被覆的表层的软化特性，以得到有着良好的滑动特性的磁头滑块。也就是说，如图二中所表明的，随着温度增加，在通过软化区之后，表层经历了热分解和碳化。图二图解地表明了表层的硬度和温度之间的关系。于是，在磁头滑块是由有着高导热率的烧结材料制造的情况下，因滑动摩擦的热而可达到的表层温度将是较低的，并且表层的温度增长速率将是较低的，因而，在软化区域中，表层的滞留时间将必然加长。也就是说，磁头易于粘到磁盘上。另一方面，在磁头滑块由有着低导热率的烧结材料制成的情况下，可获得的表层温度将较高，而温度增长速率将提高，于是在软化区中表层的滞留时间将较短。必然地，磁头难以粘到磁盘上。可得到的表层温度越高，表层的热分解和碳化越厉害。也就是说，碳化的表层将用作为良好的润滑剂，而滑动寿命能够大大延长。
然而，当导热率较低时，热冲击将相应地较大。更进而，当磁头滑块使用的时间加长时，由于磁头滑块在磁盘上的接触和滑动造成的机械冲击。晶粒自烧结材料中释放是不可避免的。释放的晶粒越大，对磁盘的损伤也越厉害。也就是说，滑块的伤痕越大。这也缩短了磁盘的寿命。
如前所述，因为磁头滑块在磁盘表面上以很小间隙浮起，磁头滑块易于与磁盘表面上的即便是十分小的凸起相接触并在上面滑过。凸起越厉害，接触和滑动的频率就越高，而接触和滑动的程度就越严重。这也将导致一个缺点。换句话说，在烧结材料中晶粒的尺寸必须是十分小，以减小对磁盘的伤害和延长磁盘的寿命。
减小晶粒尺寸的另一个好处是改善了机械加工性能。晶粒的尺寸越大，在机械加工过程中在烧结材料上形成的碎裂越大。这些碎裂造成对磁盘的伤害，因而，在制造磁头滑块时通常要执行严格的质量检测。晶粒尺寸较小意味着碎裂尺寸的减小，也意味着质量检测的通过率提高。
本发明人已发现，由导热率不超过0.02卡/厘米·秒·度而平均晶粒大小不超过5微米的烧结材料制成的磁头滑块有着延长了的滑动寿命，良好的机械加工性能，并且能够延长磁盘的寿命。如前所述，因为低的导热率，虽然晶粒易于自磁头滑块上释放出来，因为在滑块面向磁盘一边上所释放的晶粒和缺陷的尺寸较小，被释放出的晶粒和缺陷所擦坏的磁盘的表层（与磁性层成为整体）的数量，即滑动过程中滑块面向磁盘一边上的凹入部分的尺寸是较小的，必然地，磁盘的寿命因而能得到延长。
有着上述这种特性的最合适的烧结材料是烧结的ZrO2材料，其平均晶粒尺寸不超过5微米。由单一的ZrO2通过烧结做成的烧结的ZrO2材料在冷却过程中经过了由正方晶系到单斜晶系的晶相变化并且体积也有改变，因而，必然易于发生碎裂。于是，通常在烧结时，把一般称为稳定剂的适宜数量的Ca、Mg、Y等的氧化物加到单一的ZrO2中，并且形成固溶体，因而，即使冷却到室温，ZrO2的晶相也能够获得稳定的立方晶系或立方晶系和正方晶系的混合物。也可能通过改变所加入的稳定剂的数量来调节正方晶系的比例。但是，已经知道，除了包含立方晶系而外还包含了正方晶系的材料是一种高强度和高韧性的材料，并且是十分难以加工的。于是，立方晶系的混合比按重量至少占70%，较好的至少占90%的重量，而最好的烧结ZrO2材料完全是立方晶系的。
就导热率不超过0.02卡/厘米·秒·度和平均晶粒大小不超过5微米而论，包含许多成分的任何烧结ZrO2材料都能够达到本发明的目标。
