WO1997008360A1 - Method for forming a metallic or ceramic deposition coating - Google Patents
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- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
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Definitions
- the present invention relates to a method of forming a complex deposit containing at least two metallic or ceramic elements by chemical vapor deposition (CVD) on a metallic or ceramic substrate, as well as to a device intended to form a deposit. complex from at least two metallic or ceramic precursors by the CVD technique.
- CVD chemical vapor deposition
- the complex coatings, in particular ceramics, produced by the CVD technique are well known.
- the precursors used to make these coatings are generally in the form of halides which are decomposed hot and the metal elements of which are reacted with oxygen, a hydrocarbon and / or nitrogen to form oxides, carbides, nitrides or carbonitrides.
- the advantage of this coating technique is to give excellent adhesion of the coating to the substrate. This is the reason why CVD is used in particular for coating cutting tools.
- US-2,898,235 proposes to deposit metals or alloys from organometallic type precursors. However, it is not proposed to react these metals with gases, these are only used as neutral vector elements with respect to the metals to be deposited.
- 082 (C-481), March 15, 1988, relates to a device for CVD deposition assisted by plasma under reduced pressure from two precursors in the form of halides each disposed in a vaporization chamber in direct communication with a reaction arranged below.
- the vapors of these precursors are brought by a carrier gas onto substrates mounted on a rotary support.
- This is a relatively conventional CVD installation, using a carrier gas to bring the reaction products to the substrate.
- the precursors in liquid form are evaporated and the vapors are transported from top to bottom on the substrates by the gas stream.
- the system can only operate at reduced pressure.
- the efficiency of such a system is very low, a large part of the reactive gas being deposited on the walls of the reactor or of the evaporation chambers.
- the object of the present invention is to make it possible to produce a complex deposit from at least two metallic or ceramic precursors with the possibility of varying the concentrations of the metallic or ceramic complexes deposited.
- the subject of the present invention is a process for forming a complex deposit according to claim 1.
- the advantage of this process lies in the possibility of allowing a dosage of the components, of being able to work at atmospheric pressure depending on the case. , to have a high deposition efficiency, to work at lower temperatures than with halogen precursors, while retaining the advantages inherent in CVD.
- Figure 1 is a schematic sectional view of the experimental enhancer used to produce the examples.
- Figure 2 is a diagram of% at. of Zr with respect to Ti as a function of the lattice parameter determined by RX.
- Figure 3 is an X-ray image showing the distribution of the elements in the repository.
- Figure 4 is a schematic sectional elevation view of the enhancer for the implementation of the method of the invention.
- FIG. 1 illustrates the sublimator used to carry out these examples and which comprises two crucibles of Al 2 0 3 , an external crucible 1 and an internal crucible 2. A space is provided between the two crucibles to receive the precursor TiCp 2 Cl 2 (Cp : cyclo pentadienyl C 5 H 5 ), while the precursor ZrCp 2 Cl 2 is placed in the interior crucible
- the crucibles are surrounded by a heated coil
- a cover 4 of Al 2 0 3 pierced with a central opening 5 is placed on the external crucible 1 while the edge of the internal crucible 2 is located at a distance from the cover 4 in order to allow the passage of the vapor of the precursor TiCp 2 Cl 2 to the substrate placed 40 mm above.
- the examples were carried out according to the following protocol:
- the substrate and the precursors are introduced into the reactor which is placed under vacuum for approximately 2 hours. Pumping is then stopped to fill the reactor with hydrogen until the pressure reaches atmospheric pressure at which the deposition process takes place.
- the sublimator is heated until the temperature reaches 513 ° K using the heating coil 3.
- the substrate is heated using an HF generator until its temperature T s reaches between 923 ° and 1123 ⁇ K.
- T s temperature of the precursor
- the flow rate of ammonia is adjusted by gas phase at the desired value and the process lasts 3 hours from this point in.
- the voltage across the heating winding 3 must be monitored at least for the first hour in order to achieve good thermal equilibrium.
- the experimental sublimator illustrated in FIG. 1, made it possible to sublimate fractions of precursors of the order of 10 ⁇ .
- the melting temperature of TiCp 2 Cl 2 is 538 ° - 543 ° K (supplier: Fluka) and an optimal sublimation speed is obtained at 513 ⁇ K without any decomposition of the precursor (a first fragmentation is observed at from 563 ° K).
