Tilda Publishing
ЖУРНАЛ
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
ISSN 1028-978X (print)
ISSN 3033-733X (online)
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Tilda Publishing
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

2026, № 10, аннотации статей

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Особенности современной технологии изготовления спеченных постоянных магнитов
(Nd, R)-Fe-B (R = Pr, Ce, Dy, Tb, Ho) методами порошковой металлургии

Н. А. Дормидонтов, П. А. Прокофьев, Н. Б. Кольчугина,
М. В. Железный, А. С. Бакулина, Д. А. Русинов

Спеченные магниты на основе системы Nd – Fe – B, играющие ключевую роль в повышении эффективности электромеханического преобразования энергии и эксплуатационной надежности ветрогенераторов и приводов электромобилей, ценятся за высокую коэрцитивную силу, значительную остаточную индукцию и превосходное значение максимального энергетического произведения. Гистерезисные характеристики спеченных постоянных магнитов являются структурно чувствительными параметрами. Данный факт определяет возможность и необходимость целенаправленного формирования структуры постоянных магнитов Nd – Fe – B для улучшения или модифицирования их свойств. Основным препятствием на пути разработки экономически эффективных и высокопроизводительных магнитов этого типа является компромисс между коэрцитивной силой и остаточной индукцией в сочетании с серьезным дисбалансом при необходимости использования дефицитных редкоземельных ресурсов. В настоящем обзоре рассмотрен метод зернограничной диффузии (ЗГД) компонентов, реализуемый из источников диффузии в процессе изготовления спеченных постоянных магнитов и обеспечивающий ресурсосберегающее использование редкоземельных металлов (РЗМ). Эффект диффузии связан с модификацией (1) структуры и состава границ зерен, с созданием непрерывной зернограничной фазы, таким образом усиливая магнитную изоляцию зерен и снижая вероятность зарождения доменов обратного знака при перемагничивании, и (2) структуры и состава самих зерен основной магнитной фазы на основе соединения Nd2Fe14B с образованием структуры зерна “ядро – оболочка” с неравномерным распределением РЗМ компонентов. Рассмотрены этапы развития процессов зернограничной диффузии, включая MagRise и in situ процессы, три поколения соединений-источников диффузии (тяжелых РЗМ, легких РЗМ и не содержащих РЗМ), в том числе для магнитов с замещением неодима (празеодима) на церий и лантан и переработанных магнитов. Технология порошковой металлургии с использованием зернограничной диффузии по праву может быть определена как революционная технология постоянных магнитов Nd – Fe – B.

Ключевые слова: постоянные магниты Nd – Fe – B, тяжелые редкоземельные металлы, коэрцитивная сила, зернограничная диффузия, структура ядро – оболочка, переработка магнит-в-магнит.