具体地，在制取根据本发明的以ZrO2为主要成分的薄膜磁头滑块的材料当中，作为主要成分的烧结的ZrO2材料有着不超过0.02卡/厘米·秒·度的导热率，而包含的ZrO2立方晶系晶粒的平均晶粒大小不超过5微米。此烧结的ZrO2材料是在非氧化性气氛中，在1100℃到1800℃的烧结温度下通过烧结粉末状的ZrO2、足够数量的稳定剂（以在室温下稳定立方晶系的ZrO2）、晶粒增长控制剂的混合物，同时还热压这些混合物得到的。
立方晶系的烧结ZrO2材料有这样一个问题，即在可允许范围内的碎裂通常发生在机械加工过程中，但是本发明人已经发现，通过对晶粒精炼能够消除这种碎裂的发生。
只要包含足够数量的Y2O3的稳定剂粉末，以把所有的ZrO2转变为立方晶系，在本方法中使用的粉末状ZrO2原材料能够部分包含或完全包含正方晶系或单斜晶系ZrO2，但是，粉末状ZrO2原材料最好完全是立方晶系的。
作为晶粒增长控制剂，例如碳是以碳粉的简单形式加到原材料混合物中的，但是可以希望加入有机材料，这些有机材料能够在低于烧结温度的温度下分解而留下碳作为残余物。例如，在适宜的溶剂中的酚醛清漆树脂（novolak Phenol resin）溶液。在这种情况下最好是在烧结的ZrO2材料中按重量比加入0.01%到1%的晶粒增长控制剂。进而，最好是使用平均颗粒大小不超过0.1微米的原材料粉末混合物。
如上所述，模制此粉末状混合物，并且在非氧化性气氛中在1，100℃到1，800℃的烧结温度下焙烧，同时热压此混合物。如果烧结温度低于1，100℃，所得到的烧结材料不能变得完全地致密，因而孔度较大，并且如果使用了粉末状稳定剂，稳定剂难以成为完全的固溶体。在另一方面，如果烧结温度超过1，800℃，在烧结材料中的晶粒相当大地长大，导致机械加工性能变差，具体地说增加了碎裂。
于是，所获得的烧结材料有着精细的晶粒，并且有着优良的机械加工性能，具体地说，消除了碎裂的发生。
图1是一个视图，图示地表明了薄膜磁头的结构。
图2是一个曲线图，图解地表明了记录媒质的表层的硬度和温度之间的关系。
实例1
在表1中表明的烧结材料被用于磁头滑块。在表1中，“平均晶粒大小”是立方晶粒的平均大小，此尺寸的决定是把烧结材料的抛光表面腐蚀，根据割线法在一个放大的抛光表面的照片上测量大约200个晶粒的平均晶粒大小，并且以统计系数1.56乘上此平均晶粒大小。“导热率”是室温下的数值，是根据脉冲法在大约1毫米厚的样品上决定的。
用X射线衍射分析，发现烧结的ZrO2-8%克分子Y2O3材料全部是立方晶系材料。
由表1中表明的烧结材料制的磁头滑块的滑动特性根据所谓接触起停（CSS）来加以评价，其中，在开始和停止磁盘旋转时磁头短暂地滑过磁盘。
在表2中表明了接触起停寿命（CSS欠数）和机械缺陷比值，其中“接触起停寿命”是在50米/秒的临界速度下，执行接触起停操作直到磁头破碎为止所得到的次数，而“机械缺陷比值”表明了把烧结材料机械加工为磁头滑块时所发生的缺陷的频率，它是以表1中1号烧结材料作为单位来比较缺陷发生的频率。
在磁记录器开关的每一次开-关操作中接触起停操作就重复一次，并且预先假定，在磁记录器的正常工作条件下，一天当中磁记录器的开关至少有一次开-关操作，于是，在一年当中，接触起停将至少有300次，（考虑到会发生不希望有的接触和滑动，接触起停次数将会大大增加）。于是，从磁性记录器10年寿命期间的工作可靠性观点来看，所希望的接触起停寿命至少是3，000次。
