автореферат диссертации по металлургии, 05.16.09, диссертация на тему:Процессы кристаллизации и формообразования профилированных изделий из монокристаллов сапфира и разработка новых технологий их получения

На правах рукописи

Бородин Алексей Владимирович

004610087

ПРОЦЕССЫ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ И ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ПРОФИЛИРОВАННЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ МОНОКРИСТАЛЛОВ САПФИРА И РАЗРАБОТКА НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ

Специальность 05.16.09. Материаловедение (металлургия)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

- 7 ОПТ 7010

Москва-2010

004610087

Работа выполнена в НИТУ «МИСиС» и в ФГУП Экспериментальный завод научного приборостроения со Специальным конструкторским бюро РАН

Научный консультант:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор физико-математических наук, профессор Лилеев Алексей Сергеевич

доктор технических наук, профессор Карпов Михаил Иванович

доктор технических наук, Ивлева Людмила Ивановна

доктор физико-математических наук профессор Вяткин Анатолий Федорович

Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова РАН

Защита состоится «21» октября 2010 г. в_час. в ауд._

на заседании диссертационного совета Д 212.132.03

Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» по адресу: 119049, Ленинский проспект 4,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИТУ «МИСиС» Автореферат разослан « / 2010 г.

Ученый секретарь Муковский Я.М.

диссертационного совета /V -___ -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Одним из направлений исследований и разработок современной металлургии является создание технологий производства изделий с контролируемыми структурой, физико-химическими свойствами и формой. Способ Степанова и его модификации позволяют получать большую номенклатуру профилей кристаллов металлов и диэлектриков постоянного сечения и изделия более сложных форм, кристаллизуя их непосредственно из расплава. В середине 70-х годов способ Степанова стал успешно применяться для выращивания профилированных кристаллов сапфира с заданной формой поперечного сечения, что существенно снизило затраты на механическую обработку этого чрезвычайно твердого материала и позволило создать технологически недоступные ранее изделия из сапфира.

Дальнейшее совершенствование и развитие технологии требует увеличения производительности, снижения энергоемкости, освоения производства крупногабаритных кристаллов сапфира постоянного поперечного сечения и с изменяемой геометрией боковой поверхности, повышения качества кристаллов, разработки методов контроля и управления процессами кристаллизации в реальном режиме времени.

В связи с этим наиболее актуальными проблемами, охватывающими весь спектр технологий получения профилированных изделий из сапфира, являются:

- низкое качество монокристаллических лент, выращиваемых в группе,

- высокая плотность дислокаций, блоки и двойники в крупногабаритных монокристаллах сапфира;

- малый размер профилированных изделий с изменяемой геометрией боковой поверхности (не более 50 мм);

- недостаточное оптическое качество профилированных кристаллов сапфира;

- чувствительность процесса роста и качества кристаллов к квалификации персонала;

- отсутствие технологии и оборудования для выращивания крупногабаритных профилированных монокристаллов сапфира.

Решение указанных задач связано с характерным для металлургических процессов исследованием тепломассопереноса в области фазового перехода, поиском методов его контроля и управления, а также изучением закономерностей возникновения дефектов структуры монокристаллов.

Процессы тепломассопереноса слишком сложны для их изучения с помощью экспериментальных измерений, особенно в малом объеме расплава формообразующего мениска. Численное моделирование тепломассопереноса, применяемое в работе, является необходимым инструментом исследования, использование которого также позволяет достичь качественно нового уровня в понимании процессов кристаллизации.

Цель работы

Целью диссертационной работы является решение важной народнохозяйственной задачи по развитию технологии выращивания профилированных кристаллов сапфира и разработке новых технологий получения изделий из них, создание научно-обоснованных алгоритмов управления процессами кристаллизации из расплава и соответствующего программного обеспечения, повышение качества кристаллов, разработка оборудования роста кристаллов для промышленного освоения результатов исследований.

В работе решались следующие задачи.

1. Исследование температурных полей, термических напряжений, возникающих в

кристаллах, а также распределения примеси в расплаве при групповом выращивании лент в зависимости от тепловых условий процесса роста и расположения лент пакета, от толщины капиллярных каналов формообразователя. Определение совокупности технологических факторов, позволяющих выращивать в группе кристаллы высокого качества.

2. Исследование поля скоростей течения расплава вблизи межфазной границы в зависимости от температурного режима процесса и скорости кристаллизации с целью анализа состояния системы кристалл-расплав в ходе роста кристалла.

3. Изучение влияния тепловых условий в зоне кристаллизации, создаваемых с помощью активных нагревателей и радиационных экранов, на термические напряжения в крупногабаритной сапфировой пластине и разработка методов их снижения.

4. Исследование зависимости распределения температуры в кристалле с изменяемой геометрией боковой поверхности, выращиваемого способом динамического формообразования, от скорости его вытягивания, скорости вращения, размера формообразователя. Определение значений параметров процесса, позволяющих уменьшить неоднородность распределения температуры и термические напряжения в кристалле.

5. Исследование структуры и химического состава микровключений (центров оптического рассеяния), плотности и распределения дефектов в виде газовых пор в зависимости от технологических параметров процесса выращивания профилированных кристаллов сапфира.

6. Экспериментальное исследование механической устойчивости мениска расплава, определение параметров процесса выращивания и изучение структуры кристаллов сложной формы, выращиваемых способом динамического формообразования. Создание методов управления размером мениска расплава с целью увеличения потока жидкой фазы к межфазной границе для выращивания крупногабаритных кристаллов сапфира с изменяемой геометрией боковой поверхности. Разработка способов выращивания крупногабаритных изделий сложной формы.

7. Изучение механизма и установление причин разрушения молибденовых тиглей, применяемых для выращивания из расплава монокристаллов сапфира. Разработка методик повышения высокотемпературной стойкости тиглей.

8. Экспериментальное исследование динамических характеристик систем кристалл-расплав с целью разработки алгоритмов автоматического управления ростом кристаллов.

9. Создание программного обеспечения и технологий для автоматизации процессов выращивания кристаллов в группе, в виде крупногабаритных лент и полусфер.

10. Разработка конструкторской документации автоматизированного оборудования роста кристаллов и промышленное освоение результатов исследования и разработок.

Научная новизна

1. С целью совершенствования и оптимизации технологии группового выращивания сапфировых пластин исследовано влияние температурных условий процесса роста, конструкции формообразователя, длины выращенного пакета на распределение температуры в менисках расплава и кристаллах, формы и положения межфазных границ, термические напряжения в кристаллах и концентрацию примеси в расплаве. Установлено, что увеличение температуры нагревателя на уровне кромок формообразователя при постоянном осевом температурном градиенте тепловой зоны совместно с уменьшением расстояния между отдельными формообразователями позволяет обеспечить равномерность высот положения межфазных границ лент пакета, снизить в них уровень термических напряжений и уменьшить значения концентрации примеси в менисках расплава.

2. Установлено, что уменьшение высоты мениска расплава, вызываемое изменением температурных условий в зоне кристаллизации, приводит к резкому росту скорости течения расплава, которая более чем на 2 порядка превосходит скорость кристаллизации. Влияние

скорости вытягивания кристалла и размера капиллярного канала формообразователя на скорость течения намного менее существенно.

3. Показано, что движущей силой массопереноса расплава из тигля через капиллярный канал формообразователя и далее, вдоль формообразующей поверхности вплоть до межфазной границы, является сила вытягивания кристалла. Проведено исследование поля гидродинамического давления в мениске. Установлено, что изменение гидродинамической компоненты силы, действующей на межфазную границу и кристалл, превосходит изменение статических сил (веса кристалла и жидкого мениска, силы поверхностного натяжения и гидростатического давления). На основе модели гидродинамического приближения получено уравнение наблюдения датчика веса кристалла, применяемого для контроля состояния системы кристалл-расплав и автоматизации управления процессом кристаллизации.

4. Изучено влияние тепловых условий, создаваемых с помощью активных нагревателей и радиационных экранов, на термоупругие напряжения в крупногабаритной сапфировой пластине. Установлено, что наиболее эффективным методом управления распределением температуры и величиной термических напряжений в кристалле является изменение положения плоских радиационных экранов относительно боковых поверхностей пластины, определено оптимальное положение экранов относительно пластины, обеспечивающее минимальные напряжения.

5. Установлены закономерности формирования температурных полей в кристалле, выращиваемого из расплава способом динамического формообразования, при изменении скорости его вращения, скорости вытягивания и размера мениска расплава. Определено, что основным параметром, позволяющим управлять температурным полем вблизи кристаллизуемого слоя, является скорость вращения кристалла. Увеличение скорости вращения позволяет локализовать температурные искажения в кристалле, вносимые формообразующим устройством, и снизить термоупругие напряжения.

7. Для процесса роста кристаллов способом динамического формообразования исследована механическая устойчивость менисков расплава, для части контура контакта которых с поверхностью формообразователя выполняется лишь условие смачивания. Реализованы условия контролируемого увеличения продольного размера мениска и потока расплава к межфазной границе в ходе процесса выращивания. Разработан метод выращивания крупногабаритных кристаллов сапфира в виде полых фигур вращения из мениска расплава, свободно перемещающегося по поверхности формообразователя - способ динамического формообразования из свободного мениска (ДФСМ). Метод позволяет выращивать кристаллы необходимого качества диаметром до 130 мм, достичь вчетверо более высокой массовой скорости кристаллизации и вдвое сократить время процесса по сравнению со способом локального динамического формообразования.

8. Разработаны алгоритмы автоматизированного формирования профиля кристалла в виде произвольной фигуры вращения, выращиваемой из расплава способом динамического формообразования, и стабилизации технологически важных параметров кристаллизации.

10. На основании результатов электронно-микроскопического исследования и рентгеновского микроанализа установлено, что оптические микродефекты структуры профилированных кристаллов (центры оптического рассеяния) с характерным размером 0,1 - 5 мкм представляют собой включения аморфного алюминия.

11. Изучены динамические характеристики системы кристалл-расплав для способов Чохральского, Степанова, динамического формообразования и разработаны научно-обоснованные алгоритмы автоматического управления этими процессами кристаллизации, включая адаптивные.

Практическая значимость

1. На основе результатов исследования тепломассопереноса и термических напряжений в монокристаллических лентах, выращиваемых из расплава одновременно, проведена оптимизация конструкции теплового узла, включающая изменение конструкции формообразователя и тигля, экранировки зоны кристаллизации, замену материалов теплоизоляции, коррекцию положения формообразователя в нагревателе. Разработан тепловой узел следующего поколения, позволяющий на том же оборудовании на 40-50% увеличить производительность процесса роста.

2. Разработана и изготовлена опытная установка роста кристаллов и тепловой узел для получения крупногабаритных профилированных кристаллов сапфира в виде лент и получены опытные образцы сапфировых пластин шириной 250-300 мм и длиной прямоугольной части до 400 мм.

3. Создана установка «Кристаллизационный центр» и программное обеспечение для выращивания кристаллов сапфира в виде фигур вращения с диаметром основания до 130 мм. Установка обеспечивает 5 степеней свободы перемещения кристалла и формообразующего устройства.

4. С помощью метода ДФСМ выращена серия сапфировых заготовок полусферической формы с диаметром основания до 130 мм для обтекателей тепловых головок самонаведения ракет класса «воздух-воздух». Создана технологическая цепочка (выращивание, термическая обработка, шлифовка и полировка) изготовления готового изделия в виде обтекателей с различным диаметром основания и кривизны поверхности. Сапфировый обтекатель полусферической формы с диаметром основания 100 мм и радиальной толщиной стенки 1,5 мм прошел успешное испытание на стендах разработчика ГСН (Азовский оптико-механический завод) и признан перспективным изделием для применения в составе ГСН ракет класса «воздух-воздух».

5. Создан унифицированный программно-технический комплекс (ЛТК) установки роста кристаллов для автоматического управления технологическими процессами выращивания кристаллов способами Степанова и Чохральского, динамического формообразования. ПТК внедрен на установках роста кристаллов «Ника-С», «Ника-3», «Ника-Профиль», выпускаемых Экспериментальным заводом научного приборостроения РАН.

6. Определены режимы термической обработки тиглей, позволяющие значительно повысить их срок эксплуатации. Установлено, что причиной разрушения молибденовых тиглей является образование на их поверхности легкоплавкой эвтектики tt+MojC.

7. На основании статистического анализа влияния технологических факторов процесса выращивания на качество выращиваемых в группе сапфировых лент определены параметры технологии и их значения, обеспечивающее низкую дефектность, определяемую незначительным количеством газовых включений в кристаллах пакета.

8. Разработаны установки роста кристаллов следующего поколения «Ника-Профиль» и «Ника-3» для выращивания кристаллов способами Степанова, Чохральского, динамического формообразования. Освоено промышленное производство сапфировых крупногабаритных изделий в виде пластин и полусфер.

Основные положения, представленные к защите

1. Результаты исследования тепломассопереноса процесса кристаллизации профилированных лент, выращиваемых в группе, одиночных крупногабаритных пластин, кристаллов в виде фигур вращения, получаемых способом динамического формообразования, и оптимизация технологий выращивания профилированных кристаллов сапфира.

2. Результаты исследований массопереноса в мениске расплава, динамических характеристик систем расплав-кристалл и разработка научно-обоснованных алгоритмов автоматического управления процессами кристаллизации.

3. Методы формирования и условия механической устойчивости жидкого мениска расплава при выращивании кристаллов способом динамического формообразования. Создание методов управления продольным размером мениска расплава для кристаллизации из него крупногабаритных полых тел вращения. Выращивание кристаллов в виде полых фигур вращения методом динамического формообразования из свободного мениска расплава (ДФСМ).

4. Результаты электронно-микроскопического исследования и рентгеновского микроанализа структуры и химического состава микровключений в кристаллах профилированного сапфира. Закономерности влияния технологических параметров процесса выращивания на газовые включения в кристаллах. Механизм и причины разрушения молибденовых тиглей, используемых для выращивания профилированных кристаллов сапфира. '

5. Создание унифицированного программного обеспечения управления установкой роста кристаллов и автоматического управления процессами выращивания способами Чохральского, Степанова, динамического формообразования. Результаты выращивания кристаллов в автоматическом режиме.

6. Новые автоматизированные технологические процессы получения монокристаллов сапфира в виде крупногабаритных сапфировых пластин и изделий сложной формы.

7. Разработка установок роста кристаллов следующего поколения «Ника-Профиль» и «Ника-3» для способов Степанова, динамического формообразования, Чохральского.

Апробация работы

Результаты проведенных исследований докладывались на XIV и XV совещаниях по получению профилированных кристаллов и изделий способом Степанова и их применению в народном хозяйстве (Санкт-Петербург, 1998 и 2003 г.), конференции по проблемам роста кристаллов, пластичности и прочности к 100-летию рождения А. В. Степанова (Санкт-Петербург, 2008 г. ), XII (1ССО-12, 1998 г., Иерусалим, Израиль), XIII (1ССС5-13, 2001 г., Киото, Япония), XIV (1ССО-14, 2004 г., Гренобль, Франция), XV (1ССО-15, 2007 г., Солт-Лейк Сити, США), XVI (1ССО-16, 2010 г., Пекин) международных конференциях по росту кристаллов, X (НКРК-2002), XI (НКРК-2004), XII (НКРК-2006) национальных конференциях по росту кристаллов, международных конференциях корейской ассоциации по росту кристаллов в 1999 и 2002 г в Сеуле, Южная Корея, IV международном симпозиуме по технологии роста кристаллов (1\¥СОТ-4,2008 г., Битенберг, Швейцария).

Публикации

Результаты диссертации опубликованы в 27 работах, в том числе в 19 в рецензируемых журналах по перечню ВАК, 7 - в тезисах и трудах конференций и семинаров, 1 свидетельстве на изобретение.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, основных результатов и выводов, списка цитируемой литературы, списка работ по теме диссертации. Содержит 269 страницы, 98 рисунков, 20 таблиц, библиографию из 286 названий.

Личный вклад автора

В диссертации изложены результаты работ, выполненные автором в течение 12 лет, лично и в соавторстве. Личный вклад автора заключается в постановке задач и формировании направления исследований, и также их проведении. Автор инициировал проведение работ, выполненных в соавторстве, осуществлял анализ и обобщение результатов, руководил разработкой нового автоматизированного оборудования роста

кристаллов и программного обеспечения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, сформулирована ее цель и задачи, показана научная новизна исследования и его практическая значимость, освещена апробация работы.

В первой главе рассмотрено выращивание профилированных кристаллов сапфира способом Степанова и исследование этого процесса кристаллизации с помощью численного решения задач тепломассопереноса. Прослежено развитие работ по применению численных методов расчета формы межфазной границы в системе кристалл-расплав, температурных полей и термоупругих напряжений в кристаллах, распределения примеси в расплаве.

Групповое выращивание в несколько раз увеличивает производительность технологического процесса. Однако, в этом случае структурное совершенство кристаллов пакета весьма различно и, как правило, уступает качеству одиночно выращиваемого кристалла. Основная причина этому состоит в том, что теплообмен процесса группового выращивания является гораздо более сложным вследствие радиационного взаимодействия между кристаллами пакета и их различной удаленностью от активного нагревателя.

Целью исследования тепломассопереноса группового процесса выращивания являлось определение таких характеристик процесса группового роста, определяемых температурой нагревателя, конструкцией формообразователя и радиационных экранов, чтобы различия высоты менисков расплава (положений межфазных границ) для каждой из лент пакета, величины термоупругих напряжений, значения концентрации примеси вблизи межфазных границ были минимальны. Экспериментальный поиск оптимальных характеристик процесса является чрезвычайно медлительным и затратным. Поэтому численное моделирование влияния параметров процесса на указанные характеристики является наиболее эффективным инструментом исследования.

Двумерная математическая модель для описания группового процесса роста кристаллических лент, находящихся в состоянии теплообмена излучением между собой, включает три типа связанных задач. Исходной задачей является определение температурного поля в расплаве менисков и кристаллах. Задача заключается в совместном решении уравнения Навье-Стокса, уравнения теплопроводности с условием Стефана для нахождения температурных полей в системе кристалл - расплав, формы и положения межфазных границ, уравнения Лапласа, задачи радиационного теплообмена между диффузно-серыми боковыми поверхностями лент. На втором этапе решали уравнение термоупругости для расчета температурных напряжений в лентах пакета. На третьем, заключительном этапе, решали уравнение диффузии для определения распределения примеси в менисках расплава. Уравнения решали численно методом конечных элементов. Расчетная область представляет собой разрез теплового узла вертикальной плоскостью проходящей через его центральную ось и перпендикулярной боковым поверхностям лент пакета (рис.1). Распределение температуры Т,(х,у),г = 1,2 в области расплава и кристалла О, и Д описывается уравнением теплопроводности

АТ1-£,(У„ЧГ1) = 0, (х,у)еЦ, / = 1,2. (1)

к,

На фронте кристаллизации Н(х) (граница Г5) выполняются условия межфазного энергетического баланса и условие непрерывности температуры, равной температуре плавления Т„, при переходе через фронт кристаллизации:

к2(П, ут^-к, (п, щ)=р2у„л, о+н>;у2,

Т^х,Н(х)] = Тг[х,Н(х)] = Тш, -\<х<Ьг, у = Н( х). (2)

I

Рис.1. Схема группового процесса роста, двумерная расчетная область А, система координат и

используемые обозначения

| Перенос тепла из расплава и кристалла в окружающую среду осуществляется как за

I счет радиации, так и за счет конвекции:

| - 5" = - Тс)+ое/т;4 - тс4;, (3)

дп

I Температуры на верхних концах лент Т2(х,1) и температуры расплава на торцах

формообразователя и на выходе капиллярного канала :,0) (границы Гь Г2, Г3) полагались равными:

Т,(х,0)=Т°(х), ~а<:Х<а, Т2(х,1) = Т°(х), -И,<х<И2. (4)

Профильные кривые менисков расплава /(у) (границы Г4 и Г6) удовлетворяют капиллярному уравнению Юнга-Лапласа.

