Čistejša vakuumska okolja zagotavljajo eksperimentalne in proizvodne pridobitve

Ker znanost in tehnologija še naprej podirata nove meje, narašča povpraševanje po čistejših in bolj nadzorovanih vakuumskih okoljih, ki jih je mogoče prilagoditi potrebam vsake aplikacije. Ne glede na to, ali gre za natančne eksperimente v kvantni fiziki ali množično proizvodnjo računalniških čipov, znanstveniki in inženirji iščejo visoko zmogljivo opremo, ki lahko doseže pogoje ultravisokega vakuuma (UHV) ali ekstremno visokega vakuuma (XHV), hkrati pa deluje v okviru omejitev svoje uporabe. .

Medtem ko so vakuumski sistemi iz nerjavečega jekla še vedno izbrana tehnologija za večino procesov, lahko specializirane aplikacije, ki zahtevajo pogoje UHV ali XHV, izkoristijo lastnosti, ki jih ponujajo alternativni materiali, kot sta aluminij in titan. V raziskovalnih centrih s pospeševalniki delcev je na primer aluminij postal priljubljen za sisteme žarkov, ker učinkoviteje odvaja sevanje kot nerjavno jeklo. Ohranja tudi manj preostalega magnetizma, kar zmanjšuje morebiten vpliv na močna magnetna polja, ki se uporabljajo za usmerjanje žarka.

»Več znanstvenikov in inženirjev vidi prednosti uporabe aluminija in titana za svoje procese UHV ali XHV,« komentira Tom Bogdan, podpredsednik za poslovni razvoj pri ANCORP, ameriški proizvajalec vakuumskih komor, ventilov in komponent. "Velike znanstvene ustanove in skupnost za raziskave in razvoj ponujajo bogato okolje za te napredne tehnologije, medtem ko komercialni sektor prav tako začenja uporabljati aluminij za izboljšanje procesnih pogojev za visoko natančno proizvodnjo."

ANCORP načrtuje in izdeluje lastno linijo vakuumske opreme, ustanovil pa je tudi namenski obrat za izdelavo prilagojenih komor iz nerjavečega jekla. Zdaj je podjetje sklenilo partnerstvo z LOS vakuumski izdelki, ki je specializirano za izdelavo vakuumske strojne opreme iz aluminija in titana, da svojim strankam omogoči izkoriščanje teh visokozmogljivih materialov v njihovih procesih UHV in XHV. »To je odlično partnerstvo med dvema podjetjema, ki se osredotočata na zagotavljanje visoko zmogljivih vakuumskih rešitev za svoje stranke,« komentira Bogdan. "LOS Vacuum bo imel koristi od naše zmožnosti povezovanja z globalnim trgom, medtem ko bomo pridobili od dodajanja njihove edinstvene tehnologije v naš portfelj izdelkov."

Podjetje LOS Vacuum Products je bilo ustanovljeno leta 2013 za načrtovanje in izdelavo vakuumskih komor po meri za aplikacije UHV in XHV. »Aluminij in titan postajata vse bolj priljubljena zaradi izpolnjevanja naraščajočih zahtev po čistejšem in natančnejšem razvoju tehnologije,« pravi Eric Jones, ustanovitelj in lastnik podjetja. Medtem ko je prvotno povpraševanje izviralo predvsem iz raziskovalne skupnosti, Jones poroča o naraščajočem zanimanju proizvajalcev opreme, ki ciljajo na sektor polprevodnikov, pa tudi na nastajajoče trge za medicinske sisteme in proizvodnjo sončnih celic. "Ko te tehnologije rastejo, postaja vakuumsko okolje kritično pomembno," pravi.

Ena od ključnih prednosti aluminija je, da ga je hitreje in lažje obdelati kot nerjaveče jeklo, zato ponuja večjo prilagodljivost za vključitev funkcij po meri v zasnovo. Njegova vrhunska toplotna prevodnost tudi omogoča, da se aluminijasta komora segreje hitreje in bolj enakomerno, kar pospeši postopek izgorevanja, potreben za doseganje pogojev UHV ali XHV. »Nerjaveče jeklo mora biti veliko bolj vroče, da desorbira molekule plina in onesnaževala s površine vakuumske komore, kar zahteva več energije v daljšem časovnem obdobju,« pojasnjuje Jones. "Aluminij zmanjšuje tako stroške lastništva kot tudi vpliv na okolje, zaradi česar je skupaj z izboljšano sposobnostjo izdelave privlačna možnost za sektor polprevodnikov."

Medtem pa vakuumske komore iz titana ponujajo boljšo možnost za eksperimente v kvantni fiziki, saj njihova dodatna trdnost in teža zagotavljata več stabilnosti za procese, ki imajo koristi od ustvarjanja harmonikov, in so tudi prednostne za aplikacije, kjer je nujno odstraniti vse magnetne signali. Titan deluje tudi kot zbiralnik za absorpcijo vodika – pogost onesnaževalec pri uporabi nerjavnega jekla v okoljih UHV ali XHV – kar omogoča vakuumskim sistemom iz titana, da podpirajo pogoje XHV do približno 10^-13 Torr.

