В.С. Сидоров, В.И. Стрелов, И.Ж. Безбах, О.В. Крицкий, И.Н. Радченко
2
Рост кристаллов при осесимметричном подводе теплоты к рас-
плаву сверху позволяет снизить интенсивность термогравитационной
конвекции и приблизить структуру конвективных потоков в земных
условиях к ее структуре в условиях микрогравитации. Контролируя и
управляя вибрациями в процессе роста, можно оценить уровни виб-
рационных воздействий, влияющих на процессы ТМП и определяю-
щих микрооднородность свойств кристаллов.
Автоматизированные системы управления процессом роста кри-
сталлов в настоящее время находят широкое применение в условиях
производства, но особую актуальность они имеют при проведении
экспериментов на борту космических аппаратов. Для формирования
и поддержания стационарной тепловой конвекции необходима высо-
кая точность управления температурой в процессе кристаллизации.
При этом существенную роль играет закон изменения температуры в
процессе разогрева и выдержки. Существует много вариантов термо-
регуляторов, в которых рост кристаллов осуществляется при регули-
ровании температуры на нагревателях [6]. Для того чтобы поддержи-
вать стационарные условия кристаллизации, необходимо обеспечить
надежность алгоритма управления процессом и удобный интерфейс
установки роста кристаллов. При этом постоянство градиента темпе-
ратуры в расплаве является одним из основных условий, обеспечи-
вающих постоянную скорость кристаллизации.
Практическая часть.
Используемая модернизированная уста-
новка «Зона-03», в которой реализованы условия кристаллизации с
пониженным на несколько порядков уровнем интенсивности термо-
гравитационной конвекции, описана в работе [7]. Кристаллы выра-
щивают при постоянном градиенте температуры между затравкой и
расплавом, который регулируют с помощью термопар, установлен-
ных на верхнем и нижнем нагревателях. Градиент задают постоян-
ным в диапазоне 20…30 °С. Результаты экспериментальных измере-
ний температуры представлены на рис. 1.
Как известно из опыта эксплуатации нагревателей со встроенными
термопарами, процесс управления температурой в этом случае имеет
существенные недостатки, в том числе обгорание нагревателей, кото-
рое приводит к изменению задаваемого температурного профиля; из-
менение контакта термопары с нагревателем, в связи с чем меняются
динамические характеристики нагрева вследствие изменения теплооб-
мена между нагревателем и спаем термопары. Кроме того, рост кри-
сталлов при перемещении нагревателя приводит к неуправляемым ме-
ханическим вибрациям, влияющим на процессы ТМП в расплаве. По-
этому для стабилизации условий кристаллизации рост кристаллов
необходимо проводить без перемещения образца или нагревателя пу-
тем перемещения теплового поля, управляемого согласно задаваемой
программе.
