CVD du carbure de silicium ? partir du syst?me SiHxCl4-x/CyHz/H2 : ?tude exp?rimentale et mod?lisation

par Guillaume Laduye

Thèse de doctorat en Physico-chimie de la mati?re condens?e

Sous la direction de G?rard Louis Vignoles et de Georges Chollon.

Soutenue le 23-09-2016

à Bordeaux , dans le cadre de ?cole doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde) , en partenariat avec Laboratoire des Composites Thermostructuraux (Bordeaux) (laboratoire) .

Le président du jury était Francis Teyssandier.

Le jury était composé de G?rard Louis Vignoles, Georges Chollon, Francis Teyssandier, Elisabeth Blanquet, St?phanie de Persis, Francis Maury, C?dric Descamps.

Les rapporteurs étaient Elisabeth Blanquet, St?phanie de Persis.


  • Résumé

    Le carbure de silicium est un mat?riau souvent employ? comme matrice dans les composites thermostructuraux. Le pr?curseur classiquement utilis? pour son ?laboration par d?p?t/infiltration par voie gazeuse est CH3SiCl3. La th?se vise ? ?valuer le remplacement de ce pr?curseur par des pr?curseurs gazeux bi-sourc?s de SiC o? carbone et silicium sont apport?s s?par?ment.A partir du syst?me SiHCl3/C3H8/H2, l?influence du d?bit total, de la temp?rature, de la pression totale et de (C/Si)gaz sont ?valu?es et compar?es aux r?sultats obtenus avec le syst?me CH3SiCl3/H2. La mesure in situ de la vitesse de d?p?t permet de d?finir des lois cin?tiques apparentes. L?analyse IRTF de la phase gazeuse indique que les ?volutions des pressions partielles des diff?rents produits stables sont corr?l?es avec les transitions cin?tiques et les changements de composition du solide. Les simulations num?riques de l??volution de la phase gazeuse montrent une bonne corr?lation avec les r?sultats exp?rimentaux et permettent de proposer des m?canismes homog?nes et h?t?rog?nes qui pourraient expliquer les ?carts ? la stoechiom?trie du d?p?t.L??tude de six pr?curseurs suppl?mentaires permet de mieux identifier le r?le des principales esp?ces en phase homog?ne et h?t?rog?ne, et notamment les pr?curseurs effectifs de d?p?t. Enfin, l??tude de l?infiltration de mat?riaux poreux mod?les r?v?le des am?liorations significatives en termes d?homog?n?it? de vitesse de d?p?t.Ainsi, des conditions propices ? l?infiltration de carbure de silicium peuvent ?tre obtenues en adaptant la r?activit? de la phase gazeuse par la s?lection de pr?curseurs initiaux et des chemins r?actionnels qui en d?coulent.

  • Titre traduit

    Silicon carbide chemical vapor deposition from SiHxCl4-x/CyHz/H2 system : experimental and modeling studies


  • Résumé

    Silicon carbide (SiC) is material of choice for the matrix of Ceramic Matrix Composites (CMC).CH3SiCl3/H2 mixtures are currently used as gas precursor for the synthesis of the CVI-SiC matrices.The present work considers the dual-source approach with two separate carbon and silicon precursorsmolecules.In the case of SiHCl3/C3H8/H2 mixture, systematic studies of total flow rate, temperature, total pressureand C/Si ratio of initial gaseous phase are realized. Kinetics obtained with growth rate measurements and solid composition are compared with results from CH3SiCl3/H2 mixture. On the basis of the apparent reaction orders and activation energies, experimental kinetic laws are derived. Through IRTF analysis of the gas phase, the partial pressures of the different stable products are correlated with deposition kinetic and solid composition. Results obtained in gas-phase kinetic simulation show a good correlation with the experimental results and a mechanism of homogeneous decomposition is proposed. A better understanding of the role of the principal species in homogenous and heterogeneous phase is obtained through the study of six other gas systems and the roles of some effective precursors are discussed. Finally, infiltration results of porous material models with different precursor systems reveal significant improvements as homogeneity of kinetic deposit.Hence, favourable conditions to silicon carbide infiltration can be obtained by adapting the reactivity of the gas phase, with the choice of initial precursors and homogeneous chemistry associated. Asystematic study of the process evidences promising working windows for the infiltration of pure SiCin porous performs.


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