Elaboration et caracterisation de depots de diamant pour applications mecaniques

par DAVID RATS

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Lionel Vandenbulcke.

Soutenue en 1996

à Orléans .


  • Résumé

    Ce memoire presente une etude concernant l'optimisation du procede de depot de diamant par cvd assistee par plasma micro-onde en relation avec les proprietes des couches, afin d'obtenir des revetements adherents sur des substrats de differentes natures pour des applications mecaniques. L'etude experimentale des melanges gazeux contenant les elements c-h-o-ar montre que les faibles pressions diminuent la qualite des couches et retrecissent le domaine de depot du diamant. Par ailleurs, des depots adherents sur substrats metallurgiques (aciers et alliages base titane) ont ete obtenus a temperature moderee ( 600c) ; cependant un pretraitement specifique est necessaire pour eliminer la presence d'oxyde en surface. Les mesures de reflexion et les tests de frottement montrent que la rugosite de surface est le parametre primordial qui influence les proprietes optiques et tribologiques des couches de diamant, si la qualite du solide depose n'est pas trop alteree par l'incorporation de carbone non-diamant. La rugosite de surface est abaissee en dessous de 50 nm en conjuguant plusieurs pretraitements de surface. L'etude des conditions de synthese de films textures et la polarisation du substrat dans les premiers instants de depot ont permis de deposer sur silicium monocristallin des films dont presque 100% des grains sont alignes suivant les plans (100) du silicium. L'utilisation de plusieurs techniques de mesure des contraintes residuelles (raman, methode de la fleche et diffraction x utilisant la methode des sin#2) montre que les contraintes d'origine thermique sont predominantes pour des substrats metallurgiques, et que les contraintes intrinseques sont reliees a la densite de joints de grains. L'etude du processus de diffusion en phase solide du carbone dans le titane et ses alliages nous a permis d'evaluer l'epaisseur de carbure de titane forme et le profil de concentration de carbone dans le substrat. L'interposition d'un systeme multicouche prealablement depose par pvd sur substrats metallurgiques permet de limiter la diffusion du carbone et l'effet catalytique des metaux de transition (fe, co, ni). Dans le cas des carbures cementes, des traitements thermochimiques conduisant a la diffusion d'al ou de si permettent egalement de reduire l'effet nefaste de co. L'analyse de la region interfaciale diamant/alliage de titane par differentes techniques (gixrd, xps, tem/eels, et sims) montre qu'elle est composee principalement d'une couche de tic. Des zones d'oxydes (ou d'oxycarbures) de titane, qui peuvent affaiblir l'adherence des couches, ont ete egalement detectees pour certaines conditions de depot. Enfin, des tests d'usinage montrent que la duree de vie d'un foret en carbure cemente est multipliee par 8 par un revetement de 1 m de diamant. Les tests tribologiques pion-sur-disque confirment la forte adherence des revetements de diamant sur substrats metallurgiques. Le coefficient de frottement est alors inferieur a 0,1 pour un antagoniste en alliage base titane revetu ou non d'une couche de diamant


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  • Détails : 440 P.
  • Annexes : 287 REF.

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