Et nytt partnerskap mellom ANCORP og LOS Vacuum Products vil gjøre det mulig for forskere og ingeniører å optimalisere vakuumforholdene for deres prosesser ved å utnytte egenskapene til aluminium og titan
Ettersom vitenskap og teknologi fortsetter å bryte nye grenser, er det økende etterspørsel etter renere og mer kontrollerbare vakuummiljøer som kan skreddersys til behovene til hver applikasjon. Enten for presise eksperimenter innen kvantefysikk eller masseproduksjon av databrikker, leter forskere og ingeniører etter høyytelsesutstyr som kan oppnå ultrahøyt vakuum (UHV) eller ekstremt høyt vakuum (XHV) forhold samtidig som de arbeider innenfor begrensningene til deres bruk. .
Mens vakuumsystemer laget av rustfritt stål fortsetter å være den foretrukne teknologien for de fleste prosesser, kan spesialiserte applikasjoner som krever UHV- eller XHV-forhold dra nytte av egenskapene som tilbys av alternative materialer som aluminium og titan. I forskningssentre med partikkelakseleratorer, for eksempel, har aluminium blitt populært for beamline-systemer fordi det sprer stråling mer effektivt enn rustfritt stål. Den beholder også mindre gjenværende magnetisme, og minimerer mulig påvirkning på de sterke magnetfeltene som brukes til å styre strålen.
"Flere forskere og ingeniører ser fordelene ved å bruke aluminium og titan til sine UHV- eller XHV-prosesser," kommenterer Tom Bogdan, visepresident for forretningsutvikling ved ANCORP, en USA-basert produsent av vakuumkamre, ventiler og komponenter. "Storskala vitenskapelige anlegg og FoU-samfunnet tilbyr rike miljøer for disse avanserte teknologiene, mens den kommersielle sektoren også begynner å bruke aluminium for å forbedre prosessforholdene for høypresisjonsproduksjon."
ANCORP designer og produserer sin egen serie med vakuumutstyr, og har også etablert et dedikert anlegg for å konstruere tilpassede kamre av rustfritt stål. Nå har selskapet inngått samarbeid med LOS Vakuumprodukter, som spesialiserer seg på å produsere vakuummaskinvare fra aluminium og titan, for å gjøre det mulig for kundene å utnytte disse høyytelsesmaterialene i deres UHV- og XHV-prosesser. "Dette er et flott partnerskap mellom to selskaper som er fokusert på å levere høyytelses vakuumløsninger for sine kunder," kommenterer Bogdan. "LOS Vacuum vil dra nytte av vår evne til å knytte forbindelser med det globale markedet, mens vi tjener på å legge deres unike teknologi til produktporteføljen vår."
LOS Vacuum Products ble satt opp i 2013 for å designe og bygge skreddersydde vakuumkamre for UHV- og XHV-applikasjoner. "Aluminium og titan blir mer populært for å møte de økende kravene til renere og mer presis teknologiutvikling," sier Eric Jones, selskapets grunnlegger og eier. Mens den opprinnelige etterspørselen hovedsakelig stammer fra forskningsmiljøet, rapporterer Jones økende interesse fra utstyrsprodusenter rettet mot halvledersektoren, samt fremvoksende markeder for medisinske systemer og solcelleproduksjon. "Når disse teknologiene vokser, blir vakuummiljøet kritisk viktig," sier han.
En viktig fordel med aluminium er at det er raskere og enklere å bearbeide enn rustfritt stål, og gir dermed mer fleksibilitet for å inkludere skreddersydde funksjoner i designet. Dens overlegne varmeledningsevne lar også et aluminiumskammer varmes opp raskere og mer jevnt, noe som fremskynder utbakingsprosessen som er nødvendig for å oppnå UHV- eller XHV-forhold. "Rustfritt stål må være mye varmere for å desorbere gassmolekylene og forurensningene fra overflaten av vakuumkammeret, og det krever mer energi over lengre tid," forklarer Jones. "Aluminium reduserer både eierkostnadene og miljøpåvirkningen, som kombinert med forbedret produksjonsevne gjør det til et attraktivt alternativ for halvledersektoren."
I mellomtiden tilbyr vakuumkamre laget av titan et bedre alternativ for eksperimenter innen kvantefysikk, siden deres ekstra styrke og vekt gir mer stabilitet for prosesser som drar nytte av generering av harmoniske, og er også foretrukket for applikasjoner der det er viktig å eliminere enhver magnetisk signaler. Titan fungerer også som en getter for å absorbere hydrogen - en vanlig forurensning ved bruk av rustfritt stål i UHV- eller XHV-miljøer - som gjør det mulig for titanvakuumsystemer å støtte XHV-forhold ned til rundt 10-13 Torr.
