Et nyt partnerskab mellem ANCORP og LOS Vacuum Products vil gøre det muligt for forskere og ingeniører at optimere vakuumforholdene for deres processer ved at udnytte egenskaberne af aluminium og titanium
Efterhånden som videnskab og teknologi fortsætter med at bryde nye grænser, er der stigende efterspørgsel efter renere og mere kontrollerbare vakuummiljøer, der kan skræddersyes til behovene i hver enkelt applikation. Hvad enten det drejer sig om præcise eksperimenter i kvantefysik eller massefremstilling af computerchips, leder videnskabsmænd og ingeniører efter højtydende udstyr, der kan opnå ultrahøjt vakuum (UHV) eller ekstremt højt vakuum (XHV) forhold, samtidig med at de arbejder inden for begrænsningerne af deres anvendelse. .
Mens vakuumsystemer fremstillet af rustfrit stål fortsat er den foretrukne teknologi til de fleste processer, kan specialiserede applikationer, der kræver UHV- eller XHV-forhold, drage fordel af de egenskaber, som alternative materialer som aluminium og titanium tilbyder. I forskningscentre med partikelacceleratorer er aluminium for eksempel blevet populært til beamline-systemer, fordi det spreder stråling mere effektivt end rustfrit stål. Det bevarer også mindre resterende magnetisme, hvilket minimerer enhver mulig indflydelse på de stærke magnetiske felter, der bruges til at styre strålen.
"Flere forskere og ingeniører ser fordelene ved at bruge aluminium og titanium til deres UHV- eller XHV-processer," kommenterer Tom Bogdan, vicepræsident for forretningsudvikling hos ANCORP, en USA-baseret producent af vakuumkamre, ventiler og komponenter. "Videnskabelige faciliteter i stor skala og R&D-samfundet tilbyder rige miljøer for disse avancerede teknologier, mens den kommercielle sektor også begynder at bruge aluminium til at forbedre procesbetingelserne for højpræcisionsfremstilling."
ANCORP designer og fremstiller sin egen linje af vakuumudstyr og har også etableret et dedikeret anlæg til at konstruere skræddersyede kamre af rustfrit stål. Nu har virksomheden indgået et samarbejde med LOS vakuumprodukter, som har specialiseret sig i at fremstille vakuumhardware af aluminium og titanium, for at gøre det muligt for sine kunder at udnytte disse højtydende materialer i deres UHV- og XHV-processer. "Dette er et fantastisk partnerskab mellem to virksomheder, der er fokuseret på at levere højtydende vakuumløsninger til deres kunder," kommenterer Bogdan. "LOS Vacuum vil drage fordel af vores evne til at skabe forbindelser til det globale marked, mens vi vinder ved at tilføje deres unikke teknologi til vores produktportefølje."
LOS Vacuum Products blev oprettet i 2013 for at designe og bygge skræddersyede vakuumkamre til UHV- og XHV-applikationer. "Aluminium og titanium bliver mere populære for at opfylde de voksende krav til renere og mere præcis teknologiudvikling," siger Eric Jones, virksomhedens grundlægger og ejer. Mens den oprindelige efterspørgsel hovedsageligt stammede fra forskersamfundet, rapporterer Jones om stigende interesse fra udstyrsproducenter rettet mod halvledersektoren, såvel som nye markeder for medicinske systemer og solcelleproduktion. "Når disse teknologier vokser, bliver vakuummiljøet kritisk vigtigt," siger han.
En vigtig fordel ved aluminium er, at det er hurtigere og nemmere at bearbejde end rustfrit stål, og det giver derfor mere fleksibilitet til at inkorporere skræddersyede funktioner i designet. Dens overlegne termiske ledningsevne gør det også muligt for et aluminiumskammer at varme op hurtigere og mere ensartet, hvilket fremskynder den bage-out-proces, der er nødvendig for at opnå UHV- eller XHV-forhold. "Rustfrit stål skal være meget varmere for at desorbere gasmolekylerne og forurenende stoffer fra overfladen af vakuumkammeret, og det kræver mere energi over længere tid," forklarer Jones. "Aluminium reducerer både ejeromkostningerne og miljøpåvirkningen, hvilket kombineret med dets forbedrede fremstillingsevne gør det til en attraktiv mulighed for halvledersektoren."
I mellemtiden tilbyder vakuumkamre lavet af titanium en bedre mulighed for eksperimenter i kvantefysik, da deres ekstra styrke og vægt giver mere stabilitet til processer, der drager fordel af generering af harmoniske, og er også favoriseret til applikationer, hvor det er vigtigt at eliminere enhver magnetisk signaler. Titanium fungerer også som en getter til at absorbere brint - en almindelig forurening ved brug af rustfrit stål i UHV- eller XHV-miljøer - hvilket gør det muligt for titaniumvakuumsystemer at understøtte XHV-forhold ned til omkring 10-13 Torr.
