КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 16-13-10431

НазваниеСамораспространяющиеся тепловые волны в аморфных системах

РуководительРогачев Александр Сергеевич, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регионФедеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук, Московская обл

Годы выполнения при поддержке РНФ 2016 - 2018 

КонкурсКонкурс 2016 года на получение грантов по приоритетному направлению деятельности РНФ «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-603 - Фундаментальные основы создания новых металлических, керамических и композиционных материалов

Ключевые словааморфные материалы, тепловые волны, взрывная кристаллизация, металлические стекла, самораспространяющиеся процессы, динамическая рентгенография, структурообразование

Код ГРНТИ31.15.00


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Проект направлен на решение задачи определения закономерностей и механизмов самораспространяющихся тепловых волн в аморфных системах, что является одним из новых направлений исследований и разработок в рамках фундаментальной проблемы исследования механизмов самоподдерживающихся процессов перехода из аморфного в кристаллическое состояние и их использования для создания новых функциональных наноматериалов. Основные усилия будут направлены на изучение тепловых волн в объемных материалах и тонких пленках с металлическим типом проводимости: аморфных металлах, сплавах и метастабильных интерметаллидах, также планируется исследовать полупроводниковые пленки. В настоящее время к тепловым волнам относят процессы химической природы: горение, самораспространяющийся высокотемпературный синтез, то есть такие процессы, в которых тепло выделяется за счет химической реакции. Решение задачи данного проекта позволит получить принципиально важную информацию о новом классе тепловых волн, в которых тепловые источники имеют физическую природу, - переход из аморфного в кристаллическое состояние, собирательную кристаллизацию (рост нано-зерен), упорядочение кристаллической решетки сплавов. Будут рассмотрены также комбинированные тепловые волны, включающие химические и физические источники тепла. Аморфные материалы металлического или полупроводникового типа обладают уникальным сочетанием свойств, которое невозможно получить в кристаллических материалах. К ним относятся высокая механическая прочность, коррозионная и радиационная стойкость, особые электрические и магнитные свойства. Этим объясняется широкое использование аморфных материалов в современных промышленных технологиях (одних лишь аморфных сплавов выпускается более 100000 тонн в год) и непрерывно возрастающий интерес к научному исследованию процессов образования аморфных структур и их перехода в кристаллическое состояние. Последнее актуально как для решения задач, в которых требуется сохранение аморфного состояния (например, в магнитных экранах и фильтрах, звукозаписывающих головках, датчиках, сердечниках трансформаторов), так и для задач контролируемого перехода в кристаллическое состояние (например, в новых методах получения поликристаллического кремния для солнечных элементов, или для создания кристаллических точек в аморфных металлических пленках для новых носителей информации). Несмотря на значительное количество проведенных научных исследований, механизмы и динамика переходов аморфное-кристаллическое состояние недостаточно изучены, в особенности это относится к сравнительно новой области самораспространяющихся волн кристаллизации. Таким образом, решение указанной проблемы имеет междисциплинарное научное значение, важное для физики твердого тела, кристаллохимии, металлургии и материаловедения, а также актуальность для многих прикладных задач. В работе будут исследованы аморфные материалы, полученные разными методами: металлические стекла, полученные спиннингованием расплава; аморфные и нанокристаллические многослойные нанопленки, полученные послойным магнетронным напылением; аморфные и нанокристаллические сплавы и нанокомпозиты, полученные высокоэнергичной обработкой в планетарных мельницах; электроосажденные аморфные металлические слои. Будут использованы методы динамической рентгенографии, скоростной видео- и тепловизорной регистрации, микропирометрии, электронной микроскопии и микроанализа, атомно-силовой микроскопии, времяпролетной масс-спектроскопии вторичных ионов, метод закалки экзотермических волновых процессов и другие. Впервые для самораспространяющихся волн кристаллизации и собирательной рекристаллизации будут получены зависимости скорости распространения от начальной температуры и от микроструктурных характеристик среды, динамические температурные поля, определены размеры зоны прогрева и зоны превращения, эффективные значения энергии активации, динамика зарождения и роста кристаллической фазы. Будут также решены вопросы о существовании единственного значения скорости стационарного распространения волны, независимого от условий инициирования, о зависимости температуры превращения от динамики нагрева вещества во фронте, о роли физических источников тепла в инициировании химических твердофазных реакций, будут изучены автоколебательные и другие нестационарные режимы процесса. Эти данные позволят впервые получить полную картину самоподдерживающегося волнового процесса перехода от аморфного (разупорядоченного) к кристаллическому (упорядоченному) состоянию. На основе этих экспериментальных данных будут проверены существующие теоретические модели и разработана более полная и обоснованная модель процесса.

