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May 17, 2024

Los entornos de aspiración más limpios ofrecen beneficios experimentales y de fabricación

Una nueva asociación entre ANCORP y LOS Vacuum Products permitirá a científicos e ingenieros optimizar las condiciones de vacío para sus procesos explotando las propiedades del aluminio y

Una nueva asociación entre ANCORP y LOS Vacuum Products permitirá a científicos e ingenieros optimizar las condiciones de vacío para sus procesos explotando las propiedades del aluminio y el titanio.

A medida que la ciencia y la tecnología continúan rompiendo nuevos límites, existe una creciente demanda de entornos de vacío más limpios y controlables que puedan adaptarse a las necesidades de cada aplicación. Ya sea para experimentos precisos en física cuántica o para la fabricación en masa de chips de computadora, los científicos e ingenieros buscan equipos de alto rendimiento que puedan alcanzar condiciones de vacío ultraalto (UHV) o vacío extremo (XHV) y al mismo tiempo trabajar dentro de las limitaciones de su aplicación. .

Si bien los sistemas de vacío fabricados en acero inoxidable siguen siendo la tecnología elegida para la mayoría de los procesos, las aplicaciones especializadas que requieren condiciones UHV o XHV pueden beneficiarse de las propiedades que ofrecen materiales alternativos como el aluminio y el titanio. En los centros de investigación con aceleradores de partículas, por ejemplo, el aluminio se ha vuelto popular para los sistemas de líneas de luz porque disipa la radiación de manera más eficiente que el acero inoxidable. También retiene menos magnetismo residual, minimizando cualquier posible influencia sobre los fuertes campos magnéticos utilizados para dirigir el haz.

"Cada vez más científicos e ingenieros están viendo los beneficios del uso de aluminio y titanio para sus procesos UHV o XHV", comenta Tom Bogdan, vicepresidente de desarrollo comercial de ANCORP, un fabricante de cámaras de vacío, válvulas y componentes con sede en EE. UU. "Las instalaciones científicas a gran escala y la comunidad de I+D ofrecen entornos ricos para estas tecnologías avanzadas, mientras que el sector comercial también está empezando a utilizar aluminio para mejorar las condiciones del proceso para la fabricación de alta precisión".

ANCORP diseña y fabrica su propia línea de equipos de vacío y también ha establecido una instalación dedicada a la construcción de cámaras personalizadas de acero inoxidable. Ahora la empresa se ha asociado con LOS Vacuum Products, que se especializa en la fabricación de hardware de vacío a partir de aluminio y titanio, para permitir a sus clientes explotar estos materiales de alto rendimiento en sus procesos UHV y XHV. "Esta es una gran asociación entre dos empresas que se centran en ofrecer soluciones de vacío de alto rendimiento para sus clientes", comenta Bogdan. "LOS Vacuum se beneficiará de nuestra capacidad para establecer conexiones con el mercado global, mientras que nosotros nos beneficiaremos al agregar su tecnología única a nuestra cartera de productos".

LOS Vacuum Products se creó en 2013 para diseñar y construir cámaras de vacío personalizadas para aplicaciones UHV y XHV. "El aluminio y el titanio son cada vez más populares para satisfacer las crecientes necesidades de un desarrollo tecnológico más limpio y preciso", afirma Eric Jones, fundador y propietario de la empresa. Si bien la demanda inicial se originó principalmente en la comunidad de investigadores, Jones informa de un creciente interés por parte de los fabricantes de equipos dirigidos al sector de semiconductores, así como de los mercados emergentes para sistemas médicos y producción de células solares. "A medida que esas tecnologías crecen, el entorno de vacío adquiere una importancia crítica", afirma.

Una ventaja clave del aluminio es que es más rápido y fácil de mecanizar que el acero inoxidable y, por lo tanto, ofrece más flexibilidad para incorporar características personalizadas en el diseño. Su conductividad térmica superior también permite que una cámara de aluminio se caliente más rápido y de manera más uniforme, lo que acelera el proceso de horneado necesario para alcanzar condiciones UHV o XHV. "El acero inoxidable necesita estar mucho más caliente para desorber las moléculas de gas y los contaminantes de la superficie de la cámara de vacío, y eso requiere más energía durante un período de tiempo más largo", explica Jones. "El aluminio reduce tanto el coste de propiedad como el impacto medioambiental, lo que, combinado con su mayor capacidad de fabricación, lo convierte en una opción atractiva para el sector de los semiconductores".

Mientras tanto, las cámaras de vacío fabricadas en titanio ofrecen una mejor opción para experimentos en física cuántica, ya que su resistencia y peso extra proporcionan más estabilidad para procesos que se benefician de la generación de armónicos, y también son favorecidas para aplicaciones donde es esencial eliminar cualquier efecto magnético. señales. El titanio también actúa como captador para absorber hidrógeno, un contaminante común cuando se utiliza acero inoxidable en entornos UHV o XHV, lo que permite que los sistemas de vacío de titanio admitan condiciones XHV de hasta aproximadamente 10-13 Torr.