Ne glede na to, ali uporabljate aluminij ali titan, so najboljši procesni pogoji doseženi z uporabo iste kovine v napeljavah in fitingih, ki se uporabljajo za povezavo z vakuumskim sistemom. To vključuje stisnjene prirobnice, ki se pogosto uporabljajo za zagotavljanje neprepustnega tesnila v okoljih UHV in XHV, ki delujejo tako, da dve trdi kovinski ploskvi, obdelani z noževimi robovi, stisneta v mehkejše kovinsko tesnilo. To povzroči, da mehkejša kovina teče in zapolni vse mikroskopske nepopolnosti na površinah trde kovine, kar ustvari tesnilo, ki lahko prenese ekstremne temperature in pritiske do režima XHV.

ANCORP že izdeluje conflat prirobnice, ki so v celoti izdelane iz nerjavečega jekla, medtem ko LOS Vacuum proizvaja popolnoma titanove različice in več modelov, ki združujejo aluminijasto ohišje s ploskvami iz nerjavečega jekla ali titana. »Specialne komponente, ki jih izdeluje LOS Vacuum, nam omogočajo, da ponudimo edinstveno rešitev za stranke, ki so za svoje vakuumske sisteme uporabile aluminij ali titan,« komentira Bogdan. "Videli smo stranke, ki so se zatekle k uporabi dvojnih O-obročev za svoja ohišja, vendar tesnilo kovina na kovino zmanjša izločanje plinov in povzroči boljši postopek."

Bimetalne komponente so izdelane s tehniko, imenovano eksplozijsko lepljenje, postopkom varjenja v trdnem stanju, ki ustvari močno mehansko vez debeline le nekaj mikronov. Eksplozivni naboj sili kovine skupaj pri izjemno visokih tlakih, zaradi česar atomske plasti blizu obeh površin postanejo plazma. Ko kovine trčijo, se vzdolž površin požene curek plazme, ki jih očisti vseh nečistoč, medtem ko tekoče obnašanje kovin ustvari spoj v obliki valov, ki je dovolj močan, da prenese pogoje UHV in XHV.

ANCORP zdaj dobavlja standardno linijo bimetalne prirobnice in fitingi proizvaja LOS Vacuum, medtem ko postopek eksplozivnega lepljenja omogoča tudi izdelavo komponent po meri iz katerih koli dveh različnih kovin. Dve od standardnih konfiguracij združujeta aluminijasto podlago s ploskvami iz različnih stopenj nerjavečega jekla, medtem ko druga povezuje prirobnico s titanovo površino in aluminijasto ohišje. Ta druga različica ima to prednost, da odpravlja kakršno koli magnetno sled in se izogiba varnostnim nevarnostim, ki jih povzroča sevanje ozadja, in je lahko celo stroškovno učinkovitejša od prirobnice, obložene z nerjavnim jeklom. »Surovina je lahko dražja, vendar bimetalna prirobnica iz nerjavečega jekla zahteva več korakov za izdelavo,« komentira Jones. "Za titan je postopek lepljenja manj zapleten in cenejši."

Jonesu in njegovi ekipi je prav tako uspelo odstraniti enega od vmesnih materialov, ki so običajno potrebni za prehod iz ene kovine v drugo. Njihov postopek odpravlja potrebo po bakru, ki se mu proizvajalci polprevodnikov še posebej želijo izogniti. "To je zdaj del standardne linije izdelkov," pravi Jones. "Znižuje stroške materiala in proizvodnje ter zmanjšuje možnost puščanja skozi prirobnico."

Kot del partnerstva bo ANCORP razširil tudi svoje obstoječe zmogljivosti izdelave po meri za oblikovanje in dobavo vakuumskih komor po meri, izdelanih iz titana ali aluminija. V začetni fazi načrtovanja podjetje tesno sodeluje s svojimi strankami, da bi razumelo njihove specifične zahteve in priporočilo najboljšo tehnologijo za njihovo uporabo. »Če ima stranka posebej nenavaden ali zahteven postopek, ki bi mu koristila uporaba aluminija ali titana, bomo vključili Erica in njegovo ekipo, da zagotovijo nekaj strokovnega znanja,« pravi Bogdan. "Poleg prilagajanja zasnove aplikaciji moramo zagotoviti, da lahko ekipa LOS Vacuum izdela rešitev z zahtevanimi parametri."

Bogdan je prepričan, da bo dodajanje teh specializiranih zmogljivosti tehnološki ponudbi ANCORP pomagalo odpreti nove trge v sektorju raziskav in razvoja ter v proizvodnji polprevodnikov. »Te rešitve z nizkim sproščanjem plinov lahko v nekaterih aplikacijah zagotovijo resnično prednost postopka,« pravi. "Te možnosti želimo dati na voljo več strankam v mednarodni znanstveni skupnosti, pa tudi v komercialnem sektorju."

Za Jonesa medtem partnerstvo z ANCORP ponuja način, da specializirane tehnike izdelave podjetja izpostavi veliko večji bazi strank. »Še vedno smo majhno podjetje, ki se osredotoča na zagotavljanje edinstvenih rešitev za specifične projekte, in nimamo veliko moči za vzpostavljanje povezav z novimi strankami,« komentira. "Partnerstvo z ANCORP nam bo omogočilo, da našo paleto izdelkov in tehnično strokovno znanje prenesemo na svetovni trg."