專利名稱：垂直磁記錄介質中的合金靶材及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種用于制備垂直磁記錄介質中的軟磁膜層的合金濺射靶材。本發明還涉及一種制備該合金靶材的方法。
背景技術：
隨著計算機技術的發展，人們需要越來越高的數據存儲密度，而磁記錄存儲是數據存儲的最主要的方式，這就要求磁性材料中單個記錄位的面積越來越小。因此，磁記錄密度的提高面臨著巨大的挑戰，其中最重要的就是需要克服超順磁極限所帶來的挑戰，這就要求采用垂直磁記錄方式，因為垂直磁記錄方式能夠突破150GB/in2的記錄面密度。垂直磁記錄介質是實現超高密度垂直磁存儲的重要一環，與傳統的縱向磁記錄介質相比，垂直磁記錄可以達到更高記錄密度，縱向磁記錄系統中，介質在與介質表面平行的方向上被磁化， 垂直磁記錄系統中，在與介質表面垂直的方向上被磁化，可實現單位記錄位的進一步減小。
垂直磁記錄材料需要具備如下特點(1)高的矯頑力是磁矩翻轉難易的標志，為了能在熱擾動和雜散場的影響下保持記錄數據的穩定性，必須要求有高的矯頑力；(2)高的矩形比(Mr/Ms )和適中的飽和磁化強度高的剩余磁化強度(Mr )與剩余磁化強度(Ms )的比值，是滿足足夠大的讀出信號和信噪比的必然要求，現在要求材料的矩形比都要在0. 95 以上。過高的飽和磁化強度會降低讀出信號的信噪比，為了得到大的讀出信號，低飽和磁化強度的材料要相對較厚，這對生長工藝提出了額外的要求，并且增加了寫入信息的困難，這樣做也不利于面密度的提高；(3)磁性晶粒之間足夠低的耦合在磁記錄介質的制備工藝中，磁性晶粒之間的退耦合是一個重要的問題。晶粒間過強的耦合和會降低信噪比，并且在一個記錄位寫入信息時，會影響到周圍記錄位信息；(4)直徑分布均勻的、小的磁性晶粒 磁性晶粒直徑過大和不均勻會導致信噪比降低；此外，小的磁性粒子也是提高面密度的必然選擇；(5)適中的居里溫度考慮到熱輔助的垂直磁記錄方式，磁性材料的居里溫度應該適中，因為如果磁性材料的居里點過高，則在該技術適用溫度下(如150°C左右)，矯頑力隨溫度的變化不明顯，達不到熱輔助的效果；而如果磁性材料的居里點過低，其熱穩定性差， 由于硬盤在使用時會發熱，記錄信息容易丟失。
為了獲得具有上述性質的高性能垂直磁記錄薄膜材料，對于用于制造軟磁膜的合金靶材而言，需要具備如下性能，才能獲得性能優良的薄膜(1)要求合金靶材必須有一定的純度，一般而言，要求純度高于99. 9% ； (2)要求合金靶材的合金成分在在各個部位的分布均勻；(3)要求合金靶材的微觀組織在各個部位均勻分布；(4)要求合金靶材具有較高的透磁率，即，有較多的磁力線能夠穿過靶材，一般透磁率要求大于50%。
中國專利CN102149836A提供了一種在垂直磁記錄介質中的軟磁膜層的合金，這種合金包含以原子%計的下列各項=Fe :10 45% ；Ni 廣25% ；Zr、Hf、Nb、Ta和B中的一種或多種Jr+Hf+Nb+Ta+B/2之和為5 10%，其中B為0 7%的量；以及Al和Cr中的一種或多種 Al+Cr之和為(Γ5% ；以及作為余量的Co和不可避免的雜質37%以上，并且所述合金以原子比計滿足下列各項:Fe/ (Fe+Co+Ni):0. Γθ. 5 ；以及 Ni/ (Fe+Co+Ni):0. Γθ. 25。該專利的3特點在于合金靶材的耐蝕性好，透磁率高的特點，由于使用粉末冶金燒結的方法制造和選擇的原料的原因，微觀組織的各相異性能較小。
中國專利CN1995443A提供了一種垂直磁記錄介質軟磁性底層用鈷基合金靶材的制造方法，包括下述步驟，量取Co、Ta、Zr三種元素原料放入坩堝中，進行真空熔煉并澆鑄成鑄錠，將所得鑄錠進行熱等靜壓，后進行熱軋變形；將熱軋錠進行機加工制得所需形狀的靶材。該專利的特點在于保證了材料的微觀組織性能，透磁率高的特點，但工藝過程還是較為復雜。發明內容
