新一代信息技术用不锈钢

1

概述

材料、能源、信息是构成社会赖以生存的三大要■素。新一代信息技术的发展离不开不锈钢。

现代信息技术尚无公认∞统一的定义，从技术角度讲包括：

1）信息载体：激光；

2）信息传递：微波、激光通过光钎；

3）信息储存：光盘与计算机结合；

4）信息显示：激光打印，光二极管。

信息材料是发展最快、变化最→快的材料，其发展方向是轻、薄、短、小；特点是品种规格多、尺寸精度高、表面质量好、性能要求高、使用数量少、技术Ψ难度大、开发周期长，但技术含量与附加值高，经济效益好。

2

新一代信息技术用不锈钢的现状

表1  新一代信息技术元器件用不锈︽钢

3

新一代信息技术用不锈钢的进展

3.1 超高洁净度不锈钢

特别指用于半导体制备装置、印刷线路特别是超高真空元器件（例如不同类型晶闸管、绝缘栅极晶体管等）所使用的气体和非金属、金属夹杂物特别低¤的不锈钢。

气体与杂夹物高的不锈钢在超高真空下长期使用过程中，会释放出气体影响元器件的性能和使用寿命。在半导体制备过程中，不锈钢中◣的杂质，特别是重金属，例如Cu、Fe、Ni、Co、Cr等在半导体中的残存量越低越好，否则会大大影响、恶化半导体的性能，特别↓是电学性能。

目前超高洁净不锈钢普遍使用洁净度的水平是(10-6) ：[C]≤60、[N]≤65、[O]≤5、[H]≤1.0。印刷线路＜20μm的超细丝ω中要求非金属夹杂物特别低，且颗粒尺寸≤6μm。

超高洁净度不锈钢包括304、304L、316、316L以及一些超级不锈钢00Cr18Ni18Mo5、00Cr25 Ni25Mo4.5Cu等。

3.2 不锈钢极薄带材

极薄№带材也称箔材，指厚度在＜0.1mm 以下的金属带材，主要用于电子、光电子、电脑、精密机械制造、机器人制造等行业，例如：0.010~0.020 mm 的铜箔大量应用于电动汽车卐的动力电池，0.040~0.070mm 的 Hastelloy 合金箔可应用于长尺寸超导电缆的制造，而不锈钢薄带和极薄带的应用范围更广，用量也较大。

《中国制造2025》中提出微机电、微制造、机器人、智能制造等高新制造技术领域，对多品种、高品质金属极薄带会提出更高的技术要求。

中国东北大学自行设计的金属成形轧机，得到了最↑薄厚度达0.001mm的铜、铝和普碳箔材；钛、镍、镁、不锈钢、硅钢箔材厚度达到了0.01mm以下。与此同时国内也陆续从国外引进一些精密极薄带材生产线，可以生产出接⌒近世界先进水平的不锈钢极薄带。

欧洲高品质超薄」精密不锈钢带的价格一般为不锈钢冷轧薄带10倍以上，因其尺寸精度及其波动范围、表面质量（粗糙度、光洁度、平整度等），特别是钢的高洁净度、性能均匀度、使用的可靠性均应满足苛刻技术条件∑　及个性化要求。

表2  高品质精密不锈钢薄带的牌号、规格及用途

3.3 功能不锈钢

不锈钢不仅是高强、高韧、不锈、耐蚀、耐磨的结构⊙材料，而且是经济的功能材料。

功能不锈钢指具有磁、电、声、热、核等物理功能、特殊化学和力学功能及生物医学等功能不锈钢的总称。

目前金属功能材料多以有色金属合金为主，但仅占钢铁材料①产量约5%的164种有色金属既是结构材料也是功能材料，大部分还是较为稀缺贵重的战略资源，比钢铁材料包括不锈钢价格上要高出好多倍。

尽管当前有色金属基功能材料，要比同类型功能不锈钢性能有其优越性，这可能是材♀料本身的属性如此，也有可能是功能不锈钢的研究还不到位，即使通过深入◣研究，性能仍有逊色，但是对金属功能材料要求量大面广而对功能性要求不很严格的场合，功能合金钢，特别是功能不锈钢是合理的选择。

下面介绍常用的一些功能不锈钢▅：

A、 无磁不锈钢

又称非（低）磁性不锈钢，指μ＜1.5的不锈钢。

无磁性不锈钢是奥氏体非常稳定的奥氏体不锈钢，其A3相变点在使用温度下。

随着超导技术的发展，在超导√线圈电力储存、超导发电、磁流体发电、磁悬浮线性电动机、核聚变反应〒堆等高新技术中都使用高磁场技术。在非常高的磁场下存在易被磁化的钢铁材料不仅会扰乱磁场的分布并在其中产生涡流，不仅使材料发热造成大量能量损失，还有可能破坏整个构件的功能，从而研发了一系列μ小于1.1~1.5的无磁钢，包括不锈和∏耐蚀要求的无磁不锈钢，而普通钢的μ为150左右。

