Донецкий физико-технический институт им. А.А.Галкина

Зав. отделом: ШАЛАEВ Ростислав Валериевич,
кандидат физико-математических наук

(062) 311-52-77
sharos@donfti.ru

Состав отдела: всего сотрудников — 45; из них докторов наук — 4, кандидатов наук — 8.

Направления научных исследований: Изучение влияния интенсивных пластических деформаций, высоких давлений и концентрированных потоков энергий на структуру и свойства твердых тел. Формирование структуры и свойств при спекании керамических материалов. Структурные и оптические исследования наноразмерных плёнок.

Основные результаты

• Впервые предложен (в 1999 г.) и развивается в настоящее время процесс интенсивной пластической деформации – винтовая экструзия (Twist Extrusion), позволяющий формировать субмикрокристаллические и нанокристаллические структуры в объемных образцах, как путем измельчения зерен (фрагментации) в крупнокристаллических материалах, так и путем консолидации аморфных и нанокристаллических порошков. Определены условия формирования винтовой экструзией не только однородных по объёму структур, но и структур с внутренней архитектурой в пределах заготовки по принципу: прочная субмикрокристаллическая оболочка — мягкий крупнокристаллической сердечник. Разработан и в дальнейшем модифицирован теоретический подход для описания процессов, протекающих при обработке материалов методами ИПД.
• Предложен и разрабатывается метод обработки металлов давлением – реверсивное выдавливание, отличительной чертой которого является возможность упрочнения как сплошных, так и полых полуфабрикатов, в том числе с переменным сечением по длине.
• Обнаружено, что холодное изостатическое прессование ускоряет процесс синтеза манганитов лантана, снижает его температуру и сдерживает рост кристаллитов. Разработана методика, при помощи которой были получены нанопорошки со средними размерами кристаллитов ~30 нм ((La_0,65Sr_0,35)_0,8Mn_1,2O_3±Δ) и ~6 нм (La_0,7Mn_1,3O_3±Δ).
• Активно развивается тематика получения пленочных наноструктурных материалов (полупроводниковых и металлических). Впервые предложена методика бескаталитического роста из газовой фазы пленочных массивов углерод-азотных нановолокон с уникальными свойствами при низких температурах подложки и невысоких мощностях плазмы.
• Предложены и внедрёны новые и усовершенствованные оптические методы бесконтактного неразрушающего контроля содержания кислорода, толщины и однородности наноразмерных магниторезистивных LSMO-плёнок. Эти методы применялись для изучения влияния режимов напыления и отжига на свойства LSMO-плёнок на различных подложках. Также, оптические методы используются при исследованиях полупроводниковых плёнок состава In₂O₃, которые перспективны для создания сенсоров различных газов.
• Проведенные исследования по повышению прочности материала для керамических фильтров позволили получить образцы, способные работать с использованием нагнетаемого давлением. Проведены испытания фильтрующей колонны, укомплектованной компрессором для повышения её производительности (давление до 2,5 атмосфер, что позволяет в 3 раза увеличить скорость фильтрования). Успешно отделены частицы размерами до 30-150 нм. Подтверждена возможность очистки фильтра выжиганием загрязнений и его повторного использования. Герметичная конструкция установки из кварцевого стекла и корундового фильтра позволяет фильтровать в условиях агрессивных сред, в том числе и при высокой температуре.

Прикладные исследования

Определены оптимальные условия и режимы деформации высокоазотистых сталей под давлением, обеспечивающие получение высокого комплекса прочностных и пластических свойств. Данная работа отмечена премией НАН Украины им.Г.В. Курдюмова за 2002 г.

Сотрудниками отдела ведётся работа над повышением прочности, трещиностойкости, электропроводности, износостойкости, кислото- и огнеупорности, улучшением магнитных характеристик, отработкой условий синтеза и режимов спекания исследуемых материалов.

Накоплен опыт синтеза порошков и спекания керамики:

• диоксида циркония (с различными стабилизаторами),
• оксида алюминия
• манганитов лантана различных составов
• базальтовых огнеупоров
• карбида кремния

Материалы могут использоваться в изделиях, для которых требуется высокая износостойкость, твердость, коррозионная стойкость, могут применяться при работе в условиях высоких температур и агрессивных сред.

Научное сотрудничество

Объединенный институт ядерных исследований (Дубна, Россия); Karlsruhe Institute of Technology (Karlsruhe, Germany); Институт Иоффе (Санкт-Петербург, Россия); Институт физики металлов (Екатеринбург, Россия); Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» (Москва, Россия); ФГУП ЦНИИчермет им. И.П. Бардана (Москва, Россия); Московский технологический университет (МИРЭА) (Москва, Россия); Институт физики твердого тела РАН (Черноголовка, Москва, Россия); Институт металлургии и материаловедения А.А.Байкова РАН (Москва, Россия); Институт радиотехники и электроники им. В.А.Котельникова РАН (Москва, Россия); Новгородский государственный университет им. Ярослава Мудрого (Новгород Великий, Россия); Владимирский Государственный Университет им.А.Г. и Н.Г.Столетовых (Владимир, Россия); Южный федеральный университет (Ростов-на-Дону, Россия); Луганский Национальный Университет им. Т. Шевченко (Луганск); Донбасский государственный технический университет (Алчевск).

