真空零件的工艺路线
并非每个零件都需要每一步。大气侧的支架检验之后就结束了。接触气体的气体块要走完全部八步,最后三步决定晶圆厂是否接收。
| 步骤 | 做什么 | 图纸必须写明什么 | 通常哪里出问题 |
|---|---|---|---|
| 材料放行 | 按牌号采购板材或棒料。记录炉批号,并随零件流转。 | 合金、状态、证明书类型以及任何限制材料清单。 | 用经销商证明书代替了材质证明书,或者状态不对。 |
| 粗加工与静置 | 大量去除材料,然后在大板精加工之前静置或做热去应力。 | 平面度标注,以及与零件使用方式一致的基准体系。 | 跳过静置步骤。板子会变形,交付之后平面度漂移。 |
| 精加工 | 密封面、O形圈槽、孔和螺纹切到最终尺寸。 | 每个面的Ra、槽的标准、螺纹规格、是否带排气。 | 标题栏里只有一个Ra值,却被用在每个面上。 |
| 焊接 | 不锈钢的TIG或电子束焊。UHV零件从真空侧完成全熔透焊接。 | 接头设计、焊接标准、焊后泄漏率。 | 外侧焊接在接头后面留下了封闭空间。 |
| 去毛刺与预清洗 | 去除毛刺,并在零件送入任何表面处理产线之前洗去切削液。 | 边缘倒角、无硅酮、有限制时使用经批准的冷却液。 | 交叉钻孔的气体通道交汇处留有毛刺。 |
| 表面处理 | 阳极氧化、化学镀镍、电解抛光、钝化或喷珠,通常在专业产线完成。 | 规格、等级、厚度、遮蔽图、尺寸是涂层前还是涂层后。 | 没有遮蔽图,螺纹和密封面被涂上了涂层。 |
| 检验 | 按标注进行CMM、表面粗糙度、平面度和检漏。 | 报告哪些特征,抽样数量多少。 | 报告只覆盖了工厂标为关键的那些特征。 |
| 精密清洗与包装 | 超声波清洗、去离子水冲洗、干燥,然后在洁净区装袋。 | 清洗规格、袋子材料、吹扫、标签位置。 | 对离开产线时还很干净的零件使用通用包装。 |
哪种工艺做出哪种特征
典型能力,请理解为工厂通常的作业范围,而不是对您零件的承诺。报价的工厂会确认它在您的几何形状和材料上能保持什么。
| 特征 | 常用工艺 | 典型能力 | 图纸备注 |
|---|---|---|---|
| 腔体本体上的大面积密封面 | 大直径面铣刀端铣,轻精加工走刀,走刀之间松开装夹 | 500 mm范围内平面度0.02至0.05 mm,Ra 0.4至0.8 um | 请说明平面度是在自由状态还是约束状态下检测。 |
| O形圈槽,矩形或燕尾形 | 轮廓铣削,燕尾成形刀 | 槽尺寸按密封件厂家的表格,密封接触面Ra 0.4至0.8 um | 横穿密封路径的径向刀痕会导致泄漏。请要求圆周方向的纹理。 |
| CF刀口 | 车削,切完后立即保护 | 刀口几何形状按ISO 3669法兰尺寸 | 搬运中的刀口损伤是常见的拒收原因。保护帽在机床上就要装好。 |
| 喷淋头气孔 | 小直径啄钻,最小的孔用电火花打孔 | 孔数在数百到数千,直径一致,出口干净 | 整批加工中钻头磨损会改变流量。请问清楚如何换刀。 |
| 交叉钻孔的气体通道 | 深孔钻削,工艺孔用堵头或焊接封闭 | 长径比大,交汇处已去毛刺 | 加工后的电解抛光只对电解液能到达的表面有效。 |
| 晶圆接触面或吸盘面 | 平面磨削、研磨 | 较小零件平面度低于0.01 mm | 在受控温度下,于花岗岩基准上测量。 |
平面度和Ra适用于承担它们的特征。每个面都按密封面的数值要求的零件,每一件的成本都更高。
表面处理选项及其对零件的影响
每一种都会改变尺寸、表面化学性质,或两者都改变。请写明规格、等级和厚度,而不只是工艺名称。
- Type III硬质阳极氧化MIL-A-8625 Type III。典型厚度25至50 um,大约一半向外生长,一半进入金属。用于6061和5083的等离子体接触面和耐磨面。封孔方式是一项标注:热去离子水封孔、不封孔或金属盐封孔,在腔体中的表现不同,许多工艺腔体规范不接受金属盐封孔。
