Dépôts céramiques par PVD ou CVD assistées ou par projection plasma

En général un dépôt sur la surface d'une pièce est utilisé pour lui conférer une fonctionnalité particulière qu'elle n'a pas sans celui-ci. Les dépôts céramiques sont utilisés pour donner : une plus grande dureté, des propriétés isolantes tant du point de vue électrique que thermique, une meilleure résistance à l'usure, une résistance chimique supérieure, en particulier à la corrosion, une imperméabilité aux liquides ou aux gaz, un effet décoratif… Naturellement le choix du dépôt et de sa méthode de déposition dépendent de nombreux paramètres tels que : l'épaisseur, le matériau dont est constitué le substrat et ses propriétés, en particulier son coefficient de dilatation, la géométrie de l'aire à couvrir. La fonction que doit remplir le dépôt est également importante dans le choix (par exemple contre l'usure un dépôt épais est de loin préférable à un dépôt mince). Il en va de même des conditions d'utilisation du composant, notamment l'atmosphère et la température de service… tout cela bien entendu en prenant en considération les coûts de déposition par rapport au gain apporté par le dépôt. De plus il est possible, sous certaines conditions, de rendre étanches les dépôts céramiques épais qui ont souvent des porosités ouvertes débouchantes, c'est-à-dire des sortes de canaux traversant toute l'épaisseur du dépôt.

Si les céramiques existent depuis le Paléolithique (≍ 29 000 av. J.-C.), les céramiques techniques se sont développées au XX ^e siècle. Les dépôts céramiques ne sont apparus qu'au cours de la deuxième moitié du XX ^e siècle, même si les techniques de dépôts des métaux ont vu le jour à la fin du XIX ^e pour les dépôts métalliques par PVD (Physical Vapor Deposition) et CVD (Chemical Vapor Deposition). Au début du XX ^e est apparue la projection flamme et dans les années 1950 les dépôts plasma. Les techniques d'évaporation de PVD et de CVD ainsi que de projection thermique ont vraiment été industrialisées dans les années 1960-1970.

Les dépôts céramiques dont il sera question dans ce qui suit sont soit des dépôts épais (de 50 μm à quelques mm) déposés par projection thermique (plasma ou flamme), soit des dépôts minces (quelques dixièmes à quelques dizaines de μm) obtenus :

• par vapeur chimique CVD (Chemical Vapor Deposition), éventuellement assistée par plasma (Plasma Enhanced CVD), aussi appelé « PACVD » (Plasma Assisted CVD). Par ces méthodes, des dépôts de plusieurs mm ont été réalisés, mais en routine ils sont limités à 50 μm ;

• par vapeur physique PVD (dépôt physique en phase vapeur : Physical Vapor Deposition), PVD assisté par un faisceau d'électrons (EB-PVD : Electron Beam PVD), par laser (PLD : Pulsed Laser Deposition). Les dépôts physiques sont en général limités à 5 μm.

Quelle que soit leur application dans les secteurs de l'aéronautique, de l'automobile, de la métallurgie, de la mécanique, de la chimie, de l'électronique et de l'optique…, les matériaux céramiques les plus déposés sont les oxydes, les nitrures, les carbonitrures, et les borures.

Nous présenterons donc successivement les principales propriétés des céramiques les plus utilisées dans les dépôts minces puis dans les dépôts épais avec à chaque fois les techniques de dépôts. Enfin, la préparation des substrats et les différents usages des dépôts et enfin quelques notions de coûts seront discutées.