Eine neue Partnerschaft zwischen ANCORP und LOS Vacuum Products wird es Wissenschaftlern und Ingenieuren ermöglichen, die Vakuumbedingungen für ihre Prozesse zu optimieren, indem sie die Eigenschaften von Aluminium und Titan ausnutzen
Da Wissenschaft und Technologie immer wieder neue Grenzen überschreiten, steigt die Nachfrage nach saubereren und besser kontrollierbaren Vakuumumgebungen, die auf die Bedürfnisse jeder Anwendung zugeschnitten werden können. Ob für präzise Experimente in der Quantenphysik oder die Massenfertigung von Computerchips, Wissenschaftler und Ingenieure suchen nach Hochleistungsgeräten, die Ultrahochvakuum- (UHV) oder Extremhochvakuumbedingungen (XHV) erreichen und gleichzeitig innerhalb der Grenzen ihrer Anwendung arbeiten können .
Während Vakuumsysteme aus Edelstahl weiterhin die Technologie der Wahl für die meisten Prozesse sind, können spezielle Anwendungen, die UHV- oder XHV-Bedingungen erfordern, von den Eigenschaften alternativer Materialien wie Aluminium und Titan profitieren. In Forschungszentren mit Teilchenbeschleunigern hat sich beispielsweise Aluminium für Beamline-Systeme durchgesetzt, weil es Strahlung effizienter ableitet als Edelstahl. Es behält auch weniger Restmagnetismus bei, wodurch jeder mögliche Einfluss auf die starken Magnetfelder minimiert wird, die zum Lenken des Strahls verwendet werden.
„Immer mehr Wissenschaftler und Ingenieure erkennen die Vorteile der Verwendung von Aluminium und Titan für ihre UHV- oder XHV-Prozesse“, kommentiert Tom Bogdan, Vizepräsident für Geschäftsentwicklung bei ANKORP, ein in den USA ansässiger Hersteller von Vakuumkammern, Ventilen und Komponenten. „Große wissenschaftliche Einrichtungen und die F&E-Community bieten reichhaltige Umgebungen für diese fortschrittlichen Technologien, während auch der kommerzielle Sektor beginnt, Aluminium zu verwenden, um die Prozessbedingungen für die hochpräzise Fertigung zu verbessern.“
ANCORP entwickelt und fertigt seine eigene Reihe von Vakuumgeräten und hat auch eine spezielle Einrichtung für den Bau kundenspezifischer Kammern aus Edelstahl eingerichtet. Nun ist das Unternehmen eine Partnerschaft mit eingegangen LOS Vakuumprodukte, das sich auf die Herstellung von Vakuum-Hardware aus Aluminium und Titan spezialisiert hat, um seinen Kunden die Nutzung dieser Hochleistungsmaterialien in ihren UHV- und XHV-Prozessen zu ermöglichen. „Dies ist eine großartige Partnerschaft zwischen zwei Unternehmen, die sich darauf konzentrieren, Hochleistungs-Vakuumlösungen für ihre Kunden bereitzustellen“, kommentiert Bogdan. „LOS Vacuum wird von unserer Fähigkeit profitieren, Verbindungen zum globalen Markt herzustellen, während wir davon profitieren, ihre einzigartige Technologie in unser Produktportfolio aufzunehmen.“
LOS Vacuum Products wurde 2013 gegründet, um maßgeschneiderte Vakuumkammern für UHV- und XHV-Anwendungen zu entwerfen und zu bauen. „Aluminium und Titan werden immer beliebter, um den wachsenden Anforderungen an eine sauberere und präzisere Technologieentwicklung gerecht zu werden“, sagt Eric Jones, Gründer und Eigentümer des Unternehmens. Während die anfängliche Nachfrage hauptsächlich aus der Forschungsgemeinschaft stammte, berichtet Jones über ein wachsendes Interesse von Geräteherstellern, die auf den Halbleitersektor sowie aufstrebende Märkte für medizinische Systeme und die Solarzellenproduktion abzielen. „Wenn diese Technologien wachsen, wird die Vakuumumgebung von entscheidender Bedeutung“, sagt er.
