对诸如玻璃盘的脆性非金属表面进行构形的方法技术

用于产生一个凸起阵列以对诸如用于数据记录盘的玻璃基底的脆性非金属表面进行构形的方法。该构形方法采用激光器来向脆性玻璃表面提供适当的能流密度，以在表面上产生多个升起的凸起。凸起的产生，是在将激光脉冲的能流密度限制在一个窄的运行区域中从而避免了表面材料的微观裂缝或喷射的情况下实现的，该运行区域是在脆性非金属表面材料的突变热震荡能流阈值以下发现的。该方法还可用于其他脆性表面的构形。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本公开和与其同一天递交的题目为“PROCEDURE EMPLOY-ING A DIODE—PUMPED LASER FOR CONTROLLABLY TEX-TURING A DISK SURFACE”共同未决专利申请第08/150,525号(受让人记录号第SA9—93—005)具有共同的专利技术人和主题内容，该专利申请也被完全包括在该本文献中。本专利技术一般地涉及构形数据存储盘基底的方法，并特别涉及用于脆的非金属表面的高可控激光构形方法；这种非金属表面可以是诸如用于数据存储盘的玻璃基底。近来的磁盘驱动器设计采用了通常被称为接触启动—停止(CSS)的系统，其中当盘静止时磁头与磁盘表面接触。当盘开始旋转时，磁头沿着表面滑动，最终会由于盘表面处的空气层流完全脱离该表面而悬浮起来。在这种技术中，希望有平滑、镜面型的记录表面，以使磁头能尽量接近盘表面运行。在先有技术中，在CSS中在用于磁头接触的金属盘表面上形成一个“构形(texture)”的区域，以克服在盘转动的启动和停止期间产生的过度的接触静摩擦和摩擦。磁头在适当的时间被驱动控制器移动到“CSS区”。盘表面的其余部分的镜面平滑性得到了保留，以允许高密度的磁数据记录。本领域的技术人员已经提出了几种用于构形金属盘表面的有用技术。例如，利用重复激光脉冲在金属表面上产生可再现的坑，在先有技术中已知可被施加到片金属冲压成形表面、液体传递表面和金属数据存储盘表面，如上述共同未决专利申请中所描述的。不幸的是，这种技术一般不适用于对脆性非金属盘基底表面进行构形—这种脆性非金属盘基底表面诸如在先有技术中已知的、用于某些数据存储盘应用的玻璃基底。脆性非金属表面，特别是玻璃表面，在先有技术中已知的用于金属盘基底的研磨或激光构形技术中会出现裂缝或变形。因此，在用于诸如铁磁体或玻璃的脆性表面的技术中，化学表面构形技术和其他图案淀积技术是较佳的。例如，在美国专利第5,079,657和5,162,073号中，MichaelI.Aronoff等人公布了一个用于对磁头的飞行表面进行构形的选择化学蚀刻技术。Aronoff等人提出一种降低静摩擦的方法，该方法避免了在记录盘上构形CSS区的需要，但是它只限于特定的头表面材料。在美国专利第4,985,301号中，Toshinori Morizane等人公布了一种用于记录盘的玻璃基板的制作方法，它包括对该基板进行化学蚀刻处理，这种处理在结晶材料和非晶材料之间提供了不同的蚀刻速率。Morizane等人提出用他们的方法在基板中产生构形的CSS区，该CSS区是通过随后淀积的记录材料层来再产生的。其他的技术人员建议采用昂贵的化学蒸汽淀积(CVD)方法来在淀积磁记录膜层之前在玻璃盘表面上产生粗糙的区域。印刷领域的某些技术人员提出采用激光脉冲来在诸如钨的碳化物的脆性材料的表面上产生很多微小的坑。例如，在美国专利第5,143,578和5,236,763号中，Pierre Luthi公布了一种用于在诸如印刷辊的液体传递表面的固态表面上雕刻一系列相继的小槽或坑的方法。Luthi建议用他的技术来克服通常用于雕刻应用的陶瓷和金属碳化物表面的坚硬性，但既未考虑也未提出用于在脆性非金属盘表面上产生CSS区以克服头的静摩擦的具体问题的解决方案。