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Auteur(s)
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Sylvain AUDISIO : Docteur ès Sciences, Ingénieur Génie Physique de l’Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA) - Laboratoire de Physico-chimie Industrielle de l’INSA - Expert près la Cour d’Appel de Lyon
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Parmi les revêtements susceptibles de conférer des propriétés nouvelles aux surfaces qu’ils recouvrent, ceux obtenus par le procédé de dépôts chimiques à partir d’une phase gazeuse (Chemical Vapor Deposition : CVD) connaissent incontestablement un grand développement.
Ce procédé consiste à mettre un composé volatil du matériau à déposer en contact soit avec un autre gaz au voisinage de la surface à recouvrir, soit avec la surface en question, de façon à provoquer une réaction chimique donnant au moins un produit solide.
La température du substrat fournit l’énergie d’activation nécessaire pour déclencher la réaction chimique et favoriser, lorsqu’elle est suffisamment élevée (800 à 1 000 oC), la diffusion dans ce substrat des atomes apportés à la surface. Cette diffusion à l’état solide entraîne une modification des produits de la réaction et assure généralement une bonne adhérence au revêtement. Ce procédé permet d’obtenir des couches d’épaisseur variable de pratiquement tous les métaux, alliages ou composés métalliques, sur des matériaux conducteurs ou isolants. Il permet aussi d’obtenir, en plus des revêtements, des poudres fines ou des échantillons massifs.
L’appareillage pour l’obtention de ces dépôts varie considérablement suivant le type de dépôts que l’on désire (procédés isothermes, non isothermes, statiques, dynamiques, basse pression, etc.).
Les propriétés des revêtements (adhérence, porosité, stœchiométrie, pureté, etc.) sont généralement bonnes.
Les principaux domaines d’application du procédé CVD peuvent se classer en deux catégories suivant que le produit formé donne un revêtement (ou couche) sur un substrat, ou un produit solide indépendamment d’un substrat.
L’obtention d’un revêtement permet la protection contre l’usure mécanique (T iC, T iN, Al2O3 , etc.), la protection contre la corrosion et l’oxydation à haute température (Cr, Al, Si, etc.), la réalisation de composants pour la microélectronique (GaAs, Si, AlN, etc.).
La formation de produits solides conduit à des produits pulvérulents de grande pureté, à des monocristaux et permet de consolider des matériaux poreux ou frittés.
Les techniques CVD complètent et remplacent avantageusement d’autres modes de dépôts (évaporation sous vide, projection cathodique, électrodéposition, etc.). C’est pour cela qu’elles sont devenues prépondérantes dans des domaines industriels tels que l’aéronautique, l’électronique, la chimie, etc.
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- Version courante de sept. 2010 par Thierry BELMONTE
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Domaines d’application. Perspectives d’avenir4. Avantages et inconvénients du CVD. Comparaison avec d’autres procédés de dépôt
L’utilisation de divers revêtements susceptibles de conférer des propriétés nouvelles aux matériaux qu’ils recouvrent a pris un développement d’autant plus spectaculaire que le praticien dispose, tant au laboratoire qu’en atelier, de procédés nombreux et quelquefois complémentaires, parmi lesquels il peut choisir pour déposer un matériau donné sur un substrat déterminé. On peut citer (articles de la rubrique Traitements de surface dans ce traité) :
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les dépôts électrolytiques ;
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les dépôts chimiques ;
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les dépôts chimiques à partir d’une phase gazeuse ;
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les dépôts physiques en phase vapeur ;
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les procédés par immersion ;
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les procédés par projection de matériau en fusion ;
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les revêtements métalliques divers (plaquage, doublage, etc.) ;
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les dépôts de conversion ;
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les revêtements non métalliques (peinture, vernis, etc.) ;
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etc.
Le choix de l’un ou l’autre de ces procédés est très souvent imposé (installations existantes, coût, performance, facilité d’obtention du revêtement, etc.) et, de ce fait, le choix de la méthode donnant le revêtement le plus adéquat pour l’usage que l’on désire n’est pas toujours réalisé. Comme il n’existe pas de procédé universel pour tout usage, un revêtement obtenu par une de ces méthodes peut parfaitement convenir à un usage particulier et ne plus du tout être valable pour un autre usage.
prenons l’exemple du chrome, cet élément peut être déposé de diverses manières : dépôts électrolytiques (chromage), CVD (chromisation), dépôts physiques, etc. Un dépôt de chrome obtenu par CVD aura une meilleure tenue à l’oxydation qu’un dépôt de chrome obtenu par chromage ou dépôt physique. En contrepartie, le coût du dépôt sera plus élevé.
Les principaux avantages et inconvénients du procédé CVD par rapport aux autres méthodes de revêtements sont divers, compte tenu des très grandes possibilités du procédé CVD aussi bien sur la nature que sur les propriétés des produits déposés.
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