- Type II硫酸阳极氧化MIL-A-8625 Type II,典型厚度5至25 um。用于大气侧零件的防腐和着色。不是等离子体屏障。
- 化学镀镍AMS 2404或ASTM B733。孔和深腔内部厚度均匀,典型为5至25 um。中磷(5%至9%)用于耐磨,高磷(10%及以上)用于耐腐蚀。出于金属污染的考虑,许多工艺规范不让镍出现在等离子体和接触气体的表面,所以它更多用于机构件、框架和大气侧零件。
- 电解抛光以阳极溶解的方式去除不锈钢上被涂抹的表面层。降低Ra,并提高表面的铬含量。ASTM B912涵盖电解抛光的钝化。气体系统中接触气体的316L通常标注Ra 0.25 um或更好,并按SEMI F19一类的方法检查表面。
- 钝化ASTM A967或AMS 2700,硝酸或柠檬酸。去除不锈钢上的游离铁,不改变尺寸。常与电解抛光一起标注。
- 喷珠均匀的哑光表面,或热喷涂涂层之下的表面预处理。介质类型和粒度应写在图纸上,之后的清洗也应写上,因为残留的介质是颗粒源。
- 热喷涂涂层刻蚀零件用氧化钇或氧化铝,PVD防护罩用电弧喷涂纹理。由涂层专业厂完成。加工厂负责准备表面,并遮蔽和保护涂层不得到达的边缘。
涂层方面的更多内容:刻蚀零件的耐等离子体涂层和气体零件的316L电解抛光。阳极处理的背景:阳极氧化。
精密清洗是一道工序,不是人情
用于真空零件的典型流程。如果您有清洗规范,以您的规范为准,并且它应当写在图纸上,这样才会被报价。
除油
用溶剂或碱性除油剂去除切削液和搬运时沾上的油。
超声波清洗
碱性洗涤剂槽中,零件的装夹要使盲孔能排液、空化作用能到达内表面。
去离子水冲洗
用去离子水做溢流或喷淋冲洗。最后一道冲洗的电阻率才是值得问的数字。
干燥
用过滤的氮气或洁净干燥空气吹干,水可能藏在螺纹或通道里时再用烘箱。
烘烤(如有指定)
包装前用真空或空气烘烤赶走水分和轻质有机物。只有图纸要求时才做。
双层包装并贴标签
内袋在洁净区封口,外袋用于运输,标签只贴在外袋上。
背后的规则:真空零件的清洁度与表面处理。
能降低价格的设计要点
- 盲螺纹孔要开排气孔,或标注带排气的螺钉。螺钉后面被封住的空间就是虚漏。参见排气螺钉与真空紧固件。
- 只在功能需要的地方标Ra。Ra 0.8 um靠刀具直接加工即可达到,Ra 0.4 um及更好需要精加工走刀和检验时间。
- 焊缝设计成从真空侧全熔透焊接,并在变形敏感处为焊后加工留出余量。
- 让内部通道能被清洗和电解抛光的介质到达。电解液到不了的通道会保持加工后的表面。
关于工艺路线的问题
公差应当写阳极氧化之前还是之后?
请写明您指的是哪一个。Type III硬质阳极氧化使每个表面大约增长涂层厚度的一半,所以孔的直径大约会缩小一个完整的厚度。对于配合,大多数图纸按涂层后标注尺寸并给出涂层厚度,工厂会据此加工得偏小。螺纹和密封面通常要遮蔽。
电解抛光和钝化是一回事吗?
不是。按ASTM A967进行的钝化是去除游离铁、不改变尺寸的化学处理。电解抛光会去除金属、降低Ra,同时也钝化表面,这是ASTM B912涵盖的内容。接触气体的316L通常做电解抛光,结构用不锈钢通常只做钝化。
一家工厂能把这些步骤全做了吗?
机加工、去毛刺、检验和清洗通常在厂内完成。阳极氧化、电镀、电解抛光和热喷涂通常由工厂外购的专业产线完成。请问清楚哪些步骤是外协工序、由谁来做。这个答案能解释大部分交期。
图纸上应当写多大的泄漏率?
写您的系统需要的泄漏率,带上单位、测试方法(喷吹、罩法或袋法)、示踪气体,以及它适用于零件还是总成。没有方法,工厂就无法为测试报价,两家工厂会用两种不同的方式测。