Скорость течения расплава в мениске К, = (и,, v,) удовлетворяет стационарному уравнению Навье-Стокса и следующим граничным условиям:

+ = (5)

На границе Г5, отвечающей фронту кристаллизации у = Н(х) должны быть выполнены условия:

Кп = ^о[1 + №)21'2. (х,у) е Г5 . (б)

Эти условия означают, что проекция нормальной компоненты Уи скорости течения | расплава равна скорости вытягивания кристалла, а течение вдоль межфазной границы отсутствует.

На профильных кривых менисков /(у) (границы Г4 и Г6) должны быть выполнены условия не протекания, и условие отсутствия касательных напряжений:

= О, = 0, х = /(у), (х,у)еГ,[]Г6. (7)

На рабочей поверхности формообразователя (границы Г1 и Г3) выполняется условие прилипания расплава, а на выходе капиллярного канала (граница Г3) вертикальная компонента скорости течения задается согласно параболической функции:

и, = 0, V, =0, ( х,у)еГх иГ3, и, =0, =

1-

,(х.у)еГг. (8)

Теплообмен излучением между пластинами рассматривали в полости, ограниченной двумя соседними боковыми поверхностями лент, отрезком оси х между формообразователями и отрезком прямой между верхними концами лент. Метод «сальдо», суть которого заключается в том, что излучение, испускаемое некоторой поверхностью, попадает на другие поверхности в результате многократного отражения с частичным поглощением излучения при каждом его взаимодействии с поверхностью, позволяет записать систему интегральных уравнений для определения эффективных излучений Чо.к(гк)ъ виде:

<7,, (У У- (I' г)\\ 9о, ,3/2 = ст(ЕГ,4 (у) + (1 - е ), (9)

Яо.

1г

■ [(х-у)2+ Ъ2 Г Ь2

[(х-уУ+Ь1]"'

-с!х = с{гТ!(у) + а-г)П),

где

1-

ТГУ' + ь1

и Т$ — известная температура поверхности общей основы между двумя соседними формообразователями, а й,'" и й[2; величины, отсчитываемые от оси у до боковых смежных поверхностей соседних лент, и г? - расстояние между формообразователями.

После определения и находили распределения потоков результирующих излучений и

Ь = с/ + 2а-И(1)-11<1,>,

(10)

(11)

(12) (13)

Тск=\]да/с, к = 12, (14)

то есть получали уравнение аналогичное (3), только с другими температурами внешних сред Тск.

Функция напряжений Эри (/•) находилась из решения уравнения термоупругости:

= < У >1'

или, если использовать падающие потоки д1к, то

Чк (у) = е/ог; (у) - чи (у)] = еа(Т? ~ТС\), где ~ ' ~

-а,ДГ2, (х,у)ей2, а, ="ТТ, а, =~гт, =- . 1 - V су ох дхау

(15)

где ах, оу - нормальные, ст„ - касательные напряжения, Т2 - распределение температуры

в ленте, найденное при совместном решении задач (1) - (16).

Граничные условия формулируются, исходя из требования отсутствия поверхностных сил:

^ = 0, ? = (16)

оп

Распределение примеси в жидком мениске С(х,у) удовлетворяет уравнению диффузии:

£>ДС-И7С = 0, (17)

со следующими граничными условиями:

^ = 0, (х,у) е Г, и Г,; С = С„, (х,у) е Г,; ^ = 0, (х,у) е Г4 = К0(/г0 -1),(*,>>) е Г5.

ду СП СП

(18), (19), (20), (21)

Для пакета, состоящего из 6 лент, при расчете использовали следующие данные, соответствующие экспериментальным, а именно: температура рабочих поверхностей формообразователен, составляющих единое устройство для группового процесса, была взята единой для всех формообразователей и равной для различных расчетных вариантов 2060° С, 2055° С, 2053° С, температура расплава на выходе из капиллярных каналов формообразователей была равна температуре рабочих поверхностей формообразователей. Температуру верхних торцов кристаллов пакета задавали с учетом выращенной длины, таким образом, что перепад температуры между ними и поверхностью формобразователей составлял 100°С/см, температура окружающей среды (нагревателей) задавалась в виде линейной функции: Тс(у) = Та - ту, где т = 70° С/см. Результат расчета температурных полей в лентах пакета для температур внешней среды (нагревателя) на уровне кромок формообразователя ТгЛ = 2030° С и Гс1=1850°С показан на рис.2. Штриховыми линиями показаны общие изотермы пакета. Следует отметить, что наиболее значимое изменение теплового поля, высоты мениска и формы межфазной границы происходит при переходе от внешней ленты к внутренней ленте пакета, причем эти изменения существеннее для Т\- 2030° С. Результаты расчетов показали, что повышение скорости вытягивания приводит к увеличению значений высот каждого из менисков пластин и, соответственно, к уменьшению их толщин. Величина этих изменений фактически одинакова для каждой из лент пакета. Уменьшение расстояния между соседними формообразователями оказывает положительное влияние на равномерность высот жидких менисков лент пакета. При малых расстояниях между формообразователями (с/ < 2 мм) отличие высот межфазных границ над поверхностью формообразователя становится все более незначительным, также уменьшается различие в толщине пластин пакета.

Поля термоупругих напряжений для крайней левой ленты пакета а1,сг и ст^, представлены на рис.3. Результаты расчета распределения примеси в жидком мениске крайней левой ленты пакета представлены на рис.4. Концентрация примеси достигает максимальных значений вблизи фронта кристаллизации на расстоянии 20 - 40 мкм от боковых поверхностей кристалла. Поверхность значений концентрации примеси наглядно демонстрирует оттеснение примеси потоком расплава в верхние углы жидкого мениска.

Анализ результатов расчетов показал что, увеличение температуры нагревателя на уровне кромок формообразователя при постоянном градиенте тепловой зоны совместно с уменьшением расстояния между формообразователями позволяет обеспечить равномерность высот положения межфазных границ, снизить уровень экстремальных напряжений (т. М1 и М2, рис.3) в лентах пакета и, вместе с этим, уменьшить максимальные значения концентрации примеси в мениске расплава. Важно отметить, что изменение скорости вытягивания не позволяет решить задачи оптимизации группового процесса.

На основе результатов исследования проведена оптимизация конструкции существующего теплового узла, включающая изменение конструкции формообразователя и тигля, экранировки зоны кристаллизации, замену материалов теплоизоляции, коррекцию положения формообразователя в нагревателе. Разработан тепловой узел следующего

поколения (рис.5), позволяющий на там же оборудовании на 40-50% увеличить производительность процесса роста и на 10% повысить выход годных кристаллов. Сравнительные характеристики тепловых узлов до и после оптимизации приведены в табл. 1.

Рис.3. Поля термоупругих напряжений крайней левой ленты пакета (начальные условия аналогичны рис. 1)

Рис.4. Распределение примеси в мениске крайне] левой ленты пакета (начальные условия

аналогичны рис. 1) |

Рис.2. Температурные поля в лентах пакета:(1) - Тс°= 2030°С, (2) - 7"с°= 1850°С, длина кристаллов Ь=2 см, ширина формообразователя 2о=0,2 см, расстояние между формообразователями ¿/=0,25 см, толщина капиллярного канала формообразователя 2с10 =0,06 см, температура поверхности формообразователен Г1=2060°С, температура верхних торцов кристаллов Тг = 1860°С, скорость вытягивания Уо= 1,2 мм/мин

/

оптимизированным тепловой

Таблица 1. Характеристики тепловых узлов до и после

Рис.5, (а) - новые сборные формообразователи, (Ь) —

Характеристик и теплового узла до

оптимизации

теплового узла после

оптимизации

Внутренний диаметр камеры установки Внутренний диаметр

индуктора_

Внутренний диаметр нагревателя_

600 мм

600 мм

200 мм

140 мм

Количество лент в пакете

Расстояние между формообразователями Материал теплозащиты

Углеткань Урал-2М 20 мм

Углекомпозит

18 мм

1 Вт/мК

Толщина теплозащиты в зоне кристаллизации Удельная теплопроводность теплозащиты при 2000 °С

Диаметр тигля_

Глубина тигля_

Загрузка тигля, кг_

Экранировка зоны

кристаллизации_

Потребляемая мощность, кВт

115 мм

140 мм

60 мм

50 мм

Экраны крайних лент пакета

33-38 кВт

65-70%

4-7 Вт/мК

50-55 кВт

Средний выход годного

55-60 %

Во второй главе проводится расчет поля скоростей течения расплава в мениске в зависимости от температурного режима процесса и скорости вытягивания кристалла с целью анализа состояния системы кристалл-расплав в ходе роста кристалла. Вертикальную и горизонтальную компоненты скорости течения расплава рассчитывали на основе численного решения уравнений Навье-Стокса (5) - (8).

Поля скоростей течения расплава в мениске представлены на рис.6 в виде векторных карт. Для всех расчетных вариантов характерно то, что максимальные скорости течения расплава достигаются в горизонтальном направлении в области середины высоты мениска. Установлено, что уменьшение высоты мениска, вызываемое изменением температурных условий в зоне кристаллизации, приводит к резкому росту горизонтальной составляющей скорости течения, которая более чем на 2 порядка превосходит скорость кристаллизации. Влияние скорости вытягивания кристалла и толщины капиллярного канала формообразователя на скорость течения намного менее существенно.

Традиционно предполагалось, что движущей силой массопереноса расплава из тигля через капиллярный канал формообразователя и далее, вдоль формообразующей поверхности вплоть до фронта кристаллизации, является сила поверхностного натяжения

расплава, смачивающего материал капиллярного канала и рабочей поверхности формообразователя. В действительности, силой, приводящей вязкий расплав в движение со скоростями на порядки превосходящими скорость кристаллизации, является внешняя сила вытягивания кристалла. Для того чтобы вызвать течение вязкой жидкости, необходим градиент гидродинамического давления в мениске. Поле гидродинамического давления, порождающее описанные выше картины течения расплава, рассчитывали из уравнений Навье-Стокса согласно:

в

р(х,у) = ^Аи дх + Ау ду + К'йУ0+С, (22)

а

где ц- динамическая вязкость расплава, м,У - горизонтальная и вертикальная компоненты скорости течения, определенные ранее.

Постоянная Кя, определяющая гидродинамическое давление в капиллярном канале, находится при аналитическом решении известной задачи о течении вязкой жидкости между двух параллельных пластин:

(23)

«о р1

Постоянная интегрирования С определяется, если положить скорость вытягивания У0, и, соответственно, п, V равными 0. В этом случае гидродинамическая задача переходит в гидростатическую и С = ¡,Не1Г

Значение внешней силы, вызывающей течение расплава, определялось интегрированием распределения гидродинамического давления по области межфазной границы:

иг*

„(И,У0) = 2 а\р(х,к)с1х, (24)

где а - ширина ленты, Ь(И)- полутолщина ленты.

Результаты расчета полей гидродинамического давления в расплаве мениска представлены на рис. 7. В зависимости от высоты мениска изменяются как форма поверхности распределения давлений, так и величина давлений. При высоте мениска 0,025 см максимальное давление вблизи фронта кристаллизации составляет -4,5 Па, а при понижении высоты мениска до 0,0075 см максимальное давление составило -50 Па. Расчет динамики и величин изменения гидростатических и гидродинамической сил при вариации положения межфазной границы (высоты мениска) показал, что изменение гидродинамической компоненты силы значительно превосходит изменение гидростатических сил, которыми являются вес жидкого мениска, силы поверхностного натяжения и гидростатического давления (рис. 8). Таким образом, гидродинамическое давление является наиболее значимым параметром, характеризующим состояние системы кристалл-расплав (положение межфазной границы). Положение межфазной границы может с высокой чувствительностью контролироваться системой динамического взвешивания (датчиком веса кристалла).

Экспериментальные исследования влияния теплового режима выращивания и скорости вытягивания на силу гидродинамического давления, действующую на межфазную границу, выполненные с помощью датчика веса кристалла, показали даже более значимое влияние этих параметров на силу гидродинамического давления.

Ьв*юры скорости течения, «'с 4.57Е-006 0.000159

(а)

Ъ»0.25 мм 24^0.6 мм Веюоры скорости тдония, м/с 4.57Е-006 ............•»■0.000168

(Ь)

(с)

' шхо

Рис.6. Поля скоростей течения расплава

1,00x10* 8,00x10"'

^ 4,00x10 '"

Рис. 7. Распределение гидродинамического давления в расплаве мениска

1 -Д\Л/

2-М1 +л\Л/

пшрхпат кмегкпп

3-ДУУ

пцарзстат

5-ДУ/*™"

0,05

0,15 И, мм

Рис. 8. Изменение гидродинамической и гидростатических сил при уменьшении высоты

мениска расплава

Полученные результаты исследований позволили определить уравнение наблюдения датчика веса, связывающее регистрируемую датчиком силу с контролируемыми параметрами процесса кристаллизации (поперечным сечением кристалла, геометрией мениска расплава, скоростью кристаллизации), следующим образом:

W(t) = psg\S{t)V0(t)dt +pigSA + r, m(V+PlgS(fff-h) +

+ KRV0+\p(h,V0)ds

s

где pL - плотности расплава, S - площадь кристалла, Г, и Гг - периметр кристалла и формообразователя, aLG- коэффициент поверхностного натяжения расплава, s - угол роста, а - угол наклона продольного профиля кристалла к оси вытягивания, р - угол между поверхностью формообразователя и профильной кривой мениска в точке их контакта, h— высота мениска, g - ускорение силы тяжести, Нф- вертикальное расстояние между поверхностью формообразователя и уровнем расплава, KR - коэффициент сопротивления канала формообразователя течению расплава, p(h, Vq) — гидродинамическое давление на межфазную границу.

Целесообразно исключить члены, величина которых менее разрешения современных датчиков веса (0,02 г), в этом случае уравнение (25) приобретает вид:

т

W(t) = psgls{t)V0(t)dt + pigSHejr+KRV0+\p(h,V0)ds (26)

о i

В третьей главе рассмотрены способы выращивания из расплава крупногабаритных кристаллов сапфира (с характерным размером 150 мм и более), в том числе для изделий в 1 виде широкоапертурной плоской оптики. Показано, что способ Степанова может быть развит для производства таких изделий.

Выращивание крупногабаритных монокристаллических пластин сапфира способом Степанова сопряжено со значительными трудностями. Блоки и двойники, возникающие как результат действия термоупругих напряжений в неравномерно нагретом кристалле, 1 исключают его применение для указанных изделий. 1

При разработке технологии и, прежде всего теплового узла для выращивания крупногабаритных пластин, главным является вопрос выбора наиболее эффективных i методов управления распределением температуры в кристалле. Целью исследований являлось изучение влияния тепловых условий, создаваемых с помощью активного ! нагревателя и радиационных экранов, на поля температур и термические напряжения в крупногабаритной пластине, что было также осуществлено с помощью численного моделирования.

Расчетная область (рис. 9) включает кристалл (1), активные нагреватели или экраны (2), основание (3).

Рис. 9. Расчетная область (стрелками отмечены поверхности, участвующие в радиационном теплообмене)

J

Определение температурного поля Т(х,у,г) пластины сводится к решению уравнения теплопроводности

,Гд2Т д2Т д2Т} .. дт .

(27)

Ввиду значительных габаритов пластины (малого значения отношения площади фронта кристаллизации к боковой поверхности кристалла) выделением скрытой теплоты кристаллизации пренебрегали.

Условия теплообмена кристаллической пластины с активными нагревателями или экранами определяются следующим образом: на боковых поверхностях пластины при 2 = -й/2,1 = Л/2, заданы плотности теплового потока ц/1':

, о

18Т I

I ет I с

(28)

Соотношение между температурами поверхностей Ту"(г,) и плотностями излучений задаются следующей системой интегральных уравнений:

Граничные условия для температуры кристалла 1"!>(х,у), и температурного градиента по толщине пластины таковы:

^(х.у) = Тт лри_у = 0, 0<х<Ь ,

дТт дх

О при л = 0; х = Ь, 0 < у < Н,

Т^'^х.у) = 0 при у=0, 0 < д: < X , -= 0 при х = 0; х = Ь, 0 <у<Н,

дх

(30)

1<'>(х,у) = 0,у = Н, 0<*<£. (31)

Результаты расчета температурного градиента ^(х.у) (<1Т) (рис. 10) показывали, что наиболее эффективным методом управления распределением температуры и величиной термических напряжений в кристалле является изменение положения плоских радиационных экранов относительно боковых поверхностей пластины.

8 г

50 100 150 200 250 300 Т1-Т 2, фад

(Ь)

Рис.10. Зависимости максимального значения градиента температуры йТ(х,у) от а) - разницы расстояний от экранов до кристаллов £/= (¿/''-сР'), Ь)-разницы температур экранов (Т^-Т'2')

Определено, что даже значительное отличие в величине вертикального градиента

активных нагревателей равное 10° С/см вызывает лишь незначительный рост разности температур боковых поверхностей не более чем на 1,2° С/см. При изменении разности расстояний от поверхности кристалла до плоских радиационных экранов в пределах от 0 до 4 см разность температур боковых поверхностей достигает 7° С/см.

В случае симметричного поля температур расчет термических напряжений является типовой задачей, заключающейся в решении уравнения вида аналогичного (15) с граничными условиями (16).

Результаты исследование зависимости максимальных по абсолютному значению напряжений от расстояния d между кристаллической пластиной и экраном и от высоты экрана #s относительно пластины высотой Я представлены на рис.11 (а, Ь). Данные расчета (рис. 11 а) демонстрируют, что поведение напряжений ст^, а аху не является монотонной функцией от расстояния d, и имеется некоторое расстояние, при котором все компоненты термоупругих напряжения минимальны. Исследование уровня термоупругих напряжений в зависимости от положения выращиваемого кристалла относительно экрана зоны кристаллизации показывает, что величина нормального напряжения ах, действующего перпендикулярно оси вытягивания, принимает минимальные значения при приближении высоты пластины к высоте экрана. По мере увеличения высоты пластины в ходе процесса кристаллизации наблюдается релаксация напряжений этой компоненты.

При отработке технологического процесса выращивания крупногабаритных пластин радиационная экранировка зоны кристаллизации была выполнена согласно результатам математического моделирования: вертикальные радиационные экраны оптимальной высоты, определяемой конструкции зоны кристаллизации, были установлены на расстоянии 25 мм от кромок формообразующего устройства (рис. 12). Выращенные крупногабаритные пластины шириной 250 мм и длиной прямоугольной части 400 мм показаны на рис.13.

Исследования качества выращенных пластин, проводимое с помощью оптико-поляризационных методов показало, что блочная структура отсутствует во всех выращенных образцах. Характер распределения приповерхностных пор на расстоянии 100200 мкм от боковой поверхности пластины являлся аналогичным наблюдаемому в лентах шириной 30-100 мм. Газовые пузыри размером более 50 мкм распределены хаотично по толщине кристалла, их количество на единицу объема кристалла в 3-5 раз меньше чем для лент шириной 30-100 мм.