本發明的目的在于克服上述不足，提供一種用于在垂直磁記錄介質中的軟磁膜層的合金靶材，該合金靶材具有高的透磁率、適中的磁飽和強度、非結晶性較好且具有較好的耐腐蝕性等特點，該靶材可以有效地用于磁控濺射。
本發明的目的是這樣實現的一種垂直磁記錄介質中的合金靶材，所述合金靶材具體是一種Tb-Fe-Co基合金靶材，其原子比的組成式為(C0x-FeiQQ_x) 100_ (Y+z)-TbY-Mz，其中， 5彡X彡20，15彡Y彡40，2彡Z彡15，所述組成式中的M元素為從Ta、Nb、Zr中選出的一種或兩種元素，其中Te的原子比為40% 70%，Co的原子比為5% 30%，作的原子比為20% 40%， Ta, Nb, Zr中一種或兩種的原子比為2% 15%。
本發明還提供一種制備上述合金靶材的方法，所述方法包括以下步驟(1)按所設計的Tb-Fe-Co基合金靶材的元素含量計算所需的Tb、Fe、Co、三種或三種以上元素的重量，要求所有原料的純度均高于99. 9% ；(2)將(1)步所取的原料放入真空熔煉爐中，熔煉并澆鑄成錠，熔煉溫度為 1400^1600°C，熔煉前先將真空度抽至6. 67 X 10 ,然后通入Ar保護氣體，熔煉時的真空度為 1. OXKT1Pa ；(3)將(2)步所得熔煉合金錠進行一次低溫熱軋變形處理和兩次高溫熱軋變形處理，低溫熱軋溫度為30(T50(TC，高溫熱軋溫度在70(Γ1150 ，要求軋制時道次變形率小于30% ；(4)將(3)步所得的錠進行機加工制得所需形狀的靶材與現有技術相比，本發明的有益效果是本發明提供一種用于在垂直磁記錄介質中的軟磁膜層的合金靶材，用熔煉的方法讓Tb 均勻分布在i^e-Co基合金靶材的微觀組織中，通過后期扎制的方式，控制組織結構，獲得了純度高、成分均勻、微觀組織均勻、非結晶性能好、各向異性的合金靶材。
具體實施方式
本發明涉及一種Tb-Fe-Co基合金靶材，其原子比的組成式為(Cox-Fe100_x) 100- (Y+z)-TbY-Mz，其中，5 < X ^ 20,15 ^ Y ^ 40,2 ^ Z ^ 15，所述組成式中的 M 元素為從 Ta,Nb,Zr中選出的一種或兩種元素的濺射靶材。在微觀組織中，Tb、Ta、NbJr微細均勻分布在以為主體的合金組成的相中。
鐵磁性物質Fe、Ni、Co單晶，沿不同晶軸方向的磁化曲線各不相同，如Co單晶體在wool]方向的最易磁化，此軸為易磁化軸，而[1010]晶軸方向最難磁化，為難磁化軸，這種與晶體結構有關的各向異性為磁晶各向異性。合金靶材的特點則在于根據材料的特性，保持材料特有的磁學性質外，還必須保證一定的透磁率，使得更加有效地進行濺射，形成高質量的磁記錄薄膜。稀土原子的磁各向異性和非晶態RE-TM金屬的感生垂直各向異性密切相關。重稀土金屬具有大的磁晶各向異性，來源于4f軌道磁矩和晶場的作用，要比Fe、Co 的情況大100-1000倍。所以單原子各向異性能大的Tb、Dy和Co感生的非晶組織的各向異性能也大。合金靶材中添加高的Tb含量，讓Tb均勻分布在!^e-Co基合金靶材的微觀組織中，可以降低合金靶材的導磁率。從耐腐蝕性的角度而言，添加重稀土金屬的i^-Co系合金，狗含量原子比低于33%將降低合金靶材的飽和磁通密度，！^含量原子比高于7 將會是使得合金靶材的耐蝕性變差。Co的耐蝕性能強于鐵，增加Co的含量，能夠增強合金靶材的耐蝕性能。Ta、Nb、& 分別是具有和i^、Co相關的共晶相圖，并且容易形成非結晶相， 以提高透磁率。
考慮合金靶材的透磁率、飽和磁通密度及耐蝕性，基于過程中可能產生的中間合金，優選地，為了提高合金靶材的飽和磁通密度，確定狗的原子比為409Γ70%，為提高合金靶材的耐蝕性不損失飽和磁通密度，Co的原子比為59Γ30% ；為提高靶材的透磁率和非結晶性，Tb的原子比為20% 40%，為了增加合金靶材的非結晶共晶相，Ta、Nb、Zr中一種或兩種的原子比為2% 15%。
