Les dépôts chimiques métalliques en mode dynamique : étude d'un nouveau procédé par aérosol

par Antoine Fares Karam

Thèse de doctorat en Génie des matériaux

Sous la direction de Guy Stremsdoerfer.

Soutenue en 1999

à l'Ecully, Ecole centrale de Lyon .


  • Résumé

    Le procédé de dépôts métalliques auto-catalytiques ou « electroless » est une technique de métallisation largement utilisée industriellement. Néanmoins ces dépôts fonctionnent en mode statique, c'est à dire que le transfert de masse dans ces procédés n'intervient pas dans les mécanismes de la réaction de dépôt. Ainsi un nouveau concept de dépôt par voie « humide » fonctionnant de façon dynamique, sans volant d'inertie chimique, a été développé. Le principe de cette technique consiste en effet à transporter par un aérosol, sur le substrat à recouvrir, une phase aqueuse dispersée contenant les espèces électroactives. La réaction d'oxydo-réduction se déclenche alors à la surface du substrat. En pratique, on pulvérise simultanément, moyennant un pistolet pneumatique à double buse, une solution contenant les cations métalliques et une solution contenant l'agent réducteur. Le mélange de ces deux solutions forme un film liquide thermodynamiquement instable à la surface du substrat. Dans la mesure où, le rapport électronique Ox/Red est dans des proportions adéquates, que le film aqueux est maintenu suffisamment fi pour éviter un entraînement par précipitation, et que l'énergie de surface (Es) du substrat est élevée de sorte que la surface présente une bonne mouillabilité, la réaction de dépôt s'amorce et forme un film métallique homogène et adhérent. Le maintien d'un film liquide limite exige que la projection des deux solutions ne soit pas en continu mais de façon intermittente ou pulsée. Ainsi, la croissance de dépôt métallique sur le substrat a lieu pour une séquence de projection-relaxation précise. Cette technique nouvelle d'élaboration de dépôts métalliques est baptisée « JET METAL » par ses inventeurs. Ce travail de recherche comprend une étude approfondie sur les potentialités et les possibilités du procédé notamment en ce qui concerne l'élaboration des dépôts de Nickel et de Cuivre, deux des métaux les plus déposés industriellement par voie humide. Nous présentons également des résultats relatifs à l'étude détaillée menée sur l'aérosol utilisé pour la projection des solutions aqueuses. Cet aspect conditionne la phase initiale de formation des nuclei du film métallique et par la suite, les propriétés et la caractéristiques du revêtement métallique final.


  • Résumé

    This manuscript describes a novel metallizing process that combines the advantages of the static metal wet plating techniques and the simplicity of the spray gun based technologies. This new process, called by its inventors « Dynamic Chemical Plating » (DCP), consists on transporting by an aerosol, using compressed air and a double nozzle spray gun, two aqueous solutions containing, seperately, the reducing and the oxidizing agents. The first acts as an electronic energy source and the second acts as a material source. Thus a very thin liquid film is formed and is absorbed on the surface. This film, containing the active species, is also thermodynamically unstable which means that the oxidation-reduction reaction will occur spontaneously. Under some specefic adequate experimental conditions, such as the absorbed liquid film thickness, the surface wettability, the presence of functional groups and the ratio of the sprayed solutions, this spontaneous reaction can be controlled avoiding coarse precipitation and resulting in a compact, dense and adherent metallic film plated on the substrate. The novelty of this technique is based on the inermittent spraying procedure. The electrochemical reactions in a highly dispersed aqueous phase (droplets) appear to be prominent for metal plating. Although aerosol metal plating has many potentialities, there are only few studies in this field, situated at the interface of traditional electrochemistry and aerosol science. The principle of the method, the apparatus and several results are described demonstrating the capabilities of this new process as well as its convenience for many industrial applications. A detailed investigation of the aerosol and its influence on the metal deposition is presented. The aerosol properties study has permitted to improve and to control the supply of the reactive species to the surface. Consequently the kinetic and the output of the metal deposition was optimized. Many examples are given to illustrate some of its possibilities such as copper plating, nickel-boron binary alloy and nickel-boron-zinc ternary alloy deposition. Future prospects are summarized too.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (262 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : 463 ref.

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  • Bibliothèque : Ecole centrale de Lyon. Bibliothèque Michel Serres.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : T1825
  • Bibliothèque : Ecole centrale de Lyon. Bibliothèque Michel Serres.
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