Ett nytt partnerskap mellan ANCORP och LOS Vacuum Products kommer att göra det möjligt för forskare och ingenjörer att optimera vakuumförhållandena för sina processer genom att utnyttja egenskaperna hos aluminium och titan
När vetenskap och teknik fortsätter att bryta nya gränser, finns det en växande efterfrågan på renare och mer kontrollerbara vakuummiljöer som kan skräddarsys för varje applikations behov. Oavsett om det gäller exakta experiment inom kvantfysik eller masstillverkning av datachips, letar forskare och ingenjörer efter högpresterande utrustning som kan uppnå ultrahögt vakuum (UHV) eller extremt högt vakuum (XHV) samtidigt som de arbetar inom begränsningarna för deras tillämpning .
Medan vakuumsystem tillverkade av rostfritt stål fortsätter att vara den teknik som väljs för de flesta processer, kan specialiserade applikationer som kräver UHV- eller XHV-förhållanden dra nytta av egenskaperna som erbjuds av alternativa material som aluminium och titan. I forskningscentra med partikelacceleratorer, till exempel, har aluminium blivit populärt för beamline-system eftersom det avleder strålning mer effektivt än rostfritt stål. Den behåller också mindre kvarvarande magnetism, vilket minimerar eventuell påverkan på de starka magnetfält som används för att styra strålen.
"Fler forskare och ingenjörer ser fördelarna med att använda aluminium och titan för sina UHV- eller XHV-processer", kommenterar Tom Bogdan, vicepresident för affärsutveckling på ANCORP, en USA-baserad tillverkare av vakuumkammare, ventiler och komponenter. "Storskaliga vetenskapliga anläggningar och FoU-gemenskapen erbjuder rika miljöer för dessa avancerade teknologier, samtidigt som den kommersiella sektorn också börjar använda aluminium för att förbättra processförhållandena för högprecisionstillverkning."
ANCORP designar och tillverkar sin egen linje av vakuumutrustning och har även etablerat en dedikerad anläggning för att konstruera skräddarsydda kammare av rostfritt stål. Nu har företaget inlett ett samarbete med LOS vakuumprodukter, som specialiserat sig på att tillverka vakuumhårdvara av aluminium och titan, för att göra det möjligt för sina kunder att utnyttja dessa högpresterande material i sina UHV- och XHV-processer. "Detta är ett fantastiskt partnerskap mellan två företag som är fokuserade på att leverera högpresterande vakuumlösningar för sina kunder", kommenterar Bogdan. "LOS Vacuum kommer att dra nytta av vår förmåga att knyta kontakter med den globala marknaden, samtidigt som vi vinner på att lägga till deras unika teknologi till vår produktportfölj."
LOS Vacuum Products startades 2013 för att designa och bygga skräddarsydda vakuumkammare för UHV- och XHV-applikationer. "Aluminium och titan blir mer populära för att möta de växande kraven på renare och mer exakt teknikutveckling", säger Eric Jones, företagets grundare och ägare. Medan den initiala efterfrågan mestadels kom från forskarvärlden, rapporterar Jones ett växande intresse från utrustningstillverkare som riktar sig till halvledarsektorn, såväl som framväxande marknader för medicinska system och solcellsproduktion. "När dessa tekniker växer blir vakuummiljön kritiskt viktig", säger han.
En viktig fördel med aluminium är att det är snabbare och enklare att bearbeta än rostfritt stål, och erbjuder därför mer flexibilitet för att integrera skräddarsydda funktioner i designen. Dess överlägsna värmeledningsförmåga tillåter också en aluminiumkammare att värmas upp snabbare och mer enhetligt, vilket påskyndar utbakningsprocessen som behövs för att uppnå UHV- eller XHV-förhållanden. "Rostfritt stål måste vara mycket hetare för att desorbera gasmolekylerna och föroreningarna från ytan av vakuumkammaren, och det kräver mer energi under en längre tid", förklarar Jones. "Aluminium minskar både ägandekostnaden och miljöpåverkan, vilket i kombination med dess förbättrade tillverkningsbarhet gör det till ett attraktivt alternativ för halvledarsektorn."
Samtidigt erbjuder vakuumkammare gjorda av titan ett bättre alternativ för experiment inom kvantfysik, eftersom deras extra styrka och vikt ger mer stabilitet för processer som drar nytta av genereringen av övertoner, och är också gynnade för tillämpningar där det är viktigt att eliminera eventuell magnetisk signaler. Titan fungerar också som en getter för att absorbera väte – en vanlig förorening när man använder rostfritt stål i UHV- eller XHV-miljöer – vilket gör det möjligt för titanvakuumsystem att stödja XHV-förhållanden ner till cirka 10-13 Torr.