Ожидаемые результаты
Будут определены фундаментальные свойства нового класса самораспространяющихся автоволновых процессов, в которых источником тепла служит переход из аморфного в кристаллическое состояние или собирательная рекристаллизация в нанокристаллическом материале. Эти данные позволят понять механизмы взрывной кристаллизации в системах металлического типа, роль аморфно-кристаллического перехода в твердофазных нано-гетерогенных реакциях, в частности, в низкотемпературном инициировании реакций в механически активированных и напыленных нанокомпозитах. Ожидаемые результаты будут иметь принципиальное значение для создания новых функциональных аморфных и нанокристаллических материалов, применяемых в прорывных технологиях солнечных элементов, новых оптических носителей информации, низкотемпературного соединения разнородных материалов и других. Поставленные задачи проекта и ожидаемые результаты соответствуют текущему и перспективному мировому уровню исследований.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2016 году
Выполнены экспериментальные исследования самораспространяющихся волн перехода из аморфного в кристаллическое состояние в металлических стеклах, полученных методом быстрой закалки (спиннингования) расплавов. Изучены аморфные сплавы CuTi, Fe84B16, Fe85B15, Fe76B13Si11. Для сравнения, одновременно с этим и по аналогичным методикам проведены экспериментальные исследования волн взрывной кристаллизации в слое сурьмы (Sb), полученной электролитическим осаждением из раствора треххлористой сурьмы, а также волн экзотермической реакции в многослойных нанопленках Ni/Al. Для визуализации и регистрации процессов использовались высокоскоростная тепловизионная (200 кадров в секунду) и видео (2000 кадров в секунду) съемки. Образцы в исходном аморфном и конечном кристаллическом состоянии, а также образцы с закаленной волной кристаллизации, исследовались методами рентгеноструктурного анализа, растровой и просвечивающей электронной микроскопии, динамической (времяразрешенной) рентгенографии, рентгеновского энергодисперсионного анализа, дифференциальной сканирующей калориметрии и другими. Основным научным результатом, полученным в отчетном году, можно считать то, что экспериментально доказано существование самораспространяющихся волн кристаллизации в металлических стеклах, полученных спиннингованием расплава. Насколько нам известно (и подтверждено литературным поиском), ранее такие явления не были описаны в литературе, несмотря на широкое распространение и использование аморфных лент из металлических стекол. Таким образом, обнаружен новый класс тепловых самораспространяющихся волн в твердых телах, который требует внимательного изучения. Высокоскоростная тепловизорная съемка аморфно-кристаллических переходов в аморфном сплаве Ti50Cu50 показала, что волны кристаллизации могут возникать спонтанно при нагреве аморфной ленты до 300-350 °С, либо при локальном инициировании горячей вольфрамовой спиралью небольшого участка ленты, предварительно разогретой до 230-250 °С. В первом случае волна кристаллизации распространяется со скоростью ~ 7 cм/с, во втором – в автоколебательном режиме со средней скоростью ~1.2 см/с. Перепад температур во фронте волны составляет около 150 градусов. Образцы, закристаллизовавшиеся в автоколебательном режиме, имеют характерную полосчатую структуру с более мелким зерном в областях депрессий, при этом во всех образцах продуктом кристаллизации является тетрагональная интерметаллическая фаза TiCu. Динамический рентгеноструктурный анализ “in situ” самораспространяющейся волны аморфно-кристаллического перехода показал, что кристаллизация аморфного сплава TiCu протекает в течение короткого промежутка времени, не превышающего 0.5 секунды. Дифракционная картина исходного сплава, находящегося в аморфном состоянии характеризуется наличием широкого диффузного гало и высоким общим уровнем фона рентгенограмм. В момент кристаллизации наблюдается резкий переход, при котором снижается общий фон дифракционной картины и возникают 2 дифракционные линии (110) и (102) кристаллической фазы γ-CuTi (тетрагональная сингония, пространственная группа P4/nmm). Получена динамика изменения интенсивностей рентгеновских дифракционных линий во фронте и за фронтом волны кристаллизации. Самораспространяющиеся волны кристаллизации обнаружены также в аморфных сплавах систем Fe-B и Fe-B-Si; показана возможность осуществления процесса в режимах теплового взрыва и локального инициирования. В зависимости от экспериментальных условий и состава сплава распространение волн кристаллизации происходит либо в стационарном, либо в автоколебательном режиме. Проведенное сравнение обнаруженных волн самораспространяющейся кристаллизации металлических стекол с реакционными волнами в многослойной нанопленке Ni/Al и с волнами взрывной кристаллизации в пленках сурьмы показало, что самоподдерживающиеся волны в обоих случаях имеют тепловую природу и схожие температурно-временные характеристики. Сходство характеристик процессов (температуры инициирования, скорости нарастания температуры во фронте и т.п.) указывает на возможную роль аморфно-кристаллического перехода в инициировании твердофазных реакций. При исследовании взрывной кристаллизации сурьмы на медной подложке обнаружено, что процесс происходит в микро-автоколебательном режиме, что отражается в микроструктуре образца. Период колебаний составляет всего ~ 610-6 с (частота ~ 168 кГц, пространственный период около 2 мкм); ранее похожие микроструктуры были описаны в литературе для вакуумно-осажденных аморфных пленок германия и кремния. Экспериментальное исследование возможности получения аморфного сплава Cu-Ti путем высокоэнергичной механической обработки (ВЭМО) порошковой смеси Cu + Ti в планетарных мельницах показало, что на 20-й минуте обработки по данным рентгеноструктурного анализа происходит почти полная аморфизация: доля аморфной фазы достигает 93%. Эти данные подтверждаются просвечивающей электронной микроскопией и микродифракцией электронов. Исследования механически аморфизированных сплавов методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) показали появление теплового эффекта аморфно-кристаллического перехода вплоть до 80 Дж/г (8,9 кДж/моль). Эта величина меньше, но сопоставима с тепловым эффектом аморфно-кристаллического перехода в ленте CuTi, полученной спиннингованием расплава, которая составляет около 140 Дж/г (15,6 кДж/моль). Следовательно, представляет интерес вопрос о возможности самораспространяющихся волн аморфно-кристаллического перехода в механически аморфизированных сплавах, который планируется изучить на следующем этапе проекта. Таким образом, по всем пунктам плана работ в 2016 году получены новые значимые экспериментальные результаты, некоторые из которых опережают мировой уровень исследований.

