Des environnements d'aspiration plus propres offrent des gains expérimentaux et de fabrication

Un nouveau partenariat entre ANCORP et LOS Vacuum Products permettra aux scientifiques et ingénieurs d'optimiser les conditions de vide pour leurs procédés en exploitant les propriétés de l'aluminium et du titane

Alors que la science et la technologie continuent de repousser les limites, il existe une demande croissante pour des environnements d'aspiration plus propres et plus contrôlables qui peuvent être adaptés aux besoins de chaque application. Qu'il s'agisse d'expériences précises en physique quantique ou de la fabrication en série de puces informatiques, les scientifiques et les ingénieurs recherchent des équipements performants capables d'atteindre des conditions d'ultravide (UHV) ou d'extrême vide poussé (XHV) tout en respectant les contraintes de leur application.

Alors que les systèmes de vide en acier inoxydable continuent d'être la technologie de choix pour la plupart des processus, les applications spécialisées qui nécessitent des conditions UHV ou XHV peuvent bénéficier des propriétés offertes par des matériaux alternatifs tels que l'aluminium et le titane. Dans les centres de recherche équipés d'accélérateurs de particules, par exemple, l'aluminium est devenu populaire pour les systèmes de lignes de lumière car il dissipe le rayonnement plus efficacement que l'acier inoxydable. Il conserve également moins de magnétisme résiduel, minimisant toute influence possible sur les champs magnétiques puissants utilisés pour orienter le faisceau.

« De plus en plus de scientifiques et d'ingénieurs voient les avantages de l'utilisation de l'aluminium et du titane pour leurs procédés UHV ou XHV », commente Tom Bogdan, vice-président du développement commercial chez ANCORP, un fabricant américain de chambres à vide, de vannes et de composants. « Les installations scientifiques à grande échelle et la communauté R&D offrent des environnements riches pour ces technologies de pointe, tandis que le secteur commercial commence également à utiliser l'aluminium pour améliorer les conditions de processus pour la fabrication de haute précision.

ANCORP conçoit et fabrique sa propre gamme d'équipements sous vide et a également mis en place une installation dédiée à la construction de chambres personnalisées en acier inoxydable. Aujourd'hui, l'entreprise a formé un partenariat avec LOS Vacuum Products, spécialisé dans la fabrication de matériel de vide en aluminium et en titane, pour permettre à ses clients d'exploiter ces matériaux hautes performances dans leurs procédés UHV et XHV. "Il s'agit d'un excellent partenariat entre deux sociétés qui se concentrent sur la fourniture de solutions de vide hautes performances à leurs clients", commente Bogdan. "LOS Vacuum bénéficiera de notre capacité à établir des liens avec le marché mondial, tandis que nous tirerons parti de l'ajout de leur technologie unique à notre portefeuille de produits."

LOS Vacuum Products a été créée en 2013 pour concevoir et construire des chambres à vide sur mesure pour les applications UHV et XHV. "L'aluminium et le titane sont de plus en plus populaires pour répondre aux exigences croissantes d'un développement technologique plus propre et plus précis", déclare Eric Jones, fondateur et propriétaire de l'entreprise. Alors que la demande initiale provenait principalement de la communauté des chercheurs, Jones fait état d'un intérêt croissant de la part des fabricants d'équipements ciblant le secteur des semi-conducteurs, ainsi que des marchés émergents des systèmes médicaux et de la production de cellules solaires. "Au fur et à mesure que ces technologies se développent, l'environnement sous vide devient d'une importance cruciale", dit-il.

L'un des principaux avantages de l'aluminium est qu'il est plus rapide et plus facile à usiner que l'acier inoxydable, et offre ainsi plus de flexibilité pour incorporer des caractéristiques sur mesure dans la conception. Sa conductivité thermique supérieure permet également à une chambre en aluminium de chauffer plus rapidement et plus uniformément, ce qui accélère le processus d'étuvage nécessaire pour atteindre les conditions UHV ou XHV. "L'acier inoxydable doit être beaucoup plus chaud pour désorber les molécules de gaz et les contaminants de la surface de la chambre à vide, et cela nécessite plus d'énergie sur une plus longue période de temps", explique Jones. "L'aluminium réduit à la fois le coût de possession et l'impact environnemental, ce qui, combiné à sa facilité de fabrication améliorée, en fait une option attrayante pour le secteur des semi-conducteurs."

Pendant ce temps, les chambres à vide en titane offrent une meilleure option pour les expériences en physique quantique, car leur résistance et leur poids supplémentaires offrent plus de stabilité pour les processus qui bénéficient de la génération d'harmoniques, et sont également privilégiées pour les applications où il est essentiel d'éliminer tout signal magnétique. Le titane agit également comme un getter pour absorber l'hydrogène - un contaminant courant lors de l'utilisation d'acier inoxydable dans des environnements UHV ou XHV - ce qui permet aux systèmes de vide en titane de supporter des conditions XHV jusqu'à environ 10–13 Torr.