1 - Н=10 см

2- Н=15 см

3 - Н=20см

2\ О^-О

3 \ / / /

\

Н». СМ (Ь)

Рис. 11. Поведение максимальных по абсолютному значению термоупругих напряжений в зависимости от (а) - расстояния d между кристаллической пластиной и экраном; (Ь) - при изменении высоты экрана относительно высоты выращиваемой пластины Н

Рис.12. Радиационные экраны зоны кристаллизации

Рис. 13. Крупногабаритные сапфировые пластины

Четвертая глава посвящена исследованию процесса кристаллизации и формообразования изделий с изменяемой геометрией боковой поверхности. Рассмотрены технологии получения изделий из сапфира сложной формы и работы по выращиванию кристаллов с изменяемой геометрией боковой поверхности способом локального динамического формообразования (ЛДФ).

Основной недостаток способа ЛДФ, выявленный в ходе его развития и ограничивающий его применение, заключается в том, что при увеличении поперечных размеров изделия происходит срыв устойчивого роста. Причинами этому являются механическая неустойчивость жидкого мениска незначительного объема, малая скорость кристаллизации, а также высокая вероятность появления трещин в результате действия термических напряжений. Поэтому основными задачами исследования являлись определение значения параметров процесса, позволяющих уменьшить неоднородность распределения температуры в кристалле, и разработка методов увеличения потока расплава к межфазной границе и размера мениска вместе с диаметром кристалла при условии сохранения формы выращиваемого кристалла. Экспериментальное измерение температурного поля в системе формообразователь-мениск-кристалл при выращивании кристалла методом динамического формообразования представляет собой технически сложную задачу. Для ее решения применяли освоенный ранее подход, основанный на численном моделировании влияния параметров процесса на распределение температуры в кристалле. Схема процесса показана на рис. 14.

v

НИК

яшшш

Рис.14. Схема выращивания кристаллической трубы способом локального динамического

формообразования

Совместная система уравнений теплопроводности и интегрального уравнения, связывающего плотность потока результирующего излучения с температурой поверхности, имеет вид

д2Т д2Т дТ дТ 4 , % ....

9(2,9) - (1 - = ОЕ( Г< (г.ф)" Я Г4 уУ&ЧГI = О

0<^<1, 0 < \|/ < 2л, (33)

где функция К(2,<р£,\\1) интегрального уравнения (33) выражается формулой

' / ч' V2

1

I Л ) 2(1-соз(ф-у))

(34)

и (г,(р), (с, 4/) - цилиндрические координаты двух произвольных точек на поверхности трубы, а правая часть дается выражением

Коэффициенты у-,, входящие в уравнение (1), имеют вид

Р- ьД

ъ-е*р-Ч: (36)

Через 9(г,ф) обозначена температура внешней среды внутри трубы, <?(г,ф) - плотность потока результирующего излучения, е - степень черноты материала поверхности, ст -постоянная Стефана - Больцмана, к, - коэффициент теплопроводности, - коэффициент теплоотдачи, с/х - теплоемкость, р5 - плотность кристалла.

Из-за наличия перемещения формообразователя и кристалла в горизонтальном направлении друг относительно друга управление тепловым полем в кристалле с помощью радиационных экранов, устанавливаемых вблизи кристалла, невозможно. Скорости вытягивания и вращения кристалла, а также продольный размер формообразователя являются основными параметрами, формирующими распределение температуры вблизи межфазной границы.

При расчетах температура внешней среды задавалась линейно убывающей по высоте г функцией с отрицательным градиентом:

0=9,-г-ДЭ, г е [0,1], Э,=2000°С, ДЭ=100°С/см. Диапазон скоростей вытягивания У0, угловая скорость вращения П варьировались в технологических пределах, обеспечивающих условие сплошности выращиваемого профиля

"п </,п™"

где й„|1И - максимально возможная высота жидкого мениска.

Размер зоны контакта мениска расплава с кристаллизуемым слоем внешним радиусом Я\=2,2 см и внутренним радиусом Л2=1,8 см задавался угловым размером [фь(р2]. Длина кристалла составляла 2 см. Температура зоны контакта ^[фъфг] определялась равной температуре плавления. Распределения температуры Т(г,ф) приведены на рис. 15. На них можно видеть локальное искажение температурного поля, спадающее по направлению

к верхнему концу кристалла и смещенное относительно формообразователя в сторону вращения кристалла. Изменение скорости вытягивания кристалла (рис. 15а - с) не оказывает значимого влияния на распределение температуры. Напротив, варьирование скорости вращения кристалла (рис.15 a,d,e) позволяет управлять температурным полем. Увеличение скорости вращения кристалла вызывает сжатие зоны температурного искажения вблизи локального формообразователя, то есть позволяет дополнительно отводить тепло за счет вращения кристалла.

Увеличение продольного размера рабочей поверхности формообразователя с углового размера 36 градусов до углового размера 108 градусов качественно не изменяет результаты моделирования (рис.15 f-j).

Результаты расчетов согласуются с данными поляризационно-оптического исследования блочной структуры полусферических заготовок с диаметром основания 70 мм, выращенных при скорости вращения 12 об/мин и 4 об/мин, рис. 16. Блочная структура кристалла, полученного при меньшей скорости вращения, выражена наиболее ярко и появление температурных трещин практически неизбежно.

С целью увеличения потока расплава к межфазной границе было реализовано несколько вариантов систем формообразователь-мениск-кристалл, в которых для части контура контакта мениска с поверхностью формообразователя выполнялось лишь условие смачивания, и мениск распространялся по формообразующей поверхности, увеличивая свой продольный размер и объем. Однако, степень механической устойчивости таких менисков требовала дополнительного исследования.

Экспериментальные процессы выращивания осуществлялись на установке «Кристаллизационный центр» созданной на базе серийной установки «НИКА-С», производимой ФГУП ЭЗАН.

Устойчивость мениска расплава исследовалась экспериментально в зависимости от типа конструкции формообразующего устройства, скорости вращения и вертикального перемещения кристалла. В ходе послеростового анализа структуры кристалла измеряли искажения профиля кристалла и толщины его стенки, отмечали наличие крупных трещин. Блочную структуру кристаллов исследовали на поляриметре «ПКС-250М». Характер распределения газовых включений изучали с помощью оптической микроскопии. Пропускание образцов в инфракрасном диапазоне (3-5 мкм) измеряли, используя фотоэлектрический инфракрасный анализатор «ИКАН-1».

Относительное горизонтальное перемещение оси вращения кристалла и формообразователей осуществляли двумя различными методами. Для формообразователей Ф1 и Ф2 (рис. 17) применяли вращение тигля вместе с закрепленными на нем формообразователями. Для формообразующего устройства ФЗ использовали горизонтальное перемещение оси вращения кристалла относительно неподвижного формообразователя. Изготовленные формообразующие устройства вариантов Ф2 и ФЗ и кристаллы, выращенные с их применением, показаны на рис. 18.

Формообразователь Ф1 выполнен в виде усеченного конуса. Поверхность формообразующего устройства Ф2 изготовлена в виде плоской криволинейной ленты, представляющей спираль. Кромки рабочей поверхности формообразователя ФЗ выполнены в виде дуг концентрических окружностей.

[ф2-ф1]=36 град

е) в) а) Ь) о)

и=2.8Е-4 см/сек У=2,8Е-4 см/сек у=2.ВЕ-4 смУсек „-1.4Е-4 см/сек см/сек

«=1йо6/ыин 1Ы*об/мвн П-Ю®мик п=4 об/ммн £¡=4 об/мин

[о2-о:]=108 град

о

шптшшвя—а

Рис.15. Распределение температуры в кристаллической трубе, Рис. 16. Структура

выращиваемой из расплава способом локального полусферических заготовок

формообразования, в зависимости скоростей вертикального в зависимости от скорости

перемещения и вращения, горизонтального размера вращения кристалла: (а) — 12

формообразователя об/мин, (Ь) - 4 об/мин

При использовании формообразователя Ф2 с рабочей поверхностью в виде спирали кристалл вытягивали в направлении перпендикуляром плоскости вращения формообразователя и также вращали вокруг оси (5) вытягивания. Изменение радиуса выращиваемого кристалла происходило за счет перемещения жидкого мениска от центра (к центру) вращения кристалла по рабочей поверхности формообразователя, которое достигалось поворотом формообразователя относительно его центра вращения (6). Распространение мениска расплава по рабочей поверхности формообразователя совершалось вместе с увеличением радиуса кристалла.

Для формообразователя ФЗ перемещение мениска расплава по формообразующей поверхности и изменение его размера достигалось горизонтальным смещением кристалла, обеспечивающим изменение его диаметра и рост площади жидкого мениска.

В таблице 2 представлены сводные результаты экспериментально установленных параметров кристаллизации, степени устойчивости мениска расплава, угла разориентации между блоками, вероятности трещинообразования и оптических свойств. Наилучшие характеристики процесса и качества кристаллов были достигнуты для метода с горизонтальным перемещением кристалла (формообразователь ФЗ).

Рис. 18. (а) - формообразующее устройство (Ф2) и тигель в сборе, кристалл в форме конуса с диаметром основания 80 мм; (Ь) -формообразующее устройство (ФЗ) и кристалл в форме полусферы с диаметром основания 105 мм

Таблица 2. Сводные результаты

Параметры процесса и характеристики кристаллов Тип формообразователя Ф1 Ф1 Ф2 ФЗ

Скорость вращения П, об/мин 6-4 12-9 4-2 30-12

Скорость верт. перем. V, мм/мин 0,03-0.1 0,03-0.1 0,2-0,4 0,04-0,2

Массовая скорость крист. №'шх, г/сек 0,008 0,008 0,03 0,02

Линейная скорость слоя У^, мм/мин 1000 2500 500 4200

Высота слоя кристаллизации к, мкм 20-30 10-15 100-150 5-10

Устойчивость мениска расплава Высокая до R=50mm Высокая до Я=30 мм Низкая Высокая до Я=55мм

Угол между границами блоков, град. 12-15 4-6 2-4 2-4

Вероятность трещинообразования, % 80% при R>40 мм 40% при Я>40 мм Трещин не обнаружено Трещин не обнаружено

Характер распределения газовых включений Поверх, поры до 10 мкм Поверх, поры до 10 мкм Поверх, поры до 10 мкм Поверх, поры до 10 мкм

Коэффициент пропускания (А. = 3,5 мкм) 0,82-0,87 0,81-0,87 0,80-0,87 0,82-0,86

I

I I

Рис Л 7. Схемы процесса кристаллизации изделий с изменяемой формой боковой поверхности из мениска расплава, для части контуров которого выполняется условие смачивания

В пятой главе рассмотрены работы по исследованию качества кристаллов сапфира, классификации дефектов структуры, механизмов их образования.

При нынешнем уровне технологии роста основными дефектами, ухудшающими оптическое качество кристаллов, являются:

1) твердые включения, характеризующиеся малыми размерами до 5 мкм, называемые центрами рассеяния (ЦР);

2) одиночные газовые включения размером до 300 мкм, хаотично расположенные по объему кристалла;

3) глубокий слой поверхностных газовых пор (более 200 мкм от поверхности кристалла).

ЦР формируются в так называемые «шнуры» или «полосы», идущие вдоль оси роста. Форма и химический состав таких включений до сих пор не изучены.

Физико-химические условия формирования дефектов типов (1) и (2) в профилированных монокристаллах сапфира хорошо изучены, однако их зависимость от большого числа факторов приводит к тому, что в условиях производства качество кристаллов не стабильно. В настоящей работе эта задача решалась с помощью экспертно-программного комплекса (ЭПК), обеспечивающего автоматической сбор данных процесса и результатов исследования качества кристаллов и их последующую корреляцию, т. е., \ используя статистический анализ.

Практика показала, что появление дефектов высокой плотности часто связано с искажением теплового поля, вызванного деформацией тигля. Также важной задачей являлись исследования, направленные на увеличение высокотемпературной стойкости молибденовых тиглей.

Образцы профилированных кристаллов сапфира с микродефектами типа ЦР исследовали на электронном микроскопе «JEM-2000 FX», работающем в просвечивающем и растровом режимах. Для определения элементного состава использовали рентгеновскую | энергодисперсионную спектроскопию. Помимо достаточно крупных включений алюминия, | были обнаружены микровключения не имеющие упорядоченной формы (рис.19). Характерный размер включений составлял 0,1-5 микрометров. Пик поглощения энергетического спектра включений 1,65 кВ соответствовал алюминию. Электронограмма I включений содержала диффузные кольца, характерные для аморфного состояния вещества. Было установлено, что плотность микровключений аморфного алюминия в образцах с центрами рассеяния как минимум на порядок выше плотности этих микровключений «бездефектного» образца.

Рис. 19. Фотографии микровключений типа ЦР, выполненные на электронном микроскопе

•ГЕОЬ

С помощью ЭПК были статистически определены зависимости между выходом годного и, связанным с ним количеством газовых включений в кристаллах, от времени нагрева загрузки тигля и выдержки расплава, производной показаний датчика веса,

}

температурного режима затравливания. При анализе всей совокупности параметров технологии установлено, что величина избыточного давления аргона в ростовой камере, положение тигля с расплавом относительно нагревателя, температура охлаждающей камеру и индуктор воды и время эксплуатации формообразователя также существенно влияют на плотность этих дефектов. Определены значения параметров, обеспечивающие повышение на 15% выхода годных кристалл - заготовок, получаемых из лент.

С использованием методов микроскопического, рентгеноструктурного и химического анализа было установлено, что в результате частичного науглероживания молибдена происходит образование на поверхности тигля структуры с пониженной температурой плавления, состоящей из а-твердого раствора углерода в молибдене и карбида молибдена Мо2С. При незначительном перегреве поверхности тигля выше температуры плавления эвтектики а+Мо2С (2200° С), которая значительно ниже температуры плавления чистого молибдена (2620° С), зона с такой структурой плавится. Предложены несколько методов увеличения стойкости тиглей, в том числе связанных с использованием тантала для защиты поверхности тигля. Наиболее хорошо зарекомендовал себя метод, основанный на создании на поверхности тигля сплошного слоя карбида Мо2С. Для реализации метода необходимо провести предварительный прогрев тигля в течение 5-10 часов при температуре =2150° С в той же установке, в которой производится выращивание кристаллов.

В шестой главе для разработки эффективных алгоритмов управления кристаллизацией из расплава проводилось экспериментальное исследование динамических характеристик (ДХ) системы кристалл-расплав (объект управления (ОУ)) с использованием датчика веса кристалла при изменении управляющего воздействия. Методика исследований включала периодические изменения мощности нагрева и запись переходных процессов систем кристалл-расплав, регистрируемых с помощью датчика веса кристалла.

Последовательно были изучены динамические характеристики процессов выращивания способом Чохральского, одиночного профилированного кристалла в форме пластины, группы пластин и стержней, рис. 20 (а-0, динамического формообразования, рис. 21.

Было установлено, что в способе Чохральского (рис. 20 а) ДХ объекта управления плавно меняется в процессе роста. Перерегулирование (отношение максимальной величины переходного процесса к установившейся) либо отсутствует, либо незначительно. В ходе процесса ДХ изменяется.

В способе Степанова с увеличением длины кристалла появляется эффект перерегулирования, достигающий 200-500% (рис.20 Ь,е,0- Это следует отнести к ранее изученному эффекту гидродинамического давления и силы. Этот эффект также объясняет ассиметричность ДХ при изменении мощности нагрева в положительную и отрицательную сторону при выращивании кристалла постоянного сечения (рис. 20 с1). Последнее означает, что система управления в случае выращивания кристаллов способом Степанова должна иметь регулятор с асимметрией управляющего воздействия для положительной и отрицательной ошибки. ДХ процессов выращивания одиночной ленты, группы лент и стержней качественно схожи.

В способе динамического формообразования переход расплава мениска в переохлажденное и перегретое состояние обладает идентичными ДХ и состояние системы кристалл-расплав не может быть идентифицировано (рис. 21 а). Увеличение скорости вращения кристалла с 4 до 12 об/мин вызывает рост отрицательной ошибки. Дальнейшее увеличение мощности нагрева позволяет ее компенсировать (рис. 21 Ь). Этот результат подтверждает данные расчетов распределения температуры вблизи слоя кристаллизации от скорости вращения кристалла. Рост скорости вращения кристалла увеличивает теплоотвод от жидкого мениска расплава и снижает его температуру. На основе данных

экспериментальных исследований ДХ системы кристалл-расплав предложена общая структура регулятора (рис.22), реализующая в зависимости от типа процесса следующие алгоритмы управления.

0.04 0.02 0,00 -0,02

-0,06 -0,08

г/с ДХ(-0,5%) С)

11,С

' д\¥; г/с/ \дхЗ(-0,2%) 1 \ е)

/дХ2|-0,2%)\

/ ДХ1(-0,2%)^----- Ко

Рис. 20. Динамические характеристики объекта управления для процессов выращивания: а) - алюмоитгриевого граната способом Чохральского, Ь), с), <1) - одиночной сапфировой пластины, е) - пакета из 6 пластин, {) - пакета из 30 сапфировых стержней

0,000 а)

-0.005 —\ ДХ(* 0,2%)^—_____

-0,010

-С.015

-0,020 \

•С. 025

-О.ОЗО

Рис. 21. Динамические характеристики объекта управления для процесса выращивания сапфирового конуса способом ДФ: а) - при воздействии по каналу мощности нагрева, Ь) - при воздействии по каналу вращения кристалла и мощности нагрева

Рис. 22. Блок-схема унифицированного адаптивного регулятора

Управление процессом Чохральского осуществляется с помощью перестраиваемого ПИД-регулятора, с коэффициентами, вычисляемыми непосредственно в процессе роста на основе прямого исследования ДХ системы кристалл-расплав, построения линейной авторегрессивной модели переходного процесса и расчета коэффициентов настройки регулятора численными методами.

Для процессов роста профилированных кристаллов следует дополнительно учесть, что мощность нагрева быстро возрастает на этапе роста постоянного сечения, ее скорость изменения на порядок превосходит этот показатель для способа Чохральского. Такой характер протекания ростового процесса требует разработки регулятора, обеспечивающего плавное движение ОУ по достаточно крутому профилю изменения мощности. Наилучшим решением является регулятор, формирующий как ассиметричное тепловое воздействие на систему расплав-кристалл, так и упреждающее воздействие. Таким образом, автоматическое управление выращиванием кристаллов способом Степанова проводится с помощью совместной работы релейного регулятора и предиктора-корректора, настройки которого также производятся в процессе роста:

р(0 = р,+

J\(t)dt

Аь+К,

АР =

OJFfs, <е<82) + pí,IF(oe2),T!]dle

0,IF(s>E2)AND(¿<0) 0,IF(e< t,)AND(i> 0)

(37),

где Л„ - начальный коэффициент линейной функции изменения мощности, Кл -коэффициент коррекции, Тн - горизонт предсказания, ¿\ and ¿', - пределы зон управления регулятором предиктор-корректор для положительной и отрицательной ошибки s {E = W'm,-W'prog), р, и р2 - величины ступенчатого изменения мощности нагрева,

осуществляемые релейным регулятором при положительной и отрицательной ошибке, T'¡!r и - периоды между последовательными изменениями мощности для релейного регулятора, IF- логическая функция выполнения условия, AND - логическое умножение.