由表2看出，当烧结材料的导热率不大于0.02卡/厘米·秒·度时，接触起停寿命至少是2，000次（1到9号），反之，当导热率为0.04卡/厘米·秒·度时，接触起停寿命小于1，000次。
由表2也看出，当平均晶粒大小不大于5微米时，机械缺陷比值较小，反之，当平均晶粒大小大约8微米时，机械缺陷比值显著地增大。也可看到。当平均晶粒大小不大于5微米时，较小的机械缺陷比值仅是因为不正确的机械操作，比如不小心的尺寸误差等等造成的，反之，当平均的晶粒大小为大约8微米时，较大的机械缺陷比值主要是因为碎裂的发生。
对碎裂，显微镜检查揭示出，碎裂发生在晶粒单元中。也就是说，可看到，当平均晶粒大小不大于5微米时，碎裂尺寸较小。因而没有因碎裂出现而造成的机械缺陷。
根据表1中的1、2和3号烧结材料制成的磁头滑块来研究磁盘的寿命。已发现，1号和2号烧结材料能够分别地使磁盘的寿命比3号烧结材料长2.2倍和1.7倍。
实施例2
包含有表3中表明的稳定剂的烧结ZrO2材料被用来做成磁头滑块在表3中，立方晶系的比值是用X-射线衍射分析决定的，平均晶粒大小和导热率是按与实例1中相同的方式确定的。
由表3表明的烧结材料制造的磁头滑块的滑动特性和机械加工性能按照与实例1相同的方式进行研究，其结果表明在表4中。
由表4看到，有着非常低导热率的烧结ZrO2材料，在滑动特性上比起通常的Al2O3-30%重量比TiC烧结材料（实例1中的10到12号）要好大约100倍。并且当烧结材料的平均晶粒大小不大于5微米时，很少发生机械缺陷，反之，当平均晶粒大小远大于5微米时，发生机械缺陷的频率提高。
实例3
在平均颗粒大小为0.02微米的ZrO2（立方晶系）粉末混合物（ZrO2-8%克分子Y2O3）中，加入酚醛清漆树脂和酒精的溶液（按所得的混合物，酚醛清漆树脂分别按重量比为0;0.02%;1.0%;2.0%和3.0%）。所得的混合物以球磨方式充分地混合。随后，干燥此混合物并进行模压。在真空中在1，6000℃的烧结温度下，以600公斤力/平方厘米的压力热压一个小时。
在表5当中，表明了所得的烧结材料的特性。如果不加入碳的成分平均晶粒大小会不希望有地远超过5微米，反之，如果按重量加入达1.5%的碳成分，孔度会不希望有地大大增大，而因为所含的碳，烧结材料的抗摩擦性能变得较差。
研究了26-28号烧结材料的机械加工性能。没有发现因碎裂造成的机械缺陷。在所有这些烧结材料中，接触起停寿命超过100，000次。
实例4
按照与实例3相同的方式制取烧结材料，不同的是烧结温度为1，750℃而不是1，600℃。
在表6中表明了所得到的烧结材料的特性。如果碳含量按重量占0.01%到1%，孔度比较小，而平均晶粒大小不超过5微米。
研究了31到33号烧结材料的机械加工性能，没有发现因碎裂造成的机械缺陷。进而，研究了这些烧结材料的接触起停性能并且发现是超过100，000次
对32和33号烧结材料所作的X射线衍射分析表明存在一个弱的ZrC峰。
实例5
在平均颗粒大小为0.02微米的ZrO2（立方晶系）粉末状混合（ZrO2-8%克分子Y2O3）中，加入酚醛清漆树脂和丙酮的溶液（根据所得混合物，酚醛清漆树脂按重量占1.0%的比例），并且把所得混合物以球磨方式充分地混合。
把粉末混合物模制，并在600公斤力/平方厘米的载荷下热压焙烧，同时改变烧结混度为1，000℃;1，100℃;1，250℃;1，400℃和1，500℃。