- ZrCp 2 Cl 2 below its melting temperature which is given by the supplier (Aldrich) at 513 ° K. Under these conditions, the two precursors are sublimated at the same temperature.
- the variation of the temperature of the substrate intervenes only on the growth rate and not on the Zr content of the deposit. Under these conditions, the sublimation temperature of the products would affect the Zr / (Zr + Ti) ratio, while that of the substrate would only influence the growth rate.
- FIG. 3 is an X-ray image made on a sample according to example 1 of the table above and showing a good distribution of the elements of the deposit.
- FIG. 4 schematically illustrates the installation used with a view to making it possible to vary the proportions of Ti and Zr, given that the previous examples, produced using the reactor of FIG. 1, do not allow the ratio Zr / Ti which remains around 9/1.
- the reason is that the sublimation temperature of Ti is significantly higher than that of Zr. This is the reason why the precursor of Ti was put in the outside crucible and that of Zr in the inside crucible. However, this measure was not sufficient.
- Putting the two precursors in two separate crucibles, separated from each other poses a problem of homogenization of the mixed compound Ti, Zr. In this case, on the one hand, TiC or TiCN is obtained, on the other hand, ZrC or ZrCN. If the two crucibles are too close to each other, the problem is not resolved however and in addition there is heat transfer by radiation between the two crucibles.
- the installation illustrated in FIG. 4, making it possible to solve the problem of the variation of the Zr / Ti ratio, in the coatings of carbides or carbonitrides from solid organometallic precursors comprises a tubular enclosure 6 made of quartz, the base of which is fixed sealingly known to a base plate 7 pierced with several openings including in particular the openings 8,9 to supply this enclosure with gas.
- these gases in the case of carbonitride, are H 2 and the nitrogen precursor NH 3 .
- Other openings are provided for the connection of the heating of crucibles and that of thermocouples as will be seen later.
- the upper end (not shown) is connected in the usual way to a vacuum pump.
- An opening 10, formed in the center of the base plate 7, serves for the sealed passage of a shaft 11, the internal part 11a of which is made of alumina, extending coaxially to the axis of revolution of this tubular enclosure 6.
- the lower end of the internal part 11a is engaged with a sleeve connection 12, while the upper end carries a disc 13 for supporting substrates.
- This disc 13 is in steatite.
- it has 4 openings 14 each having a shoulder 14a serving to support the substrate 15 to be coated.
- the substrate 15 is held in the housing 14 by a graphite cylinder 14a.
- An electrical winding 27 connected to a high-frequency HF current source surrounds the tubular enclosure 6 at the level of the disc 13 in order to heat the substrates 15 via the graphite cylinders 14a.
- Crucibles 16, four in number in this example, are distributed at equal angular distance from each other around the axis of revolution of the tubular enclosure 6. These crucibles 16 are positioned in indentations 17 formed in a support 18 fixed to four feet 19 placed in blind positioning holes 20 formed on the base plate 7, A steatite cover 21 pierced with openings 22 corresponding to the openings of the crucibles 16 is placed on these.
- Heating bodies 23 and thermocouples 24 are used for controlled heating of each of the crucibles. These heating bodies and these thermocouples are connected to the outside of the sealed tubular enclosure 6 by openings made through the base plate 7, the passage of the connection wires through these openings being made in leaktight manner by the means usually used in CVD reactors.
- connection sleeve 12 comprises several screws 25 which allow the shaft 11a to be fixed at variable heights and therefore to adjust the author of the disc 13 for supporting the substrates 15 and thus to vary the distance between the crucibles 16 and the substrates 15.
- the lower end of the connection sleeve 12 is fixed the shaft 11 which is that of a variable speed motor 26. In the case present, this speed can vary from 30 to 300 rpm in order to rotate the disc 13 and consequently the substrates 15 to be coated with respect to the crucibles and thereby produce a combined deposit of the various precursors contained in the crucibles by reacting or not also with a gaseous precursor, in this example, with NH 3 .
- TiZrCN coatings were carried out at atmospheric pressure from the aforementioned precursors TiCp 2 Cl 2 and ZrCp 2 Cl 2 disposed respectively in two of the four crucibles 16 located at 180 ° l of each other.
- the enclosure 6 is supplied with H 2 and 5% NH 3 .