Предварительное тестовое тепловое воздействие на мениск в методе динамического формообразования позволяет по дальнейшему поведению сигнала датчика веса определить состояние мениска. При перегретом мениске положительное воздействие вызывает дальнейшее уменьшение сигнала, и при переохлажденном - увеличение. Предположим, что в текущий момент времени мениск расплава переохлажден и имеется отрицательная ошибка рассогласования -е. В этом случае снижение мощности нагрева на величину Ар приведет к дальнейшему росту отрицательной ошибки, т.е. мы получим s < О, что означает неверность выбора знака воздействия и необходимость его смены на следующем такте

управления. При регистрации значения е > 0 идентифицируем расплав как перегретый и оставляем знак воздействия прежним. Такой алгоритм управления запишется в виде:

ГдР 1Р(( АР [к 7) е)> О Р[к] = Р„[к] + АР,а,[к], Р[к + 1] = Р„[к + 1] + \ ' К , "*' \ . (38)

Начальные величины настройки регуляторов определены в ходе проведенных экспериментов.

Разработанные алгоритмы были реализованы в программном обеспечении управления установкой роста кристаллов и процессами кристаллизации. Примеры кристаллов, выращенные способами Чохральского, Степанова, динамического формообразования в автоматическом режиме, представлены на рис. 23, 24, 26. Для случая выращивания пакета сапфировых лент и полусфер приведены графики изменения параметров автоматического процесса роста, рис. 25, 27. Также были автоматизированы процессы выращивания стержней круглого и квадратного сечения в группе, труб различных диаметров, выращиваемых одиночно.

Рис.23. Монокристалл алюмоиттриевого граната, легированный неодимом, диаметром цилиндра 50 мм, выращенный с применением самонастраиваемого ПИД-регулятора

Рис. 24. Пакет из 10 лент шириной 43 мм

и толщиной 2,5 мм, размеченный на годные заготовки высокого оптического качества

2Э80

2360

5 23« ГГ

ч

о 2320

Рис.25. График изменения сигнала датчика веса ЩО, его производной программной

производной \У'ргог(1), мощности нагрева Рф, пределы е*„ и е~„ формируют ассиметричный сигнал управления. 1— этап расширение кристаллов, 2 — этап роста кристаллов постоянного сечения

Рис. 27. (а) — значения скоростей вертикального перемещения V и горизонтального перемещения и, формирующие заданный сферический профиль кристалла и обеспечивающие ограничение массовой скорости кристаллизации, изменение скорости вращения кристаллы П ограничивает линейную скорость слоя кристаллизации; (Ь) — графики изменения сигнала датчика веса его производной №'геа1(х), программной производной мощности нагрева Р(1) при

автоматическом управлении процессом кристаллизации сапфировой полусферы

Рис. 26.

105 мм

В седьмой, заключительной главе выполнен технический анализ существующего оборудования роста кристаллов и его технического уровня.

Рассмотрена конструкция и приведены основные характеристики новых автоматизированных установок для выращивания кристаллов способами Чохральского и динамического формообразования (установка «НИКА-3») и для выращивания профилированных кристаллов сапфира способом Степанова (установка «НИКА-Профиль»). Отличительными особенностями оборудования являются современная электронная база, прецизионные приводы перемещения и вращения кристалла и тигля, высокостабильный транзисторный генератор, адаптивные автоматические системы управления процессами кристаллизации, возможность реализации сквозной автоматизации процесса, совместимость программного обеспечения установок с экспертно-программным комплексом (ЭПК) для анализа и коррекции технологических процессов. На новом оборудовании освоены автоматизированные технологические процессы производства крупногабаритных сапфировых пластин для широкоапертурной оптики и заготовок полусферической формы для обтекателей ракет, рис. 28.

Партия сапфировых полусфер с диаметром основания

Рис. 28. Автоматизированные установки «НИКА-3» (а) и «НИКА-ПРОФИЛЬ» (Ь), сапфировые обтекатели различной кривизны с диметром основания 100 мм (с), сапфировые пластины шириной 160 мм, длиной 400 мм и толщиной 10 мм (с1), производимые ^ промышленно

Основные результаты и выводы

1. С целью совершенствования и оптимизации технологии группового выращивания сапфировых пластин исследовано влияние температурных условий процесса роста, конструкции формообразователя, длины выращенного пакета на распределение температуры в менисках расплава и кристаллах, формы и положения межфазных границ, термические напряжения в кристаллах и концентрацию примеси в расплаве. Установлено, что увеличение температуры нагревателя на уровне кромок формообразователя при постоянном осевом температурном градиенте тепловой зоны совместно с уменьшением расстояния между отдельными формообразователями позволяет обеспечить равномерность высот положения межфазных границ лент пакета, снизить в них уровень термических

/

напряжений и уменьшить значения концентрации примеси в менисках расплава. На основе результатов исследования проведена оптимизация конструкции теплового узла, включающая изменение конструкции формообразователя и тигля, экранировки зоны кристаллизации, замену материалов теплоизоляции, коррекцию положения формообразователя в нагревателе. Разработан тепловой узел следующего поколения, позволяющий на том же оборудовании увеличить производительность процесса роста на 50% и повысить выход годных кристаллов на 10%.

2.Установлено, что уменьшение высоты мениска расплава, вызываемое изменением температурных условий в зоне кристаллизации, приводит к резкому росту скорости течения расплава, которая более чем на 2 порядка превосходит скорость кристаллизации. Влияние скорости вытягивания кристалла и размера капиллярного канала формообразователя на скорость течения намного менее существенно.

3. Показано, что движущей силой массопереноса расплава из тигля через капиллярный канал формообразователя и далее, вдоль формообразующей поверхности вплоть до межфазной границы, является сила вытягивания кристалла. Проведено исследование поля гидродинамического давления в мениске. Установлено, что изменение гидродинамической компоненты силы, действующей на межфазную границу и кристалл, превосходит изменение статических сил (веса кристалла и жидкого мениска, силы поверхностного натяжения и гидростатического давления). На основе модели гидродинамического приближения получено уравнение наблюдения датчика веса кристалла, применяемого для контроля состояния системы кристалл-расплав и автоматизации управления процессом кристаллизации.

4. Изучено влияние тепловых условий, создаваемых с помощью активных нагревателей и радиационных экранов, на термоупругие напряжения в крупногабаритной сапфировой пластине. Установлено, что наиболее эффективным методом управления распределением температуры и величиной термических напряжений в кристалле является изменение положения плоских радиационных экранов относительно боковых поверхностей пластины, определено оптимальное положение экранов относительно пластины, обеспечивающее минимальные напряжения. На основании результатов исследования разработан тепловой узел и выращены сапфировые пластин шириной 250-300 мм и длиной прямоугольной части до 400 мм.

5. Установлены закономерности формирования температурных полей в кристалле, выращиваемого из расплава способом динамического формообразования, при изменении скорости его вращения, скорости вытягивания и размера мениска расплава. Определено, что основным параметром, позволяющим управлять температурным полем вблизи кристаллизуемого слоя, является скорость вращения кристалла. Увеличение скорости вращения позволяет локализовать температурные искажения в кристалле, вносимые формообразующим устройством, и снизить термоупругие напряжения.

6. Для процесса роста кристаллов способом динамического формообразования исследована механическая устойчивость менисков расплава, для части контура контакта которых с поверхностью формообразователя выполняется лишь условие смачивания. Реализованы условия контролируемого увеличения продольного размера мениска и потока расплава к межфазной границе в ходе процесса выращивания с ростом диаметра кристалла. Разработан метод выращивания крупногабаритных кристаллов сапфира в виде полых фигур вращения из мениска расплава, свободно перемещающегося по поверхности формообразователя, - способ динамического формообразования из свободного мениска (ДФСМ). Метод позволяет выращивать кристаллы необходимого качества диаметром до 130 мм, достичь вчетверо более высокой массовой скорости кристаллизации и вдвое сократить время процесса по сравнению со способом локального динамического

формообразования.

7. Созданы алгоритмы автоматизированного формирования профиля кристалла в виде произвольной фигуры вращения, выращиваемой из расплава способом динамического формообразования, и стабилизации технологически важных параметров кристаллизации.

8. С помощью метода ДФСМ выращена серия сапфировых заготовок полусферической формы с диаметром основания до 130 мм для опытных обтекателей тепловых головок самонаведения ракет класса «воздух-воздух». Создана технологическая цепочка (выращивание, термическая обработка, шлифовка и полировка) изготовления готового изделия в виде обтекателей с различным диаметром основания и кривизны поверхности.

10. На основании результатов электронно-микроскопического исследования и рентгеновского микроанализа установлено, что оптические микродефекты структуры профилированных кристаллов (центры оптического рассеяния) с характерным размером 0,1 - 5 мкм представляют собой включения аморфного алюминия.

11. На основе статистического анализа влияния технологических факторов процесса выращивания на качество выращиваемых в группе сапфировых лент установлены параметры технологии и их значения, обеспечивающее низкую дефектность кристаллов, определяемую незначительным количеством газовых включений.

12. Установлено, что причиной разрушения молибденовых тиглей является образование на их поверхности легкоплавкой эвтектики а+Мо^С. Определены режимы термической обработки тиглей, позволяющие значительно повысить их срок эксплуатации.

13. Изучены динамические характеристики системы кристалл-расплав для способов Чохральского, Степанова, динамического формообразования и разработаны научно-обоснованные алгоритмы автоматического управления этими процессами кристаллизации, включая адаптивные.

14. Создан унифицированный программно-технический комплекс (ПТК) установки роста кристаллов для автоматического управления технологическими процессами для способов Степанова и Чохральского, динамического формообразования. ПТК внедрен на установках роста кристаллов «Ника-С», «Ника-3», «Ника-Профиль», выпускаемых Экспериментальным заводом научного приборостроения РАН.

15. Проведенные исследования позволили создать новые автоматизированные технологии получения монокристаллов сапфира в виде крупногабаритных сапфировых пластин и изделий сложной формы, установки роста кристаллов «Ника-3» и «Ника-Профиль» следующего поколения.

Список публикаций по теме диссертации

1. Бородин А. В., Жданов А. В., Николаева Л. П., Петьков И. С. Моделирование пакетного роста кристаллических лент из расплава способом Степанова. // Изв. РАН, Сер. Физ„ 1999, т. 9, с. 2000-2015.

2. Borodin A.V., Borodin V.A., Petkov I.S., Sidorov V.V. The development of automated control system for the growth of shaped sapphire crystals: combined control. // J. of Ceramic Processing Research, 1999, v. 4, p. 437-441.

3. Borodin A. V., Borodin V. A., Sidorov V. V., and Petkov I. S. Influence of growth process parameters on weight sensor readings in the Stcpanov (EFG) technique. // Journal of Crystal Growth, 1999, v. 198-199(1), p. 215-219.

4. Borodin A. V., Borodin V. A., and Zhdanov A. V. Simulation of the pressure distribution in the melt for sapphire ribbon growth by the Stepanov (EFG) technique.// J. of Crystal Growth, 1999, v. 198-199 (1), p. 220-224.

5. Бородин А. В., Жданов А. В., Бородин В. А. Гидродинамика расплава и уравнение наблюдения при выращивании кристаллических лент из расплава способом Степанова. // Изв. РАН, Сер. Физ., 1999, т. 9, с. 1994-1999.

6. Бородин А. В., Жданов А. В., Николаева Л. П., Петьков И. С., Чупятова Л. П. Температурные напряжения в пакете лент, получаемых из расплава методом Степанова. // ИФЖ, 2001, т. 74, с. 2000-2015.

7. А. V. Borodin [et. al.]. Software engineering for automated growth of CZ and EFG crystals using weight control. // in abstracts of ICCG-13, Kioto, Japan.2001, p.389

8. Бородин A.B., Бородин B.A., Петьков И.С., Сидоров В.В. Автоматизация процесса выращивания профилированных кристаллов с применением датчика силы. // Поверхность, 2001, №10, т.1, с. 6-10.

9. Бородин А. В., Бородин В. А., Ивлев А. Б., Петьков И. С., Сидоров В. В., Францев Д. Н. Программно-технический комплекс для установок роста кристаллов из расплава. // Поверхность, 2002, №12, т.1, с. 20-24.

10. Бородин А. В., Бородин В. А., Францев Д. Н. Разработка систем автоматического управления процессами получения кристаллов из расплава для методов Чохральского, Степанова, локального динамического формообразования. // Тезисы докладов X национальной конференции по росту кристаллов. М.: ИК РАН, 2002, с.148.

11. Бородин А. В., Петьков И. С., Францев Д. Н. Алгоритм управления профилем кристалла для автоматического выращивания методом Чохральского. // Поверхность, 2002, №12, т.1, с. 25-29.

12. Borodin A.V., Borodin V.A., Zhdanov А. V., Petkov I. S. Computer modeling of a multi-run growth technique for sapphire ribbons. // J. of Ceramic Processing Research, v. 2003, Issue 4, No 2, p. 49-55.

13. Бородин A.B., Францев, Д.Н. Юдин М.В. Разработка программно-технического комплекса сквозной автоматизации технологического процесса получения профилированных кристаллов. // Изв. РАН Сер. физ. ,2004, т. 68, №6, с. 878-883.

14. Бородин А. В. и др. Разработка оборудования и развитие технологии получения кристаллов сапфира сложной формы методом локального динамического формообразования. // Тезисы докладов XI национальной конференции по росту кристаллов. М.: ИК РАН, 2004. с. 166.

15. Бородин В.А., Бородин А.В., Жданов А.В., Юдин М.В., Францев Д.Н. Температурные поля в трубах, получаемых из расплава методом локального формообразования. // Изв. РАН Сер. физ., 2004, т. 68, №6, с. 820-824.

16. А. В. Бородин, М. В. Юдин. Выращивание крупногабаритной сапфировой ленты методом Степанова. // Тезисы докладов XI национальной конференции по росту

кристаллов. М.: ИК РАН, 2004, с. 167.

17. Бородин А.В., Бородин В.А., Францев Д.Н., Юдин М.В., Мошаров Т.А. Управление профилем кристалла при выращивании сапфировых полусфер диаметром 100 мм методом локального динамического формообразования. // Изв. РАН Сер. физ., 2004, т. 68, №6, с. 791796.

18. Borodin А.V., Frantsev D.N. Development of a start-to-finish automation system for shaped sapphire crystals growth. // J. of Crystal Growth, 2005, v. 275, Issues 1-2, p. 2089-2097.

19. Borodin A.V., Borodin V.A., Frantsev D.N., Yudin M. V., Mosharov T. A.

Growth and characterization of large-scale sapphire domes produced from the melt by the local dynamic shaping technique. // J. of Crystal Growth, 2005, v. 275, Issues 1-2, p. 2105-2111.

20. Бородин А. В. и др. Разработка технологии выращивания сапфировой ленты шириной 300 мм. // Тезисы докладов XII национальной конференции по росту кристаллов. М.: ИК РАН, 2006, с.479.

21. Бородин А. В. Разработка системы автоматического управления технологией производства профилированный кристаллов сапфира. // Тезисы докладов XII национальной конференции по росту кристаллов. М.: ИК РАН, 2006, с.497.

22. Бородин А. В. Патент № 2265088 (РФ). Способ выращивания профилированных кристаллов из расплава.

23. Borodin А. V. Advanced technologies of shaped sapphire fabrication. // Journal of Crystal Growth, 2008, v. 310 (7), p. 2141-2147.

24. Бородин A.B., Камынина B.E., Францев Д.Н., Юдин М.В. Исследование влияния параметров процесса кристаллизации на газовые включения в лентах сапфира, выращиваемых методом Степанова. // Кристаллография, 2009, т. 54, №4, с. 713-718.

25. Borodin А. V. Shaped sapphire crystal growth technology. //4th International Workshop on Crystal Growth Technology, 2008, p.210-216.

26. А. В. Жданов, А. В. Бородин, M. В. Юдин. Термоупругие напряжения в тонких широкопрофильных пластинах, получаемых из расплава способом Степанова. // Изв. РАН Сер. физ., 2009, т. 73, №10, с. 1407-1411.

27. А. В. Жданов, А. В. Бородин, М. В. Юдин. Температурные поля в тонких широкопрофильных пластинах, получаемых из расплава способом Степанова, в несимметричных условиях роста. // ИФЖ, 2010, т. 83, с. 447-451.

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ГРУППОВОГО ВЫРАЩИВАНИЯ САПФИРОВЫХ ПЛАСТИН.

1.1. Выращивание профилированных кристаллов сапфира способом Степанова и его исследования.

1.2. Исследование тепломассопереноса группового процесса роста сапфировых лент.

1.2.1. Математическая модель процесса, численное решение задач тепломассопереноса и алгоритм вычислений.

1.2.1.1. Тепломассоперенос в расплаве и кристаллах.

1.2.1.2 Теплообмен излучением между лентами пакета.

1.2.1.3. Термоупругие напряжения в кристаллах.

1.2.1.4. Распределение примеси в расплаве менисков.

1.2.1.5. Алгоритм вычислений.

1.2.2. Результаты исследования.

1.2.2.1. Поля температур и положения межфазных границ в лентах сапфира, выращиваемых одновременно.

1.2.2.2. Температурные напряжения в лентах сапфира.

1.2.2.3. Концентрация примеси в расплаве менисков лент.

1.3. Практическое применение результатов исследований.

1.4. Выводы.

2. ГИДРОДИНАМИКА РАСПЛАВА И ЕЕ ВЛИЯНИЕ НА УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ ВЫРАЩИВАНИЯ.

2.1. Гидростатическая и гидродинамическая модель мениска расплава.

2.2. Моделирование поля скоростей течения расплава и гидродинамического давления в расплаве.

2.3. Экспериментальное исследование влияния скорости вытягивания и теплового режима процесса кристаллизации на показания датчика веса.71 2.4. Выводы.

3. ВЫРАЩИВАНИЕ КРУПНОГАБАРИТНЫХ САПФИРОВЫХ ПЛАСТИН.

3.1. Технологии выращивания крупногабаритных монокристаллов сапфира.

3.2. Исследование влияния тепловых условий, создаваемых с помощью активного нагревателя и радиационных экранов, на поля температур и термических напряжений в крупногабаритной пластине.

3.2.1. Математическая модель процесса выращивания крупногабаритной пластины и численное решение задач тепломассопереноса.

3.2.2. Результаты исследования.

3.3. Экспериментальные процессы выращивания крупногабаритных сапфировых пластин.

3.4. Выводы.

4. КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ И ФОРМООБРАЗОВАНИЕ ИЗДЕЛИЙ С ИЗМЕНЯЕМОЙ ГЕОМЕТРИЕЙ БОКОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ.

4.1. Технологии получения сапфировых изделий сложной формы.

4.2. Исследование температурных полей в кристалле сапфира при его выращивании методом динамического формообразования.

4.2.1. Математическая модель процесса и решение задач тепломассопереноса.

4.2.2. Результаты исследования температурных полей в кристалле сапфира, выращиваемого методом динамического формообразования.

4.3. Исследование устойчивости мениска расплава и структуры кристаллов в зависимости от условий его формирования и параметров кристаллизации.

4.3.1. Методы исследования устойчивости мениска и структуры кристаллов.

4.3.2. Конструкция формообразователей и методики выращивания кристаллов с изменяемой формой боковой поверхности с их применением.

4.3.3. Результаты исследования.

4.2.3.1. Устойчивость мениска расплава и структура кристаллов для процесса кристаллизации методом локального динамического формообразования.

4.2.3.2. Устойчивость мениска расплава и структура кристаллов для процесса кристаллизации методом динамического формообразования из свободного мениска.

4.3. Выводы.

