2020 год
В ходе проведения НИОКР в рамках поддержанного Фондом содействия инноваций проекта по программе Развитие-ЦТ на основе экспериментальной ростовой установки собственного производства ТС-450 разработаны опытные образцы новых модернизированных установок в рамках настоящего проекта, которые позволят увеличить выход годной части для оптических изделий из крупногабаритных кристаллов с меньшей себестоимостью.
В настоящее время проведены испытания опытных образцов разработанных программно-аппаратных комплексов. Производится модернизация существующего парка оборудования и налажен серийный выпуск монокристаллов технического сапфира высокого оптического качества на модернизированном оборудовании.
Применение программно-аппаратного комплекса позволит обеспечить:
— снижение электроэнергии в производственном цикле до 15%;
— обеспечение повторяемости процесса и снижение влияния человеческого фактора и, как следствие существенное повышение качества кристалла
— снижение процента брака готовых изделий на 10%,
а также обеспечить уменьшение себестоимости готового изделия:
— на 10% за счет снижение затрат на электроэнергию;
— на 20-25% за счет увеличения % выхода готового изделия (годной части кристалла (пригодного для обработки), снижение его брака и обеспечение повторяемости процесса);
— на 30% за счет увеличения возможности выращивания крупногабаритных кристаллов (свыше 250 кг).
В ближайшие перспективы планируется модернизация парка оборудования и расширение производства и линии обработки кристаллов.
2019 год
Проект «Разработка программно-аппаратного комплекса интеллектуальной системы управления производством синтетического сапфира по модифицированному методу Киропулоса» поддержан Фондом содействия инновациям по программе «Развитие» в рамках федерального проекта «Цифровые технологии» национальной программы «Цифровая экономика».
Суть проекта заключается в цифровизации производства синтетического сапфира с применением интеллектуальных моделей и автоматизации полного производственного цикла выращивания монокристаллов синтетического сапфира оптического качества по модифицированному методу Киропулоса на основе методов искусственных нейронных сетей, уравнений математической физики, экспериментальных исследований и результатов процессов синтеза кристаллов. В результате выполнения проекта планируется разработать программно-аппаратный комплекс интеллектуальной системы управления производством синтетического сапфира по модифицированному методу Киропулоса нового поколения, обеспечивающего уменьшение себестоимости готового изделия.
В результате выполнения проекта планируется разработать программно-аппаратный комплекс интеллектуальной системы управления производством синтетического сапфира по модифицированному методу Киропулоса, включающий:
-
- — модернизированную ростовую установку (печь) нового поколения для выращивания монокристаллов искусственного сапфира массой более 250 кг по модифицированному методу Киропулоса;
— аппаратное и программное обеспечение контроллеров системы управления
— серверное программное и аппаратное обеспечение для управления комплексом ростовых установок.
В результате выполнения проекта на рынок будут предложены программно-аппаратные комплексы нового поколения для производства высококачественных крупногабаритных монокристаллов весом более 250 кг с низкой себестоимостью, обеспечивающие получение изделий с геометрическими размерами, превышающими 300-400 мм, а также кристаллы, синтезированные с использованием данных комплексов.
Октябрь 2018 г.
Успешно освоено изготовление новых печей весом кристалла 150 кг, что позволило изготавливать детали диаметром более 300 мм и длиной 350 мм.
| Параметр | ед. измерения | значение | описание |
| Метод выращивания кристаллов сапфира | Модифицированный метод Киропулоса (KY) | Технология и конструкция на базе собственного многолетнего опыта | |
| Вес кристалла | кг | 150 | |
| Размер кристалла:
Диаметр (макс.) Высота (макс.) |
мм |
330 500 |
|
| Размер тигля;
Диаметр (Внешний) Общая высота |
мм |
400 620 |
Вольфрамовый тигель |
| Метод нагрева | Резистивный, вольфрамовый нагреватель | Новая конструкция нагревателя, длительный срок службы | |
| Основной источник питания (50/60 Гц) | В | 380/400 | 3-фазный, 5 жил |
| Напряжение питания нагревателя | В | 12 AC/DC | 2 модификации, SCR или IGBT |
| Максимальная потребляемая мощность (кВт) | кВт | 90 | |
| Фактический расход энергии при затравлении | кВт | 75 | Высокая экономия энергии |
| Энергопотребление всего процесса (цикла) | кВт/ч | 25.000 | Длительность всего процесса (цикла) 16-17 дней |
| Точность управления мощностью при нагреве | % | +/-0,01 | Высокая точность управления мощностью |
| Датчик веса выращенного кристалла измеряет до | кг | 150 | |
| Точность измерения выращенного кристалла | гр | +/-5 | Измерение фактического веса растущего кристалла (прироста) |
| Скорость штока | мм/час | 0.1-2.5 | Длина штока 150 мм |
| Система охлаждения (водянная) | Циркулирующая вода в закрытой системе, под управлением автоматизированного программного обеспечения | ||
| Температура воды на входе | С | 20-30 | дистиллированная циркулирующая вода |
| Температурная стабильность охлаждающей воды | С | +/-2 | |
| Температура воды на выходе | С | 45 | Сигнализация высокой температуры воды |
| Расход воды — прим. | м3/ч | 8-9 | настраиваемая |
| Давление воды на входе | 105Pa/kgf/cm2 | 2.5+/-0.5 | настраиваемое |
| Система управления | PLC (программируемый контроллер)
Обеспечивает автоматизацию всего процесса выращивания кристаллов, кроме затравления |
||
| Управление процессом выращивания |
|
||
| Настраевемые параметры программы роста |
|
||
| Тепловой узел |
|
||
| Габариты (ШиринаxДлинаxВысота) | мм | 2200x2000x2300 | |
| Общий вес (с тепловым узлом) | кг | 3000 | |
Сентябрь 2015 г.
