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.

The article justifies the use of high-temperature heaters made of carbon-carbon composite material (CCCM) for the thermal unit of a silicon single crystal growth chamber. The conducted analysis confirms that the electrical properties of composite materials, specifically their specific resistance, allow for the creation of heating elements for high-temperature vacuum furnaces or furnaces operating in inert atmospheres at temperatures up to 2200°C. The use of heaters made from carbon-carbon composite material eliminates the main drawback of graphite heaters - uncontrolled energy dissipation during resistive heating due to the presence of transient electrical resistance at the junctions of graphite plates, and ensures a more uniform temperature field throughout the chamber volume. The capabilities in terms of the maximum permissible temperature of such a CCCM heater exceed the working temperature by more than two times, which also positively affects the service life. The modes of thermal processes occurring during crystal growth are determined by the technological process depending on the composition of the raw material and require high uniformity of heating in the working zone, high precision, and stability of the heater's temperature control. For precise temperature regulation, it is proposed to additionally measure the integral temperature in the chamber indirectly, which is based on measuring the electrical current passing through the heater, which is in thermodynamic equilibrium with the object. Thus, the heater is considered as a system susceptible to various thermal influences that determine the heat transfer process and the temperature change within the chamber and in the zone of the thermal unit's bricks. An improved structural diagram of a step-type extremal control system is proposed for automatic temperature control of a high-temperature heater using modern power electronics, sensors, microprocessors. To ensure speed and accuracy in temperature control, the pulse-phase control method implemented with modern specialized thermoregulator with PID-regulation was applied. Experimental tests conducted on the «Redmet-30» installation under factory conditions confirm the energy efficiency of using high-temperature heaters made of CCCM.