其他人考虑了利用激光能量来降低具有玻璃基底的数据记录盘中的静摩擦的具体问题。例如，在日本专利4—311814号中，Maeta Hiroshi公布了一种技术，用于在不降低表面耐久性的情况下，通过从半透明基底的后面施加激光脉冲以破碎并驱散前表面的玻璃的小颗粒，来对玻璃基底进行构形。该激光脉冲引起了热震荡，从而有效地将前表面破碎成了细小的颗粒，这些颗粒随后被部分退火到前表面上，产生了适于降低随后加到前玻璃基底表面上的磁记录膜层中的静摩擦的粗糙的形状。Hiroshi未讨论他的方法是如何克服不受控制的表面损坏产生的问题。在美国专利第5,062,021和5,108,781号中，Rajiv Ranjan等人提出了一种用于在磁记录盘的金属表面中产生一系列间隔紧密的坑以降低静摩擦的方法。Ranjan等人提出采用闪烁灯泵浦的钕—钇—铝—石榴石(NdYAG)激光，以产生所需的表面粗糙。然而，他们未考虑也没有建议将他们的构形方法应用到玻璃盘基底或其他脆性非金属表面，且他们的方法实际上也被一般地认为对于脆性非金属材料是不适用的。本领域的技术人员避免采用激光脉冲来产生脆性非金属表面的形状的受控改变，因为他们认为那会造成毛发状裂缝或表面材料损坏。这种损坏(经常是微观的)经常由于短促的激光脉冲而造成的迅速熔化和再固化，而在诸如玻璃的脆性非金属材料的激光熔化之后被观测到。这种迅速熔化和再固化，通常在玻璃中造成过度的应力，从而使表面出现裂缝和断裂。这种激光脉冲在此被称为产生了超过脆性非金属表面材料的“热震荡阈值”的应力。实际上，上述的Hiroshi专利就是依赖这种热震荡微观破碎现象来达到其专利技术的有用性的。低于该阈值的激光脉冲能量通常被认为是对于改变脆性非金属表面的形状无用的。因此，该本领域中对脆性非金属表面构形技术有一种明显的需要，这种技术具有用于金属表面的已知的激光构形技术的可控制性和其他优点。本专利技术以下述方式解决了现有技术中明显的有关的未解决的问题和不足。本专利技术通过利用由具有精确控制的能量流的单个激光脉冲在玻璃盘表面上形成的高度可再现凸起可以受到控制这一意外发现，解决了上述问题。能量流控制是利用意外的、正好在用于脆性非金属材料的突变热震荡能流密度阈值之下的较窄运行区所需的。流控制是通过选择与适当凸起间隔结合的激光波长、脉冲宽度和重复速率的组合来实现的，以避免激光照射区域受到过度的应力。本专利技术的窄运行流区在上面受到热震荡阈值的限定，而在下面则受到材料的熔化或软化点的限定。本专利技术的一个目的，是在玻璃、陶瓷或其他脆性非金属基底表面的所希望的CSS区中产生很多微观凸起，以改善这种表面的静摩擦、磨损、摩擦、或可涂覆性，或将该表面制备成“冲压成形表面”模具以制作负印版。本专利技术的方法的一个优点，是能利用脉冲激光在表面的选择区域中可控地产生可高度再现的微观凸起。本专利技术的另一个目的，是避免由于激光脉冲加热引起的微观裂缝对脆性非金属表面造成的损坏。本专利技术的方法的一个特征和优点，是激光脉冲流量被严格控制在正好在热震荡能流密度阈值之下的适当区域中，在该阈值会出现玻璃表面的毛发状裂缝和材料的喷射。这种特征由这样一个完全意外的发现产生的，即存在一个突变转变能量流量阈值(“热震荡阈值”)且在该阈值之下激光脉冲能流密度不起作用或只产生一不造成损坏的凸起。对于具有压缩表面应力的玻璃盘，这种凸起出人意外地几乎完全突出在名义上的表面之上，这对于降低数据存储盘中的静摩擦是非常有用的。借助以下的说明、权利要求书和附图，可以进一步理解本专利技术的上述以及其他目的、特征和优点。现在参见以下结合附图对本专利技术所作的详细描述，以对本专利技术有一个完全的理解。