Oavsett om du använder aluminium eller titan, uppnås de bästa processförhållandena genom att använda samma metall i fixturer och beslag som används för att samverka med vakuumsystemet. Det inkluderar de konflaterade flänsarna som används allmänt för att säkerställa en läckagetät tätning i UHV- och XHV-miljöer, som fungerar genom att två hårdmetallytor bearbetade med knivegg pressas in i en mjukare metallpackning. Detta får den mjukare metallen att flyta och fylla ut eventuella mikroskopiska defekter på hårdmetallytorna, vilket skapar en tätning som tål extrema temperaturer och tryck ner till XHV-regimen.
ANCORP tillverkar redan konflaterade flänsar helt och hållet av rostfritt stål, medan LOS Vacuum tillverkar helt titanversioner samt flera modeller som kombinerar en aluminiumkropp med ytor av rostfritt stål eller titan. "De specialistkomponenter som tillverkas av LOS Vacuum tillåter oss att erbjuda en unik lösning för kunder som har använt aluminium eller titan för sina vakuumsystem", kommenterar Bogdan. "Vi har sett kunder som har tillgripit att använda dubbla O-ringar för sina kapslingar, men en metall-till-metall tätning minskar utgasningen och resulterar i en bättre process."
Bimetallkomponenterna tillverkas med en teknik som kallas explosionsbindning, en solid-state svetsprocess som ger en stark mekanisk bindning bara några mikron tjock. En explosiv laddning tvingar samman metallerna vid extremt höga tryck, vilket gör att atomskikten nära de två ytorna blir ett plasma. När metallerna kolliderar drivs en plasmastråle längs ytorna som skrubbar dem rena från eventuella föroreningar, medan metallernas vätskeliknande beteende skapar en vågformad sammanfogning som är tillräckligt stark för att motstå UHV- och XHV-förhållanden.
ANCORP levererar nu en standardlinje av bimetallflänsar och beslag tillverkad av LOS Vacuum, medan explosionsbindningsprocessen också gör att skräddarsydda komponenter kan tillverkas av två olika metaller. Två av standardkonfigurationerna kombinerar en aluminiumbas med ytor gjorda av olika kvaliteter av rostfritt stål, medan en annan förenar en titanbelagd fläns med en aluminiumkropp. Denna andra version har fördelen att eliminera spårmagnetism och undvika säkerhetsrisker som orsakas av bakgrundsstrålning, och kan till och med vara mer kostnadseffektiv än en fläns med rostfritt stål. "Råmaterialet kan vara dyrare men en bimetallfläns gjord av rostfritt stål kräver fler steg att tillverka", kommenterar Jones. "För titan är bindningsprocessen mindre komplex och billigare."
Jones och hans team har också kunnat eliminera ett av mellanskiktsmaterialen som vanligtvis behövs för att övergå från en metall till en annan. Deras process tar bort behovet av koppar, vilket halvledartillverkare är särskilt angelägna om att undvika. "Det är nu en del av standardproduktlinjen", säger Jones. "Det sänker kostnaderna för material och tillverkning och minskar risken för en läckageväg genom flänsen."
Som en del av partnerskapet kommer ANCORP också att utöka sina befintliga specialtillverkningsmöjligheter till att designa och leverera skräddarsydda vakuumkammare gjorda av titan eller aluminium. Under den inledande designfasen arbetar företaget nära sina kunder för att förstå deras specifika krav och för att rekommendera den bästa tekniken för deras applikation. "Om en kund har en särskilt ovanlig eller krävande process som skulle gynnas av att använda aluminium eller titan, kommer vi att involvera Eric och hans team för att tillhandahålla viss specialistkompetens", säger Bogdan. "Utöver att skräddarsy designen till applikationen måste vi se till att teamet på LOS Vacuum kan tillverka lösningen till de nödvändiga parametrarna."
Bogdan är övertygad om att tillförsel av dessa specialiserade kapaciteter till ANCORPs teknologierbjudande kommer att bidra till att öppna upp nya marknader inom FoU-sektorn såväl som inom halvledartillverkning. "Dessa lösningar med låg utgasning kan ge en verklig processfördel i vissa applikationer", säger han. "Vi vill göra dessa alternativ tillgängliga för fler kunder i det internationella forskarsamhället, såväl som i den kommersiella sektorn."
För Jones erbjuder partnerskapet med ANCORP ett sätt att exponera företagets specialiserade tillverkningstekniker för en mycket större kundbas. "Vi är fortfarande ett litet företag som har fokuserat på att leverera unika lösningar för specifika projekt, och vi har inte mycket kraft för att skapa kontakter med nya kunder", kommenterar han. "Samarbetet med ANCORP kommer att göra det möjligt för oss att ta ut vårt produktsortiment och tekniska expertis till den globala marknaden."