最常用的无磁不锈钢有Cr-Ni系、Cr-Ni-Mo系、Cr-Ni-Mn-N系等。无磁不锈钢的牌号、主要性能与典型用途见表3。

表3 无磁不锈钢的牌号、主要性能与典型用途

应该指出，为了降低成本，对耐蚀性要求不大苛刻的元件，适量的降低钢中的Ni，而用很便宜的Mn和N代替，发展了一系列的Cr-Mn-Ni-N资源节ω　约型无磁不锈钢。

B、 软（电）磁不锈钢

常见软磁不锈钢牌∏号、主要△特性与典型用途见表4。

表4 软磁不锈钢的主要特性与典型用途

C、减振铁磁性不锈钢

主要指由于钢中磁滞即磁性-机械静态滞后引起▲内耗衰减的减振不锈钢。

具有高ぷ的磁壁迁移率和高的磁滞伸缩常数的材料是良好◣铁磁性减振不锈钢，例如：

1）Cr12型马氏体不锈钢，热处理工艺明显影响其衰减特性。

2）含2%~5%Al的 Cr13型不锈钢，在较宽的温度范围内（-50~350°）显示出高而稳定的减振性能，其中添加适量↓的稀土元素，可以改善其性能。

3）Cr12Ni10为基，用Al、Ti、W、Mo和V合金化的马氏体沉淀硬化不∩锈钢，在具有良好的强韧性的同时，具有良好的减振性。

4）00Cr12Ni7Al0.74Mo0.5是一种典型减振马氏体时效不锈钢。

除了铁磁性减振不锈钢外，还有位错型减◤振不锈钢Cr25Ni20、粉末冶金防振不锈钢Cr20~30Ni15~25，是化学成份分布不均、混晶严重、晶间腐蚀严重的减振不锈钢。

常见减振不锈钢牌号，主要特性】与典型用途见表5。

表5 常见减振不锈钢牌号、主要特性与典型用途

D、膨胀不◣锈钢

分低、恒（定）、高膨胀不锈钢三种，其牌号、主要特性与典型用途见表6。

表6 膨胀不锈钢牌号主要特性◇与典型用途

不同类型的玻璃具有不同的膨胀系数，而电真空元器件要求有不同膨胀系数的金属材料与之配合进行真空密封。

E、 形状记忆不锈钢

应用广泛的是形状记忆有色合金，形状记忆不锈钢主要用途是自由与强制恢复。日□　本钢管等研发该类钢牌号、主要特性与典型用途见表7。

表7 形状记忆不锈钢牌号、主要特性与典型用途

目前形状记忆不锈钢还处于研发阶段，该领域有较大发展潜力，因为它是重要∩智能材料关键的组成部分之一。

F、电热钢

是把电能转变成热能且能在特定高温下长期工作的电●阻钢，牌号有1 Cr13Al4、Cr20Ni30、lCr20Al 3、0Cr21Al 6Nb、0Cr21Al 6、0Cr23Al 5、0Cr25Al 5、0Cr27Al 7Mo2等，用来制造加热元件。

G、电阻钢

成份与电热钢类似，但主要用作电阻元件，改良型精密电阻钢有0Cr20Al 5、0Cr16Al 6、0Cr25Al 5Ti、0Cr25Al 5Mo、0Cr25Al 5Zr、0Cr25Al 5Y，它们是电阻温¤度系数和对铜热电势的绝★对值较小且稳定性好的电阻钢，是具有电阻稳定不变的＠电阻钢。

H、热双金属

研发方向是拓宽使用温度，改善耐蚀性及特殊物理性能的材料。不锈钢（主动层）/Zr(被动层)已列入标准。

I、生物医学用功能不锈钢

参阅本文后续部分。

3.4  注射成型♀不锈钢零部件

注射成型技术适用于制造形状复杂、精度要求高且需要大批量生产、节能降耗省材、成本低的零部件，美国近年来获奖注射成型不锈钢零▓部件性能见表8。

表8 美国近年来注♀射成型不锈钢零部件性能

17-4PH由于高强高韧耐蚀耐磨且注射成形性好而常被选用。

3.5 大规模集成电路用铁素体不锈钢

大规模集成电路通常选用Fe-Ni-Co可伐合金、Fe-Ni42合金及铜合金≡。

可伐合金中Co含量高达18%，成本太高，有逐渐被Fe-Ni42合金代替的趋势，但它的热导率与电导率较差，在集成电路高密度化导致发热量大增的工㊣况下，竞争不过铜合金。

铜合金大量用在金属氧化物半导体集成电路》上，因它热导、电导性能好，成本又低，强度高，成为大规模集成电路的主角，成为不可或缺的材料。

尽管如此，综合性能可能更好的新材料——铁素体不锈钢成为研№究的对象之一。铁素体不锈钢的强度、电导性和Fe-Ni42合金相当，伸长率相当于其50%，热膨胀系高达100%。

在上世纪90年代初，铁素体不锈钢的用量约为集成电路引线⊙架材料的25%（600t左右），且有逐步扩大愿景。