硬盘是计算机存储数据的核心部件。目前计算机硬盘的存储容量已进入兆字节(GB)级，最高达到令人咋舌的75GB，数据传输速率每秒几十兆字节，平均存取时间几毫秒，硬盘盘片的转速达到15000r／min。

硬盘盘片是一个圆形薄片，有5.25in(1in=25.4mm)、3.5in、2.5in和1.8in等几种规格，盘片表面上涂有铁氧体磁性物质，作为二进制信息的记录介质。每个盘片有两个磁性表面，海面对应有一个读写磁头。每个硬盘存储器由若干盘片垂直安装在同一个旋转轴上，构成一个盘组。

盘片用材的发展趋势为铝-玻璃-钛。目前，硬盘盘片大多采用铝合金制造前不久又制出了“玻璃硬盘”，即美国国际商用机器公司(IBM)推出的Deskstar75GXP及Deskstar40GV，这两种硬盘均使用玻璃取代传统的铝作为盘片材料，使硬盘具有更大的平滑性和更高的坚固性，另外，在高转速时也具有更高的稳定性。然而如果用钛来制作硬盘则比铝盘片和玻璃盘片有更多的优越性。因此，美国Timet公司从1998年就开始小规模地制作钛盘片，并取得了发明专利，通过测试钛盘片的性能，认为钛盘片完全可以取代铝和玻璃盘片。钛作为高速、’高性能的因特网和企业网服务器中的硬盘盘片材料将会得到快速发展，且具有良好的市场前景。

1、钛制硬盘的技术规格如下：

钛硬盘的技术规格如下：

直径95mm;

厚度0.635mm，或0.8mm；

表面硬度14700MPa；

杨氏模量660GPa(TiN)；

最高工作温度700度；

平直度<10m(发展方向<3μm)；

粗糙度Ra<0.8nm(发展方向：达到0.3ｎm)。

2、钛制硬盘的特性

(1)谐振性能和阻尼性能可调节。随TiN层的不同厚度调节盘片的谐振峰值，适应不同的转速，降低磁道记录失真，提高硬盘性能。

(2)每英寸磁道数(TPI)多。盘片的刚度高、稳定性强、噪声低，可增加盘片的每英寸磁道数和面密度。

(3)耐冲击性强。TiN盘片的表面硬度高于Aｌ-NiP的5倍，高于玻璃和玻璃—陶瓷盘片的3倍。钛盘片能够抵御9.8N以上的磁头冲击力，减少硬盘数据交换时的磁头冲击损伤和数据丢失。

(4)存储密度高。钛盘片的周边织构、磁化性和较高的喷涂温度可提高盘片的矫顽力和存储密度(数据存储容量)。

(5)喷涂温度高。Al-NiP盘片在275℃时就要发生磁性变化，钛盘片可在超过500℃的温度下喷涂，不会发生磁性变化，盘片的矫顽磁力可按加工工艺的不同提高30％～100％。另外，钛盘片可经受高温处理，盘片上能使用新型磁性合金如铁酸钡制作磁性薄膜。

(6)可进行纹理处理。TiN盘片的表面极硬，可对其进行纹理处理，提高矫顽力，减少静摩擦，不会出现含镍盘片的表面磨伤和球状物(而玻璃盘片则不能进行纹理处理)。

(7）允许盘片磁化。不像玻璃盘片，钛盘片可以被磁化，提高矫顽力，提高存储密度。

(8)没有镍涂层。钛盘片不需要镍涂层，从而可减少昂贵的工艺步骤和有害的废料处理问题。

(9)盘片表面光洁度高，读写磁头与磁盘的距离缩小，存储密度提高。

(10)产品质量好。钛所具备的耐高温性、均匀性和无磁性等特点，可减少盘片生产中的缺陷、翘曲和瘤状物形成，阻止磁盘数据存储时的磁性干扰。

另外，钛制硬盘的生产成本低，盘片生产工艺简单，生产速度快，成批生产时，每个毛片的制造成本(不包括原料费和专利权税)低于1美元。原料钛虽比铝贵，但比玻璃或陶瓷便宜。在盘片数量相等的情况下，钛盘片与上述其它盘片相比，成本可大幅度降低。与目前的Ni-P／AI-Mｇ盘片工艺相比，生产成本具竞争力。而且，原材料易得，介质设备生产商能够使用和拥有盘片生产工艺，可直接控制成本。

3硬盘用钛合金

最适合硬盘用的钛合金是Tｉ－3Aｌ－2.5V(ASTM9级，UNSR56320)。该合金在退火条件下具有较高的强度和较好的延性，可冷轧加工，并具有极好的加工性能，而且在任何温度下均无磁性，与目前广泛用于盘片的5086铝合金(UNSA95086)相比具有极大的优越性。除密度以外，钛合金的各项性能都优于铝合金。另外，退火态钛合金的抗拉强度瘤度比是铝合金的1.49倍，屈服强度／密度比是铝合金的2.83倍。在20％加工硬化时，钛合金的抗拉强度／密度比是铝合金的1.87倍，屈服强度／密度比是铝合金的2.30倍。钛合金的熔点比铝合金的高很多，其耐热变形性大大高于铝合金，耐热性能好意味着可以在较高的温度下快速沉积磁性薄膜。铝合金的热膨胀系数高，会使硬盘的读写磁头与盘片间产生错位，导致偏差。用钛合金制作盘片则不会出现这一问题。