Enten du bruker aluminium eller titan, oppnås de beste prosessforholdene ved å bruke det samme metallet i armaturene og beslagene som brukes til å koble til vakuumsystemet. Det inkluderer de flate flensene som er mye brukt for å sikre en lekkasjetett forsegling i UHV- og XHV-miljøer, som fungerer ved å presse to hardmetallflater maskinert med knivegger inn i en mykere metallpakning. Dette får det mykere metallet til å flyte og fylle eventuelle mikroskopiske ufullkommenheter på de harde metallflatene, og skaper en tetning som tåler ekstreme temperaturer og trykk ned til XHV-regimet.
ANCORP produserer allerede flate flenser laget utelukkende av rustfritt stål, mens LOS Vacuum produserer hel-titanversjoner samt flere modeller som kombinerer en aluminiumskropp med overflater laget av rustfritt stål eller titan. "Spesialkomponentene produsert av LOS Vacuum lar oss tilby en unik løsning for kunder som har tatt i bruk aluminium eller titan for sine vakuumsystemer," kommenterer Bogdan. "Vi har sett kunder som har tydd til å bruke doble O-ringer for skapene sine, men en metall-til-metall-tetning reduserer utgassing og resulterer i en bedre prosess."
Bimetallkomponentene er fremstilt ved hjelp av en teknikk som kalles eksplosjonsbinding, en solid-state sveiseprosess som produserer en sterk mekanisk binding bare noen få mikron tykk. En eksplosiv ladning tvinger metallene sammen ved ekstremt høye trykk, noe som gjør at atomlagene nær de to overflatene blir til et plasma. Når metallene kolliderer, drives en plasmastråle langs overflatene som skrubber dem rene for eventuelle urenheter, mens den væskelignende oppførselen til metallene skaper en bølgeformet sammenføyning som er sterk nok til å tåle UHV- og XHV-forhold.
ANCORP leverer nå en standardlinje av bimetallflenser og beslag produsert av LOS Vacuum, mens eksplosjonsbindingsprosessen også gjør det mulig å lage skreddersydde komponenter av to forskjellige metaller. To av standardkonfigurasjonene kombinerer en aluminiumsbase med overflater laget av forskjellige kvaliteter av rustfritt stål, mens en annen forbinder en titanbelagt flens til en aluminiumskropp. Denne andre versjonen har fordelen av å eliminere spormagnetisme og unngå sikkerhetsrisikoer forårsaket av bakgrunnsstråling, og kan til og med være mer kostnadseffektiv enn en flens som er belagt med rustfritt stål. "Råmaterialet kan være dyrere, men en bimetallflens laget av rustfritt stål krever flere trinn å fremstille," kommenterer Jones. "For titan er bindeprosessen mindre kompleks og rimeligere."
Jones og teamet hans har også vært i stand til å eliminere et av mellomlagsmaterialene som vanligvis trengs for å gå fra ett metall til et annet. Prosessen deres fjerner behovet for kobber, som halvlederprodusenter er spesielt opptatt av å unngå. "Det er nå en del av standardproduktlinjen," sier Jones. "Det reduserer kostnadene for materialer og produksjon, og reduserer muligheten for en lekkasjevei gjennom flensen."
Som en del av partnerskapet vil ANCORP også utvide sine eksisterende spesialtilpassede fabrikasjonsevner til å designe og levere skreddersydde vakuumkamre laget av titan eller aluminium. I den innledende designfasen jobber selskapet tett med sine kunder for å forstå deres spesifikke krav og for å anbefale den beste teknologien for deres applikasjon. "Hvis en kunde har en spesielt uvanlig eller krevende prosess som ville ha nytte av å bruke aluminium eller titan, vil vi involvere Eric og teamet hans for å gi litt spesialistkompetanse," sier Bogdan. "I tillegg til å skreddersy designet til applikasjonen, må vi sikre at teamet hos LOS Vacuum kan produsere løsningen til de nødvendige parameterne."
Bogdan er sikker på at å legge til disse spesialiserte egenskapene til ANCORPs teknologitilbud vil bidra til å åpne opp nye markeder i FoU-sektoren så vel som innen halvlederproduksjon. "Disse lavutgassingsløsningene kan gi en reell prosessfordel i noen applikasjoner," sier han. "Vi ønsker å gjøre disse alternativene tilgjengelige for flere kunder i det internasjonale vitenskapelige samfunnet, så vel som i den kommersielle sektoren."
For Jones, i mellomtiden, tilbyr partnerskapet med ANCORP en måte å eksponere selskapets spesialiserte fabrikasjonsteknikker for en mye større kundebase. "Vi er fortsatt et lite selskap som har fokusert på å levere unike løsninger for spesifikke prosjekter, og vi har ikke mye kraft til å knytte forbindelser med nye kunder," kommenterer han. "Samarbeidet med ANCORP vil gjøre oss i stand til å bringe vårt produktspekter og tekniske ekspertise til det globale markedet."