為了提高合金靶材的微觀組織均勻分布、高透磁率，本發明還提供一種制備上述 Tb-Fe-Co基合金靶材的方法，所述方法包括以下步驟(1)按所設計的Tb-Fe-Co基合金靶材的元素含量計算所需的Tb、Fe、Co、三種或三種以上元素的重量，要求所有原料的純度均高于99. 9% ；(2)將(1)步所取的原料放入真空熔煉爐中，熔煉并澆鑄成錠，熔煉溫度為 1400^16000C，熔煉前先將真空度抽至6. 67 X 10 ,然后通入Ar保護氣體，熔煉時的真空度為 1. OXKT1Pa ；(3)將(2)步所得熔煉合金錠進行一次低溫熱軋變形處理和兩次高溫熱軋變形處理，低溫熱軋溫度為30(T50(TC，高溫熱軋溫度在70(Γ1150 ，要求軋制時道次變形率小于30% ；(4)將(3)步所得的錠進行機加工制得所需形狀的靶材。
實施實例1(1)按所設計的Tb-Fe-Co基合金靶材的元素含量計算所需的Tb、Fe、Co三種元素的重量，原子百分比 Tb :Fe :Co=22:65:13，Tb 的純度為 99. 9%, Fe 為 99. 99%, Co 為 99. 99% ；(2)將(1)步所取的原料放入真空熔煉爐中，熔煉并澆鑄成錠，熔煉溫度為1500°C，熔煉前先將真空度抽至6. 67X 10_3Pa，然后通入Ar氣體，熔煉時的真空度為1. OX 10.1! ；(3)將(2)步所得熔煉合金錠進行一次低溫熱軋變形處理和兩次高溫熱軋變形處理，低溫熱軋溫度為350°C，高溫熱軋溫度在800°C，軋制時道次變形率為20% ；(4)將(3)步所得的錠進行機加工制得所需形狀的靶材。
對比實例2(1)按所設計的Tb-Fe-Co基合金靶材的元素含量計算所需的Tb、Fe、Co三種元素的重量，原子百分比 Tb :Fe :Co =8 :65 :27，Tb 的純度為 99. 9%, Fe 為 99. 99%, Co 為 99. 99% ；(2)將(1)步所取的原料放入真空熔煉爐中，熔煉并澆鑄成錠，熔煉溫度為1500°C，熔煉前先將真空度抽至6. 67X 10_3Pa，然后通入Ar氣體，熔煉時的真空度為1. OX 10.1! ；(3)將(2)步所得熔煉合金錠進行一次低溫熱軋變形處理和兩次高溫熱軋變形處理，低溫熱軋溫度為350°C，高溫熱軋溫度在800°C，軋制時道次變形率為20% ； (4)將(3)步所得的錠進行機加工制得所需形狀的靶材。
對比實例3(1)按所設計的合金靶材的元素含量計算所需的Tb、Fe、&三種元素的重量，原子百分比 Tb :Fe :Zr =22 :65 :13，Tb 的純度為 99. 9%, Fe 為 99. 99%, Zr 為 99. 99% ；(2)將(1)步所取的原料放入真空熔煉爐中，熔煉并澆鑄成錠，熔煉溫度為1550°C，熔煉前先將真空度抽至6. 67X 10_3Pa，然后通入Ar氣體，熔煉時的真空度為1. OX 10.1! ；(3)將(2)步所得熔煉合金錠進行一次低溫熱軋變形處理和兩次高溫熱軋變形處理，低溫熱軋溫度為400°C，高溫熱軋溫度在900°C，軋制時道次變形率為15% ；(4)將(3)步所得的錠進行機加工制得所需形狀的靶材。
實施實例4(1)按所設計的Tb-Fe-Co基合金靶材的元素含量計算所需的Tb、Fe、Co、Ta四種元素的重量，原子百分比 Tb =Fe =Co =Ta =22 :54 :13 11，Tb 的純度為 99. 9%, Fe 為 99. 99%，Co 為 99. 99%, Ta 為 99. 99% ；(2)將(1)步所取的原料放入真空熔煉爐中，熔煉并澆鑄成錠，熔煉溫度為1550°C，熔煉前先將真空度抽至6. 67X 10_3Pa，然后通入Ar氣體，熔煉時的真空度為1. OX 10.1! ；(3)將(2)步所得熔煉合金錠進行一次低溫熱軋變形處理和兩次高溫熱軋變形處理，低溫熱軋溫度為400°C，高溫熱軋溫度在900°C，軋制時道次變形率為15% ；(4)將(3)步所得的錠進行機加工制得所需形狀的靶材。