5. МИКРОВКЛЮЧЕНИЯ И ГАЗОВЫЕ ПОРЫ В ПРОФИЛИРОВАННЫХ КРИСТАЛЛАХ САПФИРА И ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИИ НА ИХ ОБРАЗОВАНИЕ.

5.1. Характерные дефекты структуры профилированных кристаллов сапфира.

5.2. Исследование микроструктуры и элементного состава микровключений в кристаллах профилированного сапфира.

5.3. Исследование структурного и химического состава молибденовых тиглей, применяемых в тепловых узлах.

5.3.1. Рекомендации по увеличению стойкости молибденовых тиглей

5.4. Исследование влияние технологических параметров процесса кристаллизации на газовые включения с помощью экспертно-программного комплекса.

5.4.1. Структура, функции ЭПК, его программная реализация и корреляционный алгоритм определения совокупности оптимальных параметров процесса.

5.4.2. Анализ технологии с помощью ЭПК и оптимизация технологии выращивания профилированных кристаллов сапфира.

5.4. Выводы.

6. ДИНАМИКА КРИСТАЛЛИЗАЦИИ И РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

ПРОЦЕССАМИ ВЫРАЩИВАНИЯ.

6.1. Выращивание монокристаллов способами Чохральского и Степанова с помощью систем автоматического управления.

6.2. Исследование динамических характеристик систем кристалл-расплав для способов Чохральского, Степанова, динамического формообразования.

6.2.1. Методика эксперимента.

6.2.2. Результаты исследования динамических характеристик.

6.2.3. Выводы.

6.3. Разработка алгоритмов автоматического управления процессами кристаллизации.

6.3.1. Управление процессом выращивания кристаллов способом Чохральского.

6.3.2. Управление процессом выращивания кристаллов способом Степанова.

6.3.3. Управление процессом выращивания кристаллов способом динамического формообразования.

6.4. Программная реализация системы автоматического управления процессами кристаллизации.

6.5. Выводы.

7. РАЗРАБОТКА ОБОРУДОВАНИЯ СЛЕДУЮЩЕГО ПОКОЛЕНИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КРИСТАЛЛОВ ИЗ РАСПЛАВА.

7.4. Выводы.

Актуальность темы

Одним из направлений исследований и разработок современной металлургии является создание технологий производства изделий с контролируемыми структурой, физико-химическими свойствами и формой. Способ Степанова и его модификации позволяют получать большую номенклатуру профилей кристаллов металлов и диэлектриков постоянного сечения и изделия более сложных форм, кристаллизуя их непосредственно из расплава. В середине 70-х годов этот способ стал успешно применяться для выращивания профилированных кристаллов сапфира с заданной формой поперечного сечения, что существенно снизило затраты на механическую обработку этого чрезвычайно твердого материала и позволило создать технологически недоступные ранее изделия из сапфира. Получение профилей различного вида, например, в форме, труб, полых и монолитных стержней, пластин, нитей со скоростью вытягивания из расплава на порядок выше, чем для объемных кристаллов, выращиваемых методом Чохральского, расширило применение сапфира как конструкционного и оптического материала. Развитие техники связи и информационных технологий, точной механики, оборудования электронной промышленности, медицины формируют новые рынки для монокристаллов сапфира. В частности, сапфировые ленты применяются для жидкокристаллических проекторов, структур типа «кремний на сапфире», защитных экранов для дисплеев мобильных телефонов, индивидуальных коммутаторов, носимых компьютеров и приборов, стрежни - для световодов, плунжерных насосов хроматографических анализаторов и медицинского оборудования, нитеводителей ткацких станков, трубы - для реакторов установок плазмохимического травления, систем ультрафиолетовой дезинфекции воды. Для большинства этих применений групповое выращивание кристаллов способом Степанова является с экономической точки зрения наиболее перспективной технологией их получения. В 80-х годах, появились изобретения и публикации по программируемому изменению формы поперечного сечения (вариационное формообразование) и геометрии боковой поверхности выращиваемого кристалла (локальное динамическое формообразование). Были получены образцы с поперечным сечением до 50 мм. Эти результаты обозначили перспективу получения сложных сапфировых деталей и узлов непосредственно из расплава.

Дальнейшее совершенствование и развитие технологии требует увеличения производительности, снижения энергоемкости, освоения производства крупногабаритных кристаллов сапфира постоянного поперечного сечения и с изменяемой геометрией боковой поверхности, повышения качества кристаллов, разработки методов контроля и управления процессами кристаллизации в реальном режиме времени.

В связи с этим наиболее актуальными проблемами, охватывающими весь спектр технологий получения профилированных изделий из сапфира, являются:

- низкое качество монокристаллических лент, выращиваемых в группе;

- высокая плотность дислокаций, блоки и двойники в крупногабаритных монокристаллах сапфира;

- малый размер профилированных изделий с изменяемой геометрией боковой поверхности (не более 50 мм);

- недостаточное оптическое качество профилированных кристаллов сапфира;

- чувствительность процесса роста и качества кристаллов к квалификации персонала;

- отсутствие технологии и оборудования для выращивания крупногабаритных профилированных монокристаллов сапфира.

Решение указанных задач связано с характерным для металлургических процессов исследованием тепломассопереноса в области фазового перехода (расплав-твердая фаза), поиском методов его контроля и управления, а также 8 с материаловедческой проблемой установления закономерностей возникновения дефектов в монокристаллах.

Процессы тепломассопереноса слишком сложны для их изучения с помощью экспериментальных измерений, особенно в малом объеме расплава формообразующего мениска. Численное моделирование тепломассопереноса, применяемое в работе, является необходимым инструментом исследования, использование которого также позволяет достичь качественно нового уровня в понимании процессов кристаллизации.

Цель работы

Целью диссертационной работы является решение важной народнохозяйственной задачи по развитию технологии выращивания профилированных кристаллов сапфира и разработке новых технологий получения изделий из них, создание научно-обоснованных алгоритмов управления процессами кристаллизации из расплава и соответствующего программного обеспечения, повышение качества кристаллов, разработка оборудования роста кристаллов для промышленного освоения результатов исследований.

В работе решались следующие задачи.

1. Исследование температурных полей, термических напряжений, возникающих в кристаллах, а также распределения примеси в расплаве при групповом выращивании лент в зависимости от тепловых условий процесса роста и расположения лент пакета, от толщины капиллярных каналов формообразователя. Определение совокупности технологических факторов, позволяющих выращивать в группе кристаллы высокого качества.

2. Исследование поля скоростей течения расплава вблизи межфазной границы в зависимости от температурного режима процесса и скорости кристаллизации с целью анализа состояния системы кристалл-расплав в ходе роста кристалла.

3. Изучение влияния тепловых условий в зоне кристаллизации, создаваемых с помощью активных нагревателей и радиационных экранов, на 9 термические напряжения в крупногабаритной сапфировой пластине и разработка методов их снижения.

4. Исследование зависимости распределения температуры в кристалле с изменяемой геометрией боковой поверхности, выращиваемого способом динамического формообразования, от скорости его вытягивания, скорости вращения, размера формообразователя. Определение значений параметров процесса, позволяющие уменьшить неоднородность распределения температуры и термические напряжения в кристалле.

5. Исследование структуры и химического состава микровключений (центров оптического рассеяния), плотности и распределения дефектов в виде газовых пор в зависимости от технологических параметров процесса выращивания профилированных кристаллов сапфира.

6. Экспериментальное исследование механической устойчивости мениска расплава, определение параметров процесса выращивания и изучение структуры кристаллов сложной формы, выращиваемых способом динамического формообразования. Создание методов управления размером мениска расплава с целью увеличения потока жидкой фазы к фронту кристаллизации для выращивания крупногабаритных кристаллов сапфира с изменяемой геометрией боковой поверхности. Разработка способов выращивания крупногабаритных изделий сложной формы.

7. Изучение механизма и установление причин разрушения молибденовых тиглей, применяемых для выращивания из расплава монокристаллов сапфира. Разработка методик повышения высокотемпературной стойкости тиглей.

8. Экспериментальное исследование динамических характеристик систем кристалл-расплав с целью разработки алгоритмов автоматического управления ростом кристаллов.

9. Создание программного обеспечения и технологий для автоматизации процессов выращивания кристаллов сапфира в группе, в виде крупногабаритных лент и полусфер.

10. Разработка конструкторской документации автоматизированного

10 оборудования роста кристаллов и промышленное освоение результатов исследований и разработок.

Научная новизна

1. С целью совершенствования и оптимизации технологии группового выращивания сапфировых пластин исследовано влияние температурных условий процесса роста, конструкции формообразователя, длины выращенного пакета на распределение температуры в менисках расплава и кристаллах, формы и положения межфазных границ, термические напряжения в кристаллах и концентрацию примеси в расплаве. Установлено, что увеличение температуры нагревателя на уровне кромок формообразователя при постоянном осевом температурном градиенте тепловой зоны совместно с уменьшением расстояния между отдельными формообразователями позволяет обеспечить равномерность высот положения межфазных границ лент пакета, снизить в них уровень термических напряжений и уменьшить значения концентрации примеси в менисках расплава.

2. Установлено, что уменьшение высоты мениска расплава, вызываемое изменением температурных условий в зоне кристаллизации, приводит к резкому росту скорости течения расплава, которая более чем на два порядка превосходит скорость кристаллизации. Влияние скорости вытягивания кристалла и размера капиллярного канала формообразователя на скорость течения намного менее существенно.

3. Показано, что движущей силой массопереноса расплава из тигля через капиллярный канал формообразователя и далее, вдоль формообразующей поверхности вплоть до межфазной границы, является сила вытягивания кристалла. Проведено исследование поля гидродинамического давления в мениске. Установлено, что изменение гидродинамической компоненты силы, действующей на межфазную границу и кристалл, превосходит изменение статических сил (веса кристалла и жидкого мениска, силы поверхностного натяжения и гидростатического давления). На основе гидродинамической модели мениска расплава получено уравнение наблюдения датчика веса кристалла, применяемого для контроля состояния системы кристалл-расплав и автоматизации управления процессом кристаллизации.

4. Изучено влияние тепловых условий, создаваемых с помощью активных нагревателей и радиационных экранов на термоупругие напряжения в крупногабаритной сапфировой пластине. Установлено, что наиболее эффективным методом управления распределением температуры и величиной термических напряжений в кристалле является изменение положения плоских радиационных экранов относительно боковых поверхностей пластины, определено оптимальное положение экранов относительно пластины, обеспечивающее минимальные напряжения.

5. Установлены закономерности формирования температурных полей в кристалле, выращиваемого из расплава способом динамического формообразования, при изменении скорости его вращения, скорости вытягивания и размера мениска расплава. Определено, что основным параметром, позволяющим управлять температурным полем вблизи кристаллизуемого слоя, является скорость вращения кристалла. Увеличение скорости вращения позволяет локализовать температурные искажения в кристалле, вносимые формообразующим устройством, и снизить термоупругие напряжения.

7. Для процесса роста кристаллов способом динамического формообразования исследована механическая устойчивость менисков расплава, для части контура контакта которых с поверхностью формообразователя выполняется лишь условие смачивания. Реализованы условия контролируемого увеличения продольного размера мениска и потока расплава к межфазной границе в ходе процесса выращивания. Разработан метод выращивания крупногабаритных кристаллов сапфира в виде полых фигур вращения из мениска расплава, свободно перемещающегося по поверхности формообразователя - способ динамического формообразования из свободного мениска (ДФСМ). Метод позволяет выращивать кристаллы

12 необходимого качества диаметром до 130 мм, в четыре раза увеличить массовую скорость кристаллизации и вдвое сократить время процесса по сравнению со способом локального динамического формообразования.

8. Разработаны алгоритмы автоматизированного формирования профиля кристалла в виде произвольной фигуры вращения, выращиваемой из расплава способом динамического формообразования, и стабилизации технологически важных параметров кристаллизации.

10. На основании результатов электронно-микроскопического исследования и рентгеновского микроанализа установлено, что оптические микродефекты структуры профилированных кристаллов (центры оптического рассеяния) с характерным размером 0,1-5 мкм представляют собой включения аморфного алюминия.

11. Изучены динамические характеристики системы кристалл-расплав для способов Чохральского, Степанова, динамического формообразования и разработаны научно-обоснованные алгоритмы автоматического управления этими процессами кристаллизации, включая адаптивные.

Практическая значимость

1. На основе результатов исследования тепломассопереноса и термических напряжений в монокристаллических лентах, выращиваемых из расплава одновременно, проведена оптимизация конструкции теплового узла, включающая изменение конструкции формообразователя и тигля, экранировки зоны кристаллизации, замену материалов теплоизоляции, коррекцию положения формообразователя в нагревателе. Разработан тепловой узел следующего поколения, позволяющий на том же оборудовании на 40-50% увеличить производительность процесса роста.

2. Разработана и изготовлена опытная установка роста кристаллов и тепловой узел для получения крупногабаритных профилированных кристаллов сапфира в виде лент и получены опытные образцы сапфировых пластин шириной 250-300 мм и длиной прямоугольной части до 400 мм.

3. Создана установка «Кристаллизационный центр» и программное I г обеспечение для выращивания кристаллов сапфира в виде фигур вращения с диаметром основания до 130 мм. Установка обеспечивает 5 степеней свободы перемещения кристалла и формообразующего устройства.

4. С помощью метода ДФСМ выращена серия сапфировых заготовок полусферической формы с диаметром основания до 130 мм для обтекателей тепловых головок самонаведения ракет класса «воздух-воздух». Создана технологическая цепочка (выращивание, термическая обработка, шлифовка и полировка) изготовления готового изделия в виде обтекателей с различным диаметром основания и кривизны поверхности. Сапфировый обтекатель полусферической формы с диаметром основания 100 мм и радиальной толщиной стенки 1,5 мм прошел успешное испытание на стендах разработчика ГСН (Азовский оптико-механический завод) и признан перспективным изделием для применения в составе ГСН ракет класса «воздух-воздух».

5. Создан унифицированный программно-технический комплекс (ПТК) установки роста кристаллов для автоматического управления технологическими процессами выращивания кристаллов способами Степанова и Чохральского, динамического формообразования. ПТК внедрен на установках роста кристаллов «Ника-С», «Ника-3», «Ника-Профиль», выпускаемых Экспериментальным заводом научного приборостроения РАН.

6. Определены режимы термической обработки тиглей, позволяющие значительно повысить их срок эксплуатации. Установлено, что причиной разрушения молибденовых тиглей является образование на их поверхности легкоплавкой эвтектики а+МооС.

7. На основании статистического анализа влияния технологических факторов процесса выращивания на качество выращиваемых в группе сапфировых лент определены параметры технологии и их значения, обеспечивающее низкую дефектность, определяемую незначительным количеством газовых включений в кристаллах пакета.

8. Разработаны установки роста кристаллов следующего поколения

Ника-Профиль» и «Ника-3» для выращивания кристаллов способами

14

Степанова, Чохральского, динамического формообразования; Освоено промышленное производство сапфировых крупногабаритных изделий в виде пластин и полусфер.

Основные положения, представленные к защите

1. Результаты исследования тепломассопереноса процесса кристаллизации профилированных лент, выращиваемых в группе, одиночных крупногабаритных пластин, кристаллов в виде фигур вращения, получаемых способом динамического формообразования, и оптимизация технологий выращивания профилированных кристаллов сапфира.

2. Результаты исследований массопереноса в мениске расплава, динамических характеристик систем расплав-кристалл и разработка научно-обоснованных алгоритмов автоматического управления процессами кристаллизации.

3. Методы формирования и условия механической устойчивости жидкого мениска расплава при выращивании кристаллов способом динамического формообразования. Создание методов управления продольным размером мениска расплава для кристаллизации из него крупногабаритных полых тел вращения. Выращивание кристаллов в виде полых фигур вращения методом динамического формообразования из свободного мениска расплава (ДФСМ).

4. Результаты электронно-микроскопического исследования и рентгеновского микроанализа структуры и химического состава микровключений в кристаллах профилированного сапфира. Закономерности влияния технологических параметров процесса выращивания на газовые включения в кристаллах. Механизм и причины разрушения молибденовых тиглей, используемых для выращивания профилированных кристаллов сапфира.

5. Создание унифицированного программного обеспечения управления установкой роста кристаллов и автоматического управления процессами выращивания способами Чохральского, Степанова, динамического

15 формообразования. Результаты выращивания кристаллов в автоматическом режиме.

6. Новые автоматизированные технологические процессы получения монокристаллов сапфира в виде крупногабаритных сапфировых пластин и изделий сложной формы.

7. Разработка установок роста кристаллов следующего поколения «Ника-Профиль» и «Ника-3» для способов Степанова, динамического формообразования, Чохральского.

Апробация работы

Результаты проведенных исследований докладывались на XIV и XV совещаниях по получению профилированных кристаллов и изделий способом Степанова и их применению в народном хозяйстве (Санкт-Петербург, 1998 и 2003 г.), конференции по проблемам роста кристаллов, пластичности и прочности к 100-летию рождения А. В. Степанова (Санкт-Петербург, 2008 г.), XII (КХХЫг, 1998 г., Иерусалим, Израиль), XIII (1ССв-13, 2001 г., Киото, Япония), XIV (ЮХт-Н, 2004 г., Гренобль, Франция), XV (1ССО-15, 2007 г., Солт-Лейк Сити, США), XVI (1ССС-16, 2010 г., Пекин) международных конференциях по росту кристаллов, X (НКРК-2002), XI (НКРК-2004), XII (НКРК-2006) национальных конференциях по росту кристаллов, международных конференциях корейской ассоциации по росту кристаллов в 1999 и 2002 г в Сеуле, Южная Корея, IV международном симпозиуме по технологии роста кристаллов (1\УСОТ-4, 2008 г., Битенберг, Швейцария).

Публикации

Результаты диссертации опубликованы в 27 работах, в том числе в 19 в ведущих рецензируемых журналах согласно перечню ВАК, 7 - в тезисах и трудах конференций и семинаров, 1 свидетельстве на изобретение.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, основных результатов и выводов, списка цитируемой литературы. Содержит 269 страниц, 98 рисунков, 20 таблиц, библиографию из 286 названий.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. С целью совершенствования и оптимизации технологии группового выращивания сапфировых пластин исследовано влияние температурных условий процесса роста, конструкции формообразователя, длины выращенного пакета на распределение температуры в менисках расплава и кристаллах, формы и положения межфазных границ, термические напряжения в кристаллах и концентрацию примеси в расплаве. Установлено, что увеличение температуры нагревателя на уровне кромок формообразователя при постоянном осевом температурном градиенте тепловой зоны совместно с уменьшением расстояния между отдельными формообразователями позволяет обеспечить равномерность высот положения, межфазных границ лент пакета, снизить в них уровень термических напряжений и уменьшить значения концентрации примеси в менисках расплава. На основе результатов исследования проведена оптимизация конструкции теплового узла, включающая изменение конструкции формообразователя и тигля, экранировки зоны кристаллизации, замену материалов теплоизоляции, коррекцию положения формообразователя в нагревателе. Разработан тепловой узел следующего поколения, позволяющий на том же оборудовании увеличить производительность процесса роста на 50% и повысить выход годных кристаллов на 10%.

2. Установлено, что уменьшение высоты мениска расплава, вызываемое изменением температурных условий в зоне кристаллизации, приводит к резкому росту скорости течения расплава, которая более чем на 2 порядка превосходит скорость кристаллизации. Влияние скорости вытягивания кристалла и размера капиллярного канала формообразователя на скорость течения намного менее существенно.

