Etude de la synthèse chimique de films minces d'oxydes de silicium sur surfaces métalliques assistée par décharge à barrière diélectrique à pression atmosphérique

Dielectric barrier discharge assisted chemical vapour deposition of silicon oxydes thin films on metallic surfaces under atmospheric pressure

• Auteur / Autrice : Vandad Rohani
• Direction : Vincent Puech
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des gaz et des plasmas
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Ondes et Matière (Orsay, Essonne1998-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique des gaz et des plasmas (Orsay, Essonne ; 1965-....)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : ArcelorMittal Lorraine
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)
• Jury : Président / Présidente : Tiberiu Minea
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Tiberiu Minea, Thierry Belmonte, Françoise Massines, Patrick Choquet, Dan F. Duminica, David B. Graves
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thierry Belmonte, Françoise Massines

Mots clés

Mots clés contrôlés

Silice

Métaux

Pression atmosphérique

Mots clés libres

Thermohydrodynamique

Résumé

Dans les pays industrialisés, on estime aujourd’hui que les coûts de la corrosion représentent environ 4% du PNB. Ce chiffre colossal souligne à quel point le combat contre ce phénomène est important. Tous les matériaux sont sujets à la corrosion mais les métaux, par leur instabilité thermodynamique au contact des éléments atmosphériques, constituent une classe particulièrement sensible à cette dégradation. Une solution efficace à la mise en protection du métal est le revêtement de surface par un matériau plus stable tel que la silice. Parmi les techniques chimiques de revêtement par voie sèche (CVD) exploitées aujourd’hui, la CVD assistée par plasma se fait de plus en plus courante. Son avantage réside dans le fait qu’elle est une technique dite froide qui s’affranchit du chauffage du substrat (T<250°C), particulièrement adaptée au traitement des produits thermosensibles. Ici, nous nous intéressons à la CVD assistée par Décharge à Barrière Diélectrique (DBD) en configuration simple barrière afin d’élaborer à partir d’un mélange gazeux comportant un précurseur chimique d’HMDSO, des films minces d’oxydes de silicium sur des surfaces métalliques larges (>50 cm2) pour des applications métallurgiques. Une particularité de ce procédé est de fonctionner à la pression atmosphérique, condition adéquate pour le traitement de grandes surfaces sur des lignes au défilé. L’enjeu de cette étude est double : Premièrement, montrer la faisabilité de ce procédé de dépôt sur substrats d’acier. Deuxièmement, à travers l’étude de la qualité des films synthétisés à partir de trois gaz porteurs (He,Ar,N2), trouver une piste d’explication à l’inhomogénéité des revêtements obtenus par cette voie.

It is estimated that corrosion costs represent about 4% of GNP in developed countries. This high figure highlights the importance of the struggle against this phenomenon. While affecting all materials, corrosion is especially damaging to metals, which suffer from high thermodynamical instability in the atmosphere. A relevant alternative to metals protection is to coat metallic surfaces with a more stable material, e. G. Silicon oxides. Plasma assisted Chemical Vapour Deposition (CVD) techniques have been increasingly spreading among chemical techniques. Particularly adapted to the treatment of thermosensitive products, they allow keeping the substrate’s temperature at low levels (T<250°C). In this document, we consider simple Dielectric Barrier Discharge (DBD) assisted CVD to elaborate silicon oxides thin films on large metallic surfaces (>50 cm2) for metallurgical applications, from a gas mixture which includes HMDSO (hexamethyldisiloxane). Remarkably, this process operates under atmospheric pressure, a condition suited for high speed on-line treatment of large surfaces. The first aim of this study is to show the feasibility of such coating process on steel substrates. In a second part, we examine the quality of synthesized thin films from three carrier gas (He,Ar,N2) to find a possible explanation for the inhomogeneity of coatings obtained by this means.