priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2025-68-6-511-519pribor-382Research ArticleМЕТОДЫ И ПРИБОРЫ ДЛЯ АНАЛИЗА И КОНТРОЛЯ МАТЕРИАЛОВ, ИЗДЕЛИЙ, ВЕЩЕСТВ И ПРИРОДНОЙ СРЕДЫMETHODS AND DEVICES FOR MONITORING AND DIAGNOSTICS OF MATERIALS, PRODUCTS, SUBSTANCES AND THE NATURAL ENVIRONMENTПрименение жертвенных слоев при изготовлении многослойной Al–Ni-фольги с эффектом самораспространяющегося высокотемпературного синтезаApplication of Sacrificial Layers in the Manufacture of Multilayer Al–Ni Foil with the Effect of Self-expanding High-temperature SynthesisШашинД. Е.ShashinD. E.

Дмитрий Евгеньевич Шашин — канд. техн. наук, доцент; кафедра конструирования и производства радиоап- паратуры, доцент,

Йошкар-Ола.

Dmitriy E. Shashin — PhD, Associate Professor;  Department of Design and Manufacture of Radio Equipment,

Yoshkar-Ola.

ShashinDE@volgatech.netСушенцовН. И.SushentsovN. I.

Николай Иванович Сушенцов — канд. техн. наук, доцент; кафедра конструирования и производства радиоаппаратуры, зав. кафедрой,

Йошкар-Ола.

Nikolay I. Sushentsov — PhD, Associate Professor; Department of Design and Manufacture of Radio Equipment, Head of the Department,

Yoshkar-Ola.

SushentsovNI@volgatech.netДьячковА. Д.DyachkovA. D.

Алексей Дмитриевич Дьячков — аспирант; кафедра конструирования и производства радиоаппаратуры,

Йошкар-Ола.

Aleksei D. Dyachkov — Post-Graduate Student; Department of Design and Manufacture of Radio Equipment,

Yoshkar-Ola.

addyachkov@gmail.comРомановА. Л.RomanovA. L.

Алексей Леонидович Романов — магистрант; кафедра конструирования и производства радиоаппаратуры,

Йошкар-Ола.

Alexey L. Romanov - Master’s Student; Department of Design and Manufacture Radio Equipment,

Yoshkar-Ola.

RomanovAl@volgatech.netВолковК. А.VolkovK. A.

Кирилл Александрович Волков — аспирант; кафедра конструирования и производства радиоаппаратуры,

Йошкар-Ола.

Kirill A. Volkov — Post-Graduate Student; Department of Design and Manufacture of Radio Equipment,

Yoshkar-Ola.

VolkovKA@volgatech.netГабдуллинП. Г.GabdullinP. G.

Павел Гарифович Габдуллин — канд. физ.-мат. наук, доцент; Высшая инженерно-физическая школа, Институт электроники и телекоммуникаций, доцент,

Санкт-Петербург.

Pavel G. Gabdullin - PhD, Associate Professor; Higher School of Engineering Physics, Institute of Electronics and Telecommunications,

St. Petersburg.

gabdullin_pg@spbstu.ruКвашенкинаО. Е.KvashenkinaO. E.

Ольга Евгеньевна Квашенкина — канд. физ.-мат. наук, доцент; СНДГруп; генеральный директор,

Санкт-Петербург.

Olga E. Kvashenkina - PhD, Associate Professor; General Manager,

St. Petersburg.

info@sndgroup.ruПоволжский государственный технологический университетVolga State University of TechnologyСанкт-Петербургский Политехнический Университет Петра ВеликогоPeter the Great St. Petersburg Polytechnic UniversityСНДГрупSNDGroup LLC202517072025686511519Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20252025Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/382

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.

The features of the use of sacrificial layers in the manufacture of multilayer Al–Ni foil, characterized by the effect of self-expanding high-temperature synthesis, are considered. In order to avoid peeling during the foil production, there must be good adhesion between the substrate and the foil. On the other hand, to produce the final product, the foil must be peeled off the surface of the substrate, which implies a low degree of adhesion. It is possible to resolve this technological contradiction by using sacrificial layers, that is, films of material that are applied to the substrate before forming the foil, and then dissolved or etched off, thereby destroying the physical bond between the foil and the substrate. For this reason, it is particularly relevant to study the use of various materials as sacrificial layers in the manufacture of multilayer foils with the effect of self-expanding high-temperature synthesis. A variant of the layout of a magnetron sputtering system is proposed, which makes it possible to use six magnetrons in a single technological cycle for the formation of a multilayer Al–Ni structure. The thickness of the obtained foil is determined using electron microscopy. It is shown that the use of a polyvinyl alcohol film with a thickness of 30 microns as a sacrificial layer makes it possible to peel off multilayer Al–Ni foil without mechanical damage and loss of the ability to react with self-expanding high-temperature synthesis.