- TiCp 2 Cl 2 was heated to 513 ° K, ZrCp 2 Cl 2 to 483 ° K while the substrates were heated to 973 ° K.
- the disc 13 carrying substrates 15 is driven at a speed of the order of 1 to 2 revolutions / second, or from 0.2 to 0.4 m / s, which makes it possible to obtain a TiZrCN coating in which:
- the temperature of TiCp 2 Cl 2 can vary between 513 ° and 543 ° K, that of ZrCp 2 Cl 2 between 483 ° and 513 ° K and that of the substrate between 923 ° and 1123 ° K.
- the speed of rotation of the disc 13 can vary between 30 and 300 rpm, which corresponds, given the diameter at the center of the substrate to 0.1 to 1 m / s.
- the proportion of the metal of this precursor in the coating is increased relative to the metal of the other precursor.
- the variation in the temperatures of the precursors and of the substrate also makes it possible to modify the growth rate of the coating.
- the rotation of the disc 13 makes it possible to better homogenize the gaseous system originating from sources separated and distant from each other by so that each substrate does not alternately receive one gas then the other and so on, but constantly a mixture caused by the mixing caused by the rotation of the disc. Therefore, it is possible to obtain a homogeneous coating and not formed of successive layers of TiCN and ZrCN.
- WC-Co for cutting tools with a view to increasing their hardness, alloys for electrical resistances to increase, in addition to their hardness, their resistance to oxidation at high temperature and / or their resistance to aqueous corrosion for heating elements in aggressive media such as fluidized beds or for chemical or underwater installations. It is also possible to coat steel or cast iron substrates, in particular to produce cast iron molds for polymers or glass.
- the substrates mentioned here, as well as the applications are not limiting, but only cited as examples.
- the disc 13 can be replaced by a tubular cylinder, the internal wall of which has suitable attachment means for the substrates to be coated.
- FIG. 4 can be used for any deposition of ceramic layers on substrates from two solid precursors.
- the substrates to be covered are made of 42CD4 steel or tungsten carbide / cobalt. They are polished with diamond paste up to grade l ⁇ m. They are then ultrasonically cleaned in ethanol for 5 min.
- the substrates 15 are placed in the housings 14 as well as the graphite cylinders 14a and the precursors of titanium (TiCp 2 Cl 2 , Cp: cyclopentadienyl) and of zirconium (ZrCp 2 Cl 2 ) are placed in the crucibles 16.
- the enclosure is subjected to argon vacuum-filling cycles to remove all traces of oxygen, then it is put under vacuum for 1 hour.
- the motor 26 is started to drive the substrate holder 13 at a speed selected between 10 and 160 rpm.
- the gases are introduced into the enclosure through the supply conduits 8 and 9.
- the flow rate of hydrogen N50 is 2.4 1 / min and that of ammonia N45 is 0.267 1 / min, and pumping is stopped.
- the enclosure then reaches atmospheric pressure.
- the heating windings 23 are then energized. Power is supplied by alternating current (30V). Discontinuous regulators provide the set temperature (503 ° to 573 ° K) and the rise speed (15 ° K / min). Simultaneously, the substrates are heated by high frequency induction to their set temperature (923 ° to 1023 ° K). After stabilization of the temperatures ( ⁇ 15 min), the deposition operation lasts 3 hours. 12
- the crucible / substrate distance is fixed at 4 cm.
- the results were measured in the same way as for the examples in Table I and are shown on the diagram in Figure 2.
- the crucible / substrate distance is fixed at 4 cm.
- the crucible / substrate distance is fixed at 4 cm.
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Abstract
A method for coating a metallic or ceramic substrate (15) with a complex metallic or ceramic material from two or more organometallic precursors by chemical vapour deposition includes decomposing the two organometallic precursors by sublimation in two separate crucibles (16) in a reactor (6) into which a suitable gas is fed, while simultaneously rotating said substrates (15) above the two crucibles (16), and reacting these components at the surface of the substrate, heated to a temperature of about 650° to 850 °C. Each of the precursors is sublimated at a suitable temperature according to the desired proportion of the two components in the coating.
