Применение жертвенных слоев при изготовлении многослойной Al–Ni-фольги с эффектом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза

Рассматриваются особенности применения жертвенных слоев при изготовлении многослойной Al–Ni-фольги, характеризующейся эффектом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Для того чтобы во время производства фольги не было отслоений, между подложкой и фольгой должна быть хорошая адгезия. С другой стороны, для изготовления конечного продукта фольгу необходимо с поверхности подложки отслоить, что подразумевает низкую степень адгезии. Разрешить это технологическое противоречие возможно, применяя жертвенные слои, то есть пленки материала, который наносится на подложку перед формированием фольги, а затем растворяется или стравливается, разрушая тем самым физическую связь фольги и подложки. По этой причине особенно актуальным становится исследование применения различных материалов в качестве жертвенных слоев при изготовлении многослойной фольги с эффектом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Предложен вариант компоновки магнетронной распылительной системы, позволяющий использовать шесть магнетронов в едином технологическом цикле формирования многослойной структуры Al–Ni. С помощью электронной микроскопии определена толщина полученной фольги. Показано, что применение в качестве жертвенного слоя пленки поливинилового спирта толщиной 30 мкм позволяет отслаивать многослойную Al–Ni-фольгу без механического повреждения и утраты способности к реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза.

1. Рогачев А. С. Реакционные многослойные нанопленки: время научно-технологической зрелости // Успехи химии. 2024. Т. 93, № 1. С. RCR5106. DOI: 10.59761/RCR5106.

2. Рогачев А. С. Волны экзотермических реакций в многослойных нанопленках // Успехи химии. 2008. Т. 77, № 1. С. 22–38. https://doi.org/10.1070/RC2008v077n01ABEH003748.

3. Baras F., Turlo V., Politano O. et al. SHS in Ni/Al Nanofoils: A Review of Experiments and Molecular Dynamics Simulations // Adv. Eng. Mater. 2018. Vol. 20, N 8. DOI: 10.1002/adem.201800091.

4. Adams D. P. Reactive multilayers fabricated by vapor deposition: A critical review // Thin Solid Films. 2015. Vol. 576, N 2. P. 98–128. DOI: 10.1016/j.tsf.2014.09.042.

5. Turlo V., Politano O., Baras F. Modeling self-sustaining waves of exothermic dissolution in nanometric Ni-Al multilayers // Acta Materialia. 2016. Vol. 120. P. 189–204. DOI: 10.1063/1.4745201.

6. Weihs T. P. Fabrication and characterization of reactive multilayer films and foils // Met. Films for Elect., Opt. and Magn. Apps.: Struc., Proc. and Props. 2014. P. 160–243. DOI: 10.1533/9780857096296.1.160.

7. Xanthopoulou G. Some Advanced Applications of SHS: An Overview // Intern. J Self-Propag. High-Temp. Synth. 2011. Vol. 20, N 4. P. 269–272. DOI: 10.3103/S1061386211040133.

8. Kovalev D. Yu., Ponomarev V. I. Time-Resolved X-Ray Diffraction in SHS Research and Related Areas: An Overview // Intern. J. Self-Propag. High-Temp. Synth. 2019. Vol. 28, N 2. P. 114–123. DOI: 10.3103/S1061386219020079.

9. Shashin D. E., Sushentsov N. I. Development of Manufacturing Technology of Photo-Dielectric Sensitive Element of Ultraviolet Range on the Basis of Thin Films of Zinc Oxide // Вестн. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2019. Т. 129, № 6. С. 99–109. DOI: 10.18698/0236-3933-2019-6-99-109.

10. Шашин Д. Е., Степанов С. А., Сушенцов Н. И. Формирование и исследование тонкопленочных структур на основе оксида меди и оксида цинка, получаемых методом реактивного магнетронного распыления, для применения в солнечной энергетике // Вестн. Поволжского гос. техн. ун-та. Сер.: Радиотех. и инфоком. сист. 2017. Т. 35, № 3. С. 69–77. DOI: 10.15350/2306-2819.2017.3.69.

11. Shashin D. E., Sushentsov N. I. Obtaining thin metal films and their compounds using magnetron sputtering and arc evaporation in a single technological cycle // J. Phys.: Conf. Ser. 2021. Vol. 2059, N 1. DOI: 10.1088/1742-6596/2059/1/012022.

12. Шашин Д. Е., Сушенцов Н. И., Дьячков А. Д. и др. Применение магнетронного распыления для формирования многослойных структур AlNi // Вакуумная техника и технология–2023. СПб: Изд-во СПбГЭТУ „ЛЭТИ“. 2023. С. 180–184. EDN: AZOEOI.

13. Хина Б. Б., Бабюк В. Е., Габдуллин П. Г. и др. Новый метод расчета адиабатической температуры СВС в системе Ni-a // XII Междунар. Курнаковское сов. по физ.-хим. анал. СПб: Политех-Пресс, 2022. С. 78–80. EDN: RUVNBW.

14. Kvashenkina O. E., Udovenko S. A., Osipov V. S. et al. Study of long-term post-SHS phase kinetics in Ni/Al reactive multilayer nanofoils // J. Phys.: Conf. Ser. 2020. Vol. 1695. DOI: 10.1088/1742-6596/1695/1/012181.

15. Kvashenkina O. E., Gabdullin P. G., Arkhipov A. V. SmartFoil: a Novel Assembly Technology for Electronic Circuit Boards in Multifunctional Units // 2018 IEEE Intern. Conf. on Elect. Engineering and Photonics. IEEE. 2018. Р. 202–206. DOI: 10.1109/EExPolytech.2018.8564437.

16. Белянин А. Ф., Борисов В. В., Сушенцов Н. И. и др. Влияние термической обработки на строение и характеристики автоэмиссионных катодов на слоистых структурах нитрида титана и углеродных наностенок // Нанотехнологии: разработка, применение — XXI век. 2017. Т. 9, № 1. С. 4–11. EDN: ZCJBAH.

17. Квашенкина О. Е., Эйдельман Е. Д., Осипов В. С. и др. Оценка максимального поперечного размера многослойных биметаллических пленок для протекания в них самораспространяющегося высокотемпературного синтеза на примере структуры Ni/Al // ЖТФ. 2020. Т. 90, № 7. С. 1189–1194.

18. Kvashenkina O. E., Gabdullin P. G., Osipov V. S. Using the novel capable of SHS-reaction multilayer nanostructured material for soldering of lead-zirconate-titanate piezoceramic elements // J. Phys.: Conf. Ser. 2019. Vol. 1236. DOI: 10.1088/1742-6596/1236/1/012023.

19. Шашин Д. Е., Дьячков А. Д. Формирование фотокаталитических пленок TiO2 методом реактивного магнетронного распыления с применением квазизамкнутого пространства // Вестн. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2024. T. 148, № 3. C. 75–90.

20. Шашин Д. Е. Разработка математической модели формирования тонких плёнок оксида цинка с заданными значениями комплексной диэлектрической проницаемости // Вестн. Поволжского гос. техн. ун-та. Сер.: Радиотех. и инфоком. сист. 2018. Т. 40, № 4. С. 74–81. DOI: 10.15350/2306-2819.2018.4.74.