專利名稱：提高玻璃襯底強度的方法
技術領域：
本發明涉及信息存儲技術，更具體地，尤其涉及提高用于存儲設備的玻璃襯底強度的方法。
背景技術：
盤形狀的玻璃襯底的機械強度主要取決于存在于內直徑邊緣的細微裂紋。這些裂紋的深度一般大約在Iym到100 μ m數量級。這些裂紋是在加工過程中產生的，例如取芯或磨削，從而使襯底的倒角邊緣成形。提高玻璃襯底強度的傳統處理，包括通過刷子或氧化鈰漿料磨光來移除這些裂紋，或通過利用被稱為化學加固的工藝，用諸如K離子的更大離子取代熔融鹽浴中的諸如Na離子或Li離子的原生堿性離子。對于化學加固工藝，一般只可以使用具有合適的堿性原子組分的玻璃。諸如KN03、NaNO3、或其組合的材料一般用于化 學加固。以上參考的離子注入技術一般不依賴于離子交換。同樣地，可以處理具有較少堿性離子的玻璃，以及通過將玻璃制品浸入熔融KOH或LiOH浴中或通過使制品暴露于由KOH或LiOH構成的蒸汽中，這些技術也可以用于生成抗壓應力而不會進行離子交換。然而，這些傳統的工藝通常是昂貴的且效率有些低。正因如此，需要一種加固玻璃襯底的改進工藝。
發明內容
本發明的方面涉及提高用于存儲設備的玻璃襯底強度的方法。在一個實施例中，本發明涉及加固用于存儲設備的玻璃盤襯底的方法，該方法包括將至少一部分玻璃襯底浸入溶液中，溶液包括溶劑和從由Na0H、K0H和KNO3構成的組中選擇的涂層材料，從溶液中移出玻璃襯底，讓溶劑從玻璃襯底蒸發，以及在預先選擇的溫度將玻璃襯底加熱預先選擇的持續時間，其中預先選擇的溫度足夠充分熔化涂層材料，且該溫度低于玻璃襯底的轉變溫度。
圖Ia-Id是根據本發明的一個實施例的加固玻璃襯底過程的階段的透視圖。圖2是根據本發明的一個實施例的加固玻璃襯底過程的流程圖。圖3是根據本發明的一個實施例的高斯分布曲線，其示出了加固之前和利用本文中所描述的過程之一已經加固玻璃襯底之后硼硅酸鹽玻璃襯底的強度。圖4是根據本發明的一個實施例的高斯分布曲線，其示出了加固之前和利用本文中所描述的過程之一已經加固玻璃襯底之后鋁硅酸鹽玻璃襯底的強度。圖5是根據本發明的一個實施例的示出了利用本文中所描述的不同過程處理鋁硅酸鹽玻璃襯底使其強度增加的條形圖。圖6是根據本發明的一個實施例的玻璃襯底的堆疊結構的透視圖，其中玻璃襯底的堆疊結構可以代替間隔開的結構用于圖Ia-Id和圖2的過程的加熱階段。
具體實施例方式現在參考附圖，其中示出了加固玻璃襯底的過程。加固過程將玻璃襯底浸入溶液中，該溶液含有諸如水的溶劑和諸如NaOH、KOHJP /或KNO3的涂層材料。從溶液中移出玻璃襯底，讓其放置直到溶劑從襯底蒸發。然后將玻璃襯底在預先選擇的溫度加熱預先選擇的持續時間，其中預先選擇的溫度足夠充分熔化涂層材料，但是該溫度低于玻璃襯底的轉變溫度(transition temperature)。在一些實施例中，然后利用氣體冷卻或液體冷卻技術迅速地冷卻玻璃襯底。在一些實施例中，玻璃襯底是鋁硅酸鹽玻璃或硼硅酸鹽玻璃。在多個實施例中，玻璃襯底被構造為用于諸如硬盤驅動器的數字存儲設備。圖Ia-Id是根據本發明的一個實施例的加固玻璃襯底的過程的四個階段的透視圖。