表15086铝合金和Ti－3Aｌ－2．5V钛合金的物理性能和力学性能对比

性能5086铝合金Tｉ—3AI-2.5V钛合金两种合金性能之比

密度／g·cm-32.664．481.68

电阻率／μΩ·cm5.4812622.99

热膨胀系数23.8×10-69.5×10-60.40

(20℃～100℃)／℃－1

熔点范围／℃585～6401700

弹性模量／GPa711031.45

20%加工硬化退火态2626552.50

σ0.2／MPa退火态1175584.77

20%加工硬化2078003.86

4钛制硬盘的开发商及其发明专利

美国Timet公司于1998年投资500万美元专门成立了TitaniumX公司(又名钛存储系统(TMS)公司和Tulip存储系统公司)，主要研制生产钛盘片。该公司开发了钛在计算机硬盘中的新应用领域，测试了钛盘片的性能，取得了钛盘片生产技术的专利。公司的第一个产品是粗糙的、未抛光的钛盘片，商标为ServerDisk。目前正在主流硬盘驱动器和15000r／min服务器中进行性能测试。如果测试成功，将进行商业化生产

。

TitaninmX所需的材料钛带及有关的冶金技术由Timet提供，两家公司签订了供货协议。TitaniumX还将与其他钛供应商密切合作，期望以有竞争力的价格和产品建立多种钛原料供应渠道。

钛盘片的生产方法是用等离子技术在“航空级”钛中注入氮，生产出的氮化钛磁盘硬度高，性能稳定，谐振特点优于铝和其它材料。

TitaniumX发明了很多有关钛盘片的专利，包括新的垂直记录用钛盘片和铁酸钡磁性物质的专利。如“用作磁介质盘片的钛合金”、“用作磁介质盘片的等离子氮化钛”、“磁盘用对称的大面积高温沉积喷涂设备”、“薄膜磁盘用保护性涂层”、“等离子氮化磁介质盘片的生产方法”等。

1976年～2000年间有关“钛盘片”的美国专利共有37条，包括发明单位为Tulip存储系统公司的专利(1997年～1999年)和日本钢管公司(NKK)申请的专利(1991年～1993年)。Tulip存储系统公司在1999年10月申请获得的最新美国专利“用于磁记录介质的钛或钛合金盘片的生产方法”中提到了钛盘片的生产工艺。盘片为精密冷轧钛或钛合金。盘片表面可通过等离子氮化、等离子渗碳或等离子碳氮共渗进行硬化处理。盘片表面可喷镀上一层氮化钛、碳化钛或硼化钛硬涂层。

这项专利参考了该公司以前发明的专利内容和日本NKK公司曾申请的专利内容。

5钛制硬盘的市场展望

计算机硬盘盘片的市场很大，发展迅速。1998年世界盘片产量约为4.5亿张，分析家预测硬盘生产将以每年10％-15％的速度增长，到2002年可达到7亿张。TitaniumX期望今后4年的市场占有率增长80％。

硬盘市场主要有三个部分：台式计算机、企业服务器和便携式计算机。

台式计算机市场份额最大。1998年，台式计算机硬盘约占硬盘交货量的58％。台式计算机用硬盘主要考虑成本，其盘片规格多为直径3.5in，厚0.8mm．。

企业服务器主要考虑硬盘性能。1998年，企业服务器硬盘约占硬盘市场的26％。服务器的主要特点是速度高和容量大，其中10000r／min的服务器发展速度很快，占较大的市场份额，预计其销售额可从1999年的200亿美元上升到2002年的250亿美元。1999年，TitaninmX生产的磁盘交货量达1亿张，盘片价值3亿美元，磁介质设备价值15亿美元。

便携式计算机的主要特性是坚固性，尤其是笔记本电脑更强调其坚固耐用性。便携式计算机硬盘的发展趋势是使用玻璃和玻璃—陶瓷制成的2.5in盘片。1998年该市场份额约占硬盘市场的10％。

表2列出了2001年前后的磁介质设备市场规模。观察家预计随着因特网和企业网数据流量的增加，目前的企业服务器(7200r／min)还会向更高速的服务器发展。企业服务器和便携式计算机是钛硬盘的最大市场。台式机将来会被便携机(笔记本电脑)逐步取代。

表2磁介质设备市场规模X106个/a

产品1999200020012002

10000r／min服务器用：

高密度数据记录(HDD)设备5.913.22232.4

磁介质设备3873109140

盘片5399147184

企业服务器(7200r/min)用磁介质设备118127143171

所有95mm的盘片460477494519

随着磁盘驱动器的发展，高性能的盘片和磁介质设备会在以下市场中得到应用：

1、汽车工业；2、因特网/有线电视；3、音频／视频应用：4、便携式设备，如导航器用数字照相机和电话。