ЗАСТОСУВАННЯ ВВКМ ДЛЯ ВИГОТОВЛЕННЯ ВИСОКОТЕМПЕРАТУРНИХ НАГРІВАЧІВ ТЕПЛОВИХ ВУЗЛІВ З АВТОМАТИЧНИМ РЕГУЛЮВАННЯМ ТЕМПЕРАТУРИ
DOI:
https://doi.org/10.20998/2078-5364.2023.3.05Ключові слова:
тепловий вузол, нагрівач, вуглець-вуглецевий композиційний матеріал, система автоматичного регулювання, температураАнотація
В статті обґрунтовано використання високотемпературних нагрівачів з вуглець-вуглецевого композиційного матеріалу (ВВКМ) для теплового вузла камери ростової установки вирощування великогабаритних монокристалів кремнію. Проведений аналіз підтверджує, що електричні властивості композиційних матеріалів, а саме їх питомий опір, дозволяють створювати нагрівальні елементи для високотемпературних вакуумних печей або печей з інертною атмосферою, які працюють при температурах до
2200 ºС.
Застосування нагрівачів з вуглець-вуглецевого композиційного матеріалу виключає головний недолік графітових нагрівачів - неконтрольоване енерговиділення в процесі резистивного нагрівання за рахунок наявності перехідного електричного опору в місцях з'єднань графітових пластин, і забезпечує більш рівномірне температурне поле за об'ємом камери. Можливості за максимально допустимою температурою такого нагрівача з ВВКМ більш ніж удвічі перевищують робочу, що також позитивно впливає на термін експлуатації.
Режими теплових процесів, що протікають при вирощуванні кристалів модифікованим методом із застосуванням погружного обертаючого формоутворювача із розплаву, визначаються технологічним процесом залежно від складу вихідної сировини та вимагають високої рівномірності нагріву робочої зони теплової камери, високої точності та стабільності підтримки температурного режиму нагрівача. Для точного регулювання теплового режиму, запропоновано додатково вимірювати інтегральну температуру в камері непрямим методом, який заснований на вимірюванні сили електричного струму, що протікає через нагрівач, який знаходиться в умовах термодинамічної рівноваги з об'єктом. Таким чином, нагрівач розглядається як деяка система, схильна до різних теплових впливів, які визначають процес теплоперенесення і характер зміни температури всередині камери та в зоні розташування тігля теплового вузла.
Запропоновано удосконалену структурну схему екстремальної системи крокового типу для автоматичного регулювання температури високотемпературного нагрівача із застосуванням сучасної силової електроніки, датчиків, мікропроцесорів. Для забезпечення швидкодії та точності регулювання температури був застосований метод імпульсно-фазового керування випрямлячами реалізований на сучасному спеціалізованому термоконтролері з ПІД-регулюванням.
Проведені експериментальні випробування на установці «Редмет-30» в заводських умовах підтверджують енергоефективність застосування високотемпературних нагрівачів з ВВКМ.
Посилання
Study on corrosion properties of carbon-carbon composites / Yu.A. Gribanov, I.V. Gurin, V.V. Gujda, A.N. Bukolov, V.V. Kolosenko // Problems of atomic science and tech-nology. – 2020, № 1 (125), р. 154–160.
Carbon-graphite materials in nuclear-power engineering (review) / V.N. Voyevodin, Yu.O. Gribanov, V.A. Gurin, I.V. Gurin, V.V. Gujda // Problems of atomic science and tech-nology. – 2015, № 2 (96), р. 52–64.
Consideration of the inertial characteristics of thermoresistive temperature transmit-ters in their design / V. Ovcharenko, О. Tokarieva // XIX International scientific and practical conference «Innovative approaches to solving scientific problems», May 16-19, 2023, Tokyo, Japan. International Science Group. 2023. P. 411– 413.
Study of the influence of atmospheric water vapor on the corrosion resistance of CCСM at high temperatures / V. Ovcharenko, О. Tokarieva, I. Gurin // XIII International sci-entific and practical conference «Information activity as a component of science development», April 04-07, 2023, Edmonton, Canada. International Science Group. 2023.
P. 459–460.
Doslidzhennya stabilnosti elektrychnoho oporu vysokotemperaturnoho rezystyvnoho nahriyacha pid chas robiti z hazopodibnym amiyakom / Ovcharenko V.Ye, Tokarieva O.V., Hurin I.V. // XII International scientific and practical conference «Actual issues of the development of science and ensuring the quality of education», March 28 – 31, 2023, Florence, Italy. International Science Group. 2023. P. 407–408.
Study of the possibility of creating a high-temperature resistance thermoconverter from a carbon-carbon composite material / О. Tokarieva, I. Gurin, V. Ovcharenko // IX Inter-national scientific and practical conference «Study of world opinion regarding the develop-ment of science», November 22–25, 2022, Prague, Czech Republic. 2022. P. 606–608.
Malohabarytnyy nahriyach z vuhlets-vuhletsevoho kompozytsiynoho materialu / Hurin I.V., Ovcharenko V.Ye., Tokarieva O.V. // ХХII International Scientific and Practical Conference «Multidisciplinary academic research, innovation and results», June 07–10, 2022, Prague, Czech Republic, 2022. P. 726–728.
Bogomaz A.V. Teplovoi uzel rostovoi kamery ustanovki vyrashchivaniya krupnogabaritnykh kristallov germaniya metodom pogruzhdennogo vrashchayushchegosya formoobrazovatelya // A.V. Bogomaz, T.V. Kritskaya, A.V. Karpenko // Metalurgiya: nauchnye tratsi ZDIA. – Zaporozhzhya: ZDIA. – 2010. – Vyp. 22. P. 139–146.
Teplovoye deformirovaniye uglerod-uglerodnykh kompozitsionnykh materialov s razlichnymi skhemami armirovaniya pri termotsiklirovanii / L.I. Gracheva // Problemy prochnosti. – 2007. – № 3. – P. 118–133.
Teplometriya: teoriya, metrologiya, praktyka. Monohrafiya u tryokh knyhah. T.H. Hryshchenko, L.V. Dekusha, L.I. Vorobyov [ta in.]; za red. dr. tekhn. nauk T.H. Hryshchenko. Kn. 1: Metody ta zasoby vymiriuvannya teplovoho potoku – K.: Instytut tekhnichnoyi teplofizyky NAN Ukrayiny, 2017. – 438 p.
Development of the heating element from carbon-carbon composite material and electrothermal thrustor temperature control system / V.E. Ovcharenko, E.V. Tokareva, I.V. Gurin // Problems of atomic science and technology. – 2018, № 2 (114), р. 133–137.
Nevlyudov, I.Sh. Avtomatychnе upravlinnya tekhnolohichnymy obyektamy: Pidruchnyk / I.Sh. Nevlyudov, O.V. Tokarieva. – Kharkiv: KhNURE, 2018. – 190 p.
M.G. Popovych, O.V. Kovalchuk. Teoriya avtomatychnoho keruvannya: Pidruch-nyk. – Kyiv: "Libid," 2007, 656 p.
Astrom K.J., Hagglund T. Advanced PID control. – ISA (The Instrumentation, Systems and Automation Society), 2006. – 461 p.
M.M. Kazachkovskyi Kerovani vypriamlyachi: Navchalnyi posibnyk. – Dnipropetrovsk: NHA Ukrayiny, 1999. – 229 p.
