Élaboration et caractérisation de revêtements type "Diamond-Like Carbon" déposés par un procédé chimique en phase vapeur assisté par un plasma basse fréquence

par Caroline Chouquet

Thèse de doctorat en Science et ingénierie des matériaux

Sous la direction de Alain Billard.

Soutenue le 04-12-2008

à Vandoeuvre-les-Nancy, INPL , dans le cadre de EMMA - Ecole Doctorale Energie - Mécanique - Matériaux , en partenariat avec Laboratoire de science et génie des surfaces (Nancy) (laboratoire) .

Le président du jury était Jean-Paul Rivière.

Le jury était composé de Alain Billard, Jean-Paul Rivière, Christophe Donnet, Nicolas Martin, Silvère Barrat, Cédric Ducros, Frédéric Sanchette.

Les rapporteurs étaient Christophe Donnet, Nicolas Martin.


  • Résumé

    Ce travail de thèse concerne l’étude de différents revêtements type « Diamond-Like Carbon » élaborés par un procédé CVD assisté par un plasma basse fréquence (40 kHz). Deux revêtements de référence sont d’abord étudiés : des couches de carbone amorphe hydrogéné (a-C:H) et des couches de carbure de silicium amorphe hydrogéné (a-SiC:H). L’évolution de leurs propriétés mécaniques (dureté, module d’Young) et tribologiques (frottement, usure) est décrite en fonction des paramètres du procédé et corrélée à leur microstructure. Les résultats obtenus pour ces deux couches de référence sont ensuite exploités pour proposer deux systèmes complémentaires : des revêtements a-C:H dopées et des systèmes multicouche a-C:H/a-SiC:H. Ces deux solutions présentent des contraintes résiduelles réduites par rapport à un revêtement a-C:H monocouche ce qui permet d’envisager une augmentation importante des épaisseurs de dépôt tout en conservant des propriétés mécaniques et tribologiques intéressantes. Enfin, en vue d’une application industrielle de ces revêtements sur des pièces de moteur par exemple, l’optimisation de leur adhérence par insertion de sous-couches adaptées ainsi que de leurs performances tribologiques en conditions lubrifiées par l’intermédiaire de texturation de surface est alors envisagée

  • Titre traduit

    Characterisation of Diamond-Like Carbon films elaborated by low frequency plasma enhanced chemical vapour deposition


  • Résumé

    Hydrogenated amorphous carbon films (a-C:H) and hydrogenated silicon carbide films (a-SiC:H) are deposited by low frequency (40 kHz) plasma enhanced chemical vapour deposition (LF PECVD). Structural, mechanical and tribological properties of those single layers have been first studied in relation with process parameters. Then those results have been used to study two other systems. The first one corresponds to silicon doped a-C:H thin films and the second one to multilayered coatings consisting in a stack of a-C:H and a-SiC:H layers. Those coatings offer potential advantages such as lower residual stress level comparing to that of a-C:H stress level which gives the opportunity to deposit thicker films, and also attractive mechanical and tribological properties. Moreover, in case of applications like car engine parts for example, adhesion and tribological properties under lubrication have to be improved. Solutions as incorporating underlayer or texturing surface are thus also investigated in this study


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