 

Публикации

1. КовалевД.Ю., Вадченко С.Г., А.С. Рогачев А.С., Аронин А.С., Алымов М.И. Динамическая рентгенография перехода аморфного сплава TiCu в кристаллическое состояние Доклады Академии Наук. Физика, 473-1-17 (год публикации - 2017).

2. Рогачев А.С., Вадченко С.Г., Щукин А.С. SHS Reaction and Explosive Crystallization in Thin Films: Resemblance and Distinction International Journal of Self-propagating High-temperature Synthesis, - (год публикации - 2017).

3. Рогачев А.С., Вадченко С.Г., Щукин А.С., Ковалев Д.Ю., Аронин А.С. Самораспространяющиеся волны кристаллизации в аморфном сплаве TiCu Письма в ЖЭТФ, том 104, вып. 10, с. 740 – 744, копирайт 2016 г. 25 ноября. (год публикации - 2016).

4. Шкодич Н.Ф., РогачевА.С., Вадченко С.Г., Ковалев И.Д., НепапушевА.А., Рувимов С.С., Мукасьян А.С. Формирование аморфных структур и их кристаллизация в системе Cu-Ti под действием высокоэнергетической механической обработки Ивестиявузов Порошковая металлургия и функциональные покрытия, - (год публикации - 2017).


Аннотация результатов, полученных в 2017 году
На втором этапе выполнения проекта продолжены исследования экзотермических аморфно-кристаллических переходов и обусловленных ими самораспространяющихся тепловых волн. Существенно расширен круг изучаемых систем, в него включены не только однокомпонентные (взрывчатая модификация сурьмы, кремний), двухкомпонентные (железо-бор, медь-титан, никель-алюминий) и трехкомпонентные (железо-кремний-бор), но и пятикомпонентные (Cu-Fe-Ti-Cr-W, Cu-Fe-Ti-Cr-Mo, Cu-Fe-Ti-Cr-Ni, Cu-Fe-Ti-Cr-Mn, Ti-Cu-Al-Ni-Nb, Ti-Zr-Cu-Al-Ni, Fe-Ni-Co-Cr-Mn). Основным методом получения аморфных и нанокристаллических систем на втором этапе был высокоэнергетичный шаровой размол в планетарных шаровых мельницах Активатор-2S и АГО-2, изучались также образцы, полученные методами спиннингования расплава, электролитического осаждения и магнетронного напыления. Теоретические исследования процессов проводились с использованием молекулярно-динамического моделирования. При исследовании полученных образцов и процессов аморфно-кристаллического перехода использовались методы рентгеноструктурного анализа (в том числе динамическая рентгенография), растровой и просвечивающей электронной микроскопии, тепловидения, дифференциальной сканирующей калориметрии и другие. Завершен цикл исследований тепловых волн в аморфных лентах составов Cu-Ti, Fe-B, Fe-Si-B (металлических стекол) и проведено сравнение этих процессов с волнами взрывной кристаллизации и реакционными волнами в многослойных нанопленках. Определены основные характеристики самоподдерживающихся экзотермических процессов аморфно-кристаллического перехода в различных системах, такие как температура инициирования, скорость распространения тепловых волн, температурно-временные профили. Показано определенное сходство тепловых волн различной природы в тонких пленках. Эти экспериментальные результаты нашли подтверждение в результатах молекулярно-динамического моделирования, которые показали, например, что в системе Cu-Ti тепловые волны близкой интенсивности могут наблюдаться как в аморфном сплаве CuTi, так и в многослойной пленке, составленной из нанослоев Cu и Ti. Исследована кинетика аморфно-кристаллического перехода в сплавах CuTi, FeBx, полученных высокоэнергетичной механической обработкой в шаровых планетарных мельницах (ВЭМО). Для системы медь-титан определена (методом Киссинджера) энергия активации этого процесса, равная 199± 4 кДж/моль. Это меньше энергии активации