DOI: 10.30791/1028-978X-2026-10-5-28
Дормидонтов Николай Андреевич — Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (119334, Россия, Москва, Ленинский пр., 49), младший научный сотрудник, специалист в области редкоземельных магнитотвердых материалов. E-mail: ontip@mail.ru.
Прокофьев Павел Александрович — Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (119334, Россия, Москва, Ленинский пр., 49), кандидат технических наук, научный сотрудник, специалист в области редкоземельных магнитотвердых материалов. E-mail: pav3387@yandex.ru.
Кольчугина Наталья Борисовна — Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (119334, Россия, Москва, Ленинский пр., 49), доктор технических наук, ведущий научный сотрудник, специалист в области редкоземельных и высокочистых материалов, а также редкоземельных магнитотвердых материалов. E-mail: natalik014@yandex.ru.
Железный Марк Владимирович — Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения
им. А.А. Байкова РАН (119334, Россия, Москва, Ленинский пр., 49), научный сотрудник, специалист в области редкоземельных магнитотвердых материалов. E-mail: markiron@mail.ru.
Бакулина Анна Сергеевна — Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (119334, Россия, Москва, Ленинский пр., 49), младший научный сотрудник, специалист в области редкоземельных магнитотвердых материалов.
Русинов Денис Анатольевич — Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (119334, Россия, Москва, Ленинский пр., 49), младший научный сотрудник, специалист в области редкоземельных магнитотвердых материалов.
Ссылка на статью:
Дормидонтов Н.А., Прокофьев П.А., Кольчугина Н.Б., Железный М.В., Бакулина А.С., Русинов Д.А. Особенности современной технологии изготовления спеченных постоянных магнитов (Nd, R)-Fe-B (R = Pr, Ce, Dy, Tb, Ho) методами порошковой металлургии. Перспективные материалы, 2026, № 10, с. 5 – 28.
Литература содержит 47 ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Перейти
Литература/References
к статье Дормидонтов Н.А., Прокофьев П.А., Кольчугина Н.Б., Железный М.В., Бакулина А.С., Русинов Д.А. Особенности современной технологии изготовления спеченных постоянных магнитов (Nd, R)-Fe-B (R = Pr, Ce, Dy, Tb, Ho) методами порошковой металлургии. Перспективные материалы, 2026, № 10, с. 5 – 28.
  1. Fernandez V. Rare-earth elements market: A historical and financial perspective. Resources Policy, 2017, v. 53, pp. 26 – 45. http://dx.doi.org/10.1016/j.resourpol. 2017.05.010.
  2. Zhang D., Zhu M., Sun X., Sun Q., Song X., Zuo J. Microstructure engineering toward high cost‐effective Nd–Fe–B sintered magnets: A Review. Rare Metals, 2026, v. 45, art. e70157. https://doi.org/10.1002/rar2.70157.
  3. McGuiness P., Akdogan O., Asali A., Bance S., Bittner F., Coey J.M.D., Dempsey N.M., Fidler J., Givord D., Gutfleisch O., Kaytter M., Leroy D., Sanvito S., Schrefl T., Schultz L., Schwobl C., Soderznik M., Turm S.S., Tozman P., Ustuner K., Venkatesan M., Woodcock T.D., Zagar K., Kobe S. Replacement and Original Magnet Engineering Options (ROMEOs): A European seventh framework project to develop advanced permanent magnets without, or with reduced use of, critical raw materials. JOM, 2015, v. 67, no. 6, pp. 1306 – 1317.
  4. Liu Zh., He J., Ramanujan Raju V. Significant progress of grain boundary diffusion process for cost-effective rare-earth permanent magnets: A review. Materials and Design, 2021, v. 209, art. 110004.
  5. Park K.T. Effect of metal-coating and consecutive heat treatment on coercivity of thin Nd-Fe-B sintered magnets. In: Proc. 16th Int. Workshop Rare Earth Magn. Their Appl., 2000, v. 257, [Online]. Available: https://cir.nii.ac.jp/crid/ 1573105974925324160.
  6. Lv M., Kong T., Zhang W., Zhu M., Jin H., Li W., Li Y. Progress on modification of microstructures and magnetic properties of Nd-Fe-B magnets by the grain boundary diffusion engineering. J. Magn. Magn. Mater., 2021, v. 517, art. 167278.
  7. Ma T., Wang X., Liu X., Wu C., Yan M. Coercivity enhancements of Nd–Fe–B sintered magnets by diffusing DyHx along different axes. J. Phys. D: Appl. Phys., 2015, v. 48, no. 21, art. 215001. https://doi.org/10.1088/0022-3727/48/21.
  8. Sasaki T.T., Ohkubo T., Hono K. Structure and chemical compositions of the grain boundary phase in Nd-Fe-B sintered magnets. Acta Mater., 2016, v. 115, pp. 269 – 277. htps://doi.org/10.1016/j.actamat.2016. 05.035.
  9. Niu E., Chen Z.A., Ye X.Z., Zhu W., Chen G.A., Zhao Y.G., Zhang J., Rao X.L., Hu B.P., Wang Z.X. Anisotropy of grain boundary diffusion in sintered Nd-Fe-B magnet. Appl. Phys. Lett., 2014, v. 104, no. 26, art. 262405. https://doi.org/10.1063/1.4886767.
  10. Kim T.H., Lee S.R., Yun S.J., Lim S.H., Kim H.J., Lee M.W., Jang T.S. Anisotropic diffusion mechanism in grain boundary diffusion processed Nd–Fe–B sintered magnet. Acta Mater., 2016, v. 112, pp. 59 – 66. https://doi.org/10.1016/j. actamat.2016.04.019.
  11. Ma T., Wang X., Liu X., Wu C., Yan M. Coercivity enhancements of Nd–Fe–B sintered magnets by diffusing DyHx along different axes. J. Phys. D: Appl. Phys., 2015, v. 48, no. 21, art. 215001. https://doi.org/10.1088/0022-3727/48/21/ 215001.
  12. Kim T.H., Lee S.R., Kim H.J., Lee M.W., Jang T.S. Simultaneous application of Dy–X (X = F or H) powder doping and dip-coating processes to Nd–Fe–B sintered magnets. Acta Mater., 2015, v. 93, pp. 95 – 104. https://doi.org/10.1016/j. actamat.2015.04.019.
  13. Liu W.Q., Chang C., Yue M., Yang Ji.S., Zhang D.T., Zhang J.X., Liu Y.Q. Coercivity, microstructure, and thermal stability of sintered Nd–Fe–B magnets by grain boundary diffusion with TbH3 nanoparticles. Rare Met., 2017, v. 36, no. 9, pp. 718 – 722. https://doi.org/10.1007/s12598-014-0295-2.
  14. Ji W., Liu W., Yue M., Zhang D., Zhang J. Coercivity enhancement of recycled Nd–Fe–B sintered magnets by grain boundary diffusion with DyH3 nano-particles. Phys. B, 2015, v. 476, pp. 147 – 149. https://doi.org/10.1016/j.physb.2015.03.013.
  15. Bae K.H., Kim T.H., Lee S.R., Kim H.J., Lee M.W., Jang T.S. Magnetic and microstructural characteristics of DyF3/DyHx dip-coated Nd–Fe–B sintered magnets. J. Alloys Compd., 2014, v. 612, pp. 183 – 188. https://doi.org/10.1016/ j. jallcom.2014.05.166.
  16. Kobayashi K., Urushibata K., Matsushita T., Sakamoto S., Suzuki S. Magnetic properties and domain structures in Nd–Fe–B sintered magnets with Tb additive reacted and diffused from the sample surface. J. Alloys Compd., 2014, v. 615, pp. 569 – 575. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2014.06.170.
  17. Di J., Ding G., Tang X., Yang X., Guo S., Chen R., Yan A. Highly efficient Tb utilization in sintered Nd-Fe-B magnets by Al aided TbH2 grain boundary diffusion. Scr. Mater., 2018, v. 155, pp. 50 – 53. https://doi.org/10.1016/j. scriptamat.2018.06.020.
  18. Liu P., Ma T., Wang X., Zhang Y., Yan M. Role of hydrogen in Nd–Fe–B sintered magnets with DyHx addition. J. Alloys Compd., 2015, v. 628, pp. 282 – 286.
  19. Chen F., Zhang T., Wang J., Zhang L., Zhou G. Coercivity enhancement of a Nd–Fe–B sintered magnet by diffusion of Nd70Cu30 alloy under pressure. Scr. Mater., 2015, v. 107, pp. 38 – 41. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2015.05.015.
  20. Liu J., Li W., Wang Q., Xu K., Zhou Q., Zhong X., Liu Z. Effects of pressure on NdCu grain boundary diffusion of Nd-Fe-B sintered magnets. Tran. Mater. Heat Treat., 2017, v. 38, pp. 28 – 32. https://doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2016-X306. (In Chinese).
  21. Yan M., Jin J., Ma T. Grain boundary restructuring and La/Ce/Y application in Nd–Fe–B magnets. Chin. Phys. B, 2019, v. 28, no. 7, art. 077507.
  22. Lu K., Bao X., Tang M., Chen G., Mu X., Li J., Gao X. Boundary optimization and coercivity enhancement of high (BH)max Nd-Fe-B magnet by diffusing Pr-Tb-Cu-Al alloys. Scr. Mater., 2017, v. 138, pp. 83 – 87. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2017.05.048.
  23. Lu K., Bao X., Tang M., Sun L., Li J., Gao X. Influence of annealing on microstructural and magnetic properties of Nd-Fe-B magnets by grain boundary diffusion with Pr-Cu and Dy-Cu alloys. J. Magn. Magn. Mater., 2017, v. 441, pp. 517 – 522. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2017.03.049.
  24. Qu P., Li F., Rehman S.U., He L., Yu X., Huang Q., Yang M., Li J. Optimized microstructure and improved magnetic properties of Pr-Dy-Al-Ga diffused sintered Nd-Fe-B magnets. Materials, 2021, v. 14, art. 2583. https://doi.org/10.3390/ma14102583.
  25. Jin L., Ding G., Zhu J., Jin Z., Zheng B., Guo S., Chen R., Yan A., Liu X. Effective microstructure optimization and coercivity enhancement of sintered Nd-Fe-B magnet by grain boundary diffusion of Pr60Tb13Al27 alloy. J. Alloys Compd., 2021, v. 870, art. 159375. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.159375.
  26. Chen G., Bao X., Lu K., Lv X., Ding Y., Zhang M., Wang C., Gao X. Microstructure and magnetic properties of Nd-Fe-B sintered magnet by diffusing Pr-Cu-Al and Pr-Tb-Cu-Al alloys. J. Magn. Magn. Mater., 2019, v. 477, pp. 17 – 21. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2018.12.110.
  27. Sepehri-Amin H., Liu J., Ohkubo T., Hioki K., Hattori A., Hono K. Enhancement of coercivity of hot-deformed Nd–Fe–B anisotropic magnet by low-temperature grain boundary diffusion of Nd60Dy20Cu20 eutectic alloy. Scr. Mater., 2013, v. 69, no. 9, pp. 647 – 650. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2013.07.011.
  28. Liu L., Sepehri-Amin H., Ohkubo T., Yano M., Kato A., Sakuma N., Shoji T., Hono K. Coercivity enhancement of hot-deformed Nd-Fe-B magnets by the eutectic grain boundary diffusion process using Nd62Dy20Al18 alloy. Scr. Mater., 2017, v. 129, pp. 44 – 47. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2016.10.020.
  29. Song W., He J., Yu Zh., Cao J., Liao X., Fan W., Yu H., Mao H., Mao C., Liu Zh. Enhancing the grain boundary diffusion efficiency of Tb for Nd-Fe-B magnets using dual-alloy diffusion source. J. Mater. Res. Technol., 2022, v. 18, pp. 841 – 851.
  30. Tang M., Bao X., Lu K., Sun L., Mu X., Li J., Gao X. Microstructure modification and coercivity enhancement of Nd-Ce-Fe-B sintered magnets by grain boundary diffusing Nd-Dy-Al alloy. J. Magn. Magn. Mater., 2017, v. 442, pp. 338 – 342. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2017.06.116.
  31. Zhou Q., Tang R., Xiao F., Liu Z. Coercivity enhancement of Nd–Ce–Fe–B sintered magnets by the grain boundary diffusion process using Nd–Al–Cu alloy. IEEE Trans. Magn., 2018, v. 54, no. 11, pp. 1 – 4. https://doi.org/10.1109/TMAG.2018.2835841.
  32. Li A.-h., Xi L.-l., Feng H.-b., Zou N., Tan M., Zhu M.-g., Li W. Development of Ce-based sintered magnets: review and prospect. J. Iron Steel Res. Int., 2020, v. 27, pp. 1 – 11, https://doi.org/10.1007/s42243-019-00287-x.
  33. Jin J., Chen W., Li M., Liu X., Yan M. PrAl and PrDyAl diffusion into Nd-La-Ce-Fe-B sintered magnets: Critical role of surface microstructure in the magnetic performance. Appl. Surf. Sci., 2020, v. 529, art. 147028. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2020.147028.
  34. Yan M., Jin J., Ma T. Grain boundary restructuring and La/Ce/Y application in Nd–Fe–B magnets. Chin. Phys. B, 2019, v. 28, no. 7, art. 077507.
  35. Jin J., Yan M., Ma T., Li W., Liu Y., Zhang Zh., Fu S. Balancing the microstructure and chemical heterogeneity of multi-main-phase Nd-Ce-La-Fe-B sintered magnets by tailoring the liquid-phase-sintering. Materials & Design, 2020, v. 186, art. 108308. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2019.108308.
  36. Zhao L., He J., Li W., Liu X., Zhang J., Wen L., Zhang Zh., Hu J., Zhang J., Liao X., Xu K., Fan W., Song W., Yu H., Zhong X., Liu Zh., Zhang X. Understanding the role of element grain boundary diffusion mechanism in Nd-Fe-B magnets. Adv. Funct. Mater., 2022, v. 32, art. 2109529. https://doi.org/10.1002/adfm.202109529.
  37. Liu Y., Liao X., He J., Yu H., Zhong X., Zhou Q., Liu Z. Magnetic properties and microstructure evolution of in-situ Tb-Cu diffusion treated hot-deformed Nd-Fe-B magnets. J. Magn. Magn. Mater., 2020, v. 504, art. 166685. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2020.166685.
  38. Лукин А.А., Кольчугина Н.Б., Бурханов Г.С., Клюева Н.Е., Скотницева К. Роль добавок гидрида тербия в формировании микроструктуры и магнитных свойств спеченных магнитов системы Nd-Pr-Dy-Fe-B. Физика ихимия обработки материалов, 2012, № 1, с. 70 – 73. / Lukin A.A., Kolchugina N.B., Burkhanov G.S., Klyeva N.E., Skotnicova K. Role of terbium additions in the formation of microstructure and magnetic properties of sintered Nd-Pr-Dy-Fe-B magnets. Inorg. Mater. Appl. Research, 2013, no. 3, pp. 256 – 259. doi: 10.1134/S207511331303009X.
  39. Бурханов Г.С., Кольчугина Н.Б., Лукин А.А., Кошкидько Ю.С., Цвик Я., Скотницова К., Ситнов В.В. Структура и магнитные свойства магнитов Nd-Fe-B, полученных из порошковых смесей с добавками гидрида диспрозия DyH2. Физика и химия обработки материалов, 2017, № 5, с. 44 – 54. / Burkhanov G.S., Kolchugina N.B., Lukin A.A., Koshkid’ko Yu.S., Cwik J., Skotnicova K., Sitnov V.V. Structure and magnetic properties of Nd–Fe–B magnets prepared from DyH2-containing powder mixtures. Inorg. Mater. Appl. Research, 2018, v. 9, no. 3, pp. 509 – 516. htps://doi.org/10.1134/s2075113318030115.
  40. Kolchugina N.B., Lukin A.A., Burkhanov G.S., Skotnicova K., Zivotsky O., Kursa M., Dormidontov N.A., Prokofev P.A., Koshkiďko Yu.S., Cegan T., Kaminskaya T.P., Ginzburg B.A. (Pr, Ho)-Fe-B magnets for low-temperature applications. AIP Advances, 2019, v. 9, art. 125025. htps://doi.org/10.1063/1.5129896126.
  41. Skotnicova K., Prokofev P.A., Kolchugina N.B., Burkhanov G.S., Lukin A.A., Koshkid’ko Y.S., Cegan T., Drulis H., Romanova T., Dormidontov N.A. Application of a Dy3Co0.6Cu0.4Hx addition for controlling the microstructure and magnetic properties of sintered Nd-Fe-B magnets. Materials, 2019, v. 12, art. 4235. htps://doi.org/10.3390/ma12244235.
  42. Skotnicova K., Burkhanov G.S., Kolchugina N.B., Kursa M., Cegan T., Lukin A.A., Zivotsky O., Prokofev P.A., Jurica J., Li Y. Structural and magnetic engineering of (Nd,Pr,Dy,Tb)-Fe-B sintered magnets with Tb3Co0.6Cu0.4Hx composition in the powder mixture. J. Magn. Magn. Mater., 2020, v. 498, art. 166220. htps://doi.org/10.1016/j.jmmm.2019.166220.
  43. Прокофьев П.А., Дормидонтов Н.А., Кольчугина Н.Б., Железный М.В., Бакулина А.С., Русинов Д.А., Каминская Т.П. Спеченные постоян­ные магниты Nd-Ce-Pr-Tb-Fe-Al-Cu-Ti-В: элект­ронно-микроскопическое исследование распре­деления компонентов. В Сборнике мате­риалов IX Международной конференции с элементами научной школы для молодежи “Функциональные материалы и высокочистые вещества”. Суздаль. 3 – 7 октября 2022 г. Москва, ООО “Буки Веди”, 2022, 246 с. / Prokofev P.A., Dormidontov N.A., Kolchugina N.B., Zheleznyi M.V., Bakulina A.S., Rusinov D.A., Kaminskaya T.P. Spechennye postoyannye magnity Nd-Ce-Pr-Tb-Fe-Al-Cu-Ti-В: Elektronno-mikroskopicheskoe isslrdovanie raspredeleniya elementov [Sintered permanent magnets Nd-Ce-Pr-Tb-Fe-Al-Cu-Ti-B: electron microscopic study of component distribution]. V Sbornike materialov IX Mezhdunarodnoi konferentsii s elementami nauchnoi shkoly dlya molodezhi “Funktsional’nye nanomaterialy i vysokochostye veshchestva”, Suzdal’, 3 – 7 oktyabrya 2022 [In the Proceedings of the IX International Conference with Elements of a Scientific School for Young People “Functional Nanomaterials and High -Purity Substances”. Suzdal, October 3-7, 2022]. Moscow, OOO Buki-Vedi Publ., 2022, 246 p. (In Russ.).
  44. Herbst J.F. R2Fe14B materials: Intrinsic properties and technological aspects. Rev. Mod. Phys., 1991, v. 63, pp. 819 – 898.
  45. Бурханов Г.С., Лукин А.А., Кольчугина Н.Б., Прокофьев П.А., Кошкидько Ю.С., Скотницова К. Способ изготовления термостабильных редкозе­мельных магнитов. Патент РФ № RU2685708C1. Заявл. 25.07.2018. Опубл. 23.04.2019 / Bukhanov G.S., Lukin A.A., Kolchugina N.B., Prokofev P.A., Koshkidko Yu.S., Skotnicova K. Sposob izgotovleniya termostabil’nykh redkozemel’nykh magnitov [Manufacturing method for thermal stable rare-earth magnets]. Patent RF no. 2685708. Declared 25.07.2018. Publ. 23.04.2019 (In Russ.).
  46. Прокофьев П.А., Кольчугина Н.Б., Дормидонтов Н.А., Бакулина А.С., Русинов Д А., Железный М.В. Способ изготовления спеченных редкоземельных магнитов из вторичного сырья. Патент № RU2767131C1. Заявл. 18.03.2021. Опубл. 16.03.2022. / Prokofev P.A., Kolchugina N.B., Doemidontov N.A., Bakulina A.S., Rusinov D.A., Zheleznyi M.V. Sposob izgotovleniya spechennykh redkozemel’nykh magnitov iz vtorichnogo syr’ya [Manufacturing method for sintered rare-earth magnets for secondary raw materials]. Patent RF no. 2767131. Declared 18.03.2021. Publ. 16.03.2022. (In Russ.).
  47. Prokofev P.A., Kolchugina N.B., Skotnicova K., Burkhanov G.S., Kursa M., Zheleznyi M.V., Dormidontov N.A., Cegan T., Bakulina A.S., Koshkidko Y.S., Smetana B. Blending powder process for recycling sintered Nd-Fe-B magnets. Materials, 2020, v. 13, no. 14, art. 3049. https://doi.org/10.3390/ma13143049.
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Низкотемпературные релаксационные процессы в тонких слоях полимерного композита
с сегнетоэлектрическим наполнителем