Успешно освоено изготовление новых печей весом кристалла 100 кг
| Параметр | ед. измерения | значение | описание |
| Метод выращивания кристаллов сапфира | Модифицированный метод Киропулоса (KY) | Технология и конструкция на базе собственного многолетнего опыта | |
| Вес кристалла | кг | 100 — 105 | |
| Размер кристалла:
Диаметр (макс.) Высота (макс.) |
мм |
300 450 |
|
| Размер тигля;
Диаметр (Внешний) Общая высота |
мм |
370 520 |
Вольфрамовый тигель |
| Метод нагрева | Резистивный, вольфрамовый нагреватель | Новая конструкция нагревателя, длительный срок службы | |
| Основной источник питания (50/60 Гц) | В | 380/400 | 3-фазный, 5 жил |
| Напряжение питания нагревателя | В | 12 AC/DC | 2 модификации, SCR или IGBT |
| Максимальная потребляемая мощность (кВт) | кВт | 85 | |
| Фактический расход энергии при затравлении | кВт | 70 | Высокая экономия энергии |
| Энергопотребление всего процесса (цикла) | кВт/ч | 25.000 | Длительность всего процесса (цикла) 16-17 дней |
| Точность управления мощностью при нагреве | % | +/-0,01 | Высокая точность управления мощностью |
| Датчик веса выращенного кристалла измеряет до | кг | 150 | |
| Точность измерения выращенного кристалла | гр | +/-5 | Измерение фактического веса растущего кристалла (прироста) |
| Скорость штока | мм/час | 0.1-2.5 | Длина штока 150 мм |
| Система охлаждения (водянная) | Циркулирующая вода в закрытой системе, под управлением автоматизированного программного обеспечения | ||
| Температура воды на входе | С | 20-30 | дистиллированная циркулирующая вода |
| Температурная стабильность охлаждающей воды | С | +/-2 | |
| Температура воды на выходе | С | 45 | Сигнализация высокой температуры воды |
| Расход воды — прим. | м3/ч | 8-9 | настраиваемая |
| Давление воды на входе | 105Pa/kgf/cm2 | 2.5+/-0.5 | настраиваемое |
| Система управления | PLC (программируемый контроллер)
Обеспечивает автоматизацию всего процесса выращивания кристаллов, кроме затравления |
||
| Управление процессом выращивания |
|
||
| Настраевемые параметры программы роста |
|
||
| Тепловой узел |
|
||
| Габариты (ШиринаxДлинаxВысота) | мм | 2200x2000x2300 | |
| Общий вес (с тепловым узлом) | кг | 3000 | |
Июль 2014 г.
Успешно освоено изготовление новых печей весом кристалла 95кг
| Параметр | ед. измерения | значение | описание |
| Метод выращивания кристаллов сапфира | Модифицированный метод Киропулоса (KY) | Технология и конструкция на базе собственного многолетнего опыта | |
| Вес кристалла | кг | 94-95 | |
| Размер кристалла:
Диаметр (макс.) Высота (макс.) |
мм |
300 400 |
|
| Размер тигля;
Диаметр (Внешний) Общая высота |
mm |
350 520 |
Вольфрамовый тигель |
| Метод нагрева | Резистивный, вольфрамовый нагреватель | Новая конструкция нагревателя, длительный срок службы | |
| Основной источник питания (50/60 Гц) | В | 380/400 | 3-фазный, 5 жил |
| Напряжение питания нагревателя | В | 12 AC/DC | 2 модификации, SCR или IGBT |
| Максимальная потребляемая мощность (кВт) | кВт | 75 | |
| Фактический расход энергии при затравлении | кВт | 65 | Высокая экономия энергии |
| Энергопотребление всего процесса (цикла) | кВт/ч | 20.000 | Длительность всего процесса (цикла) 16-17 дней |
| Точность управления мощностью при нагреве | % | +/-0,01 | Высокая точность управления мощностью |
| Датчик веса выращенного кристалла измеряет до | кг | 150 | |
| Точность измерения выращенного кристалла | гр | +/-5 | Измерение фактического веса растущего кристалла (прироста) |
| Скорость штока | мм/час | 0.1-2.5 | Длина штока 150 мм |
| Система охлаждения (водянная) | Циркулирующая вода в закрытой системе, под управлением автоматизированного программного обеспечения | ||
| Температура воды на входе | С | 20-30 | дистиллированная циркулирующая вода |
| Температурная стабильность охлаждающей воды | С | +/-2 | |
| Температура воды на выходе | С | 45 | Сигнализация высокой температуры воды |
| Расход воды — прим. | м3/ч | 8-9 | настраиваемая |
| Давление воды на входе | 105Pa/kgf/cm2 | 2.5+/-0.5 | настраиваемое |
| Система управления | PLC (программируемый контроллер)
Обеспечивает автоматизацию всего процесса выращивания кристаллов, кроме затравления |
||
| Управление процессом выращивания |
|
||
| Настраевемые параметры программы роста |
|
||
| Тепловой узел |
|
||
| Габариты (ШиринаxДлинаxВысота) | мм | 2200x2000x2300 | |
| Общий вес (с тепловым узлом) | кг | 2900 | |
Февраль 2014 г.
