Установка для выращивания монокристаллов сапфира методом Киропулоса с устройством динамического взвешивания кристалла и автоматическим управлением с обратной связью

В настоящее время широкое распространение для промышленного производства монокристаллов сапфира оптоэлектронного качества получил метод Киропулоса (ГОИ). Суть метода заключается в том, что выращивание монокристаллов осуществляется непосредственно в расплаве путем плавного снижения температуры. Обычно управление процессом построено на снижении мощности нагрева согласно заданной функции времени, которая подбирается эмпирически на основании оценок качества кристаллов, полученных в предыдущих процессах. В последние годы для контроля процесса выращивания кристаллов из расплава методом Киропулоса стали применяться датчики веса кристалла. Главным преимуществом контроля процесса кристаллизации с помощью динамического взвешивания является возможность непрерывно измерять и стабилизировать, используя систему обратной связи, массовую скорость кристаллизации, положение и поперечную площадь фронта кристаллизации, т. е. фактически управлять тепло- и массопереносом в области фазового перехода. Однако для метода Киропулоса реализация такой системы требует разработки устройства высокоточного динамического взвешивания выращиваемого кристалла, а также алгоритмов автоматического управления с обратной связью. В настоящей работе рассматриваются особенности конструкции и алгоритмов автоматического управления установки НИКА-М60, позволяющие реализовать автоматическое управление процессом кристаллизации с обратной связью по каналам мощности нагревателя и скорости вытягивания кристалла.