Р. А. Кастро, Е. А. Карулина, С. В. Сенкевич

Установлены закономерности поляризационных процессов в диэлектрических композитных пленках полиэтилена низкой плотности с сегнетоэлектрическим наполнителем титанатом бария: зависимость проводимости на переменном токе и диэлектрических потерь от частоты, температуры. Показано, что перенос заряда в данной системе может быть описан с позиций теории прыжковой электропроводности в не упорядоченных системах. Установлен монотонный (экспоненциальный) рост диэлектрической проницаемости с температурой и не дебаевский характер зависимости коэффициента потерь. Отмечается существование несимметричного распределения релаксаторов по временам релаксации в области низких температур.

Ключевые слова: электрофизические свойства, поляризационные процессы, полимерные композиты, диэлектрические характеристики, прыжковая проводимость.

DOI: 10.30791/1028-978X-2026-10-29-36
Кастро Арата Рене Алехандро — Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования “Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена” (РГПУ им. А.И. Герцена) (191186, Санкт-Петербург, наб. Реки Мойка, 48), доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник НИИ физических исследований, специалист в области физико-неупорядоченных и наноструктурированных диэлектрических систем. E-mail: recastro@mail.ru
Карулина Елена Анатольевна — Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования “Российский государст­венный педагогический университет им. А.И. Герцена” (РГПУ им. А.И. Герцена) (191186, Санкт-Петербург, наб. Реки Мойка, 48), кандидат физико-математических наук, доцент, специалист в области электрофизических свойств полимерных композитных материалов. E-mail: karulina@mail.ru.
Сенкевич Станислав Викторович — Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования “Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена”
(РГПУ им. А.И. Герцена) (191186, Санкт-Петербург, наб. Реки Мойка, 48), кандидат физико-математических наук, научный сотрудник НИИ физических исследований; ФГБУН Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН (ФТИ им. А.Ф. Иоффе) (194021, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 26), старший научный сотрудник, специалист в области тонкопленочных гетероструктур на основе сегнетоэлектрических материалов. E-mail: senkevichsv@mail.ioffe.ru.
Ссылка на статью:
Кастро Р.А., Карулина Е.А., Сенкевич С.В. Низкотемпературные релаксационные процессы в тонких слоях полимерного композита с сегнетоэлектрическим наполнителем. Перспективные материалы, 2026, № 10, с. 29 – 36.
Литература содержит 21 ссылку.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Перейти
Литература/References
к статье Кастро Р.А., Карулина Е.А., Сенкевич С.В. Низкотемпературные релаксационные процессы в тонких слоях полимерного композита с сегнетоэлектрическим наполнителем. Перспективные материалы, 2026, № 10, с. 29 – 36.
  1. Кудрявцева Д.А., Цымбалюк А.А., Комлев  А.Е., Алтынников А.Г., Платонов Р.А., Гагарин А.Г. Исследование электрофизических свойств компо­зитного диэлектрического материала с низкой диэлектрической постоянной. Заводская лаборатория. Диагностика материалов, 2025, т. 91, №  8, с. 41 – 46. / Kudryavtseva D.A., Tsymbalyuk  A.A., Komlev A.E., Altynnikov A.G., Platonov R.A., Gagarin A.G. Issledovaniya elektrofizicheskikh svoystv kompozitnogo dielektricheskogo materiala s ybzkoy dielektricheskoy postoyannoy [Study of the electrophysical properties of a composite dielectric material with a low dielectric constant]. Zavodskaya laboratoriya. Diagnostika materialov [Factory Laboratory. Material Diagnostics], 2025, v. 91, no. 8, pp. 41 – 46. (In Russ.).
  2. Mukhin N., Sokolova I., Chigirev D., Rudaja L., Lebedeva G., Kastro R., Issakov V., Bol’shakov M. Composite ferroelectric coatings based on a heat-resistance polybenzoxazole polymer matrix. Coatings, 2020, no. 10, art. 286.
  3. Mukhin N., Afanasjev V., Sokolova I., Chigirev D., Kastro R., Rudaja L., Lebedeva G., Oseev A., Tumarkin A. Heat-resistant ferroelectric-polymer nanocomposite with high dielectric constant. Materials, 2018, no. 11, art. 1439.
  4. Jun Su, Jun Zhang Preparation and properties of Barium titanate (BaTiO3) reinforced high density polyethylene (HDPE) composites for electronic application. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 2016, v. 27, no. 5, pp. 4344 – 4350.
  5. Платонова И.В., Бедняков П.С., Тараскин С.А., Данилов А.Ю., Пахомов П.М. Исследование диэлектрических свойств пленок полимерных композитов с сегнетоэлектрическим наполнителем мостовым методом и методом тепловых шумов. Вестник Московского университета. Серия 3. Физика и астрономия, 2011, № 2. с. 63 – 66. / Platonova I.V., Bednyakov P.S., Taraskin S.A., Danilov A.Yu., Pakhomov P.M. Issledovaniya dielektricheskikh svoystv plenok polimernykh kompozitov s segnetoelektricheskim napolnitelem mostovym metodom i metodom teplovykh shumov [Research of the dielectric properties of films of polymer composites with a ferroelectric filler by the bridge method and the thermal noise method]. Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 3. Fizika i astronomiya [Bulletin of Moscow University. Series 3. Physics and Astronomy], 2011, no. 2, pp. 63 – 66. (In Russ.).
  6. Olszowy M. Dielectric and pyroelectric properties of the composites of ferroelectric ceramic and poly (vinyl chloride). Condensed Matter Physics, 2003, v. 6, no. 2 (34), pp. 307 – 313.
  7. Гефле О.С., Лебедев С.М., Ткаченко С.Н. Поведение полимерных композиционных материалов с напол­нителем из сегнетоэлектрической керамики в электрическом поле. Известия Томского политех­нического университета, 2008, т. 308, № 4, с. 64 – 68. / Gefle O.S., Lebedev S.M., Tkachenko S.N. Povedenie polimernykh kompozitsionnykh materialov s napolnitelem iz segnetoelektricheskoy keramiki [Behavior of polymer composite materials with ferroelectric ceramic filler in an electric field]. Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta [News of Tomsk Polytechnic University], 2008, v. 308, no. 4, pp. 64 – 68. (In Russ.).
  8. Жигаева И.А., Галиханов М.Ф., Гороховатский  Ю.А., Бурда В.В. Исследование полимерных электретов методом термостимулированной релаксации потен­циала поверхности. Пластические массы, 2011, № 10, с. 17 – 19. / Zhigaeva I.A., Galixanov M.F., Goroxovatskij Yu.A., Burda V.V. Issledovanie polimernikh elektretov metodom termostimulirovannoy relaksacii potenciala poverxnosti [Study of polymer electrets by the method of thermally stimulated relaxation of surface potential]. Plasticheskie massy [Plastics], 2011, v. 10, pp. 17 – 19. (In Russ.).
  9. Kilic A., Shim E., Yeom B.Y., Pourdeyhimi B. Improving electret properties of PP filaments with barium titanate. Journal of Electrostatics, 2011, v. 71, pp. 41 – 47.
  10. Castro R.A., Kononov A.A., Dao T.H., Dolginsev D.M. Dielectric and structural study of polymer composites based on polyethylene and barium titanate. AIP Conference Proceedings, 2017, v. 1859(1), art. 020002.
  11. Жигаева И.А., Галиханов М.Ф., Дербердеев Р.Я. Изучение причин повышения электретных свойств полиэтилена при наполнении титанатом бария. Вестник Казанского технологического универси­тета, 2010, № 9, с. 394 – 399. / Zhigaeva I.A., Galixanov M.F., Deberdeev R.Ya. Izuchenie prichin povysheniya ehlektretnyh svojstv poliehtilena pri napolnenii titanatom bariya [Study of the reasons for increasing the electret properties of polyethylene when filled with barium titanate]. Vestnik Kazanskogo texnologicheskogo universiteta [Bulletin of the Kazan Technological University], 2010, v. 9, pp. 394 – 399. (In Russ.).
  12. Mann A.S., Goyal D.R., Kumar A. A.C. conductivity of amorphous Ga-Se-Te system. Revue de Physique Appliquée, 1989, no. 24, pp. 1071 – 1075.
  13. Singh M., Bhatia K.L., Kishore N., Singh P., Kundu  R.S., Electronic conduction in vitreous semi­conductors in the pseudo-binary system (As2S3)1-x(PbS)x. Journal of Non-Crystalline Solids, 1995, no. 180, pp. 251 – 259.
  14. Long A.R. Frequency-dependent loss in amorphous semiconductors. Journal of Advances in Physics, 1982, v. 31, no. 5, pp. 553 – 637.
  15. Gupta V., Bamzai K.K., Kotru P.N., Wanklyn B.M. Dielectric properties, AC conductivity and thermal behavior of flux grown cadmiumtitanate crystals. Materials Science and Engineering B., 2006, v. 130, pp. 163 – 172.
  16. Yang S.R., Taylor K.N. R., Zhang F.Y. Low-frequency relaxation processes in single-crystal proustite, Ag3AsS3. Journal of Physics: Condensed Matter, 1989, pp. 7669 – 7679.
  17. Kremer K., Schonhals A. Broadband dielectric spectroscopy. Berlin Heidelberg Springer Verlag, 2003, 729 р.
  18. Havriliak S.A. complex plane representation of dielectric and mechanical relaxation processes in some polymers. Journal of Polymer, 1967, v. 8, pp. 161 – 210.
  19. Иона Ф., Ширане Д. Сегнетоэлектрические кристаллы. Москва, Мир, 1965, 555 с. / Yona F., Shirane G. Ferroelectric crystals. Pergamon press Oxford London New York Paris, 1962, 402 p.
  20. Wang Y.L., Tagantsev A.K., Damjanovic D., Setter N. Giant domain wall contribution to the dielectric susceptibility in BaTiO3 single crystals. Applied Physics Letters, 2007, v. 91, art. 062905.
  21. Wang Y.L., He Z.B., Damjanovich D., Tagantsev A.K., Deng G.C., Setter N. Unusual dielectric behavior and domain structure in rhombohedral phase of BaTiO3 single crystals. Journal of Applied Physics, 2011, v. 110, art. 014101.
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Особенности взаимодействия мощного импульсного лазерного излучения с материалами вакуумной камеры термоядерного реактора

