Una nueva alianza entre ANCORP y LOS Vacuum Products permitirá a científicos e ingenieros optimizar las condiciones de vacío de sus procesos aprovechando las propiedades del aluminio y el titanio
A medida que la ciencia y la tecnología continúan rompiendo nuevos límites, existe una creciente demanda de entornos de vacío más limpios y controlables que se puedan adaptar a las necesidades de cada aplicación. Ya sea para experimentos precisos en física cuántica o para la fabricación en masa de chips de computadora, los científicos e ingenieros buscan equipos de alto rendimiento que puedan lograr condiciones de ultra alto vacío (UHV) o de alto vacío extremo (XHV) mientras trabajan dentro de las limitaciones de su aplicación. .
Si bien los sistemas de vacío fabricados con acero inoxidable continúan siendo la tecnología elegida para la mayoría de los procesos, las aplicaciones especializadas que requieren condiciones UHV o XHV pueden beneficiarse de las propiedades que ofrecen materiales alternativos como el aluminio y el titanio. En los centros de investigación con aceleradores de partículas, por ejemplo, el aluminio se ha vuelto popular para los sistemas de línea de luz porque disipa la radiación de manera más eficiente que el acero inoxidable. También retiene menos magnetismo residual, minimizando cualquier posible influencia en los fuertes campos magnéticos utilizados para dirigir el haz.
“Más científicos e ingenieros están viendo los beneficios de usar aluminio y titanio para sus procesos UHV o XHV”, comenta Tom Bogdan, vicepresidente de desarrollo comercial de ANCORP, un fabricante estadounidense de cámaras de vacío, válvulas y componentes. “Las instalaciones científicas a gran escala y la comunidad de I+D ofrecen entornos ricos para estas tecnologías avanzadas, mientras que el sector comercial también está comenzando a utilizar aluminio para mejorar las condiciones del proceso para la fabricación de alta precisión”.
ANCORP diseña y fabrica su propia línea de equipos de vacío y también ha establecido una instalación dedicada a la construcción de cámaras personalizadas de acero inoxidable. Ahora la compañía ha formado una sociedad con LOS Productos de vacío, que se especializa en la fabricación de hardware de vacío a partir de aluminio y titanio, para permitir que sus clientes exploten estos materiales de alto rendimiento en sus procesos UHV y XHV. "Esta es una gran asociación entre dos empresas que se centran en ofrecer soluciones de vacío de alto rendimiento para sus clientes", comenta Bogdan. “LOS Vacuum se beneficiará de nuestra capacidad para hacer conexiones con el mercado global, mientras que nosotros ganamos al agregar su tecnología única a nuestra cartera de productos”.
LOS Vacuum Products se creó en 2013 para diseñar y construir cámaras de vacío a medida para aplicaciones UHV y XHV. “El aluminio y el titanio son cada vez más populares para cumplir con los crecientes requisitos de desarrollo de tecnología más limpia y precisa”, dice Eric Jones, fundador y propietario de la empresa. Si bien la demanda inicial se originó principalmente en la comunidad de investigación, Jones informa de un interés creciente por parte de los fabricantes de equipos dirigidos al sector de los semiconductores, así como a los mercados emergentes de sistemas médicos y producción de células solares. “A medida que esas tecnologías crecen, el entorno de vacío se vuelve de vital importancia”, dice.
Una ventaja clave del aluminio es que es más rápido y fácil de mecanizar que el acero inoxidable y, por lo tanto, ofrece más flexibilidad para incorporar características personalizadas en el diseño. Su conductividad térmica superior también permite que una cámara de aluminio se caliente más rápido y de manera más uniforme, lo que acelera el proceso de horneado necesario para lograr condiciones UHV o XHV. “El acero inoxidable debe estar mucho más caliente para desorber las moléculas de gas y los contaminantes de la superficie de la cámara de vacío, y eso requiere más energía durante un período de tiempo más largo”, explica Jones. “El aluminio reduce tanto el costo de propiedad como el impacto ambiental, lo que, combinado con su capacidad de fabricación mejorada, lo convierte en una opción atractiva para el sector de los semiconductores”.
Por su parte, las cámaras de vacío fabricadas en titanio ofrecen una mejor opción para experimentos de física cuántica, ya que su mayor resistencia y peso brindan mayor estabilidad para procesos que se benefician de la generación de armónicos, y también son las preferidas para aplicaciones en las que es fundamental eliminar cualquier magnetismo. señales El titanio también actúa como captador para absorber hidrógeno, un contaminante común cuando se usa acero inoxidable en entornos UHV o XHV, lo que permite que los sistemas de vacío de titanio soporten condiciones XHV hasta alrededor de 10–13 Torr.