圖Ia是根據本發明的一個實施例的第一過程輸送盒100的透視圖，第一過程輸送盒100含有以間隔開結構定位的多個玻璃襯底102。第一過程輸送盒100包括彼此間隔開的多個槽104，其中每個槽104構造為接收并保留一個玻璃襯底102。第一過程輸送盒100可以由陶瓷材料制造，或由構造為能承受反復暴露于涂層材料的另一種材料制造。玻璃襯底可以由鋁硅酸鹽玻璃、硼硅酸鹽玻璃或適用于磁存儲設備的另一種玻璃襯底材料制造。玻璃襯底是中心有孔的薄圓盤形襯底(例如，具有與墊圈相似的形狀)。圖Ib是根據本發明的一個實施例的第一過程輸送盒100和固定于其中的玻璃襯底102的透視圖，其中玻璃襯底102浸入含有作為溶劑的水和諸如NaOH、KOHjP /或KNO3的涂層材料的溶液106中。在一個實施例中，該溶液包含百分之48或更大濃度的NaOH。在圖Ia和Ib中所示的實施例中，第一過程輸送盒100裝玻璃襯底102到大約半滿狀態。在其他的實施例中，第一過程輸送盒100可以是多于或少于半滿的。在圖Ib中所示的實施例中，第一過程輸送盒100僅僅部分地沉浸在溶液106中。然而,在其他的實施例中,可以使用更多的溶液106，從而進一步浸入第一過程輸送盒100，或可以使用更少的溶液106，從而浸入更少部分的第一過程輸送盒100。在圖Ib所示的實施例中，溶劑為水。在其他的實施例中，溶劑可以是甲醇、乙醇、或另一種合適的溶劑。圖Ic是根據本發明的一個實施例的固定于第二過程輸送盒108中的玻璃襯底102的透視圖，其中玻璃襯底102以間隔開結構固定以允許來自溶液106的水蒸發。第二過程輸送盒108包括彼此間隔開的多個槽，其中每個槽110構造為接收和保留一個玻璃襯底112。第二過程輸送盒108可以由金屬材料制造或由能承受反復暴露于400攝氏度的大量熱的另一種材料制造。在多個實施例中，水已經蒸發之后，溶液106中的涂層材料在玻璃襯底上形成膜。圖Id是根據本發明的一個實施例的第二過程輸送盒108和固定于其中的玻璃襯底102在加熱室112中的透視圖。可以在加熱室112中以預先選擇的溫度加熱玻璃襯底102預先選擇的持續時間。在一個實施例中，例如，以380攝氏度加熱玻璃襯底102大約2小時。在一個實施例中，預先選擇的溫度在大約320攝氏度到大約380攝氏度的范圍內。在一個實施例中，預先選擇的持續時間在大約30分鐘到4小時的范圍內。在一個實施例中，玻璃襯底是由鋁硅酸鹽玻璃制造，并且預先選擇的溫度大約是370攝氏度。在一些實施例中，涂層材料熔化并且其分子遷移至玻璃襯底表面中。附加的分子在玻璃可以在玻璃襯底中生成壓應力，因而加固襯底。在一些實施例中，從加熱室112移出玻璃襯底102，并迅速冷卻。在一些實施例中，清洗和/或清潔玻璃襯底102。在多個實施例中，玻璃襯底構造為用于諸如硬盤驅動器的數字存儲設備。在這種情況下，為將磁材料沉淀在玻璃襯底上的一個或更多個制造過程準備玻璃襯底。在一些實施例中，每個玻璃襯底提供用于存儲數字信息的磁存儲盤的基層。圖2是根據本發明的一個實施例的用于加固玻璃襯底的過程200的流程圖。在特定的實施例中，過程200可以結合圖Ia-Id的過程使用，或者替代圖Ia-Id的過程。該過程首先將至少一部分玻璃襯底浸入包括溶劑(例如，7JO和諸如Na0H、K0H、和/或KNO3的涂層材料的溶液中(202)。在一些實施例中，玻璃襯底完全浸入溶液中。然后，該過程從溶液中移出玻璃襯底(204)。該過程讓溶劑從玻璃襯底上蒸發(206)。在一些實施例中，玻璃襯底可以從浸入過程輸送盒移動至加熱過程輸送盒。然后，該過程以預先選擇的溫度加熱玻璃襯底預先選擇的持續時間(208)，其中預先選擇的溫度足夠充分熔化涂層材料，且該預先選擇的溫度低于玻璃襯底的轉變溫度。