Description
PROCEDE DE FORMATION D ' UN DEPOT METALLIQUE OU CERAMIQUE PROCESS FOR FORMING A METAL OR CERAMIC DEPOSIT
CERAMIQUE A PARTIR D'AU MOINS DEUX PRECURSEURS METALLIQUESCERAMIC FROM AT LEAST TWO METAL PRECURSORS
La présente invention se rapporte à un procédé de formation d'un dépôt complexe contenant au moins deux éléments métalliques ou céramiques par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) sur un substrat métallique ou céramique, ainsi qu'à un dispositif destiné à former un dépôt complexe à partir d'au moins deux précurseurs métalliques ou céramiques par la technique CVD.The present invention relates to a method of forming a complex deposit containing at least two metallic or ceramic elements by chemical vapor deposition (CVD) on a metallic or ceramic substrate, as well as to a device intended to form a deposit. complex from at least two metallic or ceramic precursors by the CVD technique.
Les revêtements complexes, notamment céramiques, réalisés par la technique CVD sont bien connus. Les précurseurs utilisés pour effectuer ces revêtements sont généralement sous forme d'halogenures que l'on décompose à chaud et dont on fait réagir les éléments métalliques avec de l'oxygène, un hydrocarbure et/ou de l'azote pour former des oxydes, des carbures, des nitrures ou des carbonitrures. L'avantage de cette technique de revêtement est de donner une excellente adhérence du revêtement sur le substrat. C'est la raison pour laquelle la CVD est utilisée en particulier pour le revêtement des outils de coupe.The complex coatings, in particular ceramics, produced by the CVD technique are well known. The precursors used to make these coatings are generally in the form of halides which are decomposed hot and the metal elements of which are reacted with oxygen, a hydrocarbon and / or nitrogen to form oxides, carbides, nitrides or carbonitrides. The advantage of this coating technique is to give excellent adhesion of the coating to the substrate. This is the reason why CVD is used in particular for coating cutting tools.
L'inconvénient de cette technique est de nécessiter un chauffage du substrat à des températures de l'ordre de 1300°K et plus, limitant de ce fait la nature des substrats sur lesquels des revêtements par CVD peuvent être réalisés.The disadvantage of this technique is that it requires heating the substrate to temperatures of the order of 1300 ° K and more, thereby limiting the nature of the substrates on which CVD coatings can be produced.
On a proposé d'abaisser la température du substrat en remplaçant les précurseurs sous forme d'halogenures par des précurseurs organométalliques. C'est ainsi que J. SlifirskiIt has been proposed to lower the temperature of the substrate by replacing the precursors in the form of halides with organometallic precursors. This is how J. Slifirski
(thèse Perpignan, 1993, N° 257C) a proposé de déposer du TiC, du TiN ou du TiCN sur un substrat métallique en partant d'un précurseur organométallique Ti(C5H5)2Cl2 sublimé dans
un réacteur alimenté en H2 avec un certain pourcentage de NH3.(Perpignan thesis, 1993, N ° 257C) proposed to deposit TiC, TiN or TiCN on a metallic substrate starting from an organometallic precursor Ti (C 5 H 5 ) 2 Cl 2 sublimed in a reactor supplied with H 2 with a certain percentage of NH 3 .
Ce type de précurseur a également été proposé dans le EP-A1-0 387 113, selon lequel on propose de faire précéder le dépôt d'un décapage ionique.This type of precursor has also been proposed in EP-A1-0 387 113, according to which it is proposed to precede the deposition with an ionic pickling.
Le US-2,898,235 propose de faire des dépôts de métaux ou d'alliages à partir de précurseurs de type organométalliques. Il n'est toutefois pas proposé de faire réagir ces métaux avec des gaz, ceux-ci ne sont utilisé que comme éléments vecteurs neutres vis-à-vis des métaux à déposer.US-2,898,235 proposes to deposit metals or alloys from organometallic type precursors. However, it is not proposed to react these metals with gases, these are only used as neutral vector elements with respect to the metals to be deposited.