Ein wesentlicher Vorteil von Aluminium besteht darin, dass es schneller und einfacher zu bearbeiten ist als Edelstahl und somit mehr Flexibilität bietet, um kundenspezifische Merkmale in das Design zu integrieren. Seine überlegene Wärmeleitfähigkeit ermöglicht es einer Aluminiumkammer auch, sich schneller und gleichmäßiger aufzuheizen, was den Ausheizprozess beschleunigt, der zum Erreichen von UHV- oder XHV-Bedingungen erforderlich ist. „Edelstahl muss viel heißer werden, um die Gasmoleküle und Verunreinigungen von der Oberfläche der Vakuumkammer zu desorbieren, und das erfordert über einen längeren Zeitraum mehr Energie“, erklärt Jones. „Aluminium reduziert sowohl die Betriebskosten als auch die Umweltbelastung, was es zusammen mit seiner verbesserten Herstellbarkeit zu einer attraktiven Option für den Halbleitersektor macht.“
Unterdessen bieten Vakuumkammern aus Titan eine bessere Option für Experimente in der Quantenphysik, da ihre zusätzliche Festigkeit und ihr Gewicht mehr Stabilität für Prozesse bieten, die von der Erzeugung von Oberschwingungen profitieren, und auch für Anwendungen bevorzugt werden, bei denen es wichtig ist, jegliche Magnetik zu eliminieren Signale. Titan fungiert auch als Getter für die Absorption von Wasserstoff – eine häufige Verunreinigung bei der Verwendung von Edelstahl in UHV- oder XHV-Umgebungen – wodurch Titan-Vakuumsysteme XHV-Bedingungen bis hinunter zu etwa 10 unterstützen können-13 Torr.
Unabhängig davon, ob Aluminium oder Titan verwendet werden, werden die besten Prozessbedingungen durch die Verwendung desselben Metalls in den Halterungen und Armaturen erreicht, die als Schnittstelle zum Vakuumsystem verwendet werden. Dazu gehören die Conflat-Flansche, die weit verbreitet sind, um eine leckagefreie Abdichtung in UHV- und XHV-Umgebungen zu gewährleisten, die funktionieren, indem zwei mit Messerkanten bearbeitete Hartmetallflächen in eine weichere Metalldichtung gepresst werden. Dadurch fließt das weichere Metall und füllt mikroskopische Unebenheiten auf den Hartmetallflächen aus, wodurch eine Dichtung entsteht, die extremen Temperaturen und Drücken bis hinab zum XHV-Bereich standhält.
ANCORP stellt bereits Conflat-Flansche komplett aus Edelstahl her, während LOS Vacuum Volltitan-Versionen sowie mehrere Modelle herstellt, die einen Aluminiumkörper mit Flächen aus Edelstahl oder Titan kombinieren. „Die von LOS Vacuum hergestellten Spezialkomponenten ermöglichen es uns, Kunden, die Aluminium oder Titan für ihre Vakuumsysteme verwenden, eine einzigartige Lösung anzubieten“, kommentiert Bogdan. „Wir haben Kunden gesehen, die auf doppelte O-Ringe für ihre Gehäuse zurückgegriffen haben, aber eine Metall-auf-Metall-Dichtung reduziert das Ausgasen und führt zu einem besseren Prozess.“
Die Bimetallkomponenten werden mit einer Technik namens Explosion Bonding hergestellt, einem Festkörperschweißverfahren, das eine starke mechanische Verbindung mit einer Dicke von nur wenigen Mikrometern erzeugt. Eine Sprengladung zwingt die Metalle mit extrem hohen Drücken zusammen, wodurch die Atomschichten in der Nähe der beiden Oberflächen zu einem Plasma werden. Wenn die Metalle kollidieren, wird ein Plasmastrahl entlang der Oberflächen geschleudert, der sie von Verunreinigungen befreit, während das flüssigkeitsähnliche Verhalten der Metalle eine wellenförmige Verbindung erzeugt, die stark genug ist, um UHV- und XHV-Bedingungen standzuhalten.
