6061-T6 ist die Standard-Aluminiumlegierung für Gehäuse, Grundplatten und Rahmen von Vakuumkammern für die Halbleiterindustrie. Sie vereint eine nach der Wärmebehandlung erzielbare Zugfestigkeit von 290–310 MPa mit hervorragender Bearbeitbarkeit und vorhersehbarem Maßverhalten nach Spannungsarmglühen. Dieser Leitfaden beschreibt die chemische Zusammensetzung, die mechanischen und physikalischen Eigenschaften, die vier für den Kammerbau entscheidenden Eigenschaften sowie die Anlagen, in denen die Legierung eingesetzt wird. So können Sie die Legierung mit Ihren eigenen Spezifikationen abgleichen.

Warum 6061-T6 zur Standardlegierung für Brennkammern wurde

6061 ist ein durch Niederschlag gehärteter StahlAluminium-Magnesium-Silizium-LegierungSeine Festigkeit resultiert aus Mg₂Si-Ausscheidungen, die sich während der T6-Behandlung (Lösungsglühen mit anschließender künstlicher Alterung) bilden, nicht aus Kaltverformung. Dieser Unterschied ist wirtschaftlich relevant: Die Festigkeit wird durch die Wärmebehandlung im Walzwerk bestimmt, man kauft sie also, anstatt sie durch Bearbeitung zu erzeugen.

Drei praktische Eigenschaften sorgen dafür, dass das 6061 an der Spitze des Datenblatts steht:

• Bearbeitbarkeit. Es lässt sich mit hoher Abtragsrate problemlos bearbeiten, was für einen Kammerkörper erforderlich ist. Das Abtragen einer 200 mm dicken Platte auf eine Wandstärke von 60 mm ist ein Schruppvorgang, kein Schlichtvorgang.
• Verfügbarkeit in Grobblechen. Kammerkörper werden oft aus einem einzigen monolithischen Block gefräst, und 6061 ist in großen Dicken vorrätig – ein 1,5 Tonnen schwerer Körper benötigt kein Guss- oder Schweißteil.
• Schweißbarkeit. Im Gegensatz zu 2024 oder 7075 lässt sich 6061 rissfrei schweißen, was für Flansche, Ansätze und Kühlkanaleinsätze von Bedeutung ist.

Chemische Zusammensetzung von 6061-T6

Beachten Sie den Kupferanteil. Es handelt sich um eine bewusste Legierungszugabe, undEs ist auch die mit Abstand häufigsteGrund für die Ablehnung von 6061 durch einen Halbleiterkunden aufgrund einer prozessbedingten Oberflächenexposition siehe unten.

Mechanische und physikalische Eigenschaften von 6061-T6

Bei der Auslegung von Kammern ist die Wärmeleitfähigkeit von rund 152 W/(m·K) der Wert, der die meisten Entscheidungen bestimmt: hoch genug, um 6061 für aktiv gekühlte Körper und Sockelträgerplatten geeignet zu machen, niedrig genug, dass thermische Gradienten über einen großen Körper immer noch modelliert werden müssen.

Die vier Eigenschaften, die den Bau einer Kammer maßgeblich beeinflussen

1. Dimensionsstabilität nach der Bearbeitung

Beim Abtragen von Material werden in Walzblechen Eigenspannungen abgebaut. Daher verzieht sich ein in einem Arbeitsgang vorbearbeiteter und anschließend fertigbearbeiteter Körper. Die Standardmaßnahme zur Spannungsreduzierung ist T651: Lösungsglühen, Spannungsarmglühen durch Streckung und anschließende künstliche Alterung. T651 weist im Wesentlichen die gleichen mechanischen Eigenschaften wie T6 auf, bietet aber nach hohem Materialabtrag eine deutlich bessere Maßhaltigkeit.

Bei allen Werkstücken, bei denen die fertige Wandstärke weniger als etwa die Hälfte der Ausgangsblechstärke beträgt, ist T651 vorzuschreiben und ein Spannungsarmschleifen oder ein Vorschlichten zwischen Schruppen und Fertigen einzuplanen.