實施實例5(1)按所設計的Tb-Fe-Co基合金靶材的元素含量計算所需的Tb、Fe、Co、Zr四種元素的重量，原子百分比 Tb =Fe =Co =Zr =22 :54 :13 11，Tb 的純度為 99. 9%, Fe 為 99. 99%，Co 為 99. 99%, Zr 為 99. 99% ；(2)將(1)步所取的原料放入真空熔煉爐中，熔煉并澆鑄成錠，熔煉溫度為1550°C，熔煉前先將真空度抽至6. 67X 10_3Pa，然后通入Ar氣體，熔煉時的真空度為1. OX 10.1! ；(3)將(2)步所得熔煉合金錠進行一次低溫熱軋變形處理和兩次高溫熱軋變形處理，低溫熱軋溫度為400°C，高溫熱軋溫度在900°C，軋制時道次變形率為15% ；(4)將(3)步所得的錠進行機加工制得所需形狀的靶材。
實施實例6(1)按所設計的Tb-Fe-Co基合金靶材的元素含量計算所需的Tb、Fe、Co、Ta、Nb五種元素的重量，原子百分比Tb =Fe =Co =Ta、Nb=22 :54 :13 :9 :2，Tb的純度為99. 9%，Fe為 99. 99%, Co 為 99. 99%, Ta 為 99. 99%, Nb 為 99. 99% ；(2)將(1)步所取的原料放入真空熔煉爐中，熔煉并澆鑄成錠，熔煉溫度為1550V，熔煉前先將真空度抽至6. 67X 10_3Pa，然后通入Ar氣體，熔煉時的真空度為1. OX 10.1! ；(3)將(2)步所得熔煉合金錠進行一次低溫熱軋變形處理和兩次高溫熱軋變形處理，低溫熱軋溫度為400°C，高溫熱軋溫度在900°C，軋制時道次變形率為15% ；(4)將(3)步所得的錠進行機加工制得所需形狀的靶材。
權利要求
1.一種垂直磁記錄介質中的合金靶材，其特征在于所述合金靶材具體是一種 Tb-Fe-Co基合金靶材，其原子比的組成式為(Cox-FeiQ(1_x)1(1(1_ (Y+z)-TbY_Mz，其中，5彡X ^ 20, 15 ^ Y^ 40,2 ^ Z^ 15，所述組成式中的M元素為從Ta、Nb、Zr中選出的一種或兩種元素，其中=Fe的原子比為409T70%，Co的原子比為5% 30%，Tb的原子比為20% 40%，Ta,Nb, Zr中一種或兩種的原子比為2°/Γ 5%。
2.一種制備權利要求1所述的合金靶材的方法，其特征在于所述方法包括以下步驟(1)按所設計的Tb-Fe-Co基合金靶材的元素含量計算所需的Tb、Fe、Co、三種或三種以上元素的重量，要求所有原料的純度均高于99. 9% ；(2)將(1)步所取的原料放入真空熔煉爐中，熔煉并澆鑄成錠，熔煉溫度為 1400^16000C，熔煉前先將真空度抽至6. 67 X 10 ,然后通入Ar保護氣體，熔煉時的真空度為 1. OXKT1Pa ；(3)將(2)步所得熔煉合金錠進行一次低溫熱軋變形處理和兩次高溫熱軋變形處理，低溫熱軋溫度為30(T50(TC，高溫熱軋溫度在70(Γ1150 ，要求軋制時道次變形率小于30% ；(4)將(3)步所得的錠進行機加工制得所需形狀的靶材。
全文摘要
本發明涉及一種垂直磁記錄介質中的合金靶材，其特征在于所述合金靶材的原子比組成式為(CoX-Fe100-X)100-(Y+Z)-TbY-MZ，其中，5≤X≤20，15≤Y≤40，2≤Z≤15，所述組成式中的M元素為從Ta、Nb、Zr中選出的一種或兩種元素，其中Fe的原子比為40%~70%，Co的原子比為5%~30%，Tb的原子比為20%~40%，Ta、Nb、Zr中一種或兩種的原子比為2%~15%。本發明提供一種用于在垂直磁記錄介質中的軟磁膜層的合金靶材，用熔煉的方法讓Tb均勻分布在Fe-Co基合金靶材的微觀組織中，通過后期扎制的方式，控制組織結構，獲得了純度高、成分均勻、微觀組織均勻、非結晶性能好、各向異性的合金靶材。
文檔編號C22C38/14GK102517497SQ20111044020
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月26日 優先權日2011年12月26日
發明者王廣欣, 王樹森, 鐘小亮 申請人:江陰品源新材料科技有限公司