аморфно-кристаллического перехода в металлических стеклах аналогичного состава, полученных спиннингованием расплава. Различие объясняется тем, что в механически полученных аморфных образцах образование и рост кристаллических зародышей происходит по гетерогенному механизму, когда центрами кристаллизации служат остающиеся нанокристаллические кластеры титана и вновь образовавшиеся при ВЭМО кристаллические зародыши фазы CuTi, в отличие от аморфных стекол, где имеет место гомогенное зародышеобразование. Данные по кинетике кристаллизации находятся в хорошем соответствии с результатами динамического рентгеноструктурного анализа и электронной микроскопии. Динамика роста дифракционных пиков кристаллической фазы показала, что переход сплава из аморфного в кристаллическое состояние протекает диффузионным путем и связан с ростом наноразмерных кристаллитов, образовавшихся при активации материала и являющихся зародышами для роста кристаллических зерен фазы CuTi. Различные степени аморфизации и сплавления достигнуты с помощью ВЭМО в многокомпонентных смесях. Составы Ti-Fe-Cr-Cu-W и Ti-Fe-Cr-Cu-Mo после 120 минут ВЭМО состоит из аморфной фазы с кристаллическими включениями тугоплавких металлов. Замена тугоплавкого металла на никель позволила получить в системе Ti-Fe-Cr-Cu-Ni однофазный высокоэнтропийный сплав. Однако при электроискровом плазменном спекании вышеупомянутые аморфные и высокоэнтропийные фазы распадались с образованием интерметаллидов. Однофазный пятикомпонентный сплав, фазовый состав которого сохраняется и после электроискрового плазменного спекания, удалось получить в системе Fe-Ni-Co-Cr-Mn. Измерены некоторые его свойства: плотность 7,49 г/см3, удельное электросопротивление - 0,94-0,96·10-6 Ом·м, микротвердость – 306-328 кг/мм2. Растровая электронная микроскопия и микроанализ подтвердили однородную структуру материала и равномерное распределение элементов. Данный сплав может представлять практический интерес в качестве конструкционного и функционального материала. Научная ценность этой части исследования состоит в получении новых экспериментальных данных, необходимых для понимания механизмов сплавления и образования аморфных фаз при механической обработке порошковых смесей. При исследовании процессов аморфно-кристаллического перехода в сурьме как модельной системе был обнаружен интересный эффект, названный неединственностью маршрутов кристаллизации. Результаты показали, что переход аморфной сурьмы в кристаллическое состояние может протекать не только в режиме взрывной кристаллизации, но и путём медленной кристаллизации при комнатной температуре. В образцах, полученных и хранящихся в одинаковых условиях, наблюдается спонтанная медленная кристаллизация, начало которой в разных образцах различается на тысячи часов, а скорость роста кристаллической фазы различается в несколько раз. Обнаружены различия в текстуре и динамике роста кристаллической фазы, которые могут быть вызваны флуктуациями в исходной аморфной структуре. В режиме медленной кристаллизации при комнатной температуре частота образования кристаллических зародышей мала, и появление даже одного кластера, ориентированного определенным образом, может привести к образованию текстурированной области с такой ориентацией. Если в том же образце появляется зародыш с другой ориентацией, начинает развиваться альтернативная текстура. В режиме взрывной кристаллизации при повышенной температуре частота зародышеобразования велика, и формируется поликристаллическая структура без текстурирования.