И. В. Боровицкая, В. Н. Пименов, С. Н. Коршунов, А. Н. Мансурова,
С. А. Масляев, С. В. Латышев, Г. Г. Бондаренко, С. В. Симаков,
Н. А. Виноградова, А. И. Гайдар, Е. В. Матвеев

Проведено сравнение, обобщение и систематизация механизмов эрозии и разрушения поверхности малоактивируемых материалов, перспективных для использования в качестве материалов вакуумной камеры термоядерных реакторов: ванадия, его сплава V – 10 Ti – 6 Cr – 0,05 Zr – 0,1 Si и вольфрама при последовательном воздействии на них ионных и тепловых потоков. Тепловые потоки имитировали с помощью мощного импульсного лазерного излучения (ЛИ), создаваемого в установке ГОС 1001 в режиме модулированной добротности (МД) с плотностью мощности потока равной 1·1012 и 1·1014 Вт/м2, длительностью импульса t = 50 нс, числом импульсов N от 1 до 8. Образцы облучали как в исходном состоянии, так и после имплантации ионов гелия (энергия — 30 кэВ, дозы — 1,0·1022 и 2,0·1023 м–2) и аргона (энергия — 20 кэВ, дозы — 1,0·1022 и 2,0·1022 м–2), которую проводили в ионно-лучевом ускорителе ИЛУ. Установлено, что характер разрушения образцов зависит от материала мишени и согласно результатам численного моделирования связан с перераспределением энергии лазерного луча между процессами плавления и испарения для конкретной комбинации: плотность мощности ЛИ – имплантируемый ион – облучаемый материал. Показано, что воздействие мощных лазерных импульсов приводит к изменению морфологии и увеличению эрозии поверхности на всех этапах взаимодействия с материалами вследствие генерации процессов испарения и плавления, образования и разрушения пузырей (блистеров), а также появления трещин. Эти результаты имитационных экспериментов показывают, что в реальных условиях работы реактора импульсные радиационно-термические воздействия могут способствовать загрязнению плазмы и уменьшению срока службы реактора. Обнаружено, что характерные особенности повреждаемости и разрушения поверхности при воздействии ЛИ для всех исследуемых материалов наиболее заметно проявляются на образцах, предварительно облучённых ионами газов, то есть в результате синергетического эффекта.

Ключевые слова: импульсное лазерное излучение, ионная имплантация, ионы гелия и аргона, вольфрам, ванадий, сплав ванадия, повреждаемость поверхности, эрозия, испарение, плавление, блистеры.

