توفر بيئات الفراغ الأنظف مكاسب تجريبية وتصنيعية

مع استمرار العلم والتكنولوجيا في كسر الحدود الجديدة ، هناك طلب متزايد على بيئات فراغ أنظف ويمكن التحكم فيها بشكل أكبر والتي يمكن تكييفها وفقًا لاحتياجات كل تطبيق. سواء من أجل تجارب دقيقة في فيزياء الكم أو التصنيع الشامل لرقائق الكمبيوتر ، يبحث العلماء والمهندسون عن معدات عالية الأداء يمكنها تحقيق ظروف فراغ عالية جدًا (UHV) أو فراغ شديد للغاية (XHV) أثناء العمل أيضًا ضمن قيود تطبيقها .

بينما تستمر أنظمة التفريغ المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ في كونها التكنولوجيا المفضلة لمعظم العمليات ، يمكن للتطبيقات المتخصصة التي تتطلب ظروف UHV أو XHV الاستفادة من الخصائص التي توفرها المواد البديلة مثل الألومنيوم والتيتانيوم. في مراكز الأبحاث التي تحتوي على معجلات الجسيمات ، على سبيل المثال ، أصبح الألمنيوم شائعًا لأنظمة خط الأشعة لأنه يبدد الإشعاع بشكل أكثر كفاءة من الفولاذ المقاوم للصدأ. كما أنه يحتفظ بقدر أقل من المغناطيسية المتبقية ، مما يقلل من أي تأثير محتمل على المجالات المغناطيسية القوية المستخدمة لتوجيه الحزمة.

يعلق توم بوجدان ، نائب الرئيس لتطوير الأعمال في انكورب، مُصنِّع في الولايات المتحدة لغرف التفريغ والصمامات والمكونات. "توفر المرافق العلمية واسعة النطاق ومجتمع البحث والتطوير بيئات غنية لهذه التقنيات المتقدمة ، بينما يبدأ القطاع التجاري أيضًا في استخدام الألمنيوم لتحسين ظروف العملية للتصنيع عالي الدقة."

تقوم ANCORP بتصميم وتصنيع خطها الخاص من معدات التفريغ ، كما أنشأت أيضًا منشأة مخصصة لبناء غرف مخصصة من الفولاذ المقاوم للصدأ. الآن قامت الشركة بتكوين شراكة مع منتجات فراغ LOS، التي تتخصص في تصنيع أجهزة تفريغ الهواء من الألومنيوم والتيتانيوم ، لتمكين عملائها من استغلال هذه المواد عالية الأداء في عمليات UHV و XHV الخاصة بهم. يعلق بوجدان: "هذه شراكة رائعة بين شركتين تركزان على تقديم حلول فراغ عالية الأداء لعملائها". "ستستفيد LOS Vacuum من قدرتنا على إجراء اتصالات مع السوق العالمية ، بينما نستفيد من إضافة تقنيتها الفريدة إلى مجموعة منتجاتنا."

تم إنشاء LOS Vacuum Products في عام 2013 لتصميم وبناء غرف تفريغ مخصصة لتطبيقات UHV و XHV. يقول إريك جونز ، مؤسس الشركة ومالكها: "أصبح الألمنيوم والتيتانيوم أكثر شيوعًا لتلبية المتطلبات المتزايدة لتطوير التكنولوجيا الأنظف والأكثر دقة". في حين أن الطلب الأولي نشأ في الغالب من مجتمع الأبحاث ، أبلغ جونز عن اهتمام متزايد من مصنعي المعدات الذين يستهدفون قطاع أشباه الموصلات ، فضلاً عن الأسواق الناشئة للأنظمة الطبية وإنتاج الخلايا الشمسية. يقول: "مع نمو هذه التقنيات ، تصبح بيئة الفراغ ذات أهمية بالغة".

