Een nieuw partnerschap tussen ANCORP en LOS Vacuum Products stelt wetenschappers en ingenieurs in staat om de vacuümomstandigheden voor hun processen te optimaliseren door gebruik te maken van de eigenschappen van aluminium en titanium
Terwijl wetenschap en technologie nieuwe grenzen blijven verleggen, is er een groeiende vraag naar schonere en beter beheersbare vacuümomgevingen die kunnen worden aangepast aan de behoeften van elke toepassing. Of het nu gaat om nauwkeurige experimenten in de kwantumfysica of de massaproductie van computerchips, wetenschappers en ingenieurs zijn op zoek naar hoogwaardige apparatuur die ultrahoog vacuüm (UHV) of extreem hoog vacuüm (XHV) kan bereiken en tegelijkertijd binnen de beperkingen van hun toepassing kan werken .
Terwijl vacuümsystemen gemaakt van roestvrij staal nog steeds de voorkeurstechnologie zijn voor de meeste processen, kunnen gespecialiseerde toepassingen die UHV- of XHV-omstandigheden vereisen, profiteren van de eigenschappen die worden geboden door alternatieve materialen zoals aluminium en titanium. In onderzoekscentra met deeltjesversnellers is aluminium bijvoorbeeld populair geworden voor bundellijnsystemen omdat het straling efficiënter verspreidt dan roestvrij staal. Het houdt ook minder restmagnetisme vast, waardoor elke mogelijke invloed op de sterke magnetische velden die worden gebruikt om de straal te sturen, wordt geminimaliseerd.
"Steeds meer wetenschappers en ingenieurs zien de voordelen van het gebruik van aluminium en titanium voor hun UHV- of XHV-processen", zegt Tom Bogdan, vice-president voor bedrijfsontwikkeling bij ANCORP, een in de VS gevestigde fabrikant van vacuümkamers, kleppen en componenten. "Grootschalige wetenschappelijke faciliteiten en de R&D-gemeenschap bieden rijke omgevingen voor deze geavanceerde technologieën, terwijl de commerciële sector ook aluminium begint te gebruiken om de procesomstandigheden voor uiterst nauwkeurige productie te verbeteren."
ANCORP ontwerpt en produceert zijn eigen lijn vacuümapparatuur en heeft ook een speciale faciliteit opgezet voor het bouwen van op maat gemaakte kamers van roestvrij staal. Nu is het bedrijf een samenwerking aangegaan met LOS Vacuümproducten, dat gespecialiseerd is in het fabriceren van vacuümhardware van aluminium en titanium, om haar klanten in staat te stellen deze hoogwaardige materialen te benutten in hun UHV- en XHV-processen. "Dit is een geweldige samenwerking tussen twee bedrijven die zich richten op het leveren van hoogwaardige vacuümoplossingen voor hun klanten", zegt Bogdan. "LOS Vacuum zal profiteren van ons vermogen om verbindingen te leggen met de wereldmarkt, terwijl we profiteren van het toevoegen van hun unieke technologie aan ons productportfolio."
LOS Vacuum Products is in 2013 opgericht om op maat gemaakte vacuümkamers voor UHV- en XHV-toepassingen te ontwerpen en te bouwen. "Aluminium en titanium worden steeds populairder om te voldoen aan de groeiende behoefte aan schonere en nauwkeurigere technologieontwikkeling", zegt Eric Jones, de oprichter en eigenaar van het bedrijf. Terwijl de aanvankelijke vraag voornamelijk afkomstig was van de onderzoeksgemeenschap, meldt Jones een groeiende belangstelling van fabrikanten van apparatuur die zich richten op de halfgeleidersector, evenals op opkomende markten voor medische systemen en de productie van zonnecellen. "Naarmate die technologieën groeien, wordt de vacuümomgeving van cruciaal belang", zegt hij.
Een belangrijk voordeel van aluminium is dat het sneller en gemakkelijker te bewerken is dan roestvrij staal, en dus meer flexibiliteit biedt om op maat gemaakte kenmerken in het ontwerp op te nemen. Dankzij de superieure thermische geleidbaarheid kan een aluminium kamer ook sneller en gelijkmatiger opwarmen, wat het uitbakproces versnelt dat nodig is om UHV- of XHV-omstandigheden te bereiken. "Roestvrij staal moet veel heter zijn om de gasmoleculen en verontreinigingen van het oppervlak van de vacuümkamer te desorberen, en dat vereist meer energie over een langere periode", legt Jones uit. "Aluminium verlaagt zowel de eigendomskosten als de impact op het milieu, wat in combinatie met de verbeterde maakbaarheid het een aantrekkelijke optie maakt voor de halfgeleidersector."
Ondertussen bieden vacuümkamers gemaakt van titanium een betere optie voor experimenten in de kwantumfysica, omdat hun extra sterkte en gewicht meer stabiliteit bieden voor processen die baat hebben bij het genereren van harmonischen, en ook de voorkeur genieten voor toepassingen waarbij het essentieel is om magnetische velden te elimineren. signalen. Titanium fungeert ook als een getter voor het absorberen van waterstof - een veel voorkomende verontreiniging bij het gebruik van roestvrij staal in UHV- of XHV-omgevingen - waardoor titaniumvacuümsystemen XHV-omstandigheden tot ongeveer 10 kunnen ondersteunen.-13 torr.