DOI: 10.30791/1028-978X-2026-10-37-54
Боровицкая Ирина Валерьевна — Институт металлургии и материаловедения им. А.А.Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский проспект, 49), кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, специалист в области воздействия концентрированных потоков энергии на материалы. E-mail: symp@imet.ac.ru.
Пименов Валерий Николаевич — Институт металлургии и материаловедения им. А.А.Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский проспект, 49), доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник, заведующий лабораторией, специалист в области воздействия излучений на металлы. E-mail: pimval@mail.ru.
Коршунов Сергей Николаевич — Федеральное государственное бюджетное учреждение Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт” (123182, Москва, пл. Академика Курчатова, 1), кандидат физико-математических наук, руководитель лаборатории. Специалист в области физико-химических и радиационных проблем материаловедения. E-mail: skorshun@nfi.kiae.ru.
Мансурова Анжелина Николаевна — Федеральное государственное бюджетное учреждение Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт” (123182, Москва, пл. Академика Курчатова, 1), кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник. Специалист в области физико-химических и радиационных проблем материаловедения. E-mail: ang.2008@mail.ru.
Масляев Сергей Алексеевич — Институт металлургии и материаловедения им. А.А.Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский проспект, 49), кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, специалист в области космического и радиационного материаловедения. E-mail:
maslyaevs@gmail.com.
Латышев Сергей Владимирович — Московский технический университет связи и информатики (111024, Москва, ул. Авиамоторная, 8а), кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник; Институт металлургии и материаловедения им. А.А.Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский проспект, 49), старший научный сотрудник, специалист в области численного моделирования радиационно-термических процессов в материалах. E-mail: latyshevsv@rambler.ru.
Бондаренко Геннадий Германович — Национальный исследовательский университет “Высшая школа экономики” (101000 Москва, ул. Мясницкая, 20), доктор физико-математических наук, профессор, специалист в области радиационного материаловедения. E-mail: bondarenko_gg@rambler.ru.
Симаков Сергей Васильевич — Институт металлургии и материаловедения им. А.А.Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский проспект, 49), доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник, специалист в области воздействия излучений на металлы. E-mail: simakov-sv@mail.ru.
Виноградова Наталья Александровна — Институт металлургии и материаловедения им. А.А.Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский проспект, 49), кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, специалист в области воздействия концентрированных потоков энергии на материалы. E-mail: na_vin@mail.ru.
Гайдар Анна Ивановна — Научно-исследовательский институт перспективных материалов и технологий (105187, Москва, Щербаковская ул., 53), кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, специалист в области электронной микроскопии и элементного микроанализа. E-mail: niipmt@mail.ru.
Матвеев Егор Владимирович — Федеральное государственное бюджетное научное учреждение “Научно-исследовательский институт перспективных материалов и технологий” (ФГБНУ “НИИ ПМТ”) (105187, Москва, Щербаковская ул., 53), кандидат технических наук, старший научный сотрудник, специалист в области исследований физико-механических свойств материалов. E-mail: maegor@gmail.com.
Ссылка на статью:
Боровицкая И.В., Пименов В.Н., Коршунов С.Н., Мансурова А.Н., Масляев С.А., Латышев С.В., Бондаренко Г.Г., Симаков С.В., Виноградова Н.А., Гайдар А.И., Матвеев Е.В. Особенности взаимодействия мощного импульсного лазерного излучения с материалами вакуумной камеры термоядерного реактора. Перспективные материалы, 2026, № 10, с. 37 – 54.
Литература содержит 32 ссылки.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Перейти
Литература/References
к статье Боровицкая И.В., Пименов В.Н., Коршунов С.Н., Мансурова А.Н., Масляев С.А., Латышев С.В., Бондаренко Г.Г., Симаков С.В., Виноградова Н.А., Гайдар А.И., Матвеев Е.В. Особенности взаимодействия мощного импульсного лазерного излучения с материалами вакуумной камеры термоядерного реактора. Перспективные материалы, 2026, № 10, с. 37 – 54.
  1. Морозов Е.В., Демин А.С., Пименов В.Н., Грибков В.А., Рощупкин В.В., Масляев С.А., Латышев С.В., Демина Е.В., Казилин Е.Е., Кольцов А.Г., Бондаренко Г.Г., Гайдар А.И. Особен­ности повреждаемости и структурных изменений в поверхностном слое вольфрама при импульсном воздействии лазерного излучения, потоков ионов и плазмы. ФХОМ, 2017, № 4, с. 5 – 18. / Morozov E.V., Demin A.S., Pimenov V.N., Gribkov V.A., Roshchupkin V.V., Maslyaev S.A., Latyshev S.V., Demina E.V., Kazilin E.E., Koltsov A.G., Bondarenko G.G., Gaydar A.I. Features of the damage and the structural changes in the tungsten surface layer under the pulsed action of laser radiation, ion and plasma fluxes. Inorganic Materials: Applied Research, 2018, v. 9, no. 3, pp. 361 – 369. https://doi:10.1134/s2075113318030231.
  2. Vorobyev A.Y., Chunlei Guo. Femtosecond laser nanostructuring of metals. Optics Express, 2006, v. 14, no. 6, pp. 2164 – 2169.
  3. Шошин А.А. Эволюция представлений о стойкости первой стенки к импульсным тепловым нагрузкам в ИТЕР. ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез, 2025, т. 48, вып. 3, с. 36 – 49. / Shoshin A.A. Evolution of concepts about the first wall resistance to pulsed thermal loads in ITER. Physics of Atomic Nuclei, 2026, v. 89, suppl.1, pp. 32 – 47.
  4. Philipps V. Tungsten as material for plasma-facing component in future devices. J. of Nucl. Mat., 2011, v. 415, pp. 2 – 9.
  5. Pitts R.A., Carpentier S., Escourbiac F., Hirai T., Komarov V., Lisgo S., Kukushkin A.S., Loarte A., Merola M., Sashala Naik A., Mitteau R., Sugihara M., Bazylev V., Stangeby P.C. et al. A full tungsten divertor for ITER. Physics Issues and Design Status, 2013, v. 438, pp. S48 – S56. https://doi: 10.1016/j.jnucmat.2013.01.008.
  6. Климков Ю.М., Майоров В.С., Хорошев М.В. Взаимодействие лазерного излучения с веществом. Учебное пособие. Москва, Изд. МИИГАиК, 2014. 108 с./ Klimkov Yu.M., Mayorov V.S., Horodhev M.V. Vzaimodeystvie lazernogo izlucheniya s veshchestvom [Interaction of laser radiation with matter]. Training manual. Moscow, MIIGAiK Publ., 2014, 108 p. (In Russ.).
  7. Криштал М.А., Жуков А.А., Кокора А.Н. Структура и свойства сплавов, обработанных излучением лазера. Москва, Металлургия, 1973. 192 с. / Krishtal M.A., Gjukov A.A., Korora A.N. Structura i svoistva splavov obrabotannih izlucheniem lazera [Structure and properties of alloys treated with laser radiation.]. Moscow, Metallurgy Publ., 1973, 192 p. (In Russ.).
  8. Лосев В.Ф., Морозова Е.Ю., Ципилев В.П. Физические основы лазерной обработки материалов. Томск, Изд-во Томского политехнического ун-та, 2011, 199 с. / Losev V.F., Morozov E.Yu., Cipilev V.P. Fizicheskie osnovi lazernoj obrabotki materialov [The physical foundations of laser processing of materials]. Tomsk, Publishing house of Tomsk Polytechnic University, 2011, 199 p. (In Russ.).
  9. Анисимов С.И., Имас Я.А., Романов Г.С., Ходыко Ю.В. Действие излучения большой мощ­ности на металлы. Москва, Наука, 1970, 272 с. / Anisimov C.I., Imas Ya.A., Romanov G.S., Hodykj Yu.V. Dejstvie izlucheniya bolshoj moschnosti na metally [The effect of high-power radiation on metals]. Moscow, Nauka Publ., 1970, 272 p. (In Russ.).
  10. Харанжевский Е.В., Кривилев М.Д. Физика лазеров, лазерные технологии и методы математического моделирования лазерного воздействия на вещество. Ижевск, Удмуртский университет, 2011. 187 с. / Haranzhevskiy E.V., Krivilev M.D. Fizika lazerov, lazernye tehnologuii i metody matematicheskogo mode­lirovaniya lazernogo vozdejstviya na veshchedtvo [Physics of lasers, laser technologies and methods of mathematical modeling of laser effects on matter]. Izhevsk, Udmurdskiy university Publ., 2011, 187 p. (In Russ.).
  11. Бондаренко Г.Г. Иванов Л.И., Янушкевич В.А. Воздействие гигантских импульсов лазера намикроструктуру алюминия. Физика ихимия обработки материалов, 1973, № 4, c. 19 – 21. / Bondarenko G.G., Ivanov L.I., Yanushkevich V.A. Vozdeistvie gigantskih impulsov lazera na micro­strukturu aluminiya [The effect of giant laser pulses on the microstructure of aluminum]. Fizika i himiya obrabotki materialov [Physics and chemistry of materials treatment], 1973, no. 4, pp. 19 – 21. (In Russ.).
  12. Коршунов С.Н., Мартыненко Ю.В., Столярова В.Г. Синергетические эффекты при облучении металлов ионами разных элементов (H, He, Ar, C, N). ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез, 2010, вып. 4, с. 20 – 25. / Korshunov S.N., Martynenko Yu.V., Stolyarova V.G. Sinergeticheskie effekti pri obluchenii metallov ionami raznih elementov (H, He, Ar, C, N) [Synergistic effects under metals irradiation by ions of different elements (H, He, Ar, C, N)]. VANT. Ser. Termoyaderniy сintez [VANT. Ser. Thermonuclear fusion], 2010, issue. 4, pp. 20 – 25. (In Russ.).
  13. Комаров Ф.Ф. Новиков А.П. Ионно-лучевое переме­шивание при облучении металлов. В сб. Итоги науки и техники, сер. Пучки заряженных частиц и твёрдое тело. Москва, Металлургия, 1993, 192 c. / Komarov F.F., Novikov A.P. Ionno-luchevoe peremeshivanie pri obluchenii metallov [Ion beam mixing during metal irradiation]. In: Itogi nauki i tekhniki, ser. Puchki zaryazhennyh chastits i tverdoe telo [Results of Science and Technology, Ser. Beams of Charged Particles and a Solid Body]. Moscow, Metallurgy Publ., 1993, 192 p. (In Russ.).
  14. Бобырь Н.П., Казаков Е.Д., Орловa М.Ю., Смирнова А.Р., Спицын А.В., Стрижаковa М.Г., Сунчугашев К.А., Ткаченко С.И. Экспериментальное и численное исследования повреждений, вызван­ных сильноточным электронным пучком, конструк­ционных материалов, предназначенных для первой стенки мощных плазменных установок. Поверхность. Рентгеновские. синхротронные и нейтронные исследования, 2024, № 9, с. 42 – 49. / Bobyr N.P., Kazakov E.D., Orlova M.Yu., Smirnova A.R., Spitsyn A.V., Strizhakova M.G., Sunchugashev K.A., Tkachenko S.I. Experimental and numerical studies of damage caused by a high-current electron beam to structural materials intended for the first wall of powerful plasma installations. Surface. X-ray synchrotron and neutron studies, 2024, no. 18, issue 5, pp. 1047 – 1052. https:/doi:10.1134/s1027451024700800.
  15. Люблинский И.Е., Вертков А.В., Евтихин В.А., Вотинов С.Н., Губкин И.Н., Карасёв Ю.В., Дедюрин А.И., Боровицкая И.В., Калашников А.Н. Оптимизация легирования сплавов системы V–Ti–Cr. ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез, 2005, вып. 3, с. 70 – 80. / Lyublinskiy B.E., Vertkov A.V., Evtihin V.A., Votinov S.N., Gubkin N.N., Karasev Yu.V., Dedyurin A.I., Borovitskya I.V., Kalashnikov A.N. Optimizatsiya legirovaniya splavov sysnemi V – Ti – Cr [Optimization of alloying of V-Ti-Cr system alloys]. VANT. Ser. Termoyaderniy сintez [VANT. Ser. Thermonuclear fusion], 2005, issue 3, pp. 70 – 80. (In Russ.).
  16. Borovitskaya I.V., Korshunov S.N., Mansurova A.N., Bondarenko G.G., Simakov S.V., Vinogradova N.A., Gaidar A.I., Matveev E.V., Kazilin E.E. Damageability of the surface layer of V–Ti–Cr alloy under successive exposure to argon ions and pulsed laser radiation. Inorganic Materials: Applied Research, 2025, v. 16, no. 6, pp. 1821 – 1827.
  17. Боровицкая И.В., Пименов В.Н., Коршунов С.Н., Мансурова А.Н., Бондаренко Г.Г., Гайдар А.И., Матвеев Е.В., Латышев С.В., Казилин Е.Е. Исследование комбинированного воздействия ионной имплантации гелия и импульсного лазер­ного излучения на структуру имикротвердость поверхности сплава V–10Ti–6Cr–0.05Zr–0.1Si. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные инейтронные исследования, 2025, № 9, с. 81 – 88. https// doi:10.7868/S3034573125090103. / Borovitskaya I.V., Pimenov V.N., Korshunov S.N., Mansurova A.N., Bondarenko G.G., Gaidar A.I., Matveev E.V., Latyshev S.V., Kazilin E.E. Study of the combined effect of helium ion implantation and pulsed laser radiation on the structure and microhardness of the surface of the V–10Ti–6Cr–0.05Zr–0.1Si alloy. Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques, 2025, v. 19, no. 5, pp. 1130 – 1136. https// doi: 10.1134/S1027451025701605.
  18. Боровицкая И.В., Коршунов С.Н., Мансурова А.Н., Парамонова В.В., Г.Г. Бондаренко Г.Г., Гайдар А.И., Казилин Е.Е. Особенности структурных изменений в поверхностных слоях ванадия в условиях раздельного и последовательного воздействия ионов гелия и импульсного лазерного излучения. Поверхность. Рентгеновские. синхротронные инейтронные исследования, 2021. № 4. С. 25 – 30. / Borovitskaya I.V., Korshunov S.N., Mansurova A.N., Paramonova V.V., Bondarenko G.G., Gaidar A.I., Kazilin E.E. Features of structural changes in the surface layers of vanadium under conditions of separate and sequential exposure to helium ions and pulsed laser radiation. Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques, 2021, v. 15, no. 2, pp. 332 – 336.
  19. Боровицкая И.В., Пименов В.Н., Коршунов С.Н., Мансурова А.Н., Масляев С.А., Демин А.С., Морозов Е.В., Епифанов Н.А., Михайлова А.Б., Латышев С.В., Бондаренко Г.Г., Гайдар А.И., Матвеев Е.В., Монахов И.С. Повреждение по­верх­­ност­ного слоя вольфрама приоблучении стацио­нарными ионными и импульсными пучково-плазменными потоками гелия. ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез, 2024, вып. 3, т. 47, с. 79 – 92. / Borovitskaya I.V., Pimenov V.N., Korshunov S.N., Mansurova A.N., Maslyaev S.A., Demin A.S., Morozov E.V., Epifanov N.A., Mikhailova A.B., Latyshev S.V., Bondarenko G.G., Gaidar A.I., Matveev E.V., Monakhov I.S. Damage of the surface layer of tungsten under irradiation with stationary ion and pulsed beam-plasma helium flows. Physics of Atomic Nuclei, 2025, v. 88, suppl. 1, pp. S67 – S78.
  20. Боровицкая И.В., Коршунов С.Н., Мансурова А.Н., Бондаренко Г.Г., Люблинский И.Е. Исследование комплексного воздействия интенсивных потоков ионов аргона и импульсного лазерного излучения на поверхность ванадия и сплавов на его основе (Обзор). ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез, 2021, вып. 3, т. 44, с.82 – 93. / Borovitskaya I.V., Korshunov S.N., Mansurova A.N., Bondarenko G.G., Lyublinsky E.I. Study of the complex effect of intense argon ion flows and pulsed laser radiation on the surface of vanadium and its alloys (Review). Physics of Atomic Nuclei, 2022, v. 85, suppl. 1, pp. S71 – S79.
  21. Боровицкая И.В, Коршунов С.Н., Мансурова А.Н., Бондаренко Г.Г., Гайдар А.И., Матвеев Е.В., Казилин Е.Е. Синергетические эффекты вповерх­ностных слоях сплава системы V-Ti-Cr при воздействии ионов аргона иимпульсного лазерного излучения, ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез, 2022, вып. 4, т. 45, с. 84 – 92. / Borovitskaya I.V, Korshunov S.N., Mansurova A.N., Bondarenko G.G., Gaydar A.I., Matveyev Ye.V., Kazilin Ye.Ye. Sinerge­ticheskiye effekty v poverkhnostnykh sloyakh splava sistemy V-Ti-Cr pri vozdeystvii ionov argona i impul’snogo lazernogo izlucheniy [Synergistic effects in the surface layers of the V-Ti-Cr alloy system under the influence of argon ions and pulsed laser radiation]. VANT. Ser. Termoyadernyy sintez, [VANT. Ser. Thermonuclear synthesis], 2022, issue 4, v. 45, pp. 84 – 92. (In Russ.).
  22. Боровицкая И.В., Коршунов С.Н., Мансурова А.Н., Бондаренко Г.Г., Гайдар А.И., Матвеев Е.В., Казилин Е.Е. Влияние мощного импульсного лазерного воздействия на структуру и свойства поверхностного слоя ванадия, предварительно облучённого ионами инертных газов (Обзор). Металлы, 2024, № 1, с. 42 – 52. / Borovitskaya I.V., Korshunov S.N., Mansurova A.N., Bondarenko G.G., Gaydar A.I., Matveyev Ye.V., Kazilin Ye.Ye., Vliyaniye moschnogo impul’snogo lazernogo vozdeystviya na strukturu i svoystva poverkhnostnogo sloya vanadiya, predvaritel’no obluchonnogo ionami inertnykh gazov (Obzor) [Influence of powerful pulsed laser irradiation on the structure and properties of the surface layer of vanadium pre-irradiated with ions of inert gases (Review)]. Metally [Metals], 2024, no. 1. pp. 42 – 52. (In Russ.).
  23. Боровицкая И.В, Пименов В.Н., Коршунов С.Н., Мансурова А.Н., Масляев С.А., Латышев С.В., Демин А.С., Морозов Е.В., Бондаренко Г.Г., Гайдар А.И., Матвеев Е.В., Казилин Е.Е. Влияние импульсного лазерного излучения наморфологию и свойства поверхности вольфрама, имплантированного ионами гелия. ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез, 2025, вып. 3, т. 48, с. 135 – 146. / Borovitskaya I.V., Pimenov V.N., Korshunov S.N., Mansurova A.N., Maslyaev S.A., Latyshev S.V., Demin A.S., Morozov E.V., Bondarenko G.G., Gaidar A.I., Matveev E.V., Kazilin E.E. Effect of pulsed laser radiation on the morphology and surface properties of tungsten implanted with helium ions. Physics of Atomic Nuclei, 2026, v. 89, suppl. 1, pp. S48 – S55.
  24. Гусев В.М., Бушаров Н.П., Нафтулин С.М., Проничев А.М. Ионный ускоритель ИЛУ на 100 кэВ ссепарацией по массе. Приборы и техника эксперимента, 1969, т. 4, с. 19 – 23 / Gusev V.M., Busharov N.P., Naftulin S.M., Pronichev A.M. Ionniy uscoritel ILU na 100 keV s separatsiey po masse [ILU ion accelerator at 100 keV with mass separation]. Pribori i teknika experimtnta [Instruments and experimental techniques], 1969, v. 4, pp. 19 – 23. (In Russ.).
  25. Пименов В.Н., Масляев С.А., Демина Е.В., Иванов Л.И., Ковтун А.В., Грибков В.А., Дубровский А.В., Угасте Ю.Э. Воздействие импуль­сных потоков энергии на поверхность трубы из алюминиевого сплава в установке Плазменный Фокус. Перспективные материалы, 2006, № 4, с. 43 – 52. / Pimenov V.N., Maslyaev S.A., Demina E.V., Ivanov L.I. Kovtun A.V., Gribkov V.A., Dubrovskiy A.V., Ugaste Yu.Eh. Vozdejstvie impulsnih potokov ehnerguii na poverhnoct trubi iz aluminievogo splava v ustanovke Plazmenniy Fokus [The impact of pulsed energy flows on the surface of an aluminum alloy pipe in the Plasma Focus installation]. Perspectivnie materiali [Promising materials], 2006, № 4, pp. 43 – 52. (In Russ.).
  26. Грибков В.А., Латышев С.В., Пименов В.Н., Масляев С.А., Демина Е.В., Демин А.С., Морозов Е.В., Епифанов Н.А., Казилин Е.Е., Сасиновская И.П. Особенности разрушения металлов при импульсном лазерном и пучково-плазменном воздействии. Перспективные материалы, 2020, № 10, с. 34 – 47. / Gribkov V.A., Latyshev S.V., Pimenov V.N., Maslyayev S.A., Demina Ye.V., Demin A.S., Morozov Ye.V., Yepifanov N.A., Kazilin Ye.Ye., Sasinovskaya I.P.. Osobennosti razrusheniya metallov pri impul’snom lazernom i puchkovo-plazmennom vozdeystvii [Features of metal destruction under pulsed laser and beam-plasma exposure]. Perspektivnye materialy [Perspective materials], 2020, no. 10, pp. 34 – 47. (In Russ.).
  27. Konovalov S., Ivanov Yu., Gromov V., Panchenko I. Fatigue-induced evolution of AISI 310S steel microstructure after electron beam treatment. Materials, 2020, v. 13, art. 4567. https;//doi:10.3390/ma13204567. (In Russ.).
  28. Физические величины. Справочник подредакцией Григорьева И.С., Мейлихова Е.З. Москва, Энерго­атом­издат, 1991, 1232 с. / Fizicheskiye velichiny [Physical Quantities]. Spravochnik pod redaktsiyey Grigor’yeva I.S., Meylikhova Ye.Z, [Handbook edited by Grigoriev I.S., Meilikhov E.Z]. Moscow, Energoatomizdat Publ, 1991, 1232 p. (In Russ.).
  29. Пименов В.Н., Боровицкая И.В., Демин А.С., Епифанов Н.А., Латышев С.В., Масляев С.А., Морозов Е.В., Сасиновская И.П., Бондаренко Г.Г., Гайдар А.И. Повреждаемость ниобия импульсными потоками ионов гелия и гелиевой плазмы. ФХОМ, 2021, № 6, с. 5 – 12. / Pimenov V.N., Borovitskaya I.V., Demin A.S., Yepifanov N.A., Latyshev S.V., Maslyayev S.A., Morozov Ye.V., Sasinovskaya I.P., Bondarenko G.G., Gaydar A.I. Damage to niobium by pulsed flows of helium ions and helium plasma. Inorganic Materials: Applied Research, 2022, v. 13, no. 3, pp. 687 – 695.
  30. Грибков В.А., Григорьев Ф.И., Калин Б.А., Якушин В.Л. Перспективные радиационно-пучковые технологии обработки материалов. Москва, Издательский дом “Круглый год”, 2001, 528 с. / Gribkov V.A., Grigor’yev F.I., Kalin B.A., Yakushin V.L. Perspektivnyye radiatsionno-puchkovyye tekhnologii obrabotki materialov [Advanced radiation-beam technologies for materials processing]. Moscow, Publishing house “Kruglyj god”, 2001, 528 p. (In Russ.).
  31. Скворцов А.М., Халецкий Р.А., Хуинь Конг Ту. Влияние процесса лазерного микроструктури­рования на электрофизические параметры системы SiO2/Si. Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, 2013, № 1(83), с. 119 – 123. / Skvortsov A.M., Khaletskiy R.A., Khuin’ Kong Tu. Vliyaniye protsessa lazernogo mikrostrukturirovaniya na elektrofizicheskiye parametry sistemy SiO2/Si [The influence of laser microstructuring on the electrophysical parameters of the SiO2/Si system]. Nauchno-tekhnicheskiy vestnik informatsionnykh tekhnologiy, mekhaniki i optiki [Scientific and Technical Bulletin of Information Technologies, Mechanics and Optics], 2013, no. 1, issue 83, pp. 119 – 123. (In Russ.).
  32. Кумахов М.А., Мухалев В.А., Аверьянов Е.Г., Буренков А.Ф., Комаров Ф.Ф., Темкин М.М. Проективные пробеги и разбросы пробегов для 1240 комбинаций ион-мишень в интервале энергий 20 ≤ Е ≤ 100 кэВ. Москва, МГУ, НИИЯФ, 1974, 266 с. / Kumakhov M.A., Mukhalev V.A., Averyanov .G., Burenkov A.F., Komarov F.F., Temkin M.M. Proyectivnie probegui I rapbrosi probegov dlya 1240 kombinatsiy ion – mishen v intervale energuiy 20 ≤ Е ≤ 100 кэВ [Projective ranges and range spreads for 1240 ion-target combinations in the energy range 20 ≤ E ≤ 100 keV]. Moscow, Publishing House of the National Research Institute of Nuclear Physics of Moscow State University, 1974, 266 p. (In Russ.).
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Исследование процесса кристаллизации многоэлементных систем на основе
биоактивного стекла 45S5