Ya sea que se use aluminio o titanio, las mejores condiciones de proceso se logran usando el mismo metal en los accesorios y accesorios utilizados para interactuar con el sistema de vacío. Eso incluye las bridas planas que se usan ampliamente para garantizar un sello hermético en entornos UHV y XHV, que funcionan presionando dos caras de metal duro mecanizadas con bordes de cuchillo en una junta de metal más suave. Esto hace que el metal más blando fluya y rellene cualquier imperfección microscópica en las caras del metal duro, creando un sello que puede soportar temperaturas y presiones extremas hasta el régimen XHV.

ANCORP ya fabrica bridas planas fabricadas íntegramente en acero inoxidable, mientras que LOS Vacuum produce versiones totalmente de titanio, así como varios modelos que combinan un cuerpo de aluminio con caras de acero inoxidable o titanio. "Los componentes especializados fabricados por LOS Vacuum nos permiten ofrecer una solución única para los clientes que han adoptado aluminio o titanio para sus sistemas de vacío", comenta Bogdan. "Hemos visto clientes que han recurrido al uso de juntas tóricas dobles para sus gabinetes, pero un sello de metal con metal reduce la desgasificación y da como resultado un mejor proceso".

Los componentes bimetálicos se fabrican utilizando una técnica llamada unión por explosión, un proceso de soldadura de estado sólido que produce una fuerte unión mecánica de sólo unas pocas micras de espesor. Una carga explosiva fuerza a los metales a unirse a presiones extremadamente altas, lo que hace que las capas atómicas cercanas a las dos superficies se conviertan en plasma. A medida que los metales chocan, se impulsa un chorro de plasma a lo largo de las superficies que las limpia de cualquier impureza, mientras que el comportamiento fluido de los metales crea una unión en forma de onda que es lo suficientemente fuerte como para soportar condiciones UHV y XHV.

ANCORP ahora suministra una línea estándar de bridas y accesorios bimetálicos producidos por LOS Vacuum, mientras que el proceso de unión por explosión también permite fabricar componentes a medida a partir de dos metales diferentes. Dos de las configuraciones estándar combinan una base de aluminio con caras fabricadas en diferentes grados de acero inoxidable, mientras que otra une una brida con cara de titanio a un cuerpo de aluminio. Esta segunda versión tiene la ventaja de eliminar cualquier rastro de magnetismo y evitar los riesgos de seguridad causados ​​por la radiación de fondo, e incluso puede ser más rentable que una brida recubierta de acero inoxidable. "La materia prima puede ser más cara, pero una brida bimetálica hecha de acero inoxidable requiere más pasos para fabricar", comenta Jones. "En el caso del titanio, el proceso de unión es menos complejo y menos costoso".

Jones y su equipo también han podido eliminar uno de los materiales entre capas que normalmente se necesitan para la transición de un metal a otro. Su proceso elimina la necesidad de cobre, algo que los fabricantes de semiconductores están especialmente interesados ​​en evitar. "Ahora forma parte de la línea de productos estándar", afirma Jones. "Reduce el costo de materiales y fabricación, y reduce la posibilidad de que se produzca una fuga a través de la brida".

Como parte de la asociación, ANCORP también ampliará sus capacidades de fabricación personalizadas existentes para diseñar y suministrar cámaras de vacío hechas de titanio o aluminio. Durante la fase de diseño inicial, la empresa trabaja estrechamente con sus clientes para comprender sus requisitos específicos y recomendar la mejor tecnología para su aplicación. "Si un cliente tiene un proceso particularmente inusual o exigente que se beneficiaría del uso de aluminio o titanio, involucraremos a Eric y su equipo para brindarle experiencia especializada", dice Bogdan. "Además de adaptar el diseño a la aplicación, debemos asegurarnos de que el equipo de LOS Vacuum pueda fabricar la solución con los parámetros requeridos".

Bogdan confía en que agregar estas capacidades especializadas a la oferta tecnológica de ANCORP ayudará a abrir nuevos mercados en el sector de I+D, así como en la fabricación de semiconductores. "Estas soluciones de baja desgasificación pueden ofrecer una verdadera ventaja de proceso en algunas aplicaciones", afirma. "Queremos que estas opciones estén disponibles para más clientes de la comunidad científica internacional, así como del sector comercial".

Mientras tanto, para Jones, la asociación con ANCORP ofrece una manera de exponer las técnicas de fabricación especializadas de la empresa a una base de clientes mucho más amplia. "Todavía somos una empresa pequeña que se ha centrado en ofrecer soluciones únicas para proyectos específicos y no tenemos mucho poder para establecer conexiones con nuevos clientes", comenta. "La asociación con ANCORP nos permitirá llevar nuestra gama de productos y experiencia técnica al mercado global".