магнетронное распылениесамораспространяющийся высокотемпературный синтезжертвенные слоиреактивная фольгарентгеноструктурный анализmagnetron sputteringself-propagating high-temperature synthesissacrificial layersreactive foilX-ray diffraction analysisReferencesРогачев А. С. Реакционные многослойные нанопленки: время научно-технологической зрелости // Успехи химии. 2024. Т. 93, № 1. С. RCR5106. DOI: 10.59761/RCR5106.Rogachev A.S. Russian Chemical Reviews, 2024, no. 1(93), pp. RCR5106, DOI: 10.59761/RCR5106. (in Russ.)Рогачев А. С. Волны экзотермических реакций в многослойных нанопленках // Успехи химии. 2008. Т. 77, № 1. С. 22–38. https://doi.org/10.1070/RC2008v077n01ABEH003748.Rogachev A.S. Russian Chemical Reviews, 2008, no. 1(77), pp. 21–37, DOI: 10.1070/RC2008v077n01ABEH003748. (in Russ.)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.Baras F., Turlo V., Politano O. et al. Adv. Eng. Mater., 2018, no. 8(20), DOI: 10.1002/adem.201800091.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.Adams D.P. Thin Solid Films, 2015, no. 2(576), pp. 98–128, DOI: 10.1016/j.tsf.2014.09.042.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.Turlo V., Politano O., Baras F. Acta Materialia, 2016, vol. 120, рр. 189–204, DOI: 10.1063/1.4745201.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.Weihs T.P. Met. Films for Elect., Opt. and Magn. Apps.: Struc., Proc. and Props., 2014, рр. 160–243, DOI: 10.1533/9780857096296.1.160.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.Xanthopoulou G. Int. J. Self-Propag. High-Temp. Synth., 2011, no. 4(20), pp. 269–272, DOI: 10.3103/S1061386211040133.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.Kovalev D.Yu., Ponomarev V.I. Int. J. Self-Propag. High-Temp. Synth., 2019, no. 2(28), pp. 114–123, DOI: 10.3103/S1061386219020079.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.Shashin D.E., Sushentsov N.I. Herald of the Bauman Moscow State Tech. Univ. Series Instr. Engin., 2019, no. 6(129), pp. 99–109, DOI: 10.18698/0236-3933-2019-6-99-109. (in Russ.)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.Shashin D.E., Stepanov S.A., Sushentsov N.I. Vestnik of Volga State University of Technology. Series: Radio Engineering and Infocommunication Systems, 2017, no. 3(35), pp. 69–77, DOI: 10.15350/2306-2819.2017.3.69. (in Russ.)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.Shashin D.E., Sushentsov N.I. J. Phys.: Conf. Ser., 2021, no. 1(2059), DOI: 10.1088/1742-6596/2059/1/012022.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.Shashin D.E., Sushentsov N.I., Dyachkov A.D. et al. Vacuum Engineering and Technology, 2023, рр. 180–184. (in Russ.)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.Khina B.B., Babyuk V.E., Gabdullin P.G. et al. XII Mezhdunarodnoye kurnakovskoye soveshchaniye po fiziko-khimicheskomu analizu (XII International Kurnakov Conference on Physicochemical Analysis), St. Petersburg, 2022, рр. 78–80. (in Russ.)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.Kvashenkina O.E., Udovenko S.A., Osipov V.S. et al. J. Phys.: Conf. Ser., 2020, vol. 1695, DOI: 10.1088/1742-6596/1695/1/012181.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.Kvashenkina O.E., Gabdullin P.G., Arkhipov A.V. 2018 IEEE Intern. Conf. on Elect. Engineering and Photonics, 2018, рр. 202–206, DOI: 10.1109/EExPolytech.2018.8564437.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.Belyanin A.F., Borisov V.V., Sushentsov N.I., Stepanov S.A., Shashin D.E. Nanotechnology: Development and Applications — XXI Century, 2017, no. 1(9), pp. 4–11, EDN: ZCJBAH. (in Russ.)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.Kvashenkina O.E., Eidelman E.D., Osipov V.S., Gabdullin P.G., Khina B.B. Technical Physics, 2020, no. 7(65), pp. 1144–1149.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.Kvashenkina O.E., Gabdullin P.G., Osipov V.S. J. Phys.: Conf. Ser., 2019, vol. 1236, DOI: 10.1088/1742-6596/1236/1/012023.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.Shashin D.E., Dyachkov A.D. Herald of the Bauman Moscow State Technical University. Series Instrument Engineering, 2024, no. 3 (148), pp. 75–90. (in Russ.)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.Shashin D.E. Vestnik of Volga State University of Technology. Series: Radio Engineering and Infocommunication Systems, 2018, no. 4(40), pp. 74–81, DOI: 10.15350/2306-2819.2018.4.74. (in Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.