Ya sea que use aluminio o titanio, las mejores condiciones de proceso se logran al usar el mismo metal en los accesorios y accesorios que se usan para interactuar con el sistema de vacío. Eso incluye las bridas combinadas que se usan ampliamente para garantizar un sello hermético en entornos UHV y XHV, que funcionan presionando dos caras de metal duro mecanizadas con filos de cuchillo en una junta de metal más suave. Esto hace que el metal más blando fluya y rellene cualquier imperfección microscópica en las caras de metal duro, creando un sello que puede soportar temperaturas y presiones extremas hasta el régimen XHV.
ANCORP ya fabrica bridas conflat fabricadas íntegramente en acero inoxidable, mientras que LOS Vacuum produce versiones totalmente de titanio, así como varios modelos que combinan un cuerpo de aluminio con caras de acero inoxidable o titanio. “Los componentes especializados fabricados por LOS Vacuum nos permiten ofrecer una solución única para los clientes que han adoptado aluminio o titanio para sus sistemas de vacío”, comenta Bogdan. “Hemos visto clientes que han recurrido al uso de juntas tóricas dobles para sus recintos, pero un sello de metal con metal reduce la desgasificación y da como resultado un mejor proceso”.
Los componentes bimetálicos se fabrican mediante una técnica denominada unión por explosión, un proceso de soldadura de estado sólido que produce una fuerte unión mecánica de unas pocas micras de espesor. Una carga explosiva une los metales a presiones extremadamente altas, lo que hace que las capas atómicas cercanas a las dos superficies se conviertan en plasma. A medida que los metales chocan, se impulsa un chorro de plasma a lo largo de las superficies que las limpia de cualquier impureza, mientras que el comportamiento fluido de los metales crea una unión en forma de onda que es lo suficientemente fuerte como para soportar las condiciones de UHV y XHV.
ANCORP ahora suministra una línea estándar de bridas bimetálicas y accesorios producido por LOS Vacuum, mientras que el proceso de unión por explosión también permite fabricar componentes a medida a partir de dos metales diferentes. Dos de las configuraciones estándar combinan una base de aluminio con caras de diferentes grados de acero inoxidable, mientras que otra une una brida con cara de titanio a un cuerpo de aluminio. Esta segunda versión tiene la ventaja de eliminar cualquier rastro de magnetismo y evitar los peligros de seguridad causados por la radiación de fondo, y puede incluso ser más rentable que una brida con revestimiento de acero inoxidable. “La materia prima puede ser más costosa, pero una brida bimetálica hecha de acero inoxidable requiere más pasos para fabricarla”, comenta Jones. “Para el titanio, el proceso de unión es menos complejo y menos costoso”.
Jones y su equipo también han podido eliminar uno de los materiales de capa intermedia que generalmente se necesitan para la transición de un metal a otro. Su proceso elimina la necesidad de cobre, algo que los fabricantes de semiconductores desean evitar especialmente. “Eso ahora es parte de la línea de productos estándar”, dice Jones. “Reduce el costo de los materiales y la fabricación, y reduce la posibilidad de una vía de fuga a través de la brida”.
Como parte de la asociación, ANCORP también ampliará sus capacidades de fabricación personalizada existentes para diseñar y suministrar cámaras de vacío a medida hechas de titanio o aluminio. Durante la fase de diseño inicial, la empresa trabaja en estrecha colaboración con sus clientes para comprender sus requisitos específicos y recomendar la mejor tecnología para su aplicación. “Si un cliente tiene un proceso particularmente inusual o exigente que se beneficiaría del uso de aluminio o titanio, involucraremos a Eric y su equipo para que brinden experiencia especializada”, dice Bogdan. “Además de adaptar el diseño a la aplicación, debemos asegurarnos de que el equipo de LOS Vacuum pueda fabricar la solución con los parámetros requeridos”.
Bogdan confía en que agregar estas capacidades especializadas a la oferta tecnológica de ANCORP ayudará a abrir nuevos mercados en el sector de I+D, así como en la fabricación de semiconductores. “Estas soluciones de baja emisión de gases pueden ofrecer una ventaja de proceso real en algunas aplicaciones”, dice. “Queremos que estas opciones estén disponibles para más clientes en la comunidad científica internacional, así como en el sector comercial”.
Mientras tanto, para Jones, la asociación con ANCORP ofrece una manera de exponer las técnicas de fabricación especializadas de la compañía a una base de clientes mucho más grande. “Todavía somos una empresa pequeña que se ha centrado en ofrecer soluciones únicas para proyectos específicos y no tenemos mucho poder para hacer conexiones con nuevos clientes”, comenta. “La asociación con ANCORP nos permitirá llevar nuestra gama de productos y experiencia técnica al mercado global”.