Избранные публикации

1. Lapovok R., Popov V.V., Qi Y., Kosinova A., Berner A., Xu C., Rabkin E., Kulagin R., Ivanisenko J., Baretzky B., Prokof’eva O.V., Sapronov A.N., Prilepo D.V., Beygelzimer Y. Architectured Hybrid Conductors: Aluminium with Embedded Copper Helix // Materials & Design. – 2020. – V.187. – 108398
2. Прокофьева О.В., Бейгельзимер Я.Е., Усов В.В., Шкатуляк Н.М., Совкова Т.С., Сапронов А.Н., Прилепо Д.В., Варюхин В.Н. Получение материала с градиентной структурой методом винтовой экструзии // Металлы. – 2020. – № 3. – С. 77-83.
3. Izotov, A.I., Kilman, G.V. & Shalayev, R.V. Processing of a Diamond Blend in Supercritical Isopropanol // Russ. J. Phys. Chem. B 13, 1169–1173 (2019).
4. Самойленко З.А., Ивахненко Н.Н., Пушенко Е.И., Варюхин В.Н., Пашинская Е.Г., Ткаченко В.М., Завдовеев А.В. Самоорганизация разномасштабных структурных групп в малоуглеродистой проволоке под действием интенсивного волочения // Журнал технической физики. –  2019. – Т. 89, в. 2. – С. 218-225.
5. M. Lakusta, I. Danilenko, O. Doroshkevich, I. Popova, I. Brykhanova,  V. Burkhovetskiy, G. Volkova, T. Konstantinova  et al. Sintering kinetics of ZrO2 nanopowders modified by IV group elements // International Journal of  Applied Ceramic Technology.– 2019.– V.16, I.4.– P. 1481-1492.
6. Zavorotnev Yu.D., Metlov L.S., Zakharov A.Yu., Popova O.Yu. Effects of relaxation and pre-history in the course of plastic twisting // Physica B. – 567. –138 (2019).
7. Л.Ф. Сенникова, А.А. Давиденко, В.М. Ткаченко, Л.С. Метлов. Влияние больших пластических деформаций на структуру и свойства меди М0б // Вопросы материаловедения. – № 1(89). – С. 31-37 (2017).
8. Prokof’eva O.V., Beygelzimer Y.Y., Kulagin R.Y., Estrin Y.Z., Varyukhin V.N. Producing of Ultrafine Grained Composites with a Large Uniform Elongation by Twist Extrusion: Mathematical Simulation // Russian Metallurgy (Metally). –V. 2017, No3.– P.226–230 (2017)
9. R.V.Shalayev, V.N.Varyukhin, A.M.Prudnikov et al. Role of carbon in the formation of the structure and magnetic properties of Ni@CNx nanoclusters under reactive magnetron deposition // Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics. vol. 8, No. 6, P. 804-808 (2017)
10. M. Lakusta, I. Danilenko, T. Konstantinova, G. Volkova, I. Nosolev, O. Gorban, S. Syniakina, V. Burkhovetskiy. The Effect of a Small Amount SiO₂ on Sintering Kinetics of Tetragonal Zirconia Nanopowders // Nanoscale Research Letters. – Vol. 12. – P. 398 (2017).
11. M.I. Latypov, M.-G. Lee, Y. Beygelzimer, D. Prilepo, Y. Gusar,  H.S.Kim. Modeling and Characterization of Texture Evolution in Twist Extrusion // Metallurgical & Materials Transactions A. –  V.47, Iss. 3 (2016), P. 1248-1260.
12. Yu.M. Nikolaenko, A.N. Artemov, Yu.V. Medvedev, N.B. Efros, I.V. Zhikharev, I.Yu. Reshidova, A.A. Tikhii and S.V. Kara-Murza. Non-uniform oxygen diffusion in epitaxial La_0.7Sr_0.3MnO_3−δ film on SrTiO₃ substrate // J. Phys. D: Appl. Phys. 49 (2016) 375302 (7pp)
13. З.А. Самойленко, Н.Н. Ивахненко, Е.И. Пушенко, Е.Г. Пашинская, В.Н. Варюхин. Разномасштабные структурные изменение атомного порядка в интенсивно деформированном техническом алюминии // ФТТ — Т. 58, Вып. 2, С. 217-225 (2016)
14. A.V.Khomenko, D.S.Troshchenko, L.S.Metlov. Termodinamics and kinetics of solids fragmentation at severe plastic deformation // Сondensed Matter Physics 18, №3, 33004:1-14(2015).
15. А.А. Тихий, В.А. Грицких, С.В. Кара-Мурза, Н.В. Корчикова, Ю.М. Николаенко, В.В. Фарапонов, И.В. Жихарев. Эллипсометрический метод определения оптических параметров тонкопленочных покрытий со сложной структурой // Оптика и спектроскопия, 2015, том 119, №2, с. 282–286.