Fonctionnalisation de surfaces d'aciers par des procédés CVD compatibles avec le traitement de plaques au défilé : dépôts de TiO2 et Fe

Functionalization of steel surfaces by CVD processes applicable conveyor belt reactor : growth of TiO2 and Fe

• Auteur / Autrice : Florin-Daniel Duminica
• Direction : Francis Maury
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science et génie des matériaux
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT

Mots clés

Mots clés contrôlés

Science des matériaux

Chimie des surfaces

Traitements de surface

Métaux -- Surfaces

Résumé

La fonctionnalisation de la surface d'aciers plats par un procédé au défilé devrait permettre de développer de nouveaux produits. Dans cet objectif, différentes technologies de dépôt de type CVD et Pyrosol ont été explorées dans ce mémoire. Des couches minces de TiO2 ont été obtenues par un procédé MOCVD sous pression atmosphérique à partir de TTIP et par Pyrosol à partir de diverses solutions TTIP/Acac. Les caractéristiques physico-chimiques et structurales des films et quelques propriétés de surface des couches sont présentées en relation avec leurs conditions d'élaboration. La faisabilité des deux systèmes d'alimentation en réactif d'un réacteur de dépôt (CVD et Pyrosol) est bonne par rapport aux critères imposés par l'application industrielle. De plus, la nécessité de maîtriser de fines épaisseurs de TiO2 nous a conduit à développer une méthode de suivi in situ de la croissance par pyrométrie IR. D'autre part, des couches minces de Fe ont été obtenues par divers procédés MOCVD sous pression atmosphérique à partir Fe(CO)5 et Fe(C5H5)2. La pureté des couches de Fe déposées à partir de Fe(CO)5 et H2 est correcte entre 250 et 350°C, avec une forte vitesse de croissance à basse température, mais qui diminue lorsque celle-ci augmente. Des couches de Fe ont été également obtenues à partir de FeCp2 et H2O à plus haute température (750°C). Dans ce cas une croissance en deux étapes a été mise en évidence avec la formation initiale d'une couche poreuse d'aspect noir qui se densifie par la croissance des grains avec l'augmentation de la durée de dépôt pour devenir compacte et gris métallique. Ces divers procédés sont décrits et discutés en relation avec le cahier des charges imposé.

The functionalization of the flat steel surface by a conveyor belt processes should make possible the development of news products. Various deposition technologies like the CVD and Pyrosol were explored in this work. Thin TiO2 layers were obtained by a MOCVD process under atmospheric pressure starting from TTIP and by Pyrosol starting from various TTIP/Acac solutions. The physico-chemical and structural characteristics of the films and some surface properties of the layers are presented in relation to their conditions of deposition. The feasibility of the two reactive supply systems of the deposition reactor (CVD and Pyrosol) is good compared with the industrial application criteria. Moreover, the need to control fine thicknesses of TiO2 led us to develop an in situ monitoring growth control method using IR pyrometry. In addition, thin Fe layers were obtained by various MOCVD processes under atmospheric pressure from Fe(CO)5 and Fe(C5H5)2. The purity of Fe layers deposited starting from Fe(CO)5 and H2 is good between 250 and 350°C with a high growth rate at low. Thin Fe layers were obtained starting from FeCp2 and H2O at higher temperature (750°C). In this case, the growth occurs in two steps : the initial formation of a black porous layer which densifies as a result of a grains growth with the increase of the deposition duration in order to become a grey and compact metallic film.