附图说明图1是根据本专利技术的用于对玻璃或其他脆性非金属表面进行构形的一例设备的功能示意图；图2A—2C显示了用本专利技术的方法获得的典型表面凸起阵列和凸起的外形图；图3A—3D显示了根据本专利技术的方法在四个不同的能流密度级下产生的玻璃基底的表面构形，其中两个能流密度级造成了表本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于对基本上由脆性材料构成的脆性表面进行构形的方法，该脆性材料具有热震荡阈值能流密度级，在该值以上所述脆性材料将破碎，所述方法的特征在于包括以下步骤： 有选择地将辐射能量集中在所述脆性表面的一个处理区域上的多个彼此分隔的位置上，以改变各个所述分隔位置处的一个目标区域中的所述脆性表面的形状，所述辐射能量在所述各个分隔的位置处具有能流密度ｆ↓［ｐ］，所述能流密度ｆ↓［ｐ］小于所述脆性材料的所述热震荡阈值。

【技术特征摘要】
US 1993-11-10 1498511.用于对基本上由脆性材料构成的脆性表面进行构形的方法，该脆性材料具有热震荡阈值能流密度级，在该值以上所述脆性材料将破碎，所述方法的特征在于包括以下步骤有选择地将辐射能量集中在所述脆性表面的一个处理区域上的多个彼此分隔的位置上，以改变各个所述分隔位置处的一个目标区域中的所述脆性表面的形状，所述辐射能量在所述各个分隔的位置处具有能流密度fp，所述能流密度fp小于所述脆性材料的所述热震荡阈值。2.根据权利要求1的方法，其特征在于所述辐射能量包括激光能量Ep的脉冲，该脉冲具有持续时间tp和具有最大直径Dp的聚焦点，其中Ep、tp和Dp得到适当的选择以将所述能流密度fp的值限制在低于所述热震荡阈值，从而在所述各个目标区域中形成一个凸起，所述各个凸起具有最大直径Dd并在所述脆性表面上升起到一个最大高度hd。3.根据权利要求2的方法，其特征在于所述脉冲持续时间tp是在区间[10-9，10-1]秒的范围内且所述最大点直径Dp＞Dd是在区间[1,500]μm的范围内。4.根据权利要求3的方法，其特征在于所述脆性材料是玻璃且所述激光能量脉冲具有波长λp，从而使所述激光能量脉冲进入所述脆性玻璃表面的光透射深度在区间[10-8，10-3]米的范围中。5.根据权利要求4的方法，其特征在于所述最大凸起高度hd是在区间[1,1000]nm的范围内。6.根据权利要求4的方法，其特征在于所述脆性玻璃表面强烈地吸收在第一频谱区中的激光能量且波长λp处于所述第一频谱区中且所述激光脉冲是用二氧化碳(CO2)激光器产生的。7.根据权利要求2的方法，其特征在于各个所述分隔位置和与其最邻近的所述分隔位置的间隔距离为Ds≥Dd。8.根据权利要求2的方法，其特征在于各个所述分隔位置和与其最邻近的所述分隔位置之间的间隔距离为Ds，且Ds远小于所述最大直径Dd，从而使多个所述凸起与它们的近邻凸起相合并从而在所述脆性表面上形成大体连续的脊。9.用于制作一种数据记录盘基板的的方法，该基板具有脆性材料表面，而该脆性材料表面具有热震荡阈值能流密度级，在该级以上所述脆性材料将被破碎，所述方法的特征在于包括以下步骤将所述脆性材料表面抛光到预定的平滑度；有选择地将所述辐射能量集中在所述脆性材料表面的一个处理区域上的多个彼此分隔的位置上，以改变各个所述分隔位置处的所述脆性材料表面的形状，其特征在于所述辐射能量在所述各个分隔的位置处的能流密度fp被限制在所述热震荡阈值；在所述脆性材料表面上淀积一层磁数据记录材料以产生一个数据记录层。10.根据权利要求9的方法，其特征在于所述脉冲持续时间tp在区间[10-9，10-1]秒的范围内且所述最大点直径Dp＞Dd在区间[1,500]μm的范围内。11.根据权利要求10的方法，其特征在于所述脆性材料是玻璃且所述激光能量脉冲具有波长λp...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得M鲍姆加特，瓦因P利昂格，亨V恩盖耶，撒奥A恩盖耶，安德鲁C塔姆，安东尼吴，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]