Наша компания начала разработку установки выращивания лент лейкосапфира по методу Степанова (EFG) для стекол современных смартфонов.
Август 2013 г.
В настоящее время нами, впервые в мировой практике, разработан аппаратно-программный продукт под условным названием «Калькулятор технолога». Эта разработка является уникальной, и в ней воплощены результаты экспериментов, физико-технологические аспекты роста монокристаллов и уникальные инженерные разработки.
«Калькулятор технолога» позволяет автоматически рассчитать оптимальную программу роста монокристалла лейкосапфира весом от 32-х до до 90 кг и интегрировать ее в общую систему контроля и управления ростом для каждой конкретной установки.
В расчетах учитываются массовые и энергетические параметры роста кристаллов, а также размеры тигля, масса загружаемой шихты, диаметр последних перетяжек, скорость вытягивания штока, скорость кристаллизации и мощность на нагревателе при постановке процесса в режим кристаллизации. Кроме того, задаются углы разращивания конуса роста и другие параметры.
С работой в «Калькуляторе технолога» может справиться любой оператор невысокой квалификации. От него требуется только ввести несколько параметров в диалоговое окно и нажать кнопку «Рассчитать программу роста». Далее все происходит автоматически без участия оператора.
Пример отображения технологической программы в системе контроля и управления ростом кристалла приведен ниже:
Февраль 2013 г.
Разработано специальное устройство, позволяющее поддерживать смотровое окно в прозрачном состоянии (без загрязнения) неограниченное время. Это устройство входит в состав телевизионной системы, обеспечивает хороший обзор зоны затравления. Система позволяет вести процесс затравления не только через технологическое окно путем визуального контроля, но и через экран монитора. Имеется возможность вести процесс дистанционно, вне зоны нахождения ростовых установок.
Октябрь 2012 г.
На основе разработанной нами стратегии модернизации и направлений развития технологического оборудования для роста кристаллов, предложена концепция ростовых установок нового поколения. В основе концепции – полное исключение «человеческого фактора» на всех стадиях ростового процесса: с момента получения расплава, затравления и выхода готового кристалла. Это позволит сократить энергозатраты, повысить качество кристаллов, а в конечном итоге снизить себестоимость конечной продукции.
Знание тонкостей физико-химических процессов, происходящих при кристаллизации из расплава и владение современными, нетрадиционными методами получения и обработки информации, а так же собственные технологические приемы и технические разработки позволили нашей команде разработчиков из 15 человек (ученых, технологов и инженеров–конструкторов) создать новый тип ростового оборудования с принципиально новой структурой системы контроля и управления процессом роста кристалла сапфира, не имеющей мировых аналогов.
В настоящее время разработан и успешно проходит испытание автоматический программно-аппаратный комплекс технологического контроля и управления ростом кристаллов лейкосапфира весом до 100 кг.
Комплекс позволяет:
1. Проводить автоматическое затравление кристалла, контроль параметров перетяжек с возможностью визуального контроля процесса затравления с удаленного рабочего места технолога и в случае необходимости вмешательства, с целью корректировки технологической карты конкретного ростового процесса. При этом используется специальный математический аппарат распознавания объектов, цветового контрастирования и фильтрации полутоновых изображений.
2. 2D – визуализация процесса роста кристалла из расплава в реальном масштабе времени. Метрические характеристики перетяжек используются для контроля массовых параметров растущего кристалла на начальной стадии разращивания конуса.
3. Разработаны новые физические принципы и математические методы обработки получаемой информации, которые позволят в ближайшее время исключить тензодатчики веса из цепи получения информации для управления процессом роста кристаллов. Тензодатчики останутся лишь для мониторинга процесса с рабочего места технолога и для документирования весовых показателей на каждой ростовой установке для анализа при разработке новых тепловых узлов.
Февраль 2012 г.
У нас ведутся экспериментальные работы по испытанию трехфазного нагревателя новой конструкции. Предварительно полученные результаты свидетельствуют о том, что срок службы нагревателя можно будет увеличить в несколько раз.
Ноябрь 2011 г.
Ведутся активные разработки новой системы управления для значительного уменьшения температурных колебаний во время ростового процесса.