Que vous utilisiez de l'aluminium ou du titane, les meilleures conditions de processus sont obtenues en utilisant le même métal dans les appareils et raccords utilisés pour l'interface avec le système de vide. Cela inclut les brides conflat qui sont largement utilisées pour assurer une étanchéité aux fuites dans les environnements UHV et XHV, qui fonctionnent en pressant deux faces en métal dur usinées avec des arêtes de couteau dans un joint en métal plus doux. Cela fait couler le métal plus doux et remplit toutes les imperfections microscopiques sur les faces en métal dur, créant un joint qui peut résister à des températures et des pressions extrêmes jusqu'au régime XHV.

ANCORP fabrique déjà des brides conflat entièrement en acier inoxydable, tandis que LOS Vacuum produit des versions tout en titane ainsi que plusieurs modèles qui combinent un corps en aluminium avec des faces en acier inoxydable ou en titane. "Les composants spécialisés fabriqués par LOS Vacuum nous permettent d'offrir une solution unique aux clients qui ont adopté l'aluminium ou le titane pour leurs systèmes de vide", commente Bogdan. "Nous avons vu des clients qui ont eu recours à des joints toriques doubles pour leurs boîtiers, mais un joint métal sur métal réduit le dégazage et améliore le processus."

Les composants bimétalliques sont fabriqués à l'aide d'une technique appelée collage par explosion, un procédé de soudage à l'état solide qui produit une liaison mécanique solide de quelques microns d'épaisseur. Une charge explosive force les métaux ensemble à des pressions extrêmement élevées, provoquant la transformation des couches atomiques proches des deux surfaces en un plasma. Lorsque les métaux entrent en collision, un jet de plasma est propulsé le long des surfaces qui les nettoient de toute impureté, tandis que le comportement fluide des métaux crée une jointure en forme de vague suffisamment solide pour résister aux conditions UHV et XHV.

ANCORP fournit désormais une gamme standard de brides et de raccords bimétalliques produits par LOS Vacuum, tandis que le processus de collage par explosion permet également de fabriquer des composants sur mesure à partir de deux métaux différents. Deux des configurations standard combinent une base en aluminium avec des faces en acier inoxydable de différentes qualités, tandis qu'une autre associe une bride à face en titane à un corps en aluminium. Cette deuxième version a l'avantage d'éliminer toute trace de magnétisme et d'éviter les risques de sécurité causés par le rayonnement de fond, et peut même être plus rentable qu'une bride revêtue d'acier inoxydable. "La matière première peut être plus chère, mais une bride bimétallique en acier inoxydable nécessite plus d'étapes de fabrication", commente Jones. "Pour le titane, le processus de collage est moins complexe et moins coûteux."

Jones et son équipe ont également été en mesure d'éliminer l'un des matériaux intercalaires généralement nécessaires pour passer d'un métal à un autre. Leur procédé supprime le recours au cuivre, ce que les fabricants de semi-conducteurs tiennent particulièrement à éviter. "Cela fait désormais partie de la gamme de produits standard", déclare Jones. "Cela réduit le coût des matériaux et de la fabrication, et réduit la possibilité d'un chemin de fuite à travers la bride."

Dans le cadre de ce partenariat, ANCORP étendra également ses capacités de fabrication sur mesure existantes pour concevoir et fournir des chambres à vide sur mesure en titane ou en aluminium. Au cours de la phase de conception initiale, l'entreprise travaille en étroite collaboration avec ses clients pour comprendre leurs besoins spécifiques et recommander la meilleure technologie pour leur application. "Si un client a un processus particulièrement inhabituel ou exigeant qui bénéficierait de l'utilisation de l'aluminium ou du titane, nous ferons participer Eric et son équipe pour fournir une expertise spécialisée", explique Bogdan. "En plus d'adapter la conception à l'application, nous devons nous assurer que l'équipe de LOS Vacuum peut fabriquer la solution selon les paramètres requis."

Bogdan est convaincu que l'ajout de ces capacités spécialisées à l'offre technologique d'ANCORP contribuera à ouvrir de nouveaux marchés dans le secteur de la R&D ainsi que dans la fabrication de semi-conducteurs. "Ces solutions à faible dégazage peuvent offrir un réel avantage au processus dans certaines applications", déclare-t-il. "Nous voulons mettre ces options à la disposition d'un plus grand nombre de clients dans la communauté scientifique internationale, ainsi que dans le secteur commercial."

Pour Jones, entre-temps, le partenariat avec ANCORP offre un moyen d'exposer les techniques de fabrication spécialisées de l'entreprise à une clientèle beaucoup plus large. "Nous sommes toujours une petite entreprise qui s'est concentrée sur la fourniture de solutions uniques pour des projets spécifiques, et nous n'avons pas beaucoup de pouvoir pour établir des liens avec de nouveaux clients", commente-t-il. "Le partenariat avec l'ANCORP nous permettra d'apporter notre gamme de produits et notre expertise technique sur le marché mondial."