Н. В. Леонтьев, Д. Д. Погольская, Д. С. Ларионов,
Д. О. Голубчиков, Я. Ю. Филиппов, Е. С. Климашина,
А. М. Мурашко, П. В. Евдокимов, В. И. Путляев

Cинтезированы мультикомпонентные стекла на основе базового состава Bioglass 45S5, который был модифицирован путем введения до 20 химических элементов для придания материалу остеоиндуктивных свойств. Мультикомпонентный химический состав стекол обусловлен специфической ролью каждого элемента в биохимических процессах, сопровождающих естественный процесс костного ремоделирования. Проведен анализ процессов стеклования и кристаллизации модифицированных стекол, установлены устойчивые и метастабильные фазы, формирующиеся в зависимости от состава. Температурный интервал работы с размягченным стеклом для многоэлементных стекол становится более узким и сдвигается в область более низких температур, что закономерно связано с более сильной фрагментацией кремний-кислородной сетки в модифицированных стеклах. Анализ спекания порошков стекла указывает на двухстадийность процесса усадки с отнесением к первой стадии перехода стекла в вязкотекучее состояние, а фазового расслоения и начинающейся кристаллизации — ко второй стадии. Показано, что мультикомпонентные стекла могут служить основой для разработки остеоиндуктивных стеклокерамических материалов, пригодных для изготовления трёхмерных пористых каркасов в инженерии костной ткани.

Ключевые слова: биостекло, остеоиндуктивный имплантат, высокоэнтропийные фазы, стеклование, кристаллизация, стеклокерамика.