 

Публикации

1. Вадченко С.Г., Ковалев Д.Ю., Щукин А.С., Рогачев А.С. Crystallization of Amorphous Antimony at Room Temperature: Non-Uniqueness of Patterning Route International Journal of Self-propagating High-temperature Synthesis, - (год публикации - 2018).

2. Ковалев Д.Ю., Вадченко С.Г., Шкодич Н.Ф., Рувимов С.С., Рогачев А.С., Алымов М.И. Кристаллизация механоактивированного сплава CuTi Доклады академии наук, - (год публикации - 2018).

3. Кочетов Н.А., Рогачев А.С., Щукин А.С., Вадченко С.Г., Ковалев И.Д. Механическое сплавление с частичной аморфизацией многокомпонентной порошковой смеси Fe-Cr-Co-Ni-Mn и ее электроискровое плазменное спекание для получения компактного высокоэнтропийного материала Известия вузов Порошковая металлургия и функциональные покрытия, - (год публикации - 2018).

4. Рогачев А.С., Вадченко С.Г., Аронин А.С., Непапушев А.А., Ковалев И.Д., Барас Ф., Политано О., Рогачев С.А., Мукасьян А.С. Self-propagating waves of crystallization in metallic glasses Applied Physics Letters, номер 09, том 111, номер статьи 093105, стр. 1 -5 (год публикации - 2017).

