Uma nova parceria entre a ANCORP e a LOS Vacuum Products permitirá que cientistas e engenheiros otimizem as condições de vácuo para seus processos, explorando as propriedades do alumínio e do titânio
À medida que a ciência e a tecnologia continuam quebrando novos limites, há uma demanda crescente por ambientes de vácuo mais limpos e controláveis que possam ser adaptados às necessidades de cada aplicação. Seja para experimentos precisos em física quântica ou para a fabricação em massa de chips de computador, cientistas e engenheiros estão procurando equipamentos de alto desempenho que possam atingir condições de ultra-alto vácuo (UHV) ou extremo alto vácuo (XHV) enquanto também trabalham dentro das restrições de sua aplicação .
Embora os sistemas de vácuo feitos de aço inoxidável continuem sendo a tecnologia de escolha para a maioria dos processos, aplicações especializadas que requerem condições UHV ou XHV podem se beneficiar das propriedades oferecidas por materiais alternativos, como alumínio e titânio. Em centros de pesquisa com aceleradores de partículas, por exemplo, o alumínio tornou-se popular para sistemas de linhas de luz porque dissipa a radiação com mais eficiência do que o aço inoxidável. Também retém menos magnetismo residual, minimizando qualquer possível influência nos fortes campos magnéticos usados para direcionar o feixe.
“Mais cientistas e engenheiros estão vendo os benefícios do uso de alumínio e titânio para seus processos UHV ou XHV”, comenta Tom Bogdan, vice-presidente de desenvolvimento de negócios da ANCORP, um fabricante norte-americano de câmaras de vácuo, válvulas e componentes. “As instalações científicas de grande escala e a comunidade de P&D oferecem ambientes ricos para essas tecnologias avançadas, enquanto o setor comercial também está começando a usar o alumínio para melhorar as condições do processo de fabricação de alta precisão.”
A ANCORP projeta e fabrica sua própria linha de equipamentos de vácuo e também estabeleceu uma instalação dedicada à construção de câmaras personalizadas de aço inoxidável. Agora a empresa formou uma parceria com Produtos de vácuo LOS, especializada na fabricação de hardware de vácuo de alumínio e titânio, para permitir que seus clientes explorem esses materiais de alto desempenho em seus processos UHV e XHV. “Esta é uma grande parceria entre duas empresas focadas em fornecer soluções de vácuo de alto desempenho para seus clientes”, comenta Bogdan. “LOS Vacuum se beneficiará de nossa capacidade de fazer conexões com o mercado global, enquanto ganhamos ao adicionar sua tecnologia exclusiva ao nosso portfólio de produtos.”
A LOS Vacuum Products foi criada em 2013 para projetar e construir câmaras de vácuo sob medida para aplicações UHV e XHV. “O alumínio e o titânio estão se tornando mais populares para atender às crescentes exigências de desenvolvimento de tecnologias mais limpas e precisas”, diz Eric Jones, fundador e proprietário da empresa. Embora a demanda inicial tenha se originado principalmente da comunidade de pesquisa, Jones relata o crescente interesse de fabricantes de equipamentos voltados para o setor de semicondutores, bem como de mercados emergentes para sistemas médicos e produção de células solares. “À medida que essas tecnologias crescem, o ambiente de vácuo torna-se extremamente importante”, diz ele.
Uma das principais vantagens do alumínio é que ele é mais rápido e fácil de usinar do que o aço inoxidável e, portanto, oferece mais flexibilidade para incorporar recursos personalizados ao projeto. Sua condutividade térmica superior também permite que uma câmara de alumínio aqueça mais rápido e uniformemente, o que acelera o processo de cozimento necessário para atingir as condições UHV ou XHV. “O aço inoxidável precisa ser muito mais quente para dessorver as moléculas de gás e os contaminantes da superfície da câmara de vácuo, e isso requer mais energia por um longo período de tempo”, explica Jones. “O alumínio reduz o custo de propriedade e o impacto ambiental, o que, combinado com sua capacidade de fabricação aprimorada, o torna uma opção atraente para o setor de semicondutores.”
Por outro lado, as câmaras de vácuo feitas de titânio oferecem uma melhor opção para experimentos em física quântica, pois sua resistência e peso extras fornecem mais estabilidade para processos que se beneficiam da geração de harmônicos, e também são favorecidas para aplicações onde é essencial eliminar qualquer magnetismo sinais. O titânio também atua como um coletor para absorção de hidrogênio - um contaminante comum ao usar aço inoxidável em ambientes UHV ou XHV - o que permite que os sistemas de vácuo de titânio suportem condições XHV de até cerca de 10-13 Torr.
