Revêtements multicouches TiN/A1N, élaborés par pulvérisation cathodique réactive : influence de la périodicité et du bombardement ionique
par Anne Thobor
Thèse de doctorat en Chimie. Chimie - Physique
Sous la direction de Jean-Philippe Bauer.
Soutenue en 2001
à Besançon , en partenariat avec Université de Franche-comté. UFR des Sciences, Techniques et Gestion de l'Industrie (autre partenaire) .
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Résumé
Les revêtements multicouches Tin/a1n, obtenus par pulvérisation cathodique réactive, possédant diverses périodicités et subissant ou non un bombardement ionique, appliqué soit après, soit pendant ou soit pendant et après la phase de dépôt. La complexité de ces systèmes multicouches nous a amené à simplifier ces systèmes en étudiant séparément de simples couches minces de nitrure de titane (TiN) et de nitrure d'aluminium (A1N), puis des systèmes bicouches de type n (Tin + A1N) avec n compris entre 1 et 5. Les caractéristiques structurales, morphologiques et les propriétés mécaniques des couches minces TiN et A1N sont fortement influencées par le type de bombardement ionique appliqué à la couche, par la tension bias, mais également par l'épaisseur du film et le mode de polarisation dc ou rf. Grâce à l'empilement de couches TiN et A1N, les caractéristiques mécaniques sont nettement améliorées. La structure modulée des films avec une transition peu rugueuse à l'interface est attendue pour prévenir la propagation des fissures dans le film. Un nombre important d'interfaces semble crucial pour augmenter les propriétés mécaniques des revêtements multicouches. Tous les revêtements multicouches, que nous avons synthétisés, présentent une structure périodique avec des interfaces plus ou moins bien définies, selon qu'un bombardement ionique est appliqué ou non. La période et le bombardement ionique ont une grande influence sur la composition des revêtements multicouches et sur les propriétés mécaniques. En effet, plus la période des revêtementrs multicouches est faible, plus la dureté, l'élasticité et la résistance à l'usuire sont élévées. Ceci reste valable pour des faibles périodes jusqu'à une valeur critique, où les caractéristiques du revêtement multicouche changent. Quant au bombardement ionique, il permet d'obtenir des revêtements multicouches très durs, avec une grande élasticité et une bonne résistance à l'usure, surtout lorsqu'il est appliqué pendant la phase de dépôt.
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Titre traduit
TiN/A1N multilayered coatings, elaborated by reactive cathodic sputtering : influence of periodicity and ion bombardement
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Résumé
This works concerns the study of TiN/A1N multilayered coatings, obtained by reactive cathodic sputtering. Different multilayers with various periodicities are synthesize with or without ion bombardement applied during or after or during and after deposition time. A good knowledge of multilayered systems is necessary to study the TiN/A1N multilayered coatings. For this reason, we have simplified these systems by studying separately single thin layers of titanium nitride and aluminium nitride, and then bilayers systems according to the type n (TiN + A1N) with n included between 1 and 5. Structural, morphological characteristics and mechanical properties of TiN and A1N thin layers are strongly influenced by the type of ion bombardement applied on layer, by the bias voltage, but also by layer's thickness and dc or rf polarisation. Through the superposition of TiN and A1N layers, mechanical characteristics are clearly improved. The layered structure of coating with a sharp interface is expected for prevent the propagation of cracks. An important numbers of interfaces become crucial to increase machanical properties of multilayered coatings. All multilayered coatings, that we have synthesized, present a periodic structure with more or less sharp interfaces, according as an ion bombardement is applied or not. Periodicity and ion bombardement have an important influence on coatings composition and on mechanical properties. Indeed, more the period of multilayered coatings is weak, more the hardness, elasticity and wear resistance are high. It is representative for weak periods up to a critical value, where multilayered coating's characteristics are modified. Some very hard multilayered coatings with high elasticity and good wear resistance are obtained when an ion bombardement is applied during deposition time.