在一些實施例中，玻璃襯底是由鋁硅酸鹽玻璃、硼硅酸鹽玻璃、或適用于存儲設備的另一種玻璃襯底材料制造。盡管硼硅酸鹽玻璃的轉變溫度不受任何特定理論限制，但是硼硅酸鹽玻璃的轉變溫度被認為是大約640攝氏度。鋁硅酸鹽玻璃的轉變溫度被認為是大約515攝氏度。然而，這些轉變溫度僅僅是針對包括硼硅酸鹽和鋁硅酸鹽的特定材料組成的例子。在其他的實施例中，由硼硅酸鹽玻璃和鋁硅酸鹽玻璃制造的玻璃襯底可以具有其他的轉變溫度，具體依賴于其使用的材料組成。此外，盡管在結合硼硅酸鹽玻璃或鋁硅酸鹽玻璃使用的一些實例中討論了本文中描述的過程，但是也可以使用其他合適類型的玻璃。在一個實施例中，在380攝氏度加熱玻璃襯底102大約2小時。在一個實施例中，預先選擇的溫度在大約320攝氏度到大約380攝氏度的范圍內。在一個實施例中，預先選擇的持續時間在大約30分鐘到大約4小時的范圍內。在一個實施例中，玻璃襯底是由鋁硅酸鹽玻璃制造的，且預先選擇的溫度大約是370攝氏度。在一些實施例中，過程通過應用冷氣、將玻璃襯底浸入冷卻液(例如，水)、或利用本領域中已知的用于冷卻熱玻璃襯底的其他合適的技術迅速冷卻玻璃襯底。在一個實施例中，冷卻時間是大約30分鐘。在一些實施例中，冷卻劑具有低于玻璃襯底溫度的預先選擇的溫度。在一個實施例中，過程可以按照不同的順序執行一系列操作。在另一個實施例中，過程可以跳過一個或更多個操作。在其他的實施例中，可以同時執行一個或更多個操作。在一些實施例中，可以執行額外的操作。在多個實施例中，溶劑是水。在其他的實施例中，溶劑可以是甲醇、乙醇或另一種合適的溶劑。圖3是根據本發明的一個實施例的高斯分布曲線300，其示出了加固玻璃襯底之前(302)和利用本文中所描述的一個過程已經加固玻璃襯底之后(304)的硼硅酸鹽玻璃襯底的強度。曲線圖300包括表示測試的盤數量的縱軸306和表示以千克力測量的強度的水平軸308。曲線302a描述了未處理的玻璃襯底強度的正態分布或高斯分布，而曲線304a描述了用NaOH熱處理的玻璃襯底強度的正態分布或高斯分布。曲線的峰值之差表示利用本文中描述的一個NaOH加固過程的硼硅酸鹽玻璃襯底增加大約50%的強度。圖4是根據本發明的一個實施例的高斯分布曲線圖400，其示出了加固玻璃襯底之前(402)和利用本文中所描述的一個過程已經加固玻璃襯底之后(404)的鋁硅酸鹽玻璃襯底的強度。曲線圖400包括表示測試的盤數量的縱軸406和表示以千克力測量的強度的水平軸408。曲線402a描述了未處理的玻璃襯底強度的正態分布或高斯分布，而曲線404a描述了用NaOH熱處理的玻璃襯底強度的正態分布或高斯分布。曲線的峰值之差表示利用本文中描述的一個NaOH加固過程的硼硅酸鹽玻璃襯底增加大約100%的強度。圖5是根據本發明的一個實施例的示出了利用本文中所描述的不同過程處理的鋁硅酸鹽玻璃襯底的強度增加的條形圖500。條形圖500包括表示以千克力為單位的玻璃盤強度的縱軸502。條形圖500進一步包括針對每個不同過程的垂直列，其中不同過程包括包含無處理的過程(504)、只利用熱處理的過程(506)、利用包括KOH的溶液的加固過程(508)、和利用包括NaOH的溶液的加固過程(510)。條形圖數據表明KOH過程NaOH過程均充分地提高了利用其處理的玻璃襯底的強度。圖6是根據本發明的一個實施例的玻璃襯底102的堆疊結構600的透視圖，其中玻璃襯底102的堆疊結構600能夠代替間隔開結構(例如，第二過程輸送盒)用于圖Ia-Id和圖2的過程的加熱階段。堆疊結構600包括定位在一堆玻璃襯底102上方和下方的、用 于保持堆疊結構的光學平面玻璃(optical flats) 601和603。堆疊結構600可以放置在加熱室中，并在預先選擇的溫度加熱預先選擇的持續時間。在一些實施例中，該堆疊結構可以用于以上圖Ia-Id和圖2所描述的加熱過程階段。與利用過程輸送盒的彼此間隔開結構相比較，該堆疊結構可以在結果得到的玻璃襯底中提供更好的整體平整度。然而，該堆疊結構可以比彼此間隔開結構更容易在襯底中產生表面缺陷。盡管以上說明含有本發明的多個具體實施例，但是不應當解釋為限制本發明的保護范圍，而是作為其具體實施例的實例。因此，本發明的保護范圍應當由相關權利要求及其等同所限定而非由所示實施例限定。