On a proposé dans "Thin solid films" 1er septembre 1994, vol. 249, no 1, Lausanne (CH), Poirier L. et al: "Vanadocene used as a precursor for the chemical vapor déposition of vanadium carbide at atmospheric pressure", d'effectuer la pyrolyse d'un précurseur (C5H5)2 V pour le dépôt par CVD de carbure de vanadium cristallin, sur un substrat d'acier à une température de 973°K dans un réacteur à paroi froide. Le JP-A-62 218574 publié sous forme d'abrégé dans "Japanese Abstracts of Japan" vol. 012, no. 082 (C-481), 15 mars 1988, se rapporte à un dispositif pour le dépôt CVD assisté par plasma sous pression réduite à partir de deux précurseurs sous forme d'halogenures disposés chacun dans une chambre de vaporisation en communication directe avec une chambre de réaction disposée en contrebas. Les vapeurs de ces précurseurs sont amenées par un gaz vecteur sur des substrats montés sur un support rotatif. Il s'agit là d'une installation CVD relativement classique, utilisant un gaz porteur pour amener les produits de réaction sur le substrat. Les précurseurs sous forme liquide sont évaporés et les vapeurs sont transportées du haut vers le bas sur les substrats par le courant de gaz. Le système ne peut fonctionner qu'à pression réduite. En outre, le rendement d'un tel système est très faible, une grande partie du gaz réactif se déposant sur les parois du réacteur ou des chambres d'évaporation.
On sait par ailleurs qu'une solution solide de carbonitrure mixte de Ti et de Zr permet d'accroître encore les propriété mécaniques, notamment, la dureté. On présume en outre qu'elle présente une excellente tenue à l'oxydation à chaud, même en milieu agressif et donne une bonne résistance à la corrosion aqueuse.It has been proposed in "Thin Solid Films" 1 September 1994, Vol. 249, no 1, Lausanne (CH), Poirier L. et al: "Vanadocene used as a precursor for the chemical vapor deposition of vanadium carbide at atmospheric pressure", to carry out the pyrolysis of a precursor (C 5 H 5 ) 2 V for the deposition by CVD of crystalline vanadium carbide, on a steel substrate at a temperature of 973 ° K in a cold-walled reactor. JP-A-62 218574 published as an abstract in "Japanese Abstracts of Japan" vol. 012, no. 082 (C-481), March 15, 1988, relates to a device for CVD deposition assisted by plasma under reduced pressure from two precursors in the form of halides each disposed in a vaporization chamber in direct communication with a reaction arranged below. The vapors of these precursors are brought by a carrier gas onto substrates mounted on a rotary support. This is a relatively conventional CVD installation, using a carrier gas to bring the reaction products to the substrate. The precursors in liquid form are evaporated and the vapors are transported from top to bottom on the substrates by the gas stream. The system can only operate at reduced pressure. In addition, the efficiency of such a system is very low, a large part of the reactive gas being deposited on the walls of the reactor or of the evaporation chambers. It is also known that a solid solution of mixed carbonitride of Ti and Zr makes it possible to further increase the mechanical properties, in particular, the hardness. It is further assumed that it has excellent resistance to hot oxidation, even in an aggressive medium and gives good resistance to aqueous corrosion.
Le but de la présente invention est de permettre de réaliser un dépôt complexe à partir d'au moins deux précurseurs métalliques ou céramiques avec la possibilité de varier les concentrations des complexes métalliques ou céramiques déposés.The object of the present invention is to make it possible to produce a complex deposit from at least two metallic or ceramic precursors with the possibility of varying the concentrations of the metallic or ceramic complexes deposited.
A cet effet, la présente invention a pour objet un procédé de formation d'un dépôt complexe selon la revendication 1. L'intérêt de ce procédé réside dans la possibilité de permettre un dosage des composants, de pouvoir travailler à pression atmosphérique suivant les cas, d'avoir un rendement de dépôt élevé, de travailler à des températures plus basses qu'avec les précurseurs halogènes, tout en conservant les avantages inhérents à la CVD.To this end, the subject of the present invention is a process for forming a complex deposit according to claim 1. The advantage of this process lies in the possibility of allowing a dosage of the components, of being able to work at atmospheric pressure depending on the case. , to have a high deposition efficiency, to work at lower temperatures than with halogen precursors, while retaining the advantages inherent in CVD.
Le dessin annexé illustre le procédé et les résultats obtenus à l'aide du procédé de dépôt objet de la présente invention.The appended drawing illustrates the process and the results obtained using the deposition process which is the subject of the present invention.
La figure 1 est une vue en coupe schématique du subli- mateur expérimental utilisé pour produire les exemples.Figure 1 is a schematic sectional view of the experimental enhancer used to produce the examples.
La figure 2 est un diagramme du % at. de Zr par rapport au Ti en fonction du paramètre de maille déterminé par RX.Figure 2 is a diagram of% at. of Zr with respect to Ti as a function of the lattice parameter determined by RX.