5. Рогачев С.А., Политано О.,Барас Ф., Рогачев А.С. Molecular dynamics simulation of self-propagating thermal waves in the reactive multilayer Ni/Al foils and amorphous Cu50Ti50 films International Journal of Self-propagating High-temperature Synthesis, - (год публикации - 2018).


Аннотация результатов, полученных в 2018 году
В 2018 году проведены исследования в соответствие с планом. Наиболее интересные результаты достигнуты в области получения аморфных и нанокристаллических материалов методами механического сплавления многокомпонентных систем и исследования их структуры и свойств, а также в теоретическом исследовании и компьютерном моделировании процессов аморфно-кристаллического перехода и самораспространяющихся волн кристаллицации. Основным методом получения аморфных или частично аморфизированных нанокристаллических порошков, который при этом использовался, был высокоэнергетический шаровой размол в планетарных мельницах АГО-2 и Активатор-2S. Было исследовано несколько многокомпонентных систем (в том числе все запланированные плюс некоторые дополнительные к плану): Fe-Ni-Co-Cr-Mn, Fe-Ni-Co-Cr-Ti, Ti-Zr-Cu-Al-Ni, Ti-Nb-Cu-Al-Ni, Cu-Cr-Fe-Ti-Ni, Cu-Co-Fe-Al-Ni, Cu-Cr-Fe-Ti-Mn. Проведены исследования ряда свойств полученных многокомпонентных порошков и консолидированных материалов. В частности, показано, что удельное электросопротивление материала FeNiCoCrMn почти линейно возрастает с температурой, при этом температурный коэффициент электросопротивления равен примерно 410-4 1/К, что намного ниже, чем у элементарных металлов и даже несколько ниже, чем у сплавов Константан и Нихром. Это позволяет рекомендовать данный материал для использования в электротехнике и электронике, в качестве прецизионного сплава, когда требуется независимость (или слабая зависимость) электросопротивления от температуры. Удельное электрическое сопротивление пятикомпонентных материалов, содержащих медь, оказалось намного ниже, например, для консолидированного сплава TiFeCrCuNi оно на 2 порядка меньше, чем у FeNiCoCrMn. Температуропроводность сплава FeNiCoCrMn также почти линейно зависит от температуры, и значения этой величины ниже, чем у чистых металлов. Прецизионные рентгеновские исследования сплавов в диапазоне температур 20 -1000 ℃ показали, FeNiCoCrMn является наболее стабильным соединением из всех исследованных систем. Получены новые результаты о самораспространяющихся волнах аморфно-кристаллического перехода в металлических стеклах. Было показано, на основе сравнения трех систем (металлическое стекло CuTi, электроосажденный слой аморфноой сурьмы (Sb) и многослойные нанопленки Ni/Al), что во всех случаях имеет место тепловой механизм распространения волны. Интенсивность и скорость распространения этих тепловых волн зависит от энтальпии и кинетики превращения, уменьшаясь в ряду «химическая реакция (Ni+Al= NiAl) – взрывчатая сурьма – металлические стекла». Разработаны общие принципы построения теоретической модели самораспространяющихся тепловых волн кристаллизации. В зависимости от масштаба рассматриваемых процессов, показана необходимость использования двух подходов. В макроскопическом (макрокинетическом) масштабе необходимо моделирование с помощью системы дифференциальных уравнений в частных производных с граничными условиями (уравнение теплопроводности с источником и уравнение