تتمثل إحدى الميزات الرئيسية للألمنيوم في أنه أسرع وأسهل في التصنيع من الفولاذ المقاوم للصدأ ، وبالتالي يوفر مزيدًا من المرونة لدمج الميزات المخصصة في التصميم. كما تسمح الموصلية الحرارية الفائقة لحجرة الألمنيوم بالتسخين بشكل أسرع وأكثر اتساقًا ، مما يسرع عملية الخبز اللازمة لتحقيق ظروف UHV أو XHV. يوضح جونز: "يحتاج الفولاذ المقاوم للصدأ إلى أن يكون أكثر سخونة بكثير لامتصاص جزيئات الغاز والملوثات من سطح حجرة التفريغ ، وهذا يتطلب مزيدًا من الطاقة على مدى فترة زمنية أطول". "يقلل الألمنيوم كلاً من تكلفة الملكية والأثر البيئي ، مما يجعله ، جنبًا إلى جنب مع قابلية التصنيع المعززة ، خيارًا جذابًا لقطاع أشباه الموصلات."

وفي الوقت نفسه ، توفر الغرف المفرغة المصنوعة من التيتانيوم خيارًا أفضل للتجارب في فيزياء الكم ، نظرًا لأن قوتها ووزنها الزائدين يوفران مزيدًا من الاستقرار للعمليات التي تستفيد من توليد التوافقيات ، كما أنها مفضلة للتطبيقات حيث يكون من الضروري التخلص من أي مغناطيسي إشارات. يعمل التيتانيوم أيضًا كجهاز لامتصاص الهيدروجين - وهو ملوث شائع عند استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ في بيئات UHV أو XHV - مما يتيح لأنظمة فراغ التيتانيوم دعم ظروف XHV وصولاً إلى حوالي 10^-13 تور.

سواء باستخدام الألومنيوم أو التيتانيوم ، يتم تحقيق أفضل ظروف المعالجة باستخدام نفس المعدن في التركيبات والتجهيزات المستخدمة للتفاعل مع نظام التفريغ. يتضمن ذلك حواف الالتفاف التي تُستخدم على نطاق واسع لضمان ختم مانع للتسرب في بيئات UHV و XHV ، والتي تعمل عن طريق الضغط على وجهين من المعدن الصلب المشكَّلين بحواف سكين في حشية معدنية أكثر ليونة. يؤدي هذا إلى تدفق المعدن الأكثر ليونة وملء أي عيوب مجهرية على الوجوه المعدنية الصلبة ، مما يؤدي إلى إنشاء مانع تسرب يمكنه تحمل درجات الحرارة القصوى والضغط وصولاً إلى نظام XHV.

تقوم ANCORP بالفعل بتصنيع فلنجات الخلط المصنوعة بالكامل من الفولاذ المقاوم للصدأ ، بينما تنتج LOS Vacuum إصدارات من التيتانيوم بالكامل بالإضافة إلى العديد من الطرز التي تجمع بين هيكل من الألومنيوم ووجوه مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ أو التيتانيوم. يعلق بوجدان قائلاً: "تتيح لنا المكونات المتخصصة التي تم تصنيعها بواسطة LOS Vacuum تقديم حل فريد للعملاء الذين اعتمدوا الألومنيوم أو التيتانيوم لأنظمة التفريغ الخاصة بهم". "لقد رأينا العملاء الذين لجأوا إلى استخدام حلقات O المزدوجة لمرفقاتهم ، ولكن السداد المعدني إلى المعدن يقلل من إطلاق الغازات وينتج عنه عملية أفضل."

يتم تصنيع المكونات ثنائية المعدن باستخدام تقنية تسمى الترابط الانفجاري ، وهي عملية لحام صلبة تنتج رابطة ميكانيكية قوية بسماكة بضعة ميكرونات فقط. تدفع الشحنة المتفجرة المعادن معًا عند ضغوط عالية للغاية ، مما يتسبب في أن تصبح الطبقات الذرية القريبة من السطحين بلازما. عندما تصطدم المعادن ، يتم دفع نفاثة من البلازما على طول الأسطح لتنظيفها من أي شوائب ، في حين أن السلوك الشبيه بالسوائل للمعادن يخلق وصلة على شكل موجة قوية بما يكفي لتحمل ظروف UHV و XHV.

