Una nuova partnership tra ANCORP e LOS Vacuum Products consentirà a scienziati e ingegneri di ottimizzare le condizioni di vuoto per i loro processi sfruttando le proprietà dell'alluminio e del titanio
Mentre la scienza e la tecnologia continuano a superare nuovi confini, cresce la domanda di ambienti di vuoto più puliti e più controllabili che possono essere adattati alle esigenze di ogni applicazione. Che si tratti di esperimenti precisi di fisica quantistica o della produzione in serie di chip per computer, scienziati e ingegneri sono alla ricerca di apparecchiature ad alte prestazioni in grado di raggiungere condizioni di ultraalto vuoto (UHV) o di estremo alto vuoto (XHV) pur lavorando entro i limiti della loro applicazione .
Mentre i sistemi per vuoto realizzati in acciaio inossidabile continuano a essere la tecnologia preferita per la maggior parte dei processi, le applicazioni specializzate che richiedono condizioni UHV o XHV possono beneficiare delle proprietà offerte da materiali alternativi come alluminio e titanio. Nei centri di ricerca con acceleratori di particelle, ad esempio, l'alluminio è diventato popolare per i sistemi di linee di luce perché dissipa le radiazioni in modo più efficiente rispetto all'acciaio inossidabile. Conserva anche un magnetismo residuo minore, riducendo al minimo ogni possibile influenza sui forti campi magnetici utilizzati per guidare il raggio.
"Sempre più scienziati e ingegneri stanno vedendo i vantaggi dell'utilizzo di alluminio e titanio per i loro processi UHV o XHV", commenta Tom Bogdan, vicepresidente per lo sviluppo aziendale presso ANCORP, un produttore statunitense di camere a vuoto, valvole e componenti. "Le strutture scientifiche su larga scala e la comunità di ricerca e sviluppo offrono ambienti ricchi per queste tecnologie avanzate, mentre anche il settore commerciale sta iniziando a utilizzare l'alluminio per migliorare le condizioni di processo per la produzione di alta precisione".
ANCORP progetta e produce la propria linea di apparecchiature per il vuoto e ha anche istituito una struttura dedicata per la costruzione di camere personalizzate in acciaio inossidabile. Ora l'azienda ha stretto una partnership con Prodotti per il vuoto LOS, specializzata nella fabbricazione di componenti per il vuoto in alluminio e titanio, per consentire ai suoi clienti di sfruttare questi materiali ad alte prestazioni nei loro processi UHV e XHV. "Questa è una grande partnership tra due aziende che si concentrano sulla fornitura di soluzioni per il vuoto ad alte prestazioni per i loro clienti", commenta Bogdan. "LOS Vacuum trarrà vantaggio dalla nostra capacità di stabilire connessioni con il mercato globale, mentre noi guadagniamo dall'aggiunta della loro tecnologia unica al nostro portafoglio di prodotti".
LOS Vacuum Products è stata fondata nel 2013 per progettare e costruire camere a vuoto su misura per applicazioni UHV e XHV. "L'alluminio e il titanio stanno diventando sempre più popolari per soddisfare le crescenti esigenze di uno sviluppo tecnologico più pulito e preciso", afferma Eric Jones, fondatore e proprietario dell'azienda. Mentre la domanda iniziale proveniva principalmente dalla comunità di ricerca, Jones segnala un crescente interesse da parte dei produttori di apparecchiature rivolte al settore dei semiconduttori, nonché ai mercati emergenti per i sistemi medici e la produzione di celle solari. "Man mano che queste tecnologie crescono, l'ambiente del vuoto diventa di fondamentale importanza", afferma.
Un vantaggio chiave dell'alluminio è che è più veloce e più facile da lavorare rispetto all'acciaio inossidabile, e quindi offre una maggiore flessibilità per incorporare caratteristiche su misura nel design. La sua superiore conduttività termica consente inoltre a una camera di alluminio di riscaldarsi più velocemente e in modo più uniforme, il che accelera il processo di cottura necessario per raggiungere le condizioni UHV o XHV. "L'acciaio inossidabile deve essere molto più caldo per desorbire le molecole di gas e i contaminanti dalla superficie della camera a vuoto, e ciò richiede più energia per un periodo di tempo più lungo", spiega Jones. "L'alluminio riduce sia il costo di proprietà che l'impatto ambientale, il che, combinato con la sua maggiore producibilità, lo rende un'opzione interessante per il settore dei semiconduttori".
Nel frattempo, le camere a vuoto realizzate in titanio offrono un'opzione migliore per gli esperimenti di fisica quantistica, poiché la loro resistenza e il loro peso extra forniscono maggiore stabilità per i processi che traggono vantaggio dalla generazione di armoniche e sono anche preferite per le applicazioni in cui è essenziale eliminare qualsiasi campo magnetico segnali. Il titanio funge anche da getter per l'assorbimento dell'idrogeno - un contaminante comune quando si utilizza l'acciaio inossidabile in ambienti UHV o XHV - che consente ai sistemi per vuoto in titanio di supportare condizioni XHV fino a circa 10-13 Torre.