Of er nu aluminium of titanium wordt gebruikt, de beste procesomstandigheden worden bereikt door hetzelfde metaal te gebruiken in de armaturen en fittingen die worden gebruikt om te communiceren met het vacuümsysteem. Dat geldt ook voor de conflat-flenzen die veel worden gebruikt om een lekdichte afdichting te garanderen in UHV- en XHV-omgevingen, die werken door twee hardmetalen vlakken met mesranden in een zachtere metalen pakking te persen. Dit zorgt ervoor dat het zachtere metaal gaat vloeien en eventuele microscopische onvolkomenheden op de harde metalen oppervlakken opvult, waardoor een afdichting ontstaat die bestand is tegen extreme temperaturen en drukken tot aan het XHV-regime.
ANCORP produceert al conflat flenzen die volledig van roestvrij staal zijn gemaakt, terwijl LOS Vacuum volledig titanium versies produceert, evenals verschillende modellen die een aluminium behuizing combineren met vlakken van roestvrij staal of titanium. "De gespecialiseerde componenten die door LOS Vacuum worden vervaardigd, stellen ons in staat een unieke oplossing te bieden aan klanten die aluminium of titanium hebben gebruikt voor hun vacuümsystemen", zegt Bogdan. "We hebben klanten gezien die hun toevlucht hebben genomen tot het gebruik van dubbele O-ringen voor hun behuizingen, maar een metaal-op-metaalafdichting vermindert ontgassing en resulteert in een beter proces."
De bimetalen componenten worden vervaardigd met behulp van een techniek die explosiebinding wordt genoemd, een solid-state lasproces dat een sterke mechanische verbinding produceert van slechts enkele microns dik. Een explosieve lading dwingt de metalen onder extreem hoge druk samen, waardoor de atoomlagen dicht bij de twee oppervlakken een plasma worden. Terwijl de metalen botsen, wordt een straal plasma langs de oppervlakken voortgestuwd die ze schoonschrobt van alle onzuiverheden, terwijl het vloeistofachtige gedrag van de metalen een golfvormige verbinding creëert die sterk genoeg is om UHV- en XHV-omstandigheden te weerstaan.
ANCORP levert nu een standaard lijn van bimetalen flenzen en fittingen geproduceerd door LOS Vacuum, terwijl het explosiebindingsproces het ook mogelijk maakt om op maat gemaakte componenten te vervaardigen uit twee verschillende metalen. Twee van de standaardconfiguraties combineren een aluminium basis met vlakken gemaakt van verschillende soorten roestvrij staal, terwijl een andere een titanium flens verbindt met een aluminium behuizing. Deze tweede versie heeft het voordeel dat elk spoor van magnetisme wordt geëlimineerd en de veiligheidsrisico's die worden veroorzaakt door achtergrondstraling worden vermeden, en het kan zelfs kosteneffectiever zijn dan een flens die is bekleed met roestvrij staal. "De grondstof is misschien duurder, maar een bimetalen flens gemaakt van roestvrij staal vereist meer stappen om te fabriceren", merkt Jones op. "Voor titanium is het hechtingsproces minder complex en goedkoper."
Jones en zijn team zijn er ook in geslaagd om een van de tussenlagen te verwijderen die gewoonlijk nodig zijn om van het ene metaal op het andere over te gaan. Hun proces neemt de behoefte aan koper weg, wat halfgeleiderfabrikanten bijzonder graag willen vermijden. "Dat maakt nu deel uit van de standaard productlijn", zegt Jones. "Het verlaagt de materiaal- en fabricagekosten en verkleint de kans op een lekpad door de flens."
Als onderdeel van het partnerschap zal ANCORP ook zijn bestaande fabricagemogelijkheden op maat uitbreiden om op maat gemaakte vacuümkamers van titanium of aluminium te ontwerpen en te leveren. Tijdens de initiële ontwerpfase werkt het bedrijf nauw samen met zijn klanten om hun specifieke vereisten te begrijpen en om de beste technologie voor hun toepassing aan te bevelen. "Als een klant een bijzonder ongewoon of veeleisend proces heeft waarbij hij baat zou hebben bij het gebruik van aluminium of titanium, schakelen we Eric en zijn team in om specialistische expertise te leveren", zegt Bogdan. "Naast het afstemmen van het ontwerp op de toepassing, moeten we ervoor zorgen dat het team van LOS Vacuum de oplossing kan produceren volgens de vereiste parameters."
Bogdan is ervan overtuigd dat het toevoegen van deze gespecialiseerde capaciteiten aan het technologieaanbod van ANCORP zal helpen om nieuwe markten te openen in de R&D-sector en in de productie van halfgeleiders. "Deze oplossingen met weinig ontgassing kunnen in sommige toepassingen een echt procesvoordeel opleveren", zegt hij. "We willen deze opties beschikbaar maken voor meer klanten in de internationale wetenschappelijke gemeenschap, maar ook in de commerciële sector."
Voor Jones biedt de samenwerking met ANCORP ondertussen een manier om de gespecialiseerde fabricagetechnieken van het bedrijf aan een veel groter klantenbestand bloot te stellen. "We zijn nog steeds een klein bedrijf dat zich heeft gericht op het leveren van unieke oplossingen voor specifieke projecten, en we hebben niet veel macht om contacten te leggen met nieuwe klanten", merkt hij op. "De samenwerking met ANCORP stelt ons in staat om ons productassortiment en technische expertise op de wereldmarkt te brengen."