3. Показано, что движущей силой массопереноса расплава из тигля через капиллярный канал формообразователя и далее, вдоль формообразующей поверхности вплоть до межфазной границы, является 235 сила вытягивания кристалла. Проведено исследование поля гидродинамического давления в мениске. Установлено, что изменение гидродинамической компоненты силы, действующей на межфазную границу и кристалл, превосходит изменение статических сил (веса кристалла и жидкого мениска, силы поверхностного натяжения и гидростатического давления). На основе гидродинамической модели расплава мениска получено уравнение наблюдения датчика веса кристалла, применяемого для контроля состояния системы кристалл-расплав и автоматизации управления процессом кристаллизации.

4. Изучено влияние тепловых условий, создаваемых с помощью активных нагревателей и радиационных экранов на термоупругие напряжения в крупногабаритной сапфировой пластине. Установлено, что наиболее эффективным методом управления распределением температуры и величиной термических напряжений в кристалле является изменение положения плоских радиационных экранов относительно боковых поверхностей пластины, определено оптимальное положение экранов относительно пластины, обеспечивающее минимальные напряжения. На основании результатов исследования разработан тепловой узел и выращены сапфировые пластин шириной 250-300 мм и длиной прямоугольной части до 400 мм.

5. Установлены закономерности формирования температурных полей в кристалле, выращиваемого из расплава способом динамического формообразования, при изменении скорости его вращения, скорости вытягивания и размера мениска расплава. Определено, что основным параметром, позволяющим управлять температурным полем вблизи кристаллизуемого слоя, является скорость вращения кристалла. Увеличение скорости вращения позволяет локализовать температурные искажения в кристалле, вносимые формообразующим устройством, и снизить термоупругие напряжения.

6. Для процесса роста кристаллов способом динамического формообразования исследована механическая устойчивость менисков

236 расплава, для части контура контакта которых с поверхностью формообразователя выполняется лишь условие смачивания. Реализованы условия контролируемого увеличения продольного размера мениска и потока расплава к межфазной границе в ходе процесса выращивания с ростом диаметра кристалла. Разработан метод выращивания крупногабаритных кристаллов сапфира в виде полых фигур вращения из мениска расплава, свободно перемещающегося по поверхности формообразователя, - способ динамического формообразования из свободного мениска (ДФСМ). Метод позволяет выращивать кристаллы необходимого качества диаметром до 130 мм, достичь вчетверо более высокой массовой скорости кристаллизации и вдвое сократить время процесса по сравнению со способом локального динамического формообразования.

7. Созданы алгоритмы автоматизированного формирования профиля кристалла в виде произвольной фигуры вращения, выращиваемой из расплава способом динамического формообразования, и стабилизации технологически важных параметров кристаллизации.

8. С помощью метода ДФСМ выращена серия сапфировых заготовок полусферической формы с диаметром основания до 130 мм для опытных обтекателей тепловых головок самонаведения ракет класса «воздух-воздух». Создана технологическая цепочка (выращивание, термическая обработка, шлифовка и полировка) изготовления готового изделия в виде обтекателей с различным диаметром основания и кривизны поверхности.

10. На основании результатов электронно-микроскопического исследования и рентгеновского микроанализа установлено, что оптические микродефекты структуры профилированных кристаллов (центры оптического рассеяния) с характерным размером 0,1-5 мкм представляют собой включения аморфного алюминия.

11. На основе статистического анализа влияния технологических факторов процесса выращивания на качество выращиваемых в группе сапфировых лент установлены параметры технологии и их значения, обеспечивающее низкую дефектность кристаллов, определяемую

237 незначительным количеством газовых включений.

12. Установлено, что причиной разрушения молибденовых тиглей является образование на их поверхности легкоплавкой эвтектики а+Мо2С. Определены режимы термической обработки тиглей, позволяющие значительно повысить их срок эксплуатации.

13. Изучены динамические характеристики системы кристалл-расплав для способов Чохральского, Степанова, динамического формообразования и разработаны научно-обоснованные алгоритмы автоматического управления этими процессами кристаллизации, включая адаптивные.

14. Создан унифицированный программно-технический комплекс (ПТК) установки роста кристаллов для автоматического управления технологическими процессами для способов Степанова и Чохральского, динамического формообразования. ПТК внедрен на установках роста кристаллов «Ника-С», «Ника-3», «Ника-Профиль», выпускаемых Экспериментальным заводом научного приборостроения РАН.

15. Проведенные исследования позволили создать новые автоматизированные технологии получения монокристаллов сапфира в виде крупногабаритных сапфировых пластин и изделий сложной формы, установки роста кристаллов «Ника-3» и «Ника-Профиль» следующего поколения.

1. Mlavsky A.I. Shaped crystals from the melt by EFG. In «50 Years of progress in Crystal growth», Elsevier, Netherlands, 2004, p. 177-170, ISBN 0444 51650-6.

2. LaBelle H.E. et al. Method of Growing Crystalline Materials. US Patent 3650,03, 1971,6 Jul.

3. LaBelle H.E., Mlavsky A.I. Growth of controlled profile crystals from the melt. Part I. Sapphire filaments. // Mat. Res. Bull., 1971, v. 6, No 7, p. 571-579.

4. LaBelle H.E. Growth of controlled profile crystals from the melt. Part II. Edge-defined, film-fed growth (EFG). // Mat. Res. Bull., 1971, v. 6, No 7, p. 581589.

5. Chalmers В., LaBelle H.E., Mlavsky A.I. Growth of controlled profile crystals from the melt. Part III. Theory. // Mat. Res. Bull., 1971, v. 6, No 7, p. 681690.

6. Степанов А. В. Способ непрерывного получения изделий из расплавленного металла. Авт. свид. № 429880. Бюл. изобрет.,1974, № 20, с. 27.

7. Степанов А.В. Новый способ получения изделий (листов, труб, прутков разного профиля и т.д.) непосредственно из расплава. // ЖТФ, 1959, т. 29, №3, с. 381-386.

8. Степанов А.В. Будущее металлообработки. Лениздат, 1963, 132 с.

9. Цивинский С.В. Применение теории капиллярных явлений к получению изделий заданной формы непосредственно из расплава по методу А. В. Степанова. // ИФЖ, 1962, т. 5, № 9, с. 59-64.

10. Антонов П.И. Изучение капиллярных явлений в процессе роста кристаллов. // В книге «Рост кристаллов», т. 6, М.: Наука, 1965, с. 158-165.

11. Татарченко В.А., Степанов А.В. К расчету высоты жидкости при получении изделий из расплава. // Изв. АН СССР. Сер. физ., 1969, т. 33, №12, с. 1960-1966.

12. Татарченко В.А. Влияние капиллярных явлений на устойчивость процесса кристаллизации при получении из расплава профилированных образцов. // ФХОМ, 1973, № 6, с. 47-50.

13. Татарченко В.А., Сает А.И., Степанов A.B. Граничные условия задачи капиллярного формообразования при кристаллизации из расплава. // Изв. АН СССР. Сер. физ., 1969, т. 33, № 12, с. 1954-1959.

14. Татарченко В.А. Влияние тепловых условий на устойчивость процесса кристаллизации из расплава. // ИФА, 1976, т. 30, №3, с. 532-537.

15. Татарченко В. А., Левинзон Д. И., Степанов А. В. О форме столбиков жидкости обладающих большой кривизной. // Изв. АН СССР. Сер. физ., 1972, т. 36, № 3, с. 471-476.

16. Цивинский С. В. Капиллярные явления и форма кристаллов, получаемых из расплава. Труды ФТИНТ, 1974, т. 23, с. 82-90.

17. Егоров Л. П., Затуловский Л. М., Кравецкий Д. Я. и др. Сравнительные особенности выращивания кристаллов способом Степанова с применением не смачиваемых и смачиваемых формообразователей. // Изв. АН СССР. Сер. физ., 1976, т. 40, № 7, с.1361-1370.

18. Татарченко В. А. Бренер Е.А. Устойчивость процесса кристаллизации из расплава (Сообщение 1). // Изв. ВУЗов. Черная металлургия, 1976, №1, с. 140-144.

19. Татарченко В. А. Бренер Е.А. Устойчивость процесса кристаллизации из расплава ( Сообщение 2). // Изв. ВУЗов. Черная металлургия, 1976, № 3, с. 140.

20. Татарченко В. А. Капиллярное формообразование при кристаллизации (Сообщение1). // Изв. ВУЗов. Черная металлургия, 1976, № 5, с. 145-148.

21. Татарченко В. А. Капиллярное формообразование при кристаллизации (Сообщение 2). // Изв. ВУЗов. Черная металлургия, 1976, № 7, с. 135-139.

22. Татарченко В. А. Капиллярное формообразование при кристаллизации (Сообщение 3). // Изв. ВУЗов. Черная металлургия, 1976, № 9, с. 141-145.

23. Татарченко В. А., Бренер Е.А. Устойчивость процесса кристаллизации из расплава при капиллярном формообразовании // Изв. АН СССР. Сер.физ., 1976, т.40, № 7, с. 1456-1467.

24. Tatarchenko V.A. Capillary shaping in crystal growth from melts. Theory. // J. Crystal Growth, 1977, v.37, No 3, p. 272-284.

25. Tatarchenko V. A., Brener E. A. Crystallization stability during capillary shaping. I. General theory of capillary and thermal stability. // J. Crystal Growth, 1980, v.50, No l,p. 33-44.

26. Antonov P. I., Nikanorov S. P., Tatarchenko V. A. The growth of controlled profile crystals by Stepanov method. // J. Crystal Growth, 1977, v.42, No 4, p. 447-452.

27. Satunkin G.A. Tatarchenko V.A. Shape analysis and meniscus height calculations for versions types of capillary chaping. // Journ. Colloid and Interface Sci., 1985, v.104, No.32, p. 318-333.

28. Тиман Б. Л., Колотий О.Д. Устойчивость положения фронта кристаллизации в стационарных условиях при выращивании кристаллов с большой скоростью методом Степанова. В сб.: Механизм и кинетика кристаллизации. Тбилиси: Изд-во АНГССР, 1977, т. 1, с. 98-99.

29. Тиман Б. Л., Колотий О.Д. К вопросу об определении критерия тепловой устойчивости процессов выращивания кристаллов из расплавов. -Сборник науч. тр. ВНИИ монокрист. сцинтилляционных матер, и особо чист, хим. веществ, 1980, №5, с. 143-145.

30. Тиман Б.Л. Колотий О.Д. Влияние атомной кинетики и переохлаждения в объеме расплава на устойчивость положения границы раздела фаз и радиуса растущего кристалла. // Кристаллография, 1979, т. 24, № 1, с. 192-194.

31. Тиман Б.Л. Колотий О.Д. Устойчивость роста цилиндрических кристаллов из двухкомпонентных расплавов. // Кристаллография, 1980, т. 25, № 3, с. 582-589.

32. Тиман Б.Л. Колотий О.Д. Влияние периодических возмущений силы тяжести на процессы роста кристаллов. Матер. Всесоюз. совещ. по получению профил. крист. Л., 1986, с. 59-64.

33. Zhdanov А. V., Satunkin G.A., Ponomareva R. P. // Stability of liquid menisci. Journ. Colloid and Interface Sei., 1985, v. 104, No.2, p. 334-343.

34. Колотий О.Д., Зыкова А.В. Форма фронта в кристаллах корунда, выращенных методом Степанова. Состояние и перспективы развития методов получения монокрист. - Тезисы докл. 3 всесоюз. конферен., Харьков, 3-4 окт. 1985.- Черкассы, 1985, с.68.

35. Surek Т. J. Theory of shape stability in crystal growth from the melt. // J. Appl. Phis., 1976, v. 47, No 10, p. 4384-4393.

36. Surek Т., Chalmers В., Mlavsky A. I. The edge-defined-film-fed growth of controlled shape crystals. // J. of Crystal Growth, 1977, v. 42, p. 453-465.

37. Татарченко B.A. Устойчивый рост кристаллов M.: Наука, 1988,240 с.

38. Васильев М.Г., Юферев В. С. Радиационный-кондуктивный теплообмен в тонкой полупрозрачной пластине в световодном приближении при зависимости коэффициента поглощения от температуры и частоты. // ЖПМТФ, 1981, с. 98-103.

39. Антонов П.И., Бахолдин С.И., Галактионов Е.В., Троп Э.А., Вандакуров И.Ю. Влияние анизотропии теплофизических и упругих свойств на термические напряжения. // Изв. АН СССР, Сер. физ., 1983, т. 47, № 2, с. 286-292.

40. Вандакуров И.Ю., Галактионов Е.В. Асимптотический расчет температуры и термоупругих напряжений в кристаллических стержнях, выращиваемых из расплава по способу Степанова. // Изв. АН СССР, Сер. физ., 1983, т. 47, № 2, с. 279-286.

41. Вандакуров И.Ю., Галактионов Е.В., Крымов В.М. Расчет термоупругих напряжений в монокристаллах германия прямоугольного сечения. В сб.: Материалы 9 Совещания по получению профилирования кристаллов. //Л., 1982, с. 84-87.

42. Бахолдин С.И., Галактионов Е.В., Засимчук И.К., Фомин A.B. Дислокационная структура и термоупругие напряжения в монокристаллах цинка. В сб.: Матер. 9 Совещания по получению профилированных кристаллов// Ленинград, 1982, с. 88-90.

43. Крымов В.М., Галактионов Е.В., Кузнецов С.П. Термоупругие и остаточные напряжения в ленточных кристаллах фтористого лития. В сб.: Матер. Всесоюзного совещания по получению профилирования кристаллов. //Ленинград, 1986, с. 188-192.

44. Антонов И.И, Крымов В.М., Носов Ю.Г., Галактионов Е.В. Образование полос скольжения под действием термических напряжений при выращивании профилированных кристаллов полупроводников. // Изв. АН СССР, Сер. физ., 1983, т. 47, № 2, с. 306-314.

45. Antonov P.I., Galactionov E.V., Krymov V.M., Kolesnikov E.N., Yuferef V.S. The formation of a dislocation structure in ribbon-shaped germanium single crystal under thermal stress. // J. Crystal Growth, 1980, v.50, №1, p. 325329.

46. Antonov P.I., Bakholdin S.I., Krymov V. M., Nikanorov S.P. Formation of dislocation structure in shaped single crystals during their growth from the melt by Stepanovvs metod. // Cryst. Res & Technol., 1984, v. 19, No 6, p. 769-780.

47. Ettouney H.M., Kalejs J.P. and Brown R.A. Analysis of operating limits in edge-defined film-fed crystal growth. // J. Crystal Growth, 1983, v. 62, p. 230246.

48. Kalejs J.P., Chin L.Y., Carlson F.M. Interface shape studies for silicon ribbon growth by the EFG technique. I. Transport phenomena modeling. // J. Crystal Growth, 1983, v. 61, p. 473-484.

49. Ettouney H.M. and Brown R.A. Mechanisms for lateral solute segregation in edge-defined film-fed crystal growth. // J. Appl. Phys, 1984, v. 55, p. 4384-4391.

50. Ettouney H.M., Kalejs J.P and Brown R.A. Comparison of finite element245calculations and experimental measurements in edge-defined film-fed growth of silicon sheets. I I J. Crystal Growth, 1984, v.70, p. 306-313.

51. Kalejs J.P., Ettouney H.M. and Brown R.A. Finite element analysis of process control and operation limits in edge-defined film-fed silicon and sapphire ribbons: A review. // Acta Physica Hungarica, 1985, v. 57, p. 189-203.

52. Sackinger P.A., Brown R.A., and Derby J.J. A finite element method for analysis of fluid flow, heat transfer and free interfaces in Czochralski crystal growth. // Intern. J. Numer. Meth. Fluids 9(4), 1989, p. 453-492.

53. Kuppurao S. and Derby J.J. Finite element formulations for accurate calculation of radiant heat transfer in diffuse-gray enclosures. // Numer. Heat Transfer, Part B: Fundamentals 24, 1993, p. 431-454.

54. Brandon S. and Derby J.J. A finite element method for conduction, internal radiation, and solidification in a finite axisymmetric enclosure. // Int. J. Num. Meth. Heat Fluid Flow 2, 1992, p. 299-333.

55. Kuppurao S., Tantra I. and Derby J.J. Parallel computation of radiation view factors between two arbitrarily oriented surfaces. // Comm. Numer. Meth. Engineering. 1996, v. 12, p. 43-50.

56. Юферев B.C., Васильев М.Г, Проэкт Л.Б. Новый метод решения задач переноса излучения в излучающих, поглощающих и рассеивающих средах. // ЖТФ, 1997, том 67, выпуск 9, с.1-7.

57. Руколайне С.А., Юферев B.C., Васильев М.Г., Колесникова Э.Н. Численное решение осесимметричных задач переноса излучения методом характеристик. В кн.: Вопросы математической физики и прикладной математики // СПб, ФТИ им. Иоффе РАН, 2001, с. 263-271.

58. Васильев М.Г., Юферев B.C. Моделирование процессов теплообмена с учетом объемного тепловыделения в нагревателе при выращивании трубчатых кристаллов сапфира из расплава методом Степанова.//Изв. Акад. Наук Сер. Физ., 1999, т. 63, №9, с. 1798-1806.

59. Куандыков Л.Л. Исследование процесса выращивания способом Степанова лент сапфира различной ориентации. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. // СПб., 2004.

60. Куандыков Л.Л., Бахолдин С.И., Шульпина И.Л., Антонов П.И. Модель образования блочной структуры в базисноограненных лентах сапфира. // Изв. РАН, Сер. Физ., 2005, т. 68, 6, с. 784-792.

61. Kuandykov L.L., Bakholdin S.I., Shulpina I.L., Antonov P.I. Model of a block structure generation in basal-faceted sapphire ribbons. // J. Cryst. Growth, 2004, v. 275, 1-2, p. 625-631.

62. Yuferev V.S, Krymov V.M., Kuandykov L.L., Bakholdin S. I., Nosov Y.G., Shulpina I.L., Antonov P.I. The growth of sapphire ribbons with a basal facet surface. // J. Cryst. Growth, 2005, v.275, 1-2, p. 785-790.

63. Васильев М.Г., Юферев B.C. Влияние радиационного переноса тепла на форму фронта кристаллизации на стадии разращивания базисноограненных лент сапфира. // Изв. РАН, Сер. Физ., 2004, т.68, №6, с. 814-821.

64. Денисов А.В., Крымов В.М., Пунин Ю.О. Исследование оптических аномалий и остаточных напряжений в базисноограненных ленточных кристаллах сапфира, выращенных методом Степанова. // ФТТ, 2007, т. 49, 3, с. 454-459.

65. Жданов А.В., Николаева Л.П. Температурные напряжения в трубах, получаемых из расплава способом Степанова, в процессе их остывания. // ИФЖ, 1995, т. 68, № 1, с. 86-91.

66. Жданов В.А., Бородин В.А., Николаева Л.П. Термоупругие напряжения в трубах, получаемых из расплава способом Степанова. // ИФЖ, 1993, т. 61, № 1, с. 469-745.

67. Zhdanov A.V., Nikolaeva L.P., Rossolenko S.N. Thermoelastic stressesin ribbons and tubes grown from the melt by the Stepanov method. // J. Of247

68. Materials Science, 1997, v. 30, p. 75-84.

69. Бородин B.A., Жданов A.B., Францев Д.Н. Математическое моделирование распределения примеси в мениске расплава при росте профилированных кристаллов сапфира // Физика кристаллизации. М.: Физ. Мат. Лит., 2002, с. 276-284.

