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Les dpts sous vide

Les principaux procds de revtements en phase vapeur

Les dpts en phase vapeur font partie de la catgorie dite de revtement par voie sche, au mme titre que la projection thermique. Leur but est l’amlioration des proprits des matriaux par une fonctionnalisation de leur surface pouvant augmenter :

  • Leur aspect esthtique : diffrents coloris possibles tels que le noir, gris mtallique, gris-blanc, marron, jaune paille dore, etc. avec un aspect mat ou brillant.
  • Leur rsistance l’usure, leur comportement en frottement et de manire plus gnrale leur comportement tribologique.
  • Leur duret ainsi que leur comportement mcanique dans l’ensemble.
  • Leur rsistance la corrosion et ainsi qu’aux sollicitations chimiques et environnementales.
  • Leurs proprits lectriques : conduction, isolation.
  • Leurs proprits optiques : rflexion, transmission, dtection de rayonnement.
  • Leur biocompatibilit, etc.

  • Ces types de procds sont complmentaires vis--vis de la projection thermique dans le sens o en comparaison avec cette dernire permettant de produire des revtements allant de quelques dizaines de microns quelques millimtres, ils permettent la ralisation de dpts dits couches minces d’une paisseur allant de quelques dizaines de nanomtres une dizaine de micromtre.

    Tous les systmes de dpts en phase vapeur utilisent l’injection de gaz inertes et/ou plasmagnes en addition desquels peuvent tre utiliss des gaz dits ractifs ou prcurseurs (les prcurseurs pouvant se prsenter sous la forme de gaz ou de liquide entran par un gaz porteur tel que l’argon). De plus, ils sont utiliss pour majeure partie sous vide partiels ou pousss bien que l’utilisation de certaines sous catgories de ces techniques tende se dvelopper pression atmosphrique.

    Deux catgories principales sont distinguer au sein des dpts en phase vapeur :

  • la CVD (chemical vapor deposition) ou dpt chimique en phase vapeur
  • et la PVD (physical vapor deposition) ou dpt physique en phase vapeur
  • L’une comme l’autre technologie font appel trois composantes essentielles qui sont : une source de matriau dposer (pice massive par exemple ou l’un des composants du futur revtement tel qu’un prcurseur), une pice revtir ou substrat sur lequel va se condenser le dpt issu de la source (aprs recombinaison ou non) et un milieu au sein duquel s’opre le transfert de matire (sige du phnomne physique ou chimique mis en jeu).

    Ces deux mthodes de revtements, bien qu’appartenant toute deux aux procds de dpt en phase vapeur, diffrent normment sur de nombreux points commencer par le principe gnral du procd. En effet, les phnomnes mis en jeu en CVD sont essentiellement de type chimique (cration de vapeur par raction entre deux molcules ou dcomposition) alors que ceux lors d’un revtement par PVD sont essentiellement physiques (vaporation et pulvrisation notamment d’un matriau). Il est cependant possible d’avoir la fois la mise en œuvre de phnomnes chimiques et physiques lors de l’utilisation de certaines sous-catgories de procds telles que la PVD dite ractive ou la PECVD (plasma enhanced chimical vapor deposition).

    De manire schmatique, concernant la CVD, des espces gazeuses vont venir ragir en phase homogne ou htrogne afin de former un troisime corps qui constituera le revtement qui sera notamment li chimiquement la surface du substrat. Concernant la PVD en revanche, la matire qui formera le dpt est initialement sous la forme d’une pice massive de gomtrie prcise (cylindrique, filaire, etc.) appele cible ou sous forme de billes, copeaux, etc. et de diffrentes natures possibles : mtalliques, alliages, cramiques (carbure, nitrure, carbonitrure essentiellement), etc. Cette matire est alors bombarde par des ions rsultant de la mise en place d’un plasma ou vapore par chauffage notamment (d’autres moyens de sublimation de la matire peuvent tre mises en œuvre) au sein de l’enceinte sous vide. Ainsi, des atomes sont arrachs de la cible conscutivement au bombardement ou vapors et viennent se dposer en surface de la pice revtir. Ce type de revtement peut tre assimil un phnomne de condensation la surface de la pice revtir.

    Prparation de surface et masquage

    Les pices revtir sont prpares de faon assurer la bonne tenue du dpt : ncessit d’avoir un substrat vierge de toutes pollutions (graisses, rsidus atmosphrique, etc.) et dans la majorit des cas vierge de toutes couches d’oxydes superficielles avec une finition de surface proche du poli-miroir.

    Pour cela, les substrats sont tout d’abord nettoys par immersion dans des solvants (thanol, actone, etc.) ou des lessives sous ultra-sons et/ou en temprature. Les pices sont ensuite polies automatiquement l’aide d’une polisseuse ddie selon des gammes prdfinis l’avance dans le cas de gomtries simples de type cylindrique (pices d’essais notamment) ou par tribofinition (obtention d’un poli miroir pour des pices gomtrie complexes).

    Des procds de masquage peuvent tre mis au point l’aide soit d’un feutre spcifique l’utilisation sous vide secondaire et en temprature (pour le masquage de prcision) soit par la ralisation d’un porte-substrat spcifique intgrant des zones de masquage. Ceci afin de permettre d’pargner certaines zones ncessitant l’absence de revtement.

    Outre ces spcifications, il est noter que la structure et les proprits des revtements dpendent de multiples facteurs lis aux paramtres employs lors de la phase d’laboration et la nature des substrats et de la matire dposer qui sont adapts en fonction des lments dfinis dans le cahier des charges.
    Le choix entre les diffrents procds de mise en œuvre repose sur de nombreux facteurs tels que la nature et les proprits du revtement souhait, la nature des substrats employs, des paisseurs voulues, etc.

    Pour plus d'informations sur les dpts PVD :

    Evaporation sous vide
    Pulvrisation cathodique
    Dpt par arc cathodique
    Pulvrisation par faisceau d'ions
    Dpts par pulses Laser

    Pour plus d'informations sur les dpts CVD :

    Procd Thermique
    Procd Organomtallique
    Procd Laser
    Procd assist par Plasma