Élaboration de revêtements de Ti3SiC2 sur SiC par RCVD

The growth of Ti3SiC2 coating SiC by RCVD

• Auteur / Autrice : Houssam Fakih
• Direction : Jean-Claude Viala
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Lyon 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réactions chimiques -- Mécanismes

Thermodynamique

Revêtements

Résumé

Cette thèse porte sur l’élaboration de revêtements C-Si-Ti en général et de phase MAX Ti3SiC2 en particulier sur un substrat céramique. La méthode utilisée consiste à déposer classiquement un premier film de carbure de silicium par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) sous basse pression à partir du mélange gazeux H2 et CH3SiCl3. L’élaboration des couches Ti-Si-C se fait ensuite par CVD réactive (RCVD) en faisant réagir un mélange gazeux H2 et TiCl4 toujours sous basse pression sur la couche SiC déposée préalablement. L'effet de la température (de 1000 jusqu'à 1200°C) et celui du temps de traitement (de 3 minutes jusqu'à 3 heures) ont été étudiés. Sur la base d'une étude thermodynamique, le taux de dilution dans l'hydrogène de TiCl4 a été choisi suffisamment élevé pour favoriser la formation du ternaire Ti3SiC2 par rapport aux autres phases du système C-Si-Ti. A 1100°C, la croissance d'une fine couche micrométrique et continue de Ti3SiC2 pur est d'abord observée, conformément aux prévisions thermodynamiques. Dans ce cas, les plans de base de Ti3SiC2 sont orientés perpendiculairement au substrat. La croissance de Ti3SiC2 se fait par consommation partielle ou totale de SiC d’abord par réaction de surface solide-gaz puis par diffusion en phase solide. Pour des temps de traitement plus longs, la croissance simultanée d'une souscouche supplémentaire de Ti5Si3Cx en surface de Ti3SiC2 puis d'une sous-couche de TiC du côté du SiC a été observée. Le moyen d'obtenir des revêtements épais contenant du Ti3SiC2 sans Ti5Si3Cx ni TiC est d'alterner de courtes séquences de dépôt de SiC et de traitement RCVD autant de fois que nécessaire. Une autre méthode CVD pulsée (PRCVD) est possible pour élaborer des sous-couches de Ti3SiC2 plus minces et sans orientation préférentielle

This thesis deals with the growth of C-Si-Ti coatings in general and Ti3SiC2 phase MAX in particular on a ceramic substrate. The method consists in depositing a first SiC sub-layer by chemical vapour deposition (CVD) under low pressure from H2/CH3SiCl3. The growth of Ti-Si-C coatings was obtained by reactive CVD (RCVD) from a H2/TiCl4 gaseous mixture still under low pressure reacting on each SiC solid sub-layer that was previously deposited. The effect of temperature (from 1000°C to 1200°C) and the deposition time (from 3 minutes to 3 hours) were studied. On the basis of a thermodynamic study, the H2/TiCl4 ratio was chosen sufficiently high to favour the formation of the ternary Ti3SiC2 against other phases of the system C-Si-Ti. At 1100°C, the growth of a thin continuous layer pure Ti3SiC2 is first observed, in accordance with thermodynamic study. In that case, the basal crystallographic planes are oriented perpendicular to the substrate. The growth of the Ti3SiC2 by RCVD involves partial or total SiC consumption by solid-gas reaction and solid-state diffusion. But for longer deposition times, the simultaneous growth of an additional Ti5Si3Cx sub-layer on surface Ti3SiC2 and a TiC sub-layer on the other side of SiC was then observed. A way to get Ti3SiC2 thicker sublayers without TiC and Ti5Si3Cx is to alternate short SiC deposition and RCVD treatment sequences as many times as necessary. Another method to obtain thinner sub-layers Ti3SiC2 was the use of pressure-pulsed CVD method. In addition, the pressure-pulsed method allowed the preferential orientation to be prevented in the Ti3SiC2 coating