Développement de nouvelles méthodes de traitement de surfaces pour améliorer l'adhérence des couches de diamant aux différents matériaux.
Développement et réalisation d'un projet pour renforcer la résistance à la corrosion des surfaces de prothèses et de systèmes optiques.
Vu la rareté et le prix très élevé du diamant naturel, plusieurs voies ont été explorées pour fabriquer ce matériau. Ainsi dans un contexte régit par le diagramme de phase thermodynamique, le diamant synthétique a pu être obtenu en soumettant du carbone graphite à des hautes pressions et hautes températures (HPHT). Ce processus de fabrication conduit à la synthèse de cristaux de diamant de petites tailles et ces applications restent limitées pour le moment.
Une autre voie de synthèse utilisant des basses pressions a vue le jour il y a environ deux décennies. Il s'agit de dépôt de diamant, cette fois-ci en couche mince, en utilisant un procédé chimique en phase vapeur (CVD). Cette technique permet de revêtir différentes surfaces et d'obtenir des films continus, très utiles pour les applications en micro-électronique (circuits intégrés de haute puissance, systèmes micro-ondes de puissance), mécanique (revêtements abrasifs pour les outils de coupe), optique (fenêtres optiques) et en biomatériaux (prothèses humaines).
Les techniques CVD utilisées pour déposer des films de diamant font appel à un moyen d'excitation pour activer le gaz, généralement constitué d'un mélange de méthane CH4 et de l'hydrogène H2, injecté dans l'enceinte du réacteur de dépôt. On distingue particulièrement deux méthodes très populaires, l'activation thermique au moyen d'un filament chaud (HFCVD) et l'activation par plasma micro-onde (MWCVD).
Pour déposer une couche de diamant nous injectons dans le tube du réacteur un mélange de gaz (H2 et faible fraction de CH4) à débit fixe et à basse pression. La décharge plasma obtenue à partir de ce mélange gazeux est alors composée de différentes espèces dont les plus importants pour le dépôt sont les espèces carbonées et l'hydrogène atomique. La condensation spontanée à partir de la phase gazeuse conduit conjointement au dépôt de deux phases du carbone : le diamant (phase sp3) et le graphite (phase sp2), c'est là qu'intervient l'action bénéfique de l'hydrogène atomique qui conduit à la gravure sélective de la phase sp2, dans des conditions expérimentales bien contrôlées, laissant croître sélectivement les cristaux de diamant.
Réacteur de dépôt
Nous disposons de deux réacteurs à plasma d'onde de surface alimentés par des micro-ondes fonctionnant à 2.45 GHz et 915 MHz. Ces réacteurs conçus et fabriqués au sein du groupe permettent le dépôt sur des surfaces de diamètres de 2.5 cm et 10 cm, respectivement.
Dans le cadre des applications mécaniques, le carbure de tungstène cimenté au cobalt (WC-Co) est le matériau le plus utilisé dans l'industrie comme outil de coupe. Les grains de carbure durs et fragiles dispersés dans un liant doux et malléable donnent à ce matériau des propriétés spécifiques, comme la dureté pour résister à l'usure et la douceur pour supporter le choc. L'utilisation de films minces de diamant comme revêtement de ces outils de coupe prolonge considérablement leur durée de vie et augmente leur performance. Cependant, la présence du cobalt affecte fortement le processus de croissance du diamant, à cause de son effet catalytique favorisant la formation de la phase graphitique du carbone durant le premier stade de dépôt. Par conséquent, l'adhérence du film de diamant sur ce type de substrat est très mauvaise.
L'objectif de cette étude est d'élaborer un traitement pour palier à ces problèmes. Nous avons développer un traitement de surface du substrat articulé sur trois étapes :
- polissage mécanique.
- gravure chimique.
- supersaturation en carbone de la surface.
L'optimisation de ce procédé a permis d'augmenter l'adhérence de manière très significative.
VERSION ANGLAISE