La figure 3 est une imagerie X montrant la répartition des éléments dans le dépôt. La figure 4 est une vue schématique en élévation coupée du sublimateur pour la mise en oeuvre du procédé objet de l' invention.Figure 3 is an X-ray image showing the distribution of the elements in the repository. Figure 4 is a schematic sectional elevation view of the enhancer for the implementation of the method of the invention.
Les exemples qui vont suivre ont été réalisés dans un appareil de dépôt CVD à murs froids avec sublimateur dans le réacteur. La distance entre le sublimateur et le substrat est de 40 mm.
La figure 1 illustre le sublimateur utilisé pour réaliser ces exemples et qui comporte deux creusets en Al203, un creuset extérieur 1 et un creuset intérieur 2. Un espace est ménagé entre les deux creusets pour recevoir le précurseur TiCp2Cl2 (Cp: cyclo pentadienyl C5H5), tandis que le précurseur ZrCp2Cl2 est placé dans le creuset intérieurThe examples which follow were carried out in a CVD deposition apparatus with cold walls with a sublimator in the reactor. The distance between the sublimator and the substrate is 40 mm. FIG. 1 illustrates the sublimator used to carry out these examples and which comprises two crucibles of Al 2 0 3 , an external crucible 1 and an internal crucible 2. A space is provided between the two crucibles to receive the precursor TiCp 2 Cl 2 (Cp : cyclo pentadienyl C 5 H 5 ), while the precursor ZrCp 2 Cl 2 is placed in the interior crucible
2. Les creusets sont entourés par un enroulement chauffant2. The crucibles are surrounded by a heated coil
3. Un couvercle 4 en Al203 percé d'une ouverture centrale 5 est placé sur le creuset externe 1 tandis que le bord du creuset interne 2 se trouve à distance du couvercle 4 afin de permettre le passage de la vapeur du précurseur TiCp2Cl2 vers le substrat disposé 40 mm au-dessus.3. A cover 4 of Al 2 0 3 pierced with a central opening 5 is placed on the external crucible 1 while the edge of the internal crucible 2 is located at a distance from the cover 4 in order to allow the passage of the vapor of the precursor TiCp 2 Cl 2 to the substrate placed 40 mm above.
Les exemples se sont déroulés selon le protocole suivant: Le substrat et les précurseurs sont introduits dans le réacteur qui est mis sous vide pendant environ 2 heures. Le pompage est alors arrêté pour remplir le réacteur d'hydrogène jusqu'à ce que la pression atteigne la pression atmosphérique à laquelle se déroule le processus de dépôt. On chauffe le sublimateur jusqu'à ce que le température atteigne 513°K à l'aide de l'enroulement chauffant 3.The examples were carried out according to the following protocol: The substrate and the precursors are introduced into the reactor which is placed under vacuum for approximately 2 hours. Pumping is then stopped to fill the reactor with hydrogen until the pressure reaches atmospheric pressure at which the deposition process takes place. The sublimator is heated until the temperature reaches 513 ° K using the heating coil 3.
Parallèlement le substrat est chauffé à l'aide d'un générateur HF jusqu'à ce que sa température Ts atteigne entre 923° et 1123βK. Lorsque la température du précurseur atteint 513"K, on ajuste le débit d'ammoniac en phase gazeuse à la valeur désirée et le processus dure 3 heures à partir de ce moment. La tension aux bornes de 1 'enroulement chauffant 3 doit être surveillée au moins pendant la première heure de manière à atteindre un bon équilibre thermique.In parallel, the substrate is heated using an HF generator until its temperature T s reaches between 923 ° and 1123 β K. When the temperature of the precursor reaches 513 "K, the flow rate of ammonia is adjusted by gas phase at the desired value and the process lasts 3 hours from this point in. The voltage across the heating winding 3 must be monitored at least for the first hour in order to achieve good thermal equilibrium.
Pendant la phase de refroidissement consécutive à 1 'arrêt du générateur HF et de la tension aux bornes de l'enroulement chauffant 3, les débits d'hydrogène et d'ammoniac sont arrêtés et remplacés par 1,67.10~6 m3/s d'argon pendant au moins % heure de façon à purger le débitmètre d'ammoniac et le réacteur avant démontage.