通过X射线衍射分析发现，所得的烧结材料中的ZrO2晶粒全部是立方晶系晶粒。
在表7中，表明了所得到的烧结材料的特性，所有的烧结材料的导热率为0.005卡/厘米·秒·度或更低。
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实例6
在平均颗粒尺寸为0.05微米的ZrO2（立方晶系）混合物（ZrO2-10%克分子Y2O3）中加入平均颗粒大小为0.05微米，按重量比占1.0%的碳黑粉末，所得的粉末以球磨方式粉碎和混合24小时。随后按照与实例5相同的方式把所得的粉末混合物模制并焙烧。
用X射线衍射分析发现，在所得的烧结材料中的ZrO2晶粒全部是立方晶系的晶粒。在表8中表明了这些烧结材料的特性。所有的烧结材料的导热率为0.005卡/厘米·秒·度或更低。
实例7
在平均颗粒大小为0.05微米的ZrO2（单斜晶系）粉末中，根据ZrO2粉末加入占8%克分子、平均颗粒大小为0.05微米的Y2O3粉末，并且进而加入酚醛清漆树脂和丙酮的溶液（由所得的粉末状混合物决定，酚醛清漆树脂按重量比占0.1%）。把所得的粉末状混合物以球磨方式粉碎和混合24小时。
模制此粉末状混合物并按照与实例5相同的方式进行焙烧。
用X射线衍射分析发现，所得的烧结材料中的ZrO2晶拉金部是立方晶系晶粒，但是在低于1，100℃的温度下焙烧的烧结材料有着加大的衍射角。在表9中表明了这些烧结材料的特性。所有的烧结材料的导热率为0.005卡/厘米·秒·度或更低。
实例8
在平均颗粒大小为0.05微米的ZrO2（单斜晶系）粉末中，根据ZrO2粉末加入平均颗粒大小为0.05微米的4%克分子Y2O3粉末，以及根据ZrO2粉末加入平均颗粒大小为0.05微米的6%克分子的CaO，进而，加入酚醛清漆树脂和丙酮的溶液（根据所得的粉末状混合物，酚醛清漆树脂占1%的重量比）。而所得混合物以球磨方式粉碎和混合24小时。
于是，按照与实例5相同的方式模制粉末状混合物并焙烧。
用X射线衍射分析发现，在所得烧结材料中的ZrO2晶粒全部是立方晶系晶粒。在低于1，100℃下焙烧的烧结材料有着加大了的衍射角。
在表10中表明了烧结材料的特性。所有的烧结材料的导热率为0.005卡/厘米·秒·度或更低。
实例9
代替在实例5中使用的含8%克分子Y2O3的ZrO2（立方晶系）原材料粉末状混合物，根据所用的ZrO2粉末，以固溶体方式使用包含20%克分子CaO、MgO，或SrO，或者含30%克分子的CeO2，或者35%克分子的La2O3的ZrO2（立方晶系）原材料，并且加入酚醛清漆树脂和丙酮的溶液（根据所得的混合物，酚醛清漆树脂占1%重量比）。所得混合物以球磨方式加以混合。
随后，模制此混合物并在1，200℃或1，300℃的烧结温度下在600公斤力/平方厘米的载荷下热压2小时。用X射线衍射分析发现，所得烧结材料中的ZrO2晶粒全部是立方晶系晶粒。在表11中发明了这些烧结材料的特性。所有这些烧结材料的导热率为0.005卡/厘米·秒·度或更低。
实例10
在平均颗粒大小为0.05微米的ZrO2（单斜晶系）粉末中根据ZrO2粉末加入4%克分子的平均颗粒大小为0.05微米的Y2O3粉末，以及加入酚醛清漆树脂和丙酮的溶液（根据所得的混合物，酚醛清漆树脂占1%重量比）。该混合物以球磨方式粉碎和混合24小时。