權利要求
1.一種加固用于存儲設備的玻璃盤襯底的方法，所述方法包含 將至少一部分所述玻璃襯底浸入溶液中，所述溶液包括溶劑和從由NaOH、KOHJP KNO3構成的組中選擇的涂層材料； 從所述溶液中移出所述玻璃襯底； 讓所述溶劑從所述玻璃襯底上蒸發；以及 在預先選擇溫度將所述玻璃襯底加熱預先選擇的持續時間，其中所述預先選擇溫度足夠充分熔化所述涂層材料，且該溫度低于所述玻璃襯底的轉變溫度。
2.根據權利要求I所述的方法，其中在所述預先選擇溫度將所述玻璃襯底加熱預先選擇的持續時間進一步包含迅速冷卻所述玻璃襯底。
3.根據權利要求2所述的方法，其中迅速冷卻所述玻璃襯底包含將氣體應用于所述玻璃襯底預先選擇的持續時間，所述氣體的預先選擇溫度低于所述玻璃襯底的溫度。
4.根據權利要求3所述的方法，應用所述氣體的所述預先選擇的持續時間大約是30分鐘。
5.根據權利要求2所述的方法，其中所述迅速冷卻所述玻璃襯底包含將所述玻璃襯底浸入液體中，所述液體的預先選擇溫度低于所述玻璃襯底的溫度。
6.根據權利要求I所述的方法，其中所述玻璃襯底包含鋁硅酸鹽玻璃襯底。
7.根據權利要求I所述的方法，其中所述襯底包含硼硅酸鹽玻璃襯底。
8.根據權利要求I所述的方法，其中所述讓所述溶劑從所述玻璃襯底蒸發包含讓水從所述玻璃襯底蒸發，其中在所述溶劑已經充分蒸發之后，所述涂層材料在所述玻璃襯底的表面形成膜。
9.根據權利要求I所述的方法，其中所述預先選擇溫度在大約320攝氏度到大約380攝氏度的范圍內。
10.根據權利要求I所述的方法，其中所述預先選擇溫度大約是370攝氏度。
11.根據權利要求I所述的方法，其中所述預先選擇的持續時間在大約30分鐘到大約240分鐘的范圍內。
12.根據權利要求I所述的方法，其中所述預先選擇的持續時間大約是60分鐘。
13.根據權利要求I所述的方法，其中所述涂層材料包含NaOH。
14.根據權利要求I所述的方法，其中所述涂層材料包含K0H。
15.根據權利要求I所述的方法，其中所述涂層材料包含KN03。
16.根據權利要求I所述的方法，其中所述涂層材料由NaOH構成。
17.根據權利要求I所述的方法，其中所述涂層材料由KOH構成。
18.根據權利要求I所述的方法，其中所述涂層材料由KNO3構成。
19.根據權利要求I所述的方法，進一步包含 將含有磁材料的至少一個層沉淀在所述玻璃襯底上，所述至少一個層構造為用于記錄信息。
20.根據權利要求I所述的方法，其中所述玻璃襯底構造為用于所述存儲設備內。
21.根據權利要求I所述的方法，其中所述溶劑是從由水、甲醇和乙醇組成的組中選擇的材料。
全文摘要
本發明涉及一種提高玻璃襯底的強度的方法。一種用于加固適用于存儲設備的玻璃盤襯底的方法，包括將至少一部分玻璃襯底浸入溶液中，該溶液包括溶劑和從由NaOH、KOH、和KNO3構成的組中選擇的涂層材料，從溶液中移出玻璃襯底，讓溶劑從玻璃襯底蒸發，并且在預先選擇的溫度將玻璃襯底加熱預先選擇的持續時間，其中預先選擇的溫度足夠充分熔化涂層材料，且該溫度低于所述玻璃襯底的轉變溫度。
文檔編號C03C17/22GK102807328SQ20121017689
公開日2012年12月5日 申請日期2012年5月31日 優先權日2011年6月3日
發明者鈴木升二, C·布瑞斯克 申請人:西部數據傳媒公司