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

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

+7 (856) 311-52-77
sharos@donfti.ru

Состав отдела: всего сотрудников — 40; из них докторов наук — 3, кандидатов наук — 9.

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. Sviridova E.A., Varyukhin V.N., Vasiliev S.V., Tkachenko V.M., Tkatch V.I. Structure, mechanical properties and strengthening mechanisms of rapidly quenched Al-based ribbons consolidated by high pressure torsion processing // Letters on Materials. – 2024. – V.14 (4). – P.425–431
2. Shalayev R.V., Varyukhin V.N., Linnik A.I., Syrotkin V.V., Kostyrya S.A. Preparation, structure and magnetic properties of the nanostructural Ni@C films obtained by magnetron deposition // Nanosystems: Phys. Chem. Math. – 2024. – 15 (3). – P.340-345
3. Прилипко С.Ю., Лоладзе Л.В., Волкова Г.К., Брюханова И.И., Головань Г.Н., Варюхин В.Н. Различия механизмов спекания нанопорошков α- и γ-Al₂O₃ при добавлении Bi₂O₃ // Письма в ЖТФ. – 2024.– Т. 50, вып. 6. – С.41–43
4. Metlov L.S., Blinova E.N., Libman M.A. Computer simulation of martensitic
   phase transitions caused by plastic deformation and laser exposure // Research & Development in Material science. – 2023. – V.18., Is.4. – P. 2122-2124
5. Прилипко С.Ю., Линник Д.С., Кудрявцев Ю.А., Беличко Д.Р., Волкова Г.К., Глазунова В.А., Бурховецкий В.В. Полимер-керамический композит на основе пористого Al₂O₃ // Глобальная энергия. – 2023. – Т. 29, №1. – С.181-189
6. Сенникова Л.Ф., Гангало А.Н., Волкова Г.К., Климова Е.Х. Закономерности формирования микроструктуры и механических свойств меди М1 в условиях комбинированной пластической деформации // Вопросы материаловедения. – 2023. – №4. – С. 50-56
7. Shalayev R.V., Izotov A.I., Syrotkin V.V. Electrical properties of “metal-carbon film” contact // Nanosystems: Phys. Chem. Math. – 2023. – 14 (1). – P.86–88
8. Belichko D.R., Konstantinova T.E., Volkova G.K., Mirzayev M.N., Maletsky A.V. et all. Effects of YSZ ceramics doping with silica and alumina on its structure and properties // Materials Chemistry and Physics. – 2022. – V.287. – P.126237
9. Заворотнев Ю.Д., Метлов Л.С., Томашевская Е.Ю. Установление стационарного состояния при наложении интенсивной пластической деформации кручения в двухкомпонентных кристаллах // ФТТ. – 2022. –  Т.64, №4. – С. 462-467
10. Belichko D.R., Konstantinova T.E., Volkova G.K., Doroshkevich A.S., Lyubchyk A.I., Burkhovetskiy V.V. et al. Structure formation and properties of corundum ceramics based on metastable aluminium oxide doped with stabilized zirconium dioxide // Ceramics International. – 2021. — v. 47, №14 — P. 19489 -19495.
11. Korneva A., Kilmametov A., Zavorotnev Yu., Metlov L., Popova O., Baretzki B. The enrichment of solid solution in a two-phase alloy during the high pressure torsion // Materials letters. – 2021. – V. 302. – P. 130386.
12. Константинова Т.Е., Малецкий А.В., Волкова Г.К., Бурховецкий В.В., Беличко Д.Р. Вклад гибридной компоненты в структуру и свойства керамики на основе метастабильных фаз Al₂O₃ // Вопросы материаловедения. – 2021.  – том 2, №106. – С. 127-136
13. 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
14. 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
15. Izotov A.I., Kilman G.V., Shalayev R.V. Processing of a Diamond Blend in Supercritical Isopropanol // Russ. J. Phys. Chem. –2019. – V.13. – P.1169–1173
16. 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, вып. 2. – С. 218-225
17. 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
18. 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. – 2019. – V.567. – P.138