DOI: 10.30791/1028-978X-2026-10-55-69
Леонтьев Николай Владимирович — Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова (119191, Москва, Ленинские горы 1), аспирант, младший научный сотрудник, специалист в области материаловедения. E-mail: nleontev@inorg.chem.msu.ru.
Погольская Дарья Дмитриевна — Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова (119191, Москва, Ленинские горы 1), студент, специалист в области синтеза биоактивных силикатных стекол. E-mail: pogolskayadd@my.msu.ru.
Ларионов Дмитрий Сергеевич — Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова (119191, Москва, Ленинские горы 1), инженер, специалист в области биоматериалов, синтеза фосфатов кальция. E-mail: dmiselar@gmail.com.
Голубчиков Даниил Олегович — Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова (119191, Москва, Ленинские горы 1), аспирант, младший научный сотрудник, специалист в области керамических и композитных биоматериалов. E-mail: golubchikovdo@my.msu.ru.
Филиппов Ярослав Юрьевич — Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова (119191, Москва, Ленинские горы, 1), кандидат химических наук, старший научный сотрудник, специалист в области разработки новых материалов. E-mail: filippovya@gmail.com.
Климашина Елена Сергеевна — Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова (119191, Москва, Ленинские горы, 1), кандидат химических наук, научный сотрудник, специалист в области материаловедения. E-mail: alenakovaleva@gmail.com.
Мурашко Альбина Максимовна — Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова (119191, Москва, Ленинские горы, 1), студент, специалист в области биокерамики и стереолитографической печати. E-mail: murashkoam@my.msu.ru.
Евдокимов Павел Владимирович — Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова (119191, Москва, Ленинские горы, 1), кандидат химических наук, старший научный сотрудник, специалист в области биокерамики, стеклокерамики, спекания фосфатов кальция, 3D-печати. E-mail: pavel.evdokimov@gmail.com.
Путляев Валерий Иванович — Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова (119191, Москва, Ленинские горы, 1), кандидат химических наук, доцент, специалист в области материаловедения. E-mail: valery.putlayev@gmail.com.
Ссылка на статью:
Леонтьев Н.В., Погольская Д.Д., Ларионов Д.С., Голубчиков Д.О., Филиппов Я.Ю., Климашина Е.С., Мурашко А.М., Евдокимов П.В., Путляев В.И. Исследование процесса кристаллизации многоэлементных систем на основе биоактивного стекла 45S5. Перспективные материалы, 2026, № 10, с. 55 – 69.
Литература содержит 19 ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Перейти
Литература/References
к статье Леонтьев Н.В., Погольская Д.Д., Ларионов Д.С., Голубчиков Д.О., Филиппов Я.Ю., Климашина Е.С., Мурашко А.М., Евдокимов П.В., Путляев В.И. Исследование процесса кристаллизации многоэлементных систем на основе биоактивного стекла 45S5. Перспективные материалы, 2026, № 10, с. 55 – 69.
  1. Naruphontjirakul P., Li M., Boccaccini A.R. Strontium and zinc Codoped mesoporous bioactive glass nanoparticles for potential use in bone tissue engineering applications. Nanomaterials, 2024, v. 14, no. 7, art. 575.
  2. Lefebvre L., Chevalier J., Grémillard L., Zenati R., Thollet G., Bernache-Assolant D., Govin A. Structural transformations of bioactive glass 45S5 with thermal treatments. Acta Materialia, 2007, v. 55, no. 10, pp. 3305 – 3315.
  3. Sharifianjazi F., Sharifianjazi M., Irandoost M., Tavamaishvili K., Mohabatkhah M., Montazerian  M. Advances in zinccontaining bioactive glasses: A comprehensive review. Journal of Functional Biomaterials, 2024, v. 15, no. 9, art. 258.
  4. Gavinho S.R., Pádua A.S., Holz L.I.V., SáNogueira  I., Silva J.C., Borges J.P., Valente M.A., Graça M.P.F. Influence of the addition of zinc, strontium, or magnesium on the structure and properties of 45S5 bioglass. Materials, 2024, v. 17, no. 2, art. 499.
  5. Montazerian M., Shearer A., Mauro J.C. Perspectives on the impact of crystallization in bioactive glasses and glassceramics. Ceramics International, 2024, v. 6, no.  1, art. e10194.
  6. Леонтьев Н.В., Ларионов Д.С., Голубчиков Д.О., Филиппов Я.Ю., Климашина Е.С., Битанова  В.А., Мурашко А.М., Щербаков И.М., Евдокимов П.В., Путляев В.И. Высокоэнтропийная биоке­рамика на основе смешанокатионных силикогерманато­фосфатов с глазеритоподобной структурой. Перспективные материалы, 2025, № 8., с. 26 – 36. / Leontiev N.V., Larionov D.S., Golubchikov D.O., Filippov Ya.Yu., Klimashina E.S., Bitanova V.A., Murashko A.M., Scherbakov I.M., Evdokimov P.V., Putlayev V.I. High entropy bioceramics based on mixed-cationic silicogermanophosphates with glaserite type structure. Inorganic Materials: Applied Research, 2026, v. 17, no. 2, pp. 336 – 344.
  7. Stiller A., Engblom M., Vainio E., Hupa L. Understanding the crystallization behavior of bioactive glasses: recent advances. Journal of NonCrystalline Solids, 2024, v. 644, art. 123178.
  8. Baranowska A., Leśniak M., Kochanowicz M., Żmojda  J., Miluski P., Dorosz D. Crystallization kinetics and structural properties of the 45S5 bioactive glass and glass-ceramic fiber doped with Eu3+. Materials, 2020, v. 13, no. 6, art. 1281.
  9. Wetzel R., Blochberger M., Scheffler F., et al. Mg or Zn for Ca substitution improves the sintering of bioglass 45S5. Scientific Reports, 2020, v. 10, art. 15964.
  10. Queiroz M.N., Morais T.S., Dias T.G., Barros J.D.S., Dutra R.P., Reis A.S., de Menezes A.S., Steimacher A., Pedrochi F. Magnesium borateglasses for biomedical application: physicochemical and in vitro bioactive properties, antibacterial activity and cell viability. Journal of NonCrystalline Solids, 2024, v. 646, art.  123239.
  11. Ciołek L., KrokBorkowicz M., Gąsiński A., Biernat M., Antosik A., Pamuła E. Bioactive glasses enriched with strontium or zinc with different degrees of structural order as components of chitosanbased composite scaffolds for bone tissue engineering. Polymers, 2023, v. 15, no. 19, art. 3994.
  12. Babu M.M., Syam Prasad P., Hima Bindu S., Prasad  A., Venkateswara Rao P., Veeraiah N., Özcan M. ZnO incorporated highphosphate bioactive glasses for enhanced osteogenesis. Journal of Composites Science, 2020, v. 4, no. 3, art. 129.
  13. da Silva G.L., Rodrigues I.F., Silva Pereira  S.S., Fontoura G.M., Silva Reis A., Pedrochi F., Steimacher A. Bioactive antibacterial borate glass and glassceramics. Journal of NonCrystalline Solids, 2022, v. 595, art. 121829.
  14. Decker S., Arango-Ospina M., Rehder F., et al. In vitro and in ovo impact of the ionic dissolution products of borondoped bioactive silicate glasses on cell viability, osteogenesis and angiogenesis. Scientific Reports, 2022, v. 12, art. 8510.
  15. Miola M., Verné E., Ciraldo F.E., CorderoArias L., Boccaccini A.R. Electrophoretic deposition of chito­san/45S5 bioactive glass composite coatings doped with Zn and Sr. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 2015, v. 3, art. 159.
  16. Lallukka M., Miola M., Najmi Z., Cochís A., Spriano S., Rimondini L., Verne E. Cudoped bioactive glass with enhanced in vitro antibacterial and angiogenic properties. Ceramics International, 2024, v. 50, no. 3, pp. 5091 – 5103.
  17. Ahmed M.M., ElKheshen A.A., Moaness M. Strontium/copper doped nanobioactive glass for biomedical applications. Scientific Reports, 2025, v. 15, art. 42553.
  18. Leite A.J., Gonçalves A.I., Rodrigues M.T., Gomes  M.E., Mano J.F. Strontiumdoped bioactive glass nanoparticles in osteogenic commitment. ACS Applied Materials & Interfaces, 2018, v. 10, no. 27, pp. 23311 – 23320.
  19. Boroumand N., Dini G., Poursamar S.A., Asadollahi  M.A. Solgel derived mesoporous 45S5 bioactive glass containing Mg and Zr ions: Synthesis, characterization, and in vitro biological investigation. Arabian Journal of Chemistry, 2024, v. 17, no. 1, art.  105374.
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Исследование состава и структуры титановых сплавов после воздействия потока низкоэнергетических ионов, генерируемых из ВЧИ плазмы пониженного давления

И. Ш. Абдуллин, К. Ш. Мастюков, С. В. Миронов

Проведены исследования образцов полученных из материала ВТ-8 на ВЧИ-плазменной установке. Обработку образцов проводили в потоке низкоэнергетических ионов (ПНЭИ), генерируемых из ВЧ-плазмы пониженного давления с использованием в качестве плазмообразующего газа чистого аргона и смеси с азотом и кислородом при разных режимах: варьировали мощность разряда, поток газа, расстояние от среза плазмотрона до тела. Исследовано изменение шероховатости, химического состава поверхности материалов после ВЧ-плазменной обработки. Шероховатость поверхности снижается с 0,64 – 0,32 мкм до 0,16 – 0,08 мкм.

Ключевые слова: ВЧ-плазма, пониженное давление, шероховатость,
рентгеноспектральный анализ, титановый сплав.

DOI: 10.30791/1028-978X-2026-10-70-76
Абдуллин Ильдар Шаукатович — ООО “Плазма-ВСТ” (420081, Республика Татарстан, Казань, Курская ул, 27), доктор технических наук, профессор, научный руководитель, специалист в области физики и химии плазмы. E-mail: 2960091@mail.ru
Мастюков Карим Шамилевич — Казанский национальный исследовательский технический университет имени А.Н. Туполева-КАИ (420111, Республика Татарстан, Казань, ул. Карла Маркса, 10), магистр 2 курс, специалист в области физики и химии плазмы E-mail: olushax231@gmail.com
Миронов Сергей Владиславович — Казанский (Приволжский) федеральный университет (420008, Республика Татарстан, Казань, ул. Кремлёвская, 18), аспирант, специалист в области физики и химии плазмы E-mail: mironov.sergey@mail.ru.
Ссылка на статью:
Абдуллин И.Ш., Мастюков К.Ш., Миронов С.В. Исследование состава и структуры титановых сплавов после воздействия потока низкоэнергетических ионов, генерируемых из ВЧИ плазмы пониженного давления. Перспективные материалы, 2026, № 10, с. 70 – 76.
Литература содержит 15 ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Перейти
Литература/References
к статье Абдуллин И.Ш., Мастюков К.Ш., Миронов С.В. Исследование состава и структуры титановых сплавов после воздействия потока низкоэнергетических ионов, генерируемых из ВЧИ плазмы пониженного давления. Перспективные материалы, 2026, № 10, с. 70 – 76.
  1. Абдуллин И.Ш., Некрасов И.К., Сагитова Ф.Р., Миронов С.В. Характеристики струйного высоко­частотного индукционного разряда пониженного давления в процессах модификации изделий. Инженерно-физический журнал, 2025, т. 98, №  2, с. 561 – 571. / Abdullin I.Sh., Nekrasov I.K., Sagitova F.R., Mironov S.V. Characteristics of a jet high-frequency induction discharge at reduced pressure in product modification processes. Engineering-Physics Journal, 2025, v. 98, no. 2, pp. 561 – 571.
  2. Абдуллин И.Ш., Мастюков К.Ш., Миронов С.В., Шестов А.В. Физика процессов воздействия потока низкоэнергетических ионов на металлы и сплавы. Материалы IІІ Всероссийской конференции с международным участием “Современные методы получения материалов, обработки поверхности и нанесения покрытий (Материаловедение-2025)” (Казань, 27–28 марта 2025 года). Казань, Казанский национальный исследовательский технологический университет, 2025, с. 376 – 381. / Abdullin I.Sh., Mastyukov K.Sh., Mironov S.V., Shestov A.V. Physics of the processes of low-energy ion flux action on metals and alloys. Proceedings of the III All-Russian Conference with International Participation “Modern Methods of Obtaining Materials, Surface Treatment and Coating Deposition (Material Science-2025)” (Kazan, 27–28 March 2025). Kazan, Kazan National Research Technological University, 2025, pp. 376 – 381.
  3. Гайнутдинов И.С., Даутов А.И., Самигуллин А.А., Шарифуллин С.Н., Щербаков В.Д. Очистка и полировка поверхностей подложек высокочастотной индукционной плазмой низкого давления. Физика и химия обработки материалов, 1977, № 6, с. 150 – 152. / Gainutdinov I.S., Dautov A.I., Samigullin A.A., Sharifullin S.N., Shcherbakov V.D. Cleaning and polishing of substrate surfaces by low-pressure high-frequency induction plasma. Physics and Chemistry of Materials Treatment, 1977, no. 6, pp. 150–152.
  4. Fridman A. Plasma chemistry. Cambridge University Press, 2008, 1022 p.
  5. Абжаев М.М. Повышение ресурса работы зубьев бороны почвообрабатывающих машин, обработанных вибродугой с многостержневым электродом. Упрочняющие технологии и покрытия, 2024, т. 20, № 7(235), с. 311 – 315. / Abzhaev M.M. Increasing the Service Life of Harrow Teeth for Soil-Cultivating Machines Treated with Vibro-Arc Welding Using a Multi-Rod Electrode. Strengthening Technologies and Coatings, 2024, v. 20, no. 7(235), pp. 311–315.
  6. Берлин Е.В., Коваль Н.Н., Сейдман Л.А. Плазменная химико-термическая обработка поверхности стальных деталей. Москва, Техносфера, 2012, 464  с. / Berlin E. V., Koval N. N., Seidman L. A. Plasma ChemicoThermal Treatment of the Surface of Steel Parts. Moscow, Technosphere, 2012, 464 p.
  7. Гречихин Л.И., Иващенко С А., Голушко В.М., Койда  С.Г. Упрочнение конструкционных мате­риалов наноразмерными многослойными покрытиями. Упрочняющие технологии и покрытия, 2010, №9, с. 7 – 11. / Grechikhin L.I., Ivashchenko S.A., Golushko, V. M., Koyda S. G. Hardening of Structural Materials with Nanoscale Multilayer Coatings. Strengthening Technologies and Coatings, 2010, no. 9, pp. 7–11.
  8. Абдуллин И.Ш., Желтухин В.С., Сагбиев  И.Р., Шаехов М.Ф. Модификация нанослоев в высоко­частотной плазме пониженного давления: монография. Казань, Изд-во Казан. гос. технол. ун-та, 2007, 356 с. / Abdullin I.Sh., Zheltukhin V.S., Sagbiev I.R., Shaekhov M.F. Modification of Nanolayers in LowPressure HighFrequency Plasma: a Monograph. Kazan, Publishing House of Kazan State Technological University, 2007, 356 p.
  9. Берлин Е.В., Сейдман Л.А. Ионно-плазменные процессы в тонкопленочной технологии. Москва, Издательство “Техносфера”, 2010, 528 с. / Berlin E.V., Seidman L. A. IonPlasma Processes in ThinFilm Technology. Moscow, Technosphere Publishing House, 2010, 528 p.
  10. Гусева М.И., Гордеева Г.М., Мартыненко  Ю.В., Атаманов М.В., Неумоин В.Е., Смыслов А.М. Имплан­тационно-плазменная обработка мартенситной стали и титанового сплава. Физика и химия обработки материалов, 1999, № 2, с. 11 – 16. / Guseva M.I., Gordeeva G.M., Martynenko Yu.V., Atamanov M.V., Neumoin V.E., Smyslov A.M. Implantationplasma treatment of martensitic steel and titanium alloy. Physics and Chemistry of Material Processing, 1999, no. 2, pp. 11–16.
  11. Ochoa E.A., Wisnivesky D., Minea T., Ganciu M., Tauziede C., Chapon P., Alvarez F. Microstructure and properties of the compound layer obtained by pulsed plasma nitriding in steel gears. Surface and Coatings Technology, 2009, v. 203, no. 10 – 11, pp. 1457–1461.
  12. Kim Y.M., Han J.G. Spectroscopic study for pulsed DC plasma nitriding of narrow deep holes. Surface and Coating Technology, 2003, v. 171, pp. 205 – 210.
  13. Figueroa C.A., Weber S., Czerwiec T., Alvarez F. Oxygen, hydrogen and deuterium effects on plasma nitriding of metal alloys. Sripta Materialia, 2006, v. 54, no. 7, pp. 1335 – 1338.
  14. Walton S.G., Leonhardt D., Muratore C., Blackwell D.D., Fernsler R.F., Meger R.A. Ion flux measurements in electron beam ionization. 45th Annual Technical Conference Proceedings of the Society of Vacuum Coaters, Lake Buena Vista, Florida, USA, April 13–18, 2002, p. 354.
  15. Ferkel H., Glatzer M., Estrin Y., Valiev R.Z. RF plasma nitriding of a severely deformed high alloyed steel. Scripta Materialia, 2002, v. 46, pp. 623 – 628.
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Конечно-элементное моделирование эквивалентных диаграмм
“напряжение – деформация”, получаемых при индентировании тонких покрытий микросферическим наконечником