توفر ANCORP الآن خطًا قياسيًا من الشفاه والتجهيزات ثنائية المعدن التي تنتجها LOS Vacuum ، في حين أن عملية ربط الانفجار تتيح أيضًا تصنيع مكونات مخصصة من أي معدنين مختلفين. يجمع اثنان من التكوينات القياسية بين قاعدة من الألومنيوم ووجوه مصنوعة من درجات مختلفة من الفولاذ المقاوم للصدأ ، بينما ينضم الآخر شفة ذات وجه من التيتانيوم إلى هيكل من الألومنيوم. يتميز هذا الإصدار الثاني بميزة القضاء على أي أثر مغناطيسي وتجنب مخاطر السلامة الناتجة عن إشعاع الخلفية ، ويمكن أن يكون أكثر فعالية من حيث التكلفة من الحافة التي تواجه الفولاذ المقاوم للصدأ. "قد تكون المواد الخام أغلى ثمناً ، لكن الحافة ثنائية المعدن المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ تتطلب المزيد من الخطوات لتصنيعها ،" يعلق جونز. "بالنسبة للتيتانيوم ، تكون عملية الترابط أقل تعقيدًا وأقل تكلفة."

تمكن جونز وفريقه أيضًا من التخلص من إحدى مواد الطبقة البينية اللازمة عادةً للانتقال من معدن إلى آخر. تزيل عمليتهم الحاجة إلى النحاس ، الذي يحرص مصنعو أشباه الموصلات بشكل خاص على تجنبه. يقول جونز: "هذا الآن جزء من خط الإنتاج القياسي". "إنها تقلل من تكلفة المواد والتصنيع ، وتقلل من احتمالية حدوث تسرب عبر الفلنجة."

كجزء من الشراكة ، ستقوم ANCORP أيضًا بتوسيع قدرات التصنيع المخصصة الحالية لديها لتصميم وتوريد غرف تفريغ مخصصة مصنوعة من التيتانيوم أو الألومنيوم. خلال مرحلة التصميم الأولية ، تعمل الشركة عن كثب مع عملائها لفهم متطلباتهم الخاصة والتوصية بأفضل التقنيات لتطبيقهم. يقول بوجدان: "إذا كان لدى العميل عملية غير عادية أو متطلبة بشكل خاص يمكن أن تستفيد من استخدام الألمنيوم أو التيتانيوم ، فسنشرك إريك وفريقه لتوفير بعض الخبرة المتخصصة". "بالإضافة إلى تكييف التصميم مع التطبيق ، نحتاج إلى التأكد من أن الفريق في LOS Vacuum يمكنه تصنيع الحل وفقًا للمعايير المطلوبة."

بوجدان واثق من أن إضافة هذه القدرات المتخصصة إلى عروض ANCORP التكنولوجية ستساعد في فتح أسواق جديدة في قطاع البحث والتطوير وكذلك في صناعة أشباه الموصلات. يقول: "يمكن أن توفر حلول إطلاق الغازات المنخفضة هذه ميزة عملية حقيقية في بعض التطبيقات". "نريد أن نجعل هذه الخيارات متاحة لمزيد من العملاء في المجتمع العلمي الدولي ، وكذلك في القطاع التجاري."

وفي الوقت نفسه ، بالنسبة لجونز ، توفر الشراكة مع ANCORP طريقة لعرض تقنيات التصنيع المتخصصة للشركة لقاعدة عملاء أكبر بكثير. ويعلق قائلاً: "ما زلنا شركة صغيرة تركز على تقديم حلول فريدة لمشاريع محددة ، وليس لدينا الكثير من القوة لإجراء اتصالات مع عملاء جدد". "الشراكة مع ANCORP ستمكننا من جلب مجموعة منتجاتنا وخبراتنا الفنية إلى السوق العالمية."