Sia che si utilizzi alluminio o titanio, le migliori condizioni di processo si ottengono utilizzando lo stesso metallo nei dispositivi e nei raccordi utilizzati per interfacciarsi con il sistema del vuoto. Ciò include le flange conflat che sono ampiamente utilizzate per garantire una tenuta ermetica negli ambienti UHV e XHV, che funzionano premendo due facce di metallo duro lavorate con bordi di coltello in una guarnizione di metallo più morbida. Ciò fa sì che il metallo più morbido scorra e riempia eventuali imperfezioni microscopiche sulle facce di metallo duro, creando una tenuta in grado di resistere a temperature e pressioni estreme fino al regime XHV.
ANCORP produce già flange conflat realizzate interamente in acciaio inossidabile, mentre LOS Vacuum produce versioni interamente in titanio oltre a diversi modelli che combinano un corpo in alluminio con facce in acciaio inossidabile o titanio. “I componenti specialistici fabbricati da LOS Vacuum ci consentono di offrire una soluzione unica per i clienti che hanno adottato l'alluminio o il titanio per i loro sistemi di vuoto”, commenta Bogdan. "Abbiamo visto clienti che hanno fatto ricorso all'utilizzo di doppi O-ring per le loro custodie, ma una tenuta metallo su metallo riduce il degassamento e si traduce in un processo migliore".
I componenti bimetallici sono fabbricati utilizzando una tecnica chiamata unione a esplosione, un processo di saldatura a stato solido che produce un forte legame meccanico spesso solo pochi micron. Una carica esplosiva costringe insieme i metalli a pressioni estremamente elevate, facendo sì che gli strati atomici vicini alle due superfici diventino un plasma. Quando i metalli entrano in collisione, un getto di plasma viene spinto lungo le superfici che le pulisce da ogni impurità, mentre il comportamento fluido dei metalli crea un'unione a forma di onda sufficientemente forte da resistere alle condizioni UHV e XHV.
ANCORP ora fornisce una linea standard di flange e raccordi bimetallici prodotto da LOS Vacuum, mentre il processo di incollaggio a esplosione consente anche di fabbricare componenti su misura da due metalli dissimili. Due delle configurazioni standard combinano una base in alluminio con facce realizzate con diversi gradi di acciaio inossidabile, mentre un'altra unisce una flangia rivestita in titanio a un corpo in alluminio. Questa seconda versione ha il vantaggio di eliminare qualsiasi traccia di magnetismo ed evitare i rischi per la sicurezza causati dalla radiazione di fondo, e può anche essere più economica di una flangia rivestita in acciaio inossidabile. "La materia prima può essere più costosa, ma una flangia bimetallica in acciaio inossidabile richiede più fasi di fabbricazione", commenta Jones. “Per il titanio il processo di incollaggio è meno complesso e meno costoso.”
Jones e il suo team sono stati anche in grado di eliminare uno dei materiali interstrato solitamente necessari per passare da un metallo all'altro. Il loro processo elimina la necessità di rame, che i produttori di semiconduttori sono particolarmente desiderosi di evitare. “Adesso fa parte della linea di prodotti standard”, afferma Jones. "Riduce il costo dei materiali e della produzione e riduce la possibilità di un percorso di perdita attraverso la flangia."
Come parte della partnership, ANCORP estenderà anche le sue capacità di fabbricazione personalizzata esistenti per progettare e fornire camere a vuoto su misura realizzate in titanio o alluminio. Durante la fase iniziale di progettazione, l'azienda lavora a stretto contatto con i propri clienti per comprendere le loro esigenze specifiche e consigliare la migliore tecnologia per la loro applicazione. "Se un cliente ha un processo particolarmente insolito o impegnativo che trarrebbe vantaggio dall'utilizzo di alluminio o titanio, coinvolgeremo Eric e il suo team per fornire alcune competenze specialistiche", afferma Bogdan. "Oltre ad adattare il design all'applicazione, dobbiamo assicurarci che il team di LOS Vacuum possa produrre la soluzione secondo i parametri richiesti."
Bogdan è fiducioso che l'aggiunta di queste capacità specializzate all'offerta tecnologica di ANCORP contribuirà ad aprire nuovi mercati nel settore della ricerca e sviluppo e nella produzione di semiconduttori. "Queste soluzioni a basso degassamento possono offrire un reale vantaggio di processo in alcune applicazioni", afferma. "Vogliamo rendere queste opzioni disponibili a più clienti nella comunità scientifica internazionale, oltre che nel settore commerciale".
Per Jones, nel frattempo, la partnership con ANCORP offre un modo per esporre le tecniche di fabbricazione specializzate dell'azienda a una base di clienti molto più ampia. "Siamo ancora una piccola azienda che si è concentrata sulla fornitura di soluzioni uniche per progetti specifici e non abbiamo molto potere per entrare in contatto con nuovi clienti", commenta. "La partnership con ANCORP ci consentirà di portare la nostra gamma di prodotti e le nostre competenze tecniche sul mercato globale".
