Сплав 6061-T6 является стандартным алюминиевым сплавом для корпусов вакуумных камер полупроводниковых приборов, опорных плит и несущих конструкций. Он сочетает в себе термообрабатываемую прочность (предел прочности на растяжение 290–310 МПа) с превосходной обрабатываемостью и предсказуемым поведением размеров после снятия напряжений. В этом руководстве описан его химический состав, механические и физические свойства, четыре свойства, которые фактически определяют конструкцию камеры, а также оборудование, в котором он используется, чтобы вы могли проверить сплав на соответствие своим собственным спецификациям.

Почему сплав 6061-T6 стал стандартным сплавом для камер сгорания?

6061 — это сплав, упрочняющийся путем осаждения.алюминиево-магниево-кремниевый сплавЕго прочность обусловлена ​​образованием преципитатов Mg₂Si в процессе обработки Т6, то есть термической обработки раствором с последующим искусственным старением, а не холодной обработкой. Это различие имеет значение в коммерческом плане: прочность определяется термической обработкой на прокатном стане, поэтому прочность приобретается за счет покупки, а не путем механической обработки.

Три практических свойства позволяют сплаву 6061 занимать первое место в технических характеристиках:

• Обрабатываемость. Он легко режется при высокой скорости съема материала, что необходимо для корпуса камеры. Обработка пластины толщиной 200 мм до толщины стенки 60 мм — это черновая, а не чистовая обработка.
• Доступность в толстостенном исполнении. Корпуса камер часто изготавливаются из цельного монолитного блока, а алюминиевый сплав 6061 поставляется в больших толстых листах – для корпуса весом 1,5 тонны не требуется литье или сварка.
• Свариваемость. В отличие от сплавов 2024 или 7075, сплав 6061 сваривается без растрескивания, что важно для фланцев, выступов и вставок каналов охлаждения.

Химический состав 6061-Т6

Обратите внимание на диапазон содержания меди. Это преднамеренная легирующая добавка, иэто также самый распространенныйПричина, по которой заказчик полупроводниковых изделий отклоняет сплав 6061 из-за поверхности, подвергшейся воздействию технологического процесса, см. ниже.

Механические и физические свойства сплава 6061-T6

При проектировании камеры основным критерием принятия решений является теплопроводность около 152 Вт/(м·К): этого достаточно, чтобы сделать материал 6061 пригодным для активного охлаждения тел и опорных пластин подставок, но при этом достаточно, чтобы необходимо было моделировать температурные градиенты в большом теле.

Четыре свойства, которые в конечном итоге определяют качество строительства палаты.

1. Стабильность размеров после механической обработки

Остаточные напряжения в прокатанном листе снимаются по мере удаления материала, поэтому тело, обработанное черновым способом за один проход, а затем окончательно обработанное, будет деформироваться. Стандартным способом снижения этих напряжений является использование стали T651: термообработка, снятие напряжений путем растяжения, а затем искусственное старение. Сталь T651 обладает практически теми же механическими свойствами, что и сталь T6, но значительно лучшей предсказуемостью размеров после интенсивного удаления материала.

Для любых изделий, у которых толщина готовой стенки составляет менее примерно половины толщины исходной пластины, следует использовать материал T651 и запланировать проход для снятия напряжений или получистовую обработку между черновой и чистовой обработкой.

2. Совместимость с вакуумом и обработка поверхности.

Сам по себе алюминий является неплохим материалом для вакуумных камер, чистый алюминий имеет относительно низкое собственное газовыделение, а сплав 6061 давно используется в конструкциях сверхвысоковакуумных камер. Однако анодирование играет против него. Пористый анодный оксидный слой задерживает водяной пар и существенно увеличивает его выделение в камеру.

Поверхности со стороны вакуума: необработанный, химически очищенный и пассивированный алюминий. Не анодируйте поверхности, обращенные к обрабатываемому объему.

Поверхности, обработанные атмосферным давлением и без вакуума: анодирование обеспечивает хорошее качество и полезно для защиты от износа и повреждений при обращении.

Если на вакуумной стороне поверхности требуется нанесение покрытия: рассматривайте это как решение, касающееся подготовки камеры, и заложите в бюджет дополнительное время на откачку.

3. Содержание меди на поверхностях, подвергавшихся технологическому воздействию.

Сплав 6061 содержит 0,15-0,40% меди, а медь является контролируемым загрязнителем в большинстве производственных сред для полупроводниковых технологий. В тех случаях, когда поверхность обращена к технологическому объему и загрязнение ионами металлов является контролируемым параметром, обычно выбирают сплав с низким содержанием меди марки 5000 – см. руководства по сплавам 5083 и 5052, ссылки на которые приведены ниже. Если поверхность находится со стороны атмосферы или не входит в технологический тракт,Содержание меди в сплаве 6061 обычно составляетЭто не проблема. Это вопрос поверхностной экспозиции, на который следует отвечать по частям, а не по сплавам.

4. Сварка и получаемая при этом прочность.

Сплав 6061 хорошо сваривается при TIG или MIG сваркой с использованием присадочных материалов 4043 или 5356. В зоне термического воздействия теряется большая часть дисперсионного упрочнения, и она ведет себя примерно как материал T4, что приводит к потере прочности примерно на 40%. Если сборка не подвергается повторной термической обработке и старению (что редко бывает целесообразно для корпуса большой камеры), рекомендуемый в Руководстве по проектированию алюминиевых конструкций допуск на сварку составляет 165 МПа (24 ksi) вблизи сварного шва, а не 240 МПа.

Таким образом, высокопрочный сплав 6061 должен использоваться в обработанных деталях узла, а сварные соединения следует рассчитывать исходя из предела прочности 165 МПа. В тех случаях, когда сварное соединение должно нести основную нагрузку, следует рассмотреть возможность его замены болтовым соединением, соединением с уплотнительными кольцами или электронно-лучевой сваркой.

Где используется сплав 6061-T6 в полупроводниковом оборудовании

Корпуса, крышки и торцевые крышки вакуумных камер

Опорные плиты, монтажные плиты и инструментальные плиты, требующие плоскостности и жесткости.

Конструктивные элементы шлюзовой камеры и камеры перегрузки

Газоподающие коллекторы, клапанные блоки и корпуса для крепления МФУ.

Каркасы камер, кронштейны и несущие несущие конструкции.

Опорные пластины и незащищенные от технологического процесса электродные элементы.

Компоненты сверхвысоковакуумных камер, для которых требуется использование неанодированного материала.

Получить ценовое предложение

Пришлите чертеж или 3D-модель, информацию о сплаве и состоянии, а также о желаемой толщине листа. Компания MIANDI METAL GROUP поставляет сплавы 6061-T6 и T651 со склада и указывает стоимость материала с предварительной черновой обработкой в ​​качестве отдельной позиции в ценовом предложении.