кинетики тепловыделения), но при этом вид теплового источника зависит от природы процесса. Показано, что уравнение Аррениуса может использоваться для моделирования волн взрывной кристаллизации при условии, что значения энергии активации процесса (Е) находятся в определенном интервале значений. Если это условие не соблюдается, тепловая волна либо вырождается (низкие энергии активации), либо переходит в неустойчивый (автоколебательный) режим. Проведенные оценочные расчеты дали следующие интервалы Е: для взрывной кристаллизации сурьмы 50 kJ/mol ≤ ESb ≤ 79 kJ/mol; для волн кристаллизации в металлических стеклах 168.1 kJ/mol ≤ ECuTi ≤ 192 kJ/mol; для реакционных волн в многослойных нанопленках 31 kJ/mol ≤ ENi/Al ≤ 111 kJ/mol. Полученные данные хорошо согласуются с экспериментальными наблюдениями. В микроскопическом масштабе (менее микрона) наиболее перспективным является молекулярно-динамическое моделирование (МДМ). Проведенные в 2018 году исследования методом МДМ позволили выявить механизмы зарождения и роста зерен кристаллической фазы в металлических стеклах. Показано, что упорядоченные кластеры размером менее 50 атомов постоянно образуются и исчезают в аморфной матрице, как флуктуации атомной структуры. Если объем кластера превышает 50-100 атомов, он с большой вероятностью превращается в зародыш кристаллического зерна, которое начинает самопроизвольно расти. Таким образом, первая стадия аморфно – кристаллического перехода является гомогенным зародышеобразованием, но затем распространение волны кристаллизации происходит как гетерогенный процесс. Определены параметры зоны прогрева волны (20нм) и зоны структурного превращения (1 нм). Также методом МДМ рассчитаны критические значения скорости охлаждения расплавов, необходимые для стеклования (аморфизации) чистых металлов. Проведено экспериментальное и теоретическое исследование возможности реализации самораспространяющихся тепловых волн в аморфных слоях кремния. Методами механической аморфизации и магниетермического восстановления оксида кремния получены частично аморфизированные порошки чистого кремния, но эксперименты показаи, что тепловой эффект кристаллизации данных порошков слишком мал для создания самораспространяющейся на макроскопические расстояния волны взрывной кристаллизации. Молекулярно-динамическое моделирование аморфного кремния также показало необходимость внешнего источника нагрева и, кроме этого, необходимость кристаллического зародыша для возникновения волны кристаллизации в кремнии. Несмотря на отрицательный результат в организации макроскопических волн кристаллизации, подобных волнам в металлических стеклах, из полученных результатов следует возможность локального контролируемого превращения аморфного кремния в нанокристаллический, что имеет перспективу использования в устройствах оптической записи информации и для создания солнечных элементов сложной структуры. Таким образом, результаты проведенных исследований позволяют выделить два наиболее перспективных направления дальнейшей работы: фундаментальное исследование механизмов зарождения и роста кристаллической фазы в металлических стеклах (динамическая рентгенография и МДМ) и дальнейшее изучение свойств многокомпонентных высокоэнтропийных металлических сплавов, с целью определения наиболее значимых задач для их практического использования.