Uanset om du bruger aluminium eller titanium, opnås de bedste procesbetingelser ved at bruge det samme metal i de armaturer og fittings, der bruges til at forbinde med vakuumsystemet. Det inkluderer de konflaterede flanger, der er meget udbredt til at sikre en tæt tætning i UHV- og XHV-miljøer, som fungerer ved at presse to hårde metalflader bearbejdet med knivkanter ind i en blødere metalpakning. Dette får det blødere metal til at flyde og udfylde eventuelle mikroskopiske ufuldkommenheder på de hårde metalflader, hvilket skaber en tætning, der kan modstå ekstreme temperaturer og tryk ned til XHV-regimet.
ANCORP fremstiller allerede sammenflade flanger udelukkende af rustfrit stål, mens LOS Vacuum producerer helt titanium versioner samt flere modeller, der kombinerer en aluminium krop med flader lavet af rustfrit stål eller titanium. "De specialistkomponenter, der er fremstillet af LOS Vacuum, giver os mulighed for at tilbyde en unik løsning til kunder, der har taget aluminium eller titanium til deres vakuumsystemer," siger Bogdan. "Vi har set kunder, der har tyet til at bruge dobbelte O-ringe til deres kabinetter, men en metal-til-metal tætning reducerer udgasning og resulterer i en bedre proces."
Bimetalkomponenterne er fremstillet ved hjælp af en teknik kaldet eksplosionsbinding, en solid-state svejseproces, der producerer en stærk mekanisk binding kun få mikrons tyk. En eksplosiv ladning tvinger metallerne sammen ved ekstremt høje tryk, hvilket får atomlagene tæt på de to overflader til at blive til et plasma. Når metallerne kolliderer, drives en plasmastråle langs overfladerne, der skrubber dem rene for eventuelle urenheder, mens metallernes væskelignende adfærd skaber en bølgeformet sammenføjning, der er stærk nok til at modstå UHV- og XHV-forhold.
ANCORP leverer nu en standardserie af bimetal flanger og fittings produceret af LOS Vacuum, mens eksplosionsbindingsprocessen også gør det muligt at fremstille skræddersyede komponenter af to forskellige metaller. To af standardkonfigurationerne kombinerer en aluminiumsbase med flader lavet af forskellige kvaliteter af rustfrit stål, mens en anden forbinder en titaniumbeklædt flange med en aluminiumskrop. Denne anden version har den fordel at eliminere enhver spormagnetisme og undgå sikkerhedsrisici forårsaget af baggrundsstråling, og kan endda være mere omkostningseffektiv end en flange beklædt med rustfrit stål. "Råmaterialet kan være dyrere, men en bimetalflange lavet af rustfrit stål kræver flere trin at fremstille," kommenterer Jones. "For titanium er bindingsprocessen mindre kompleks og billigere."
Jones og hans team har også været i stand til at fjerne et af de mellemlagsmaterialer, der normalt er nødvendige for at gå fra et metal til et andet. Deres proces fjerner behovet for kobber, som halvlederproducenter er særligt opsatte på at undgå. "Det er nu en del af standardproduktlinjen," siger Jones. "Det reducerer omkostningerne til materialer og fremstilling og reducerer muligheden for en lækagevej gennem flangen."
Som en del af partnerskabet vil ANCORP også udvide sine eksisterende specialfremstillingskapaciteter til at designe og levere skræddersyede vakuumkamre lavet af titanium eller aluminium. I den indledende designfase arbejder virksomheden tæt sammen med sine kunder for at forstå deres specifikke krav og anbefale den bedste teknologi til deres anvendelse. "Hvis en kunde har en særlig usædvanlig eller krævende proces, der ville have gavn af at bruge aluminium eller titanium, vil vi få Eric og hans team involveret for at levere noget specialistekspertise," siger Bogdan. "Ud over at skræddersy designet til applikationen skal vi sikre, at teamet hos LOS Vacuum kan fremstille løsningen til de nødvendige parametre."
Bogdan er overbevist om, at tilføjelsen af disse specialiserede kapaciteter til ANCORPs teknologiudbud vil bidrage til at åbne nye markeder i R&D-sektoren såvel som inden for halvlederfremstilling. "Disse løsninger med lav udgasning kan levere en reel procesfordel i nogle applikationer," siger han. "Vi ønsker at gøre disse muligheder tilgængelige for flere kunder i det internationale videnskabelige samfund såvel som i den kommercielle sektor."
For Jones tilbyder partnerskabet med ANCORP i mellemtiden en måde at eksponere virksomhedens specialiserede fremstillingsteknikker for en meget større kundebase. "Vi er stadig en lille virksomhed, der har fokuseret på at levere unikke løsninger til specifikke projekter, og vi har ikke megen magt til at skabe forbindelser med nye kunder," siger han. "Partnerskabet med ANCORP vil gøre os i stand til at bringe vores produktsortiment og tekniske ekspertise til det globale marked."