ANCORP liefert jetzt eine Standardlinie von Bimetallflansche und -fittings hergestellt von LOS Vacuum, während das Explosionsbindungsverfahren auch die Herstellung maßgeschneiderter Komponenten aus zwei beliebigen unterschiedlichen Metallen ermöglicht. Zwei der Standardkonfigurationen kombinieren eine Aluminiumbasis mit Flächen aus verschiedenen Edelstahlqualitäten, während eine andere einen titanbeschichteten Flansch mit einem Aluminiumkörper verbindet. Diese zweite Version hat den Vorteil, jeglichen Spurenmagnetismus zu eliminieren und die durch Hintergrundstrahlung verursachten Sicherheitsrisiken zu vermeiden, und kann sogar kostengünstiger sein als ein mit Edelstahl verkleideter Flansch. „Das Rohmaterial ist zwar teurer, aber ein Bimetallflansch aus Edelstahl erfordert mehr Fertigungsschritte“, kommentiert Jones. „Bei Titan ist der Klebeprozess weniger komplex und kostengünstiger.“
Jones und sein Team konnten auch eines der Zwischenschichtmaterialien eliminieren, die normalerweise für den Übergang von einem Metall zum anderen benötigt werden. Ihr Verfahren macht Kupfer überflüssig, was Halbleiterhersteller besonders gerne vermeiden möchten. „Das gehört jetzt zur Standardproduktlinie“, sagt Jones. „Es senkt die Material- und Herstellungskosten und verringert die Möglichkeit eines Leckagepfads durch den Flansch.“
Als Teil der Partnerschaft wird ANCORP auch seine bestehenden kundenspezifischen Fertigungskapazitäten erweitern, um maßgeschneiderte Vakuumkammern aus Titan oder Aluminium zu entwerfen und zu liefern. Während der anfänglichen Designphase arbeitet das Unternehmen eng mit seinen Kunden zusammen, um ihre spezifischen Anforderungen zu verstehen und die beste Technologie für ihre Anwendung zu empfehlen. „Wenn ein Kunde einen besonders ungewöhnlichen oder anspruchsvollen Prozess hat, der von der Verwendung von Aluminium oder Titan profitieren würde, ziehen wir Eric und sein Team hinzu, um uns mit etwas Fachwissen zu unterstützen“, sagt Bogdan. „Neben der Anpassung des Designs an die Anwendung müssen wir sicherstellen, dass das Team von LOS Vacuum die Lösung mit den erforderlichen Parametern herstellen kann.“
Bogdan ist zuversichtlich, dass das Hinzufügen dieser spezialisierten Fähigkeiten zum Technologieangebot von ANCORP dazu beitragen wird, neue Märkte im F&E-Sektor sowie in der Halbleiterfertigung zu erschließen. „Diese ausgasungsarmen Lösungen können bei einigen Anwendungen einen echten Prozessvorteil bieten“, sagt er. „Wir wollen diese Optionen mehr Kunden in der internationalen wissenschaftlichen Gemeinschaft sowie im kommerziellen Bereich zugänglich machen.“
Für Jones hingegen bietet die Partnerschaft mit ANCORP eine Möglichkeit, die spezialisierten Fertigungstechniken des Unternehmens einem viel größeren Kundenstamm zugänglich zu machen. „Wir sind immer noch ein kleines Unternehmen, das sich darauf konzentriert hat, einzigartige Lösungen für bestimmte Projekte zu liefern, und wir haben nicht viel Kraft, um Verbindungen zu neuen Kunden herzustellen“, kommentiert er. „Die Partnerschaft mit ANCORP wird es uns ermöglichen, unsere Produktpalette und unser technisches Know-how auf den globalen Markt zu bringen.“
