Revêtements sur acier par PACVD radiofréquence et micro-onde : diagnostic de la phase gazeuse et optimisation de la tenue mécanique

par Michel Andrieu

Thèse de doctorat en Sciences de l'ingénieur

Sous la direction de Michel Ducarroir.

Soutenue en 1997

à Perpignan .

mots clés

• Dépôt chimique en phase vapeur activé par plasma
• Matériaux -- Fatigue
• Carbure de silicium
• Spectroscopie d'émission
• Silane -- Dérivés

Résumé

Des revetements a base de carbure de silicium ont ete realises sur acier par depot chimique a partir d'une phase gazeuse (ar-tms) activee par un plasma radiofrequence ou micro-onde. Ce travail est relatif a une approche procede et a une approche materiaux. L'etude par spectrometrie d'emission de la phase gazeuse dans le plasma radiofrequence, a mis en evidence des especes (si#+, h, h#2) qui presentent des energies importantes ; ces especes sont accelerees par le champ electrique au voisinage du substrat. Une composante de l'hydrogene atomique est specifique de la decomposition du tms. Sur la base d'une hypothese de conservation de flux, les variations spatiales des intensites ont permis de deduire la nature de porteurs de carbone (tels c#xh#2, c#xh#4) et de silicium. Les evolutions des intensites des raies et des energies de si#+ et h en fonction de la pression et de la temperature sont correlables aux variations de la composition, de la vitesse de depot et des contraintes residuelles. En plasma micro-onde, l'etude developpee identifie plusieurs structures de bande exploitables pour determiner le champ axial de temperature. Sur le plan des materiaux, il est demontre qu'une couche intermediaire metallique entre un depot a base de carbure de silicium et un substrat en acier est apte a reduire les contraintes residuelles thermoelastiques dans la couche de carbure de silicium et a ameliorer la tenue mecanique du systeme. Les calculs ont permis de choisir un materiau d'intercouche qui minimise les contraintes de tension et de cisaillement aux interfaces. Les etudes physico chimiques des interfaces et du comportement sous sollicitation des divers systemes experimentaux ont montre que le tantale, sous une epaisseur determinee, ameliorait le comportement lors des test de rayure, macro-indentation ou micro flexion sous meb. Ce dernier essai permet de comprendre les etapes de l'endommagement et de deduire des parametres critiques relatifs aux films et aux interfaces

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