2. Vakuumverträglichkeit und Oberflächenbehandlung

Aluminium an sich ist ein geeignetes Vakuummaterial; blankes Aluminium weist eine relativ geringe Eigenausgasung auf, und die Legierung 6061 wird seit Langem im Bau von Ultrahochvakuumkammern eingesetzt. Anodisieren wirkt sich jedoch kontraproduktiv aus. Die poröse anodische Oxidschicht schließt Wasserdampf ein und erhöht dessen Freisetzung in die Kammer erheblich.

Vakuumseitige Oberflächen: blankes, chemisch gereinigtes und passiviertes Aluminium. Oberflächen, die dem Prozessvolumen zugewandt sind, dürfen nicht anodisiert werden.

Für Oberflächen auf der Atmosphärenseite und nicht im Vakuum befindliche Oberflächen ist Anodisieren ausreichend und bietet Schutz vor Verschleiß und unsachgemäßer Handhabung.

Wenn eine Beschichtung auf einer Oberfläche auf der Vakuumseite vorgeschrieben ist, behandeln Sie dies als eine Entscheidung zur Kammerkonditionierung und kalkulieren Sie die zusätzliche Pumpzeit ein.

3. Kupfergehalt auf prozessbelasteten Oberflächen

6061 enthält 0,15–0,40 % Kupfer, und Kupfer ist in den meisten Halbleiterprozessumgebungen eine kontrollierte Verunreinigung. Wenn eine Oberfläche dem Prozessraum zugewandt ist und Metallionenverunreinigungen kontrolliert werden müssen, wird üblicherweise eine kupferarme 5000er-Legierung verwendet – siehe die unten verlinkten Leitfäden zu 5083 und 5052. Befindet sich die Oberfläche auf der Atmosphärenseite oder außerhalb des Prozesswegs,Der Kupfergehalt von 6061 beträgt normalerweiseDas ist irrelevant. Es handelt sich um eine Frage der Oberflächenexposition, die Teil für Teil und nicht Legierung für Legierung beantwortet wird.

4. Schweißen und die tatsächliche Festigkeit, die man dadurch erreicht

6061 lässt sich mit 4043- oder 5356-Zusatzwerkstoff gut mittels WIG- oder MIG-Schweißen verschweißen. Die Wärmeeinflusszone verliert dabei einen Großteil ihrer Ausscheidungshärtung und verhält sich annähernd wie T4-Werkstoff, was einem Festigkeitsverlust von etwa 40 % entspricht. Sofern die Baugruppe nicht erneut lösungsgeglüht und ausgehärtet wird (was bei einem großen Kammerkörper selten praktikabel ist), beträgt die im Aluminium Design Manual empfohlene Schweißnahtzugabe 165 MPa (24 ksi) und nicht 240 MPa.

Hochfester 6061-Stahl gehört daher zu den bearbeiteten Teilen einer Baugruppe, und Schweißverbindungen sollten auf 165 MPa ausgelegt sein. Wenn eine Schweißverbindung die Hauptlast tragen muss, ist zu prüfen, ob sie durch eine Schraubverbindung, eine O-Ring-Dichtung oder eine Elektronenstrahlschweißung ersetzt werden kann.

Wo 6061-T6 in Halbleiteranlagen eingesetzt wird

Vakuumkammergehäuse, Deckel und Endkappen

Grundplatten, Montageplatten und Werkzeugplatten, die Ebenheit und Steifigkeit erfordern

Strukturelle Bauteile der Ladeschleuse und der Transferkammer

Gasverteiler, Ventilblöcke und MFC-Montagekörper

Kammerrahmen, Konsolen und Unterkonstruktionsarbeiten

Trägerplatten und nicht prozessbelastete Elektrodenhardware

Komponenten für Ultrahochvakuumkammern, bei denen blankes (nicht anodisiertes) Material vorgeschrieben ist

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Bitte senden Sie uns die Zeichnung oder das 3D-Modell, die Legierung, den Härtegrad und die gewünschte Blechdicke. Die MIANDI METAL GROUP liefert 6061-T6 und T651 ab Lager und erstellt Ihnen ein Angebot inklusive Vorbearbeitung als Einzelposition.