70. BUNOIU О., DUFFAR Т., THEODORE F., SANTAILLER J.L., NICOARA I. Numerical Simulation of the Row Field and Solute Segregation in Edge-Defined Film-Fed Growth. // J. of Crystal Growth, 2001, v. 12, p. 707-717.

71. Kurz M., Pusztai A., and M'uller G. Development of a new powerfull computer code CrysVUN++ especially designed for fast simulation of bulk crystal growth processes. // J. Crystal Growth, 19991, v. 98, p. 101-106.

72. Lan C. W. Recent progress of crystal growth modeling and growth control. // Chemical Engineering Science, 2004, v. 59, p. 1437-1457.

73. Yeckel A. and J. J. Derby Computer Modelling of Bulk Crystal Growth in Bulk Crystal Growth of Electronic, Optical and Optoelectronic Materials, Willey, Feb. 2005, 574 p.

74. Muller G. and Friedrich J. Challenges in modeling of bulk crystal growth. J. of Crystal Growth, 2004, v. 266, No 1-3, p. 1-19.

75. Fischer В., Friedrich J., Jung Т., Hainke M., Dagner J., Fiihner T. and Schwesig P. Modeling of industrial bulk crystal growth—state of the art and challenges. // J. of Crystal Growth, 2005, v. 275, No 1-2, 15 February, p. 240-250.

76. Kalaev.V., Makarov.Y., Yuferev, V. Zhmakin. Modeling of semitransparent bulk crystal growth. In: Crystal Growth Technology. From Fundamentals and Simulation to Large-scale Production, 2008, WILEY-VCH VERLAG GMBH, c. 205-228.

77. Use of CGSim package for analysis and optimization of Cz, LEC, and VCz growth of semiconductor crystals. URL: http://www.softimpact.ru/liles/CGSimoverview.pdf (дата обращения: 23.11.2007).

78. Jloxapy Э.Х., Юферев B.C., Антонов П.И. Особенности распределения температуры при одновременном выращивании нескольких пластин. // Изв. АН СССР, Сер. физ., 1980, т. 44, № 2, с. 276-278.

79. Зигель Р., Хауэл Дж. Теплообмен излучением. М.: Мир,1975, 934 с.

80. Бородин А. В., Жданов А. В., Николаева Л. П., Петьков И. С. Моделирование пакетного роста кристаллических лент из расплава способом Степанова. // Изв. РАН, Сер. Физ., 1999, т. 9, стр. 2000-2015.

81. Бородин А. В., Жданов А. В., Николаева Л. П., Петьков И. С., , Чупятова Л. П. Температурные напряжения в пакете лент, получаемых израсплава методом Степанова. // ИФЖ, 2001, т. 74, стр. 106-112.

82. Borodin A.V., Borodin V.A., Zhdanov А. V., Petkov I. S. Computer modeling of a multi-run growth technique for sapphire ribbons. // J. of Ceramic Processing Research, v. 4 (2003), No 2. pp. 49-55.

83. Сатункин Г. А. Автоматизация способа Чохральского сfиспользованием моделей малой размерности. Докторская диссертация. Москва, 1994.

84. Satunkin G.A. Mathematical modelling and control system design of Czochralski and liquid encapsulated Czochralski processes: the basic low order mathematical model.//Journal of Crystal Growth, 1995 v.154, p. 172-188.

85. Бородин А. В., Жданов А. В., Бородин В. А. Гидродинамикарасплава и уравнение наблюдения при выращивании кристаллических лентиз расплава способом Степанова. // Изв. РАН, Сер. Физ., 1999, т. 9, стр. 1994249I

86. Bardsley W., Green G.W., Holliday C.H. , Hurle D.T.J. Automatic control of Czochralski crystal growth. // J. of Crystal Growth , 1972, v. 16 , p. 277279.

87. Zinnes A.E. , Nevis B.E. Automatic diameter control of Czochralski grown crystals. //J. of Crystal Growth, 1973, v. 19, p. 187-192.

88. Bardsley W., Cockayne J., Green G.B., Hurle D.T., Iause G.C., Roslington J.K., Tuflon P.J., Webber H.C. Developments in the Weighing Method of Automatic Crystal Pulling. // J. Crystal Growth, 1974, v. 24/25, p. 369-373.

89. Bardsley W., Hurle D.T., Joyce G.C., Wilson G. Weighing Method of Automatic Czocralsky Crystal-Growth. 2. Control Equipment. //J. Crystal Growth, 1977, v. 40, No 1, p. 21-28.

90. Лейбович B.C., Сухарев B.A., Шушков B.M. Автоматическая система регулирования радиуса кристаллов. // Приборы и системы управления, 1983, № 3, с. 17-21.

91. Лейбович В. С. Динамические модели процессов кристаллизации из расплава. В кн.: Математические модели В АСУ ТП: Сб. науч. тр. ЦНИИКА//М.: Энергатомиздат, 1984, с. 8.

92. Лейбович B.C., Затуловский Л.М. и др. Использование сил поверхностного натяжения в качестве параметра автоматического регулирования процесса выращивания профилированных кристаллов. // Изв. АН СССР, Сер. физ., 1985, т . 49, № 12, с. 2335-2341

93. Лейбович B.C. Динамика формообразования кристаллов по способу Степанова. // Изв. АН СССР. Сер. физ., 1983, т.47, № 2, с. 219-229.

94. Kurlov V.N., Rossolenko S.N. Growth of shaped sapphire crystals using automated weight control. // J. of Crystal Growth, 1997, p.417-426.

95. Курлов B.H., Россоленко C.H. Выращивание крупногабаритных сапфировых лент для использования в оптике. // Изв. АН, Сер. физ., 1999, т. 63, №9, с.1711-1717.

96. Rossolenko S.N. Menisci masses and weights in Stepanov (EFG) technique: ribbon, rod, tube. //J. of Crystal Growth, 2001, v. 231, p. 306 315.

97. Россоленко C.H., Курлов B.H., Асрян A.A. Анализ профильных кривых менисков для процесса выращивания кристаллов по способу Степанова. Часть I. // Материаловедение, № 9, 2008, с. 6 16.

98. Россоленко С.Н., Курлов В.Н., Асрян А.А. Анализ профильных кривых менисков для процесса выращивания кристаллов по способу Степанова. Часть II. // Материаловедение, № 10, 2008, с. 2 8.

99. Rossolenko S.N., Kurlov V.N., Asrian А.А. Analysis of the profile curves of the menisci for the sapphire tubes growth by EFG (Stepanov) technique. // J. of Crystal Research and Technology, 2009, v. 44, No 7, p. 689-700

100. Rossolenko S.N., Kurlov V.N., Asrian A.A. Analysis of the profile curves of the menisci for the sapphire capillaries and fibers growth by EFG (Stepanov) technique. // J. of Crystal Research and Technology, 2009, v. 44, No. 7, p. 701-706.

101. Россоленко C.H., Курлов B.H., Асрян A.A. Исследование профильных кривых менисков для процесса выращивания кристаллов по способу Степанова. // Известия РАН, Сер. физ., 2009, т. 73, № 10, с. 13981402.

102. Лыков А. В. Тепломассообмен. Справочник. Издательство "Энергия", 1978, 480 с.

103. Borodin A. V., Borodin V. A., Sidorov V. V., and Pet'kov I. S. Influence of growth process parameters on weight sensor readings in the Stepanov (EFG) technique. //J. of Crystal Growth, 1999, v. 198-199, No 1, p. 215-219

104. Schmid F. and Viechnicki D. Growth of Sapphire Disks from the Melt by a Gradient Furnace Technique. // J. Am. Ceram. Soc., 1970, № 53, p. 528-529.

105. Schmid F. A Dream That Came True: Reminiscences of Fred Schmid on the Occasion of Crystal Systems 25th Aniversary, Crystal Systems. Salem, Massachusetts, 1997.

106. Schmid F., Khattak C.P. Current status of sapphire technology for window and dome applications. // SPIE Window and Dome Technologies and materials, 1989, v. 1096, p. 25-31.

107. Schmid F., Khattak C.P., Rogers H.H. et all. Current status of very large sapphire crystal growth for optical applications. // SPIE Window and Dome Technologies and materials, 1999, v. 3705, p. 70-76.

108. Askinazi J., Wientzen R.V., Khattak C.P. Development of large aperture, monolithic sapphire optical windows. // SPIE Window and Dome Technologies and materials, 2001, v. 4375, p. 1-11.

109. Мусатов М.И. Крупные кристаллы корунда нулевой ориентации. -В сб. Тезисы докладов V всесоюзного совещания по росту кристаллов, т. 2. Тбилиси: 1977, с 281.

110. Мусатов М.И. Крупные кристаллы корунда высокого оптического качества // Изв. АН СССР. Неорганич. матер., 1976, т. 12, № 2, с. 358.

111. Пресс-релиз. «Монокристалл» первым в мире начал производство сверхбольших пластин из сапфира для светодиодов. URL: http://www.energomera.ru/images/news/20080827/PR%20Aug%2027-2008.pdf (дата обращения: 1.09.2008).

112. Багдасаров Х.С. Проблемы выращивания крупных тугоплавких монокристаллов В сб. Тезисы докладов V всесоюзного совещания по росту кристаллов, ч. II. Ереван: 1972, с. 6.

113. Патент 18923 А, 1997 (Украина). Данька А. Я., Катрич Н. П. и др.

114. Самый большой в мире монокристалл выращен в Луганске. URL: http://www.epochtimes.com.ua/ru/articles/view/3/8457.htmlдата обращения: 1.1.2008)

115. Locher J.W., Zanella S., Bates H.E., Tatarchenko V. Production of large sapphire crystals by EFG. Abstract book of XIV International conference of crystal growth // Grenoble, 2004, p.560.

116. Saint-Gobain sapphire. URL: http://www.photonics.samt-gobain.com/Media/Documents/efgirapps.pdf (дата обращения: 23.11.2007).

117. Курлов B.H., Россоленко С.Н. Выращивание крупногабаритных сапфировых лент для использования в оптике. // Известия РАН, Сер. физ., т. 63, №.9, 1999, с. 1711-1718.

118. Жданов А. В., Бородин А. В., Юдин М. В. Температурные поля в тонких широкопрофильных пластинах, получаемых из расплава способом Степанова, в несимметричных условиях роста. // ИФЖ, 2010, т. 83, с. 447451.

119. Жданов А. В., Бородин А. В., Юдин М. В. Термоупругие напряжения в тонких широкопрофильных пластинах, получаемых из расплава способом Степанова // Изв. РАН Сер. физ., 2009, т. 73, №10 с. 14071411.

120. Borodin А. V. Advanced technologies of shaped sapphire fabrication. // J. of Crystal Growth, 2008, v. 310. No 7, p. 2141-2147.

121. Borodin V.A., Steriopolo T.A., Tatarchenko V.A. Growth of sapphire profiled crystals by the variable shaping technique. European Meeting on Crystal Growth482. Materials for Electronics, Prague, 1982, p. 320.

122. Borodin V.A., Steriopolo T.A., Tatarchenko V.A. The Variable Shaping Technique A New method of Sapphire Growth // J of Cryst. Res and Technology, 1985, v. 20, No 6, p. 833-839.

123. Егоров Л.П., Затуловский Л.M., Кравецкий Д.Я. Устройство длявыращивания кристаллов переменного сечения. A.C.SU № 1358483AI. СЗО В15/34 от 30.12.85.

124. Абросимов Н.В., Бородин В.А., Стериополо Т.А., Татарченко В.А. Устройство для выращивания профилированных кристаллов. A.C. № 1075776AI. СЗО В15/34 от 02.07.82.

125. Бородин В.А., Стериополо Т.А., Татарченко В.А. Способ получения кристалла с переменным сечением и устройство для его осуществления. A.C.SU № 1251592А. СЗО В15/34 от 31.07.84.

126. Бородин В.А., Стериополо Т.А., Татарченко В.А. Устройство для выращивания профилированных кристаллов из расплава. A.C. SU № 1228527А. С30В 15/34 от 14.06.84.

127. Бородин В.А., Стериополо Т.А., Татарченко В.А.Устройство для получения монокристаллических трубчатых изделий. A.C. SU № 1238428А. С30В 15/34 от 14.06.84.

128. Бородин В.А., Сидоров В.В., Стериополо Т.А. Устройство для получения кристаллических изделий с переменным сечением. A.C.SU № 1408815AI. СЗО В15/34 от 05.12.85.

129. Пельц Б.Б., Затуловский Л.М., Кравецкий Д.Я., Егоров Л.П., Натрусный Н.И., Сергеев В. И., Кекало С.И., Браиловский В.Б. Способ получения профилированных кристаллов. A.C.SU № 1271150А. С30В15/34 от 04.05.84.

130. Алябьев И.В., Артемов С.В., Папков B.C., Перов В.Ф. Способ получения монокристаллических профилированных изделий из сапфира. A.C.SU № 1266251AI. С30В15/34 от 28.04.86.

131. Бородин В.А., Стериополо Т.А., Татарченко В.А. Способ получения кристалла с переменным сечением и устройство для его осуществления. A.C.SU № 1251592А. СЗО В15/34 от 31.07.84.

132. Бородин В.А., Стериополо Т.А., Татарченко В.А. Выращивание профилированных кристаллов сапфира способом вариационногоформообразования. В кн. "Рост кристаллов", М., "Наука", 1986, т. 15, с. 170.

133. Borodin V.A., Steriopolo Т.А., Tatarchenko V.A. The Variable Shaping Technique. // J. of Cryst. Res. and Technology, 1985, v. 20, No 6, p. 833837.

134. Borodin V.A., Sidorov V.Y., Steriopolo T.A., Tatarchenko V.A. Variable shaping growth of refractory oxide shaped crystals.// J. Crystal Growth, 1987, v. 82, No l,p. 89-94.

135. Антонов П. И., Носов Ю. Г., Никаноров С. П. Формообразование кристаллов из элемента формы расплава. // Изв. АН СССР. Сер физ.,1985, т.49, № 12, с.2298-2300.

136. Borodin V.A., Sidorov V.V., Rossolenko S.N., Steriopolo Т.A., Tatarchenko V.A. Local shaping technique and new growth apperatus for complex sapphire products. // J. of Crystal Growth, 1990, v. 10, № 1, p. 68-76.

137. Сидоров B.B. Кандидатская диссертация, Черноголовка 1991, с.53.69.

138. Бородин B.A., Осипьян Ю.А. Развитие технологий формообразования кристаллов, получаемых из расплава. // Поверхность. Рентгеновские, синхронные и нейтронные исследования, 2001, №10, с.90-96.

139. Kurlov V.N., Theodore F. Growth of sapphire crystals of complicated shape. //J. of Cryst. Res. and Technology, 1999, v. 34, No. 3, p. 293-300.

140. Theodore F., Duffar F., Santailler J.L., Pesenti J., Keller M., Dusserre P., Louchet F., Kurlov V.N. Sapphire hemispheres grown by the GES method. // Bull. Rus. Acad. Sci., Physics, 1999, v. 63, No 9, p. 1323-1326.

141. Theodore F., Duffar F., Santailler J.L., Pesenti J., Keller M., Dusserre P., Louchet F., Kurlov V.N. Prevention of cracking during sapphire hemisphere growth by the GES method // Bull. Rus. Acad. Sci., Physics, 1999, v. 63, No 9, p. 1327-1333.

142. Ruckman J.L., Fess E.M., Pollicove H.M. Deterministic process of manufacturing Conformal (Freedom) optical surfaces. // SPIE Window and Dome Technologies and materials, 2001, v. 4375, p. 108-116.

143. Smith M.B., Schmid K., Schmid F., Khattak C.P. Correlation of crystallographic orientation with processing of sapphire optics. // SPIE Window and Dome Technologies and materials, 1999, v. 3705, p. 85-94.

144. Shanon R.R. Overview of conformal optics // SPIE Window and Dome Technologies and materials, 1999, v. 3705, p. 180-188.

145. Trotta P.A. Precision conformal optics technology program. // SPIE Window and Dome Technologies and materials, 2001, v. 4375, p. 96-100.

146. Khattak C.P., Schmid F. Production of near-net-shaped sapphire domes using the Heat Exchanger Method (HEM). // SPIE Window and Dome Technologies and materials, 1992, v. 1760, p. 41-45.

147. Biderman S., Horowitz A., Einav Y., Ben Amar G., Gazit D., Stern A. and Weiss M. Production of Sapphire Domes by the Growth of Near-Net-Shape Single Crystals. // Proc. SPIE, 1991, v. 1535, p. 27-34.

148. Horowitz A., Biderman S., Gazit D., Einav Y., Amar G. Ben and Weiss M. The Growth of Dome Shaped Sapphire Crystals by the GSM Method. // J. of Cryst. Growth, 1993, v. 128, p. 824-828.

149. Locher J.W., Bennett H.E., Archibald P.C., Newmyer C.T. Large diameter sapphire dome: fabrication and characterization. // SPIE Window and Dome Technologies and materials, 1990, v. 1326, p. 2-10.

150. Locher J.W., Bates H.E., Severn W.C. et all. 80 mm EFG sapphire dome blanks yield high-quality low-cost single crystal domes. // SPIE Window and Dome Technologies and materials, 1992, v. 1760, p. 48-54.

151. Kurlov V.N., Epelbaum B.M. Fabrication of near-net-shaped sapphire domes by noncapillary shaping method. // J. of Cryst. Growth, 1997, v. 179, p. 175-180.

152. Бородин B.A., Бородин A.B., Жданов A.B., Юдин М.В., Францев Д.Н. Температурные поля в трубах, получаемых из расплава методом локального формообразования. // Изв. РАН Сер. физ., 2004, т. 68, №6 стр. 820-824.

153. Бородин В.А., Сидоров В.В., Татарченко В.А. Устойчивость процесса кристаллизации труб способом локального формообразования. // Изв. АН СССР, Неорг. мат., 1990, т. 26, № 1, с. 206-210.

154. Бородин А. В. Патент № 2265088 (РФ). Способ выращивания профилированных кристаллов из расплава.

155. Chalmers В., LaBelle H. E., Mlavsky A. I. Growth of controlled profile crystals from the melt. Part III. Theory.// Mat. Res. Bull., 1971, v. 6, No 7, p. 681-690.

156. Pollock J.T.A. Filamentary sapphire. Part 1. Growth and microstructural characterization. //J. Mater.Sci., 1972, v. 7, p. 631-648.

157. Pollock J.T.A. Filamentary sapphire. Part 2. Fracture strength in tension. // J. Mater.Sci., 1972, v. 7, p. 649-653.

158. Pollock J.T.A. Filamentary sapphire. Part 3. The growth of void-free sapphire filaments at rates up to 3,0 cm/min. // J. Mater.Sci., 1972, v. 7, p. 787792.

159. Wada K., Hoshikawa K. Growth and characterization of sapphire ribbon crystals. // J. of Crystal Growth, 1980, v. 50, No 1, p.151-159.

160. Tatarchenko V. A., Yalovets Т. N., Satunkin G. A., Zatulovsky L. N., Egorov L. P., Kravetsky D. Ya. Defects in shaped sapphire crystals. // J. of Crystal Growth, 1980, v. 50, N 1, p. 335-340.

161. Dobrovinskaya E. R., Linvinov L. A., Pishchick V. V. Morphology and structural perfection of shaped sapphire. // J. of Crystal Growth, 1980, v. 50, No 1, p. 341-344.

162. Перов В. Ф., Папков В. С., Иванов И.А. Дефекты в лентах сапфира, полученных способом Степанова. // Изв. АН СССР. Сер. физ., 1979, т. 43, № 9, с. 1977-1981.