Seja usando alumínio ou titânio, as melhores condições de processo são alcançadas usando o mesmo metal nas fixações e conexões usadas para fazer a interface com o sistema de vácuo. Isso inclui os flanges conflat que são amplamente usados para garantir uma vedação estanque em ambientes UHV e XHV, que funcionam pressionando duas faces de metal duro usinadas com bordas de faca em uma junta de metal mais macia. Isso faz com que o metal mais macio flua e preencha quaisquer imperfeições microscópicas nas faces do metal duro, criando uma vedação que pode suportar temperaturas e pressões extremas até o regime XHV.
A ANCORP já fabrica flanges conflat totalmente em aço inoxidável, enquanto a LOS Vacuum produz versões totalmente em titânio e diversos modelos que combinam corpo de alumínio com faces de aço inoxidável ou titânio. “Os componentes especializados fabricados pela LOS Vacuum nos permitem oferecer uma solução exclusiva para clientes que adotaram alumínio ou titânio para seus sistemas de vácuo”, comenta Bogdan. “Vimos clientes que recorreram ao uso de O-rings duplos para seus invólucros, mas uma vedação metal-metal reduz a liberação de gases e resulta em um processo melhor.”
Os componentes bimetálicos são fabricados usando uma técnica chamada ligação por explosão, um processo de soldagem em estado sólido que produz uma forte ligação mecânica com apenas alguns mícrons de espessura. Uma carga explosiva força os metais a se unirem a pressões extremamente altas, fazendo com que as camadas atômicas próximas às duas superfícies se tornem um plasma. À medida que os metais colidem, um jato de plasma é impulsionado ao longo das superfícies que as limpa de quaisquer impurezas, enquanto o comportamento fluido dos metais cria uma junção em forma de onda que é forte o suficiente para resistir às condições UHV e XHV.
A ANCORP agora fornece uma linha padrão de flanges e conexões bimetálicas produzido pela LOS Vacuum, enquanto o processo de colagem por explosão também permite que componentes sob medida sejam fabricados a partir de quaisquer dois metais diferentes. Duas das configurações padrão combinam uma base de alumínio com faces feitas de diferentes graus de aço inoxidável, enquanto outra une um flange com face de titânio a um corpo de alumínio. Esta segunda versão tem a vantagem de eliminar qualquer vestígio de magnetismo e evitar os riscos de segurança causados pela radiação de fundo, podendo ainda ser mais rentável do que um flange revestido de aço inoxidável. “A matéria-prima pode ser mais cara, mas um flange bimetálico feito de aço inoxidável requer mais etapas para ser fabricado”, comenta Jones. “Para o titânio, o processo de colagem é menos complexo e menos dispendioso.”
Jones e sua equipe também conseguiram eliminar um dos materiais intermediários que geralmente são necessários para a transição de um metal para outro. Seu processo elimina a necessidade de cobre, que os fabricantes de semicondutores desejam evitar. “Isso agora faz parte da linha de produtos padrão”, diz Jones. “Ele reduz o custo de materiais e fabricação e reduz a possibilidade de vazamento através do flange.”
Como parte da parceria, a ANCORP também ampliará seus recursos existentes de fabricação personalizada para projetar e fornecer câmaras de vácuo sob medida feitas de titânio ou alumínio. Durante a fase inicial do projeto, a empresa trabalha em estreita colaboração com seus clientes para entender seus requisitos específicos e recomendar a melhor tecnologia para sua aplicação. “Se um cliente tiver um processo particularmente incomum ou exigente que se beneficiaria com o uso de alumínio ou titânio, envolveremos Eric e sua equipe para fornecer alguns conhecimentos especializados”, diz Bogdan. “Além de adaptar o projeto à aplicação, precisamos garantir que a equipe da LOS Vacuum possa fabricar a solução de acordo com os parâmetros exigidos.”
Bogdan está confiante de que adicionar esses recursos especializados à oferta de tecnologia da ANCORP ajudará a abrir novos mercados no setor de P&D, bem como na fabricação de semicondutores. “Essas soluções de baixa emissão de gases podem oferecer uma vantagem real de processo em algumas aplicações”, diz ele. “Queremos disponibilizar essas opções para mais clientes na comunidade científica internacional, bem como no setor comercial.”
Para Jones, enquanto isso, a parceria com a ANCORP oferece uma maneira de expor as técnicas especializadas de fabricação da empresa a uma base de clientes muito maior. “Ainda somos uma empresa pequena que tem como foco entregar soluções únicas para projetos específicos e não temos muito poder para fazer conexões com novos clientes”, comenta. “A parceria com a ANCORP nos permitirá trazer nossa gama de produtos e conhecimento técnico para o mercado global.”