随后，按照与实例5相同的方式模制并焙烧混合物。用X射线衍射分析发现，在所得的烧结材料中的ZrO2晶粒全都是立方晶系和正方晶系的混合物，对于正方晶系按重量比，立方晶系的混合比为75%。表12表明了此烧结材料的特性。所有的烧结材料的导热率为0.005卡/厘米·秒·度或更低。
实例11
模制平均颗粒大小为0.1微米的ZrO2（立方晶系）粉末（ZrO2-9%克分子Y2O3），并在600公斤力/平方厘米的负荷下热压焙烧2小时，同时烧结温度变为1，000℃、1，100℃、1，250℃、1，400℃和1，500℃。用X射线衍射分析发现，在所得的烧结材料中的ZrO2晶粒全部是立方晶系晶粒。在表12中表明了这些烧结材料的特性。所有这些烧结材料的导热率为0.005卡/厘米·秒·度或更低。
实例12
在平均颗粒大小为0.1微米的ZrO2（单斜晶系）粉末中，根据ZrO2加入13%克分子的平均颗粒大小为0.1微米的Y2O3粉末。并且以球磨方式粉碎和混合24小时。
随后，按照与实例5中相同的方式模制并焙烧此混合物。用X射线衍射分析发现，所得的这些烧结材料中的ZrO2晶粒全部是立方晶系晶粒，但是，在低于1，100℃下焙烧的烧结材料有着加大了的衍射角。在表14中表明了这些烧结材料的特性。所有这些烧结材料的导热率为0.005卡/厘米·秒·度或更低。
实例13
在平均颗粒大小为0.1微米的ZrO2（单斜晶系）粉末中，根据ZrO2粉末加入4%克分子的平均颗粒大小为0.1微米的Y2O3粉末，以及根据ZrO2粉末加入6%克分子的平均颗粒大小为0.1微米的CaO粉末，并且以球磨方式把所得混合物粉碎和混合。
随后，按照与实例5中相同的方式模制并焙烧混合物。用X射线衍射分析发现，在所得烧结材料中的ZrO2晶粒全都是立方晶系晶粒。低于1，100℃焙烧的烧结材料有着加大了的衍射角。
在表15中表明了这些烧结材料的特性。所有这些烧结材料的导热率为0.05卡/厘米·秒·度或更低。
实例14
在平均颗粒大小为0.1微米的ZrO2（单斜晶系）粉末中，根据ZrO2粉末加入4%克分子的平均颗粒大小Y2O3粉末，并且以球磨方式粉碎和混合此混合物24小时。
随后，按照与实例5中相同的方式模制并焙烧此混合物。用X射线衍射分析发现，在所得烧结材料中的ZrO2晶粒全部是立方晶系和正方晶系的混合物，对于正方晶系按重量比，立方晶系的混合比为75%。
在表16中表明了烧结材料的特性。所有这些烧结材料的导热率为0.005卡/厘米·秒·度或更低。
实例15
代替在实例11中所使用的包含9%克分子Y2O3的ZrO2（立方晶系）粉末，根据所使用的ZrO2以固溶体形成加入各包含下列成分的ZrO2（立方晶系）粉末：包含20%克分子的CaO，MgO，或SrO;或包含30%克分子的CeO2;或包含35%克分子的La2O3。模制这些粉末并在1，200℃或1，300℃的烧结温度下，在600公斤力/平方厘米的负荷下热压焙烧2小时。用X射线衍射分析发现，在所得的烧结材料中的ZrO2晶粒全是立方晶系。在表17中表明了烧结材料的特性。所有这些烧结材料的导热率为0.005卡/厘米·秒·度或更低。
表17
根据本发明，能够得到一种薄膜磁头滑块，这种滑块在记录媒质上有着良好的滑动性和良好的机械加工性能，并且有可能延长记记录媒质的使用寿命。