163. Яловец Т.Н., Бондаренко Л. В., Бородин В.А., Стериополо Т. А., Основные типы пор в профилированном сапфире и механизмы их образования. Препринт, Черноголовка, 1983, 20 с.

164. Жданов А.В., Сатункин Г.А., Татарченко В.А., Тальяновская Н.Н. Цилиндрические поры в рачтущем кристалле. // Изв. АН СССР. Сер. физ., 1979, т. 43, № 9, с. 1971-1976.

165. Березина И.Е., Цивинский С. В., Затуловский Л.М. Некоторые закономерности формирования дефектов в профилированных кристаллов сапфира. // Изв. АН СССР. Сер. физ., 1985, т. 49, № 12, с. 2398-2404.

166. Тиллер В. А. В кн.: Теория и практика выращивания258монокристаллов. M.: Металлургиздат, 1968, 294 с.

167. Бородин В.А., Стериополо Т. А., Татарченко В.А., Яловец Т.Н. Распределение газовых включений и совершенство профилированных кристаллах сапфира. // Изв. АН СССР. Неорган, матер., 1985, т. 21, № 5, с. 798-801.

168. Borodin B.A.,Steriopolo Т.А., Tatarchenko V.A., Yalovets T.N. Control over gas bubble distribution in shaped sapphire crystal. // J. of Cryst.Res & Tech., 1985, v. 20, No 3, p. 301-306.

169. Бородин B.A., Стериополо Т. А., Татарченко B.A., Яловец Т.Н. Совершенствование процесса выращивания профилированного сапфира. // Изв. АН СССР. Сер. физ., 1983, т. 47, № 2, с. 368-374.

170. Бородин В.А., Стериополо Т. А., Татарченко В.А., Яловец Т.Н., Бондаренко Л. В. Реальная структура профилированных кристаллов сапфира в связи с условиями выращивания. // Изв. АН СССР. Сер. физ., 1985, т. 49, № 12, с. 2380-2385.

171. Бородин В.А., Стериополо Т. А., Татарченко В.А., Яловец Т.Н. Влияние физико-химических условий процесса кристаллизации на совершенство профилированных кристаллов сапфира. В кн.: Рост кристаллов, т 15. -М.: Наука 1986, с. 157-169.

172. Яловец Т.Н., Бородин В.А., Лежнев А.Е., Сихарулидзе Г.Г., Стериополо Т. А., Татарченко В. А. Состав газовых включений в профилированных кристаллах сапфира. // Изв. АН СССР. Неорган, материалы, 1985, т. 21, № 2, с. 262-264.

173. Яловец Т.Н., Бородин В.А., Образование вакансионных пор при259отжиге профилированных кристаллов сапфира. // Изв. АН СССР. Неорган, материалы, 1988, т. 24, № 6, с. 946-949.

174. Borodin В.A., Ionov A.M., Tatarchenko V.A., Yalovets T.N., Foreign precipitates in Stepanov-grown sapphire tubes. // J. of Crystal.Res and Technol., 1984, v. 19, No 9, p. 90-93.

175. Borodin B.A., Ionov A.M. and Yalovets T.N., Voids formation upon annealing of shaped sapphire crystals. // J. Crystal Growth, 1990, v. 104, No 1, p. 157-164.

176. Бородин B.A., Стериополо Т. А., Татарченко В.А., Чернышева Л.И., Яловец Т.Н. Ионов A.M. Получение сапфировых трубок способом Степанова при высоких скоростях роста. // Изв. АН СССР. Неорган, материалы, 1985, т. 21, № 8, с. 1342-1356.

177. Курлов В.Н.,.Беленко С.В, Россоленко С.Н. Контроль и предотвращение образования газовых включений при выращивании профилированных кристаллов сапфира. // Материаловедение, 2003, № 9, с. 44-51.

178. Yalovets T.N., Gurjiyants Р.А., Kurlov V.N., Theodore F., Delepine J. One of the possibilities to improve the optical quality of as-grown sapphire shaped crystals. // J. of Cryst. Res. and Technol., 1999, v. 34, No. 7, p. 821-824.

179. Багдасаров X. С., Арзуманян Г.А., Раднов С.Н., Белых И.Г. Влияние условий кристаллизации на содержание газообразующих примесей в кристаллах лейкосапфира. // Кристаллография, 1987, т. 32, № 2, с. 467-472.

180. Гринченко Ю.Т., Добровинская Е. Р., Литвинов Л. А., Пищик В.В., Цайгер А. М. О дефектах структуры монокристаллических корундовых трубок. // Кристаллография, 1975, т. 20, № 4, с. 878-879.

181. Батыгин В. Н. Багдасаров Х.С. Куликов В.И., Рыбкин В.Н., Куликова С. В. Выращивание кристаллов a-AL203 заданного профиля. // Кристаллография, 1975, т. 20, № 4, с. 880-882.

182. Гринченко Ю.Т., Добровинская Е. Р., Литвинов Л. А., Пищик В.В.,

183. Тучинский Е. А. Влияние скорости выращивания профилированных260монокристаллов корунда на их морфологию и структурное совершенство. -В. сб.: Монокристаллы и техника, в. 12, Харьков, 1975, с. 42-45.

184. Гринченко Ю.Т., Добровинская Е. Р., Звягинцева И.Ф., Литвинов Л. А., Пищик В.В. Характерные особенности структурного совершенства профилированных кристаллов корунда. // Изв. АН СССР. Сер. физ., 1979, т. 43, №9, с. 1499-1502.

185. Novak R.E., Kim K.M. Dislocations in 1012 sapphire ribbons grown by EFG process. // J. Crystal Growth, 1980, v.50, №1, p. 330-334.

186. Single crystal sapphire. URL: http://global.kyocera.com/prdct/fc/product/pdf/scsapphire.pdf (дата обращения: 23.11.2007).

187. Single crystal sapphire growth. URL:http://www.namiki.net/product/ybo/sapphire/crystal.html (дата обращения: 23.11.2007).

188. Бородин А. В., Бородин В. А., Искоростинская В. Е., Стериополо Т. А., Ходос И. И., Некрасов А. Н. Исследование микровключений в профилированных кристаллах сапфира. // Материалы электронной техники. Известия вузов, 2010, №2, с. 29-33.

189. Структура и свойства металлов и сплавов. Справочник. Барабаш О.М. Коваль Ю.Н. Кристаллическая структура металлов и сплавов. Киев, Наукова думка. 1986, с. 204.

190. Структура и свойства металлов и сплавов. Справочник. Барабаш О.М. Коваль Ю.Н. Кристаллическая структура металлов и сплавов. Киев, Наукова думка. 1986, с.212.

191. Структура и свойства металлов и сплавов. Справочник. Барабаш О.М. Коваль Ю.Н. Кристаллическая структура металлов и сплавов. Киев, Наукова думка. 1986, с.214.

192. Физические величины, под ред. Григорьева И.С., Мейлихова Е.З., М.:Энергоатомиздат, 1991, 358 с.

193. Штремель М.А. Прочность сплавов, ч. II. Деформация. М., МИСиС, 1997, с. 284.

194. Штремель М.А. Прочность сплавов, ч. II. Деформация. М., МИСиС, 1997 стр. 290-291

195. Duane Boning, William Moyne, Taber Smith, James Moyne et all. Run by Run Control of Chemical-Mechanical Polishing.// IEEE Trans. CPMT (C), 1996, v. 19, No. 4, p. 307-314.

196. Run-to-run control in semiconductor manufacturing. London New York Washington, D.C. 2001 by CRC Press LLC.

197. Бородин A.B., Камынина B.E., Францев Д.Н., Юдин М.В. Исследование влияния параметров процесса кристаллизации на газовые включения в лентах сапфира, выращиваемых методом Степанова.// Кристаллография, 2009, т. 54, №4. с. 713-718.

198. Digges T.G., Hopkins R.H., Seidensticker R.G. The Basis of the Automatic Diameter Control Utilizing "Bright Ring" Meniscus Reflection // J. of Crystal Growth, 1975, v. 29, No 3, p. 326-328.

199. Patzner E.J., Dessauer R.G., Poponiak M.R. Automatic diameter control of Czochralski crystals // Solid State Technol., 1967, No 10, p.25-30.

200. Cartner K.J., Rittinghaus K.P., Seeger A., Uelhoff W. An Klestronic Device Including a TV-System for Controlling the Crystal Diameter during Czochralsky Growth. // J. Crystal Growth, 1971, v.13, No 14, p. 619-625.

201. O'Kane D.F., Kwap T.W., Gulits L., Bednowitz A.L. Infrared TV-System of Computer Controlled Czochralsky Crystal Growth. // J. of Crystal Growth, 1978, v. 13/14, p. 624-630.

202. Digges T.G., Hopkins R.H., Seidensticker R.G. // The Basis of the Automatic Diameter Control Utilizing "Bright Ring" Meniscus Reflection. // J. of Crystal Growth, 1975, v. 29, No 3, p. 326-330.

203. Wang X. Z., Roberts K. J. and Ma C. Crystal growth measurement using 2D and 3D imaging and the perspectives for shape control. // J. of Chem.

204. Engineer. Science, 2008, v. 63, No 5, p. 1173-1184.

205. Тиман Б. JI. Бурачас С. Ф. Выращивание кристаллов постоянного диаметра методом контроля уровня расплава. // Кристаллография, 1981, т. 26, № 4, с.892-894.

206. Булатов Е. Д., Громов А. М., Осико В. В., Отливанчик Е. А., Прохоров А. М., Сисакян И. Н., Сулаев В. Б., Тимошечкин М. И. Установка для выращивания кристаллов по весу на основе ЦВМ и системы "КАМАК". -М., 1978, с. 23-25.

207. Васильев Я. В. О типовых алгоритмах в методе весового контроля поперечного сечения монокристаллов. В кн. Материалы электронной техники. Ч. I. Физико-химические основы методов синтеза. - Новосибирск: Наука, 1983, с. 143.

208. Сатункин Г. А., Леонов Г. А. Весовой контроль процессов кристаллизации из расплава.- Препринт, Черноголовка, 1989, 34 с.

209. Россоленко С. Н. Управление процессом кристаллизации из расплава. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук,- Черноголовка: Институт физики твердого тела АН СССР, 1988.

210. Abrosimov N.V., Kurlov V.N., Rossolenko S.N. Automated control of Czochralski and shaped crystal growth processes using weighing techniques. // Progress in Crystal Growth and Characterization of Materials, v. 46, 2003, p. 1-57.

211. Бородин А. В., Петьков И. С., Францев Д. Н. Алгоритм управления профилем кристалла для автоматического выращивания методом Чохральского. // Поверхность, 2002, №12, т.1, с. 25-29.

212. Бородин А.В., Бородин В.А., Петъков И.С., Сидоров В.В. Автоматизация процесса выращивания профилированных кристаллов с применением датчика силы. // Поверхность, 2001, №10, т.1, с. 6-10.

213. Gevelber М., Wilson D., Duanmu N. Modelling requirements for development of an advanced Czochralski control system. // J. of Crystal Growth, 2001, v. 230, p. 217-223.

214. Gevelber M. Dynamics and control of the Czochralski process IV. Control structure design for interface shape control and performance evaluation. // J. of Crystal Growth, 1994, v. 139, No. 3-4, p. 286-301.

215. Ziegler J.G., Nicholos N.B. Optimum settings for automatic controllers. // Transactions of ASME, 1942, v. 64, p. 759-768.

216. Yuan J. Improving an adaptive controller for non-minimum phase plats. Automatica, 2002, v.38, p.869-873.

217. Astrom K.J. et.al. Automatic tuning adaptation for PID controllers. // Control Engineering and Practice, 1993, v. 1(4), p. 699-714.

218. Astrom K.J., Hagglund T. PID Controllers: theory, design and tuning. NC: ISA, 1995. 343 p.

219. Chen M., Linkens D.A. A hybrid neuro-fuzzy PID controller. // Fuzzy Sets and Systems, 1998, v.99, p. 27-36.

220. Suzuki M., Yamamoto Т., Kawada K., Sogo H. A design of neural-net based self-tuning PID controllers. // LNCS, 2001, v. 2130, p. 914-921.

221. Bandyopadhyay R., Chakraborty U.K., Patranabis D. Autotuning a PID controller: A fuzzy-genetic approach. // J. of System Architecture, 2001, v.47, p. 663-673.

222. Chen J.Q., Xi Y.G., Zhang Z.J. A clustering algorithm for fuzzy model identification. // Fuzzy sets and systems, 1998, v. 98, p. 319-329.

223. Woo Z.W., Chung H.Y., Lin J.J. A PID type fuzzy controller with self-tuning scaling factors. // Fuzzy Sets and Systems, 2000, v. 115, p.321-326.

224. Mizumoto M. Realization of PID controls by fuzzy control methods. // Fuzzy Sets and Systems, 1995, v.70, p.171-182.

225. Xu J.X., Hang C.C., Liu C. Parallel structure and tuning of a fuzzy PID controller. // Automatica, 2000, v.36, p.673-684.

226. Егупов Н.Д., под ред. Методы классической и современной теории автоматического управления. Учебник в 3-х т. Т.1: "Анализ и статистическая динамика систем автоматического управления". М.: Изд-во МГТУ им. Баумана, (2000), 748 с.

227. Егупов Н.Д., под ред. Методы классической и современной теории автоматического управления. Учебник в 3-х т. Т.2: "Синтез регуляторов и теория оптимизации систем автоматического управления". М.: Изд-во МГТУ им. Баумана, (2000), 736 с.

228. Егупов H.Д., под ред. Методы классической и современной теории автоматического управления. Учебник в 3-х т. Т.З: "Методы современной теории автоматического управления". М.: Изд-во МГТУ им. Баумана, (2000),' 748 с.

229. Егупов Н.Д., под ред. Методы робастного, нейро-нечеткого и адаптивного управления. Учебник. Издание 2-е. М.: Изд-во МГТУ им. Баумана (2002), 744 с.

230. Лейбович. B.C. Управление формообразованием кристаллов на основе динамической модели объекта регулирования. В кн. Материалы электронной техники. Ч. I. Физико-химические основы методов синтеза // Новосибирск: Наука, 1983, с. 161.

231. Лейбович B.C. Динамика процессов кристаллизации из расплава. // Рост кристаллов, 1986, т.15, с.143-156.

232. Лейбович B.C., Погодин А.И. Определение параметров динамической модели формообразования кристаллов по характеристикам переходных режимов. // Изв. АН СССР. Сер. физ.,1980, т. 44, № 2, с. 366-372.

233. Лейбович B.C. Автоматическое управление диаметром кристалла в методе Чохральского. В кн.: Процессы роста полупроводниковых кристаллов и пленок. //Новосибирск: Наука, 1981, с. 108-120.

234. Лейбович B.C., Макеев Х.И., Шушков В.М. Структура и динамические характеристики САР радиуса полупроводниковых кристаллов, выращиваемых способом Чохральского. // Цв. металлы, 1982, № 8, с. 56-66.

235. Sachs Е.М., Surek T. Dynamics and control of meniscus height in ribbon growth by the EFG method. // J. of Crystal Growth, 1980, v.50, No 1, p. 114-125.

236. Frank J. Bruni. Interface stability and its impact on control dynamics.2661.: Crystal growth technology, 2008 Willey-Vch, ISBN: 978-3-527-31762-2.

237. Бородин A.B., Францев, Д.Н. Юдин М.В. Разработка программно-технического комплекса сквозной автоматизации технологического процесса получения профилированных кристаллов. // Изв. РАН Сер. физ. ,2004, т. 68, №6, стр. 878-883.

238. Borodin А.V., Frantsev D.N. Development of a start-to-finish automation system for shaped sapphire crystals growth. // J. of Crystal Growth, 2005, v. 275, No 1-2, p. 2089-2097.

239. Бородин A.B., Бородин B.A., Францев Д.Н., Юдин М.В., Мошаров Т.А. Управление профилем кристалла при выращивании сапфировых полусфер диаметром 100 мм методом локального динамического формообразования. // Изв. РАН Сер. физ. ,2004, т. 68, №6, с. 791-796.

240. Бородин А. В., Бородин В. А., Ивлев А. Б., Петьков И. С., Сидоров В. В., Францев Д. Н. Программно-технический комплекс для установок роста кристаллов из расплава. // Поверхность, 2002, №12, т.1, с. 20-24

241. Затуловский Л. М. Оборудование для промышленного выращивания профилированных кристаллов. В кн. Получение профилированных монокристаллических изделий способом Степанова. -Ленинград; Наука, 1981, с. 110-148.

242. Блецкан Н. И., Папков B.C., Чуприков Г.Е., Перов В.Ф., СЧуровиков М.В. Цукари Р.А., Урман Л.И. Способ полупрерывного получения ленты сапфира. А.С. № 1075760А. С30 В15/34 от 16.12.1981.

243. Чуприков Г. Е., Папков В. С., Перов В. Ф., Пукари Р. А. Способ получения монокристаллической ленты сапфира. А.С. №1070958А, С30В 15/34 от 24.05.1982.

244. Блецкан Н. И., Папков B.C., Чуприков Г.Е., Перов В.Ф., Чуровиков267

245. М.В. Цукари Р.А., Урман Л.И. Способ полупрерывного получения ленты сапфира. А.С. № Ю75760А. СЗО В15/34 от 16.12.1981.

246. Электропечь СЗВН— 20.800/22— Hl.URL: http://www.zavod-kristall.ru/zavod-kristall.ffles/page0009.htm (дата обращения: 23.05.2010).

247. Установка СПЕКТР выращивания монокристаллов сапфира лентовидной формы длиной до 1200 мм методом Степанова (EFG). URL: http://1426.ua.all-biz.info/cat.php?oid=432 (дата обращения: 23.05.2010).

248. Crystal growth equipment NIKA. URL: http://www.rostox-n.ru/equipment.html (дата обращения: 23.05.2010).

249. Czochralski puller.URL: http://www.cyberstar.fr/czochralski.htm (дата обращения: 23.05.2010).

250. EFG Crystal Growing System. URL:http://www.thermaltechnology.com/index.php?option=comcontent&view=a rticle&id= 137&Itemid=7 (дата обращения: 23.05.2010).

251. Crystal growing system. URL: http://www.pvatepla.com/en/geschaeftsbereiche/semiconductor-systems/-0-/bereich/kristallzucht/ (дата обращения: 23.05.2010).

252. Pull-up Crystal Growing System(CZ). URL: http://www.d-kdn.co.jp/html/newen/products/lineup.html (дата обращения: 23.05.2010).

253. Medium frequency generators. URL: http://www.huettinger.com/en/products/induction-heating/truheat-mf/truheat-mf-series-7000.html (дата обращения: 23.05.2010).

254. Induction Power Supplies. URL: http://www.inductoheat.com/induction-power-supplies.php (дата обращения: 23.05.2010).

255. Corona Treatment Power Supplies. URL: http://www.pillartech.eu/Treaters/tфowersupplies.htm (дата обращения: 23.05.2010).

256. Air-Cooled Induction Heating Power Supply. URL: http://www.mesta.com/Pages/ihinv.htm (дата обращения: 23.05.2010).

257. Crystal growth equipment.URL: http://www.xacgt.com. (дата обращения: 23.05.2010).

258. Tungsten and Molybdenum materials. URL: http://www.chinatungstens.com. (дата обращения: 23.05.2010).

259. Crystal growth equipment. URL: http://www.sipat.com. (дата обращения: 23.05.2010).