 

Публикации

1. Барас Ф., Турло В., Политано О., Вадченко С.Г., Рогачев А.С., Мукасьян А.С. SHS in Ni/Al Nanofoils: A Review of Experiments and Molecular Dynamics Simulations Advanced engineering materials, 1800091, 1-20 (год публикации - 2018).

2. Вадченко С.Г., Рогачев А.С., Ковалев Д.Ю., Ковалев Д.И., Мухина Н.И. Thermal explosion in Ti-Zn-Nb-Ni-Cu-Al system: Evolution in structure/composition of green powder during preliminary high-energy ball milling. International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis, - (год публикации - 2019).

3. Кочетов Н.А., Рогачев А.С., Щукин А.С., Вадченко С.Г., Ковалев И.Д. Механическое сплавление с частичной аморфизацией многокомпонентной порошковой смеси Fe – Cr – Co – Ni – Mn и ее электроискровое плазменное спекание для получения компактного высокоэнтропийного материала. Синтез и консолидация порошковых материалов: Сборник тезисов Международной конференции, 1, 376-381 (год публикации - 2018).

4. Куташова Е.М., Пятаев А.В., Шкодич Н.Ф., Рогачев А.С. Мессбауэровское исследование наноструктурированных материалов на основе системы Fe – B, полученных методом механоактивации Синтез и консолидация порошковых материалов: Сборник тезисов Международной конференции, 1, 419-425 (год публикации - 2018).

5. Рогачев А.С., Вадченко С.Г., Аронин А.С., Щукин А.С., Ковалев Д.Ю., Непапушев А.А., Рувимов С., Мукасьян А.С. Self-sustained exothermal waves in amorphous and nanocrystalline films: A comparative study Journal of Alloys and Compounds, 749, 44-51 (год публикации - 2018).

6. Рогачев А.С., Вадченко С.Г., Кочетов Н.А., Рувимов С., Ковалев Д.Ю.,Московских Д.О., Мукасьян А.С. Structure and properties of nanocrystalline five-component alloys produced by high-energy ball milling and spark plasma sintering Book of abstracts "Nanotechnology &Materials science", 1, 32 (год публикации - 2018).

7. Рогачев А.С., Кочетов Н.А.,Рувимов С., Вадченко С.Г., Московских Д.О., Мукасьян А.С. Исследование структуры и свойств расплава CoCrFeNiMn, полученного механическим сплавлением и искровым плазменным спеканием Синтез и консолидация порошковых материалов: Сборник тезисов Международной конференции, 1, 567-570 (год публикации - 2018).

8. Рогачев С.А., Политано О., Барас Ф., Рогачев А.С. Explosive crystallization in amorphous CuTi thin films: a molecular dynamics study Journal of Non-Crystalline Solids, 505, 202-210 (год публикации - 2019).

9. С. Г. Вадченко , А. С. Рогачев , Д. Ю. Ковалев , И. Д. Ковалев и Н. И. Мухина Формирование структуры многокомпонентных порошков TiZrNiCuAl при высокоэнергетической механической обработке. Синтез и консолидация порошковых материалов: Сборник тезисов Международной конференции, 1, 224-226 (год публикации - 2018).

10. Шкодич Н.Ф., Вадченко С.Г., Ковалев Д.Ю., Рогачев А.С., Мукасьян А.С. Formation of Cu-Ti metallic glasses by mechanical treatment and their thermal stability Book of abstracts "Nanotechnology &Materials science", 1, 33 (год публикации - 2018).

11. Шкодич Н.Ф., Вадченко С.Г., Ковалев Д.Ю., Рогачев А.С., Шекк Ю.Б. High-energy ball milling of Fe-B mixtures: formation of amorphous structures and their thermal stability Book of abstracts. 3rd International Conference "Inorganic materials science, modern technologies and methods", 1, 93-94 (год публикации - 2018).

12. Шкодич Н.Ф., Вадченко С.Г., Непапушев А.А., Ковалев Д.Ю., Ковалев И.Д., Рувимов С., Рогачев А.С., Мукасьян А.С. Crystallization of amorphous Cu50Ti50alloy prepared by high-energy ball milling Journal of Alloys and Compounds, 741, 575-579. (год публикации - 2018).

13. Шкодич Н.Ф., Вадченко С.Г., Рогачев А.С., Ковалев И.Д., Непапушев А.А., Серегина Ю.С. Структурные особенности и свойства высокоэнтропийного сплава CuCrFeTiNi, полученого методами механической активации и искрового плазменного спекания Синтез и консолидация порошковых материалов: Сборник тезисов Международной конференции, 1, 721-724 (год публикации - 2018).

14. Шкодич Н.Ф., Вадченко С.Г., Рогачев А.С., Ковалев И.Д., Трусов Г.В. Mechanical alloying and spark plasma sintering of nanostructured CuCrFeTiMn(Ni) high-entropy alloys 25TH INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON METASTABLE, AMORPHOUS AND NANOSTRUCTURED MATERIALS, - (год публикации - 2018).


Возможность практического использования результатов
не указано