С. А. Вотяков, С. И. Вотякова, Г. Х. Султанова, А. С. Усеинов

Предложен подход к построению скорректированных диаграмм “напряжение – деформация” при индентировании металлических покрытий микросферическим наконечником. Рассмотрен случай серебряной пленки толщиной 3,4 мкм на кремниевой подложке (мягкая пленка на твердой подложке) с выбором алмазного сферического наконечника с номинальным радиусом 2,5 мкм. Экспериментальные кривые “нагружения – разгружения” (P – h) пересчитывали в кривые “напряжение – деформация” по формулам Тейбора. Показано, что при использовании идеализированной сферической геометрии при пересчете диаграмм “напряжение – деформация”, графики сильно отклоняются от ожидаемой формы. Для получения истинной формы диаграмм необходимо учитывать отклонение профиля индентора от идеального и вводить поправочную функцию по площади контакта индентора на основе двух насыщающихся экспонент. Построена осесимметричная конечно-элементная (КЭ) модель в программном пакете COMSOL Multiphysics, для алмазного индентора реальной геометрии с заданием параметров серебра и кремния, близким к экспериментальным. На основе полей напряжений по Мизесу и эквивалентной пластической деформации получены модельные диаграммы, сопоставимые с экспериментальными кривыми “напряжения – деформация”. Установлено, что учет функции коррекции по площади контакта, используемой в построении модели, существенно улучшает согласование экспериментальных и модельных зависимостей. Обратное преобразование модельной кривой через ту же поправочную функцию воспроизводит форму исходной экспериментальной диаграммы, построенной без коррекции. Результаты демонстрируют, что даже незначительное отклонение микросферического индентора от идеальной формы сферы значительно искажает расчетные механические характеристики.

Ключевые слова: микросферический индентор, тонкие пленки, диаграмма “напряжение – деформация”; формулы Тейбора, эффективная площадь контакта, закон Войса, напряжение по Мизесу, конечно-элементное моделирование, COMSOL Multiphysics.

DOI: 10.30791/1028-978X-2026-10-77-87
Вотяков Сергей Алексеевич — Федеральное государственное бюджетное учреждение науки “Институт физики высоких давлений им. Л.Ф. Верещагина Российской академии наук” (108840, Москва, Троицк, Калужское ш., 14), научный сотрудник, специалист в области моделирования физико-механических характеристик методов конечных элементов и вычислительного материаловедения. E-mail: savotyakov99@yandex.ru.
Вотякова Софья Ивановна — Федеральное государственное бюджетное учреждение науки “Институт физики высоких давлений им. Л.Ф. Верещагина Российской академии наук” (108840, Москва, Троицк, Калужское ш., 14), аспирант, специалист в области моделирования физико-механических характеристик методов конечных элементов и вычислительного материаловедения. E-mail: sivotyakova@yandex.ru.
Султанова Гульназ Хакимовна — Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования “Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)” (141701, Московская область, Долгопрудный, Институтский переулок, 9), инженер, cпециалист в области исследования физико-механических свойств материалов. E-mail: sultanova.gkh@phystech.edu.
Усеинов Алексей Серверович — Федеральное государственное бюджетное учреждение науки “Институт физики высоких давлений им. Л.Ф. Верещагина Российской академии наук” (108840, Москва, Троицк, Калужское ш., 14), кандидат физико-математических наук, заместитель директора по научной работе, cпециалист в области создания измерительных приборов и методик для контроля локальных физико-механических свойств материалов. E-mail: useinov@mail.ru.
Ссылка на статью:
Вотяков С.А., Вотякова С.И., Султанова Г.Х., Усеинов А.С. Конечно-элементное моделирование эквивалентных диаграмм “напряжение – деформация”, получаемых при индентировании тонких покрытий микросферическим наконечником. . Перспективные материалы, 2026, № 10, с. 77 – 86
Литература содержит 15 ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Перейти
Литература/References
к статье Вотяков С.А., Вотякова С.И., Султанова Г.Х., Усеинов А.С. Конечно-элементное моделирование эквивалентных диаграмм “напряжение – деформация”, получаемых при индентировании тонких покрытий микросферическим наконечником. . Перспективные материалы, 2026, № 10, с. 77 – 86
  1. Doerner M.F., Nix W.D. Stresses and deformation processes in thin films on substrates. Critical Reviews in Solid State and Material Sciences, 1988, v. 14, no. 3, pp. 225 – 268. https://doi.org/10.1080/10408438808243734.
  2. Nix W.D. Mechanical properties of thin films. Metallurgical Transactions A, 1989, v. 20, no. 11, pp. 2217 – 2245. https://doi.org/10.1007/BF02666659.
  3. Khandelwal H.K., Sharma K., Chhibber R. Mechanical property estimation of similar weld using ball indentation technique. Journal of Minerals and Materials Characterization and Engineering, 2012, v. 11, no. 11, pp. 1095 – 1110. https://doi.org/10.4236/jmmce.2012.1111116.
  4. Vlassak J.J., Nix W.D. A new bulge test technique for the determination of Young’s modulus and Poisson’s ratio of thin films. Journal of Materials Research, 1992, v. 7, no. 12, pp. 3242 – 3249. https://doi.org/10.1557/JMR.1992.3242.
  5. Xiang Y., Li T., Suo Z., et al. High ductility of a metal film adherent on a polymer substrate. Applied Physics Letters, 2005, v. 87, no. 16, art. 161910. https://doi.org/10.1063/1.2108110.
  6. Oliver W.C., Pharr G.M. An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments. Journal of Materials Research, 1992, v. 7, no. 6, pp. 1564 – 1583. https://doi.org/10.1557/JMR.1992.1564.
  7. Field J.S., Swain M.V. A simple predictive model for spherical indentation. Journal of Materials Research, 1993, v. 8, no. 2, pp. 297 – 306. https://doi.org/10.1557/JMR.1993.0297.
  8. Pathak S., Kalidindi S.R. Spherical nanoindentation stress–strain curves. Materials Science and Engineering: R: Reports, 2015, v. 91, pp. 1 – 36. https://doi.org/10.1016/j.mser.2015.02.001.
  9. Chang C., Garrido M., Ruiz-Hervias J. et al. Representative stress-strain curve by spherical indentation on elastic-plastic materials. Advances in Materials Science and Engineering, 2018, v. 2018, no. 1, pp. 1 – 10. https://doi.org/10.1155/2018/8316384.
  10. Herbert E.G., Pharr G.M., Oliver W.C. et al. On the measurement of stress–strain curves by spherical indentation. Thin Solid Films, 2001, v. 398, pp. 331 – 335. https://doi.org/10.1016/S0040-6090(01)01439-0.
  11. Patel D.K., Kalidindi S.R. Correlation of spherical nanoindentation stress-strain curves to simple compression stress-strain curves for elastic-plastic isotropic materials using finite element models. Acta Materialia, 2016, v. 112, pp. 295 – 302. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2016.04.034.
  12. Samuel K.G. Limitations of Hollomon and Ludwigson stress–strain relations in assessing the strain hardening parameters. Journal of Physics D: Applied Physics, 2006, v. 39, pp. 203 – 212. https://doi.org/10.1088/0022-3727/39/1/030.
  13. Bhattacharya A.K., Nix W.D. Analysis of elastic and plastic deformation associated with indentation testing of thin films on substrates. International Journal of Solids and Structures, 1988, v. 24, no. 12, pp. 1287 – 1298. https://doi.org/10.1016/0020-7683(88)90091-1.
  14. Saha R., Nix W.D. Effects of the substrate on the determination of thin film mechanical properties by nanoindentation. Acta Materialia, 2002, v. 50, no. 1, pp. 23 – 38. https://doi.org/10.1016/S1359-6454(01)00328-7.
  15. Tyulyukovskiy E., Huber N. Neural networks for tip correction of spherical indentation curves from bulk metals and thin metal films. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 2007, v. 55, no. 2, pp. 391 – 418. https://doi.org/10.1016/j.jmps.2006.07.003.
РУС
ENG
РУС ENG
Made on
Tilda