Le sublimateur expérimental, illustré par le figure 1, a permis de sublimer des fractions de précurseurs de l'ordre de 10~ . La température de fusion du TiCp2Cl2 est de 538°- 543°K (fournisseur: Fluka) et une vitesse de sublimation optimale est obtenue à 513βK sans qu'il y ait décomposition du précurseur (une première fragmentation est observé à partir de 563°K). Par analogie, nous supposons qu'il n'y a pas décomposition du ZrCp2Cl2 en dessous de sa température de fusion qui est donnée par le fournisseur (Aldrich) à 513°K. Dans ces conditions, les deux précurseurs sont sublimés à la même température.During the cooling phase following the shutdown of the HF generator and the voltage across the heating coil 3, the hydrogen and ammonia flow rates are stopped and replaced by 1.67.10 ~ 6 m 3 / s d 'argon for at least% hour so as to purge the ammonia flow meter and the reactor before dismantling. The experimental sublimator, illustrated in FIG. 1, made it possible to sublimate fractions of precursors of the order of 10 ~ . The melting temperature of TiCp 2 Cl 2 is 538 ° - 543 ° K (supplier: Fluka) and an optimal sublimation speed is obtained at 513 β K without any decomposition of the precursor (a first fragmentation is observed at from 563 ° K). By analogy, we assume that there is no decomposition of ZrCp 2 Cl 2 below its melting temperature which is given by the supplier (Aldrich) at 513 ° K. Under these conditions, the two precursors are sublimated at the same temperature.
Tous les paramètres susmentionnés étant fixes, les exemples figurant dans le tableau ci-dessous ne varient qu'en fonction de la température Ts du substrat en carbure de tungstène avec liant cobalt et du % d'ammoniac en phase gazeuse mélangé à l'hydrogène. Ce sont en effet ces deux paramètres qui ont la plus grande influence sur la composition du dépôt. Les résultats des exemples sont issus des analyses RX et MEB-EDX (en surface). MEB-EDX: les pourcentages atomiques sont issus d'une surface (grossissement 100) située au centre de l'échantillon. Les vitesses de croissance ont été mesurées sur des coupes polies.All the above parameters being fixed, the examples given in the table below only vary as a function of the temperature T s of the tungsten carbide substrate with cobalt binder and of the% of ammonia in the gas phase mixed with hydrogen . It is indeed these two parameters which have the greatest influence on the composition of the deposit. The results of the examples come from RX and MEB-EDX analyzes (at the surface). SEM-EDX: the atomic percentages come from a surface (magnification 100) located in the center of the sample. The growth rates were measured on polished sections.
RX: le paramètre de maille est calculé à partir de la seule raie (200) du dépôt qui n'est pas perturbée par les raies du substrat. Au préalable, le spectre est recalé sur la raie (110) du WC du substrat (20=63,977°).RX: the mesh parameter is calculated from the only line (200) of the deposit which is not disturbed by the lines of the substrate. Beforehand, the spectrum is readjusted on the line (110) of the WC of the substrate (20 = 63.977 °).
TABLEAU ITABLE I
Les pourcentages atomiques figurant sur ce tableau sont issus d'une analyse de surface. Il a été vérifié que les résultats sont identiques sur coupe polie, ce qui montre
l'uniformité de la répartition des éléments en profondeur. Nous avons pu tracer la figure 2 qui représente le pourcentage atomique de Zr en fonction du paramètre de maille, à l'aide d'un dosage du Ti et du Zr sur coupe polie et des résultats RX. Les frontières, délimitées par les paramètres théoriques, du TiN, ZrN, TiC et ZrC sont aussi indiquées sur ce diagramme de la figure 2. The atomic percentages shown in this table come from a surface analysis. It has been verified that the results are identical on a polished cut, which shows uniformity of the distribution of elements in depth We were able to plot Figure 2 which represents the atomic percentage of Zr as a function of the lattice parameter, using an assay of Ti and Zr on a polished section and RX results. The boundaries, delimited by the theoretical parameters, of TiN, ZrN, TiC and ZrC are also indicated on this diagram in FIG. 2.
Les résultats du tableau I ci-dessus et du diagramme de la figure 2 permettent de faire divers observations: Les vitesses de croissance sont globalement plus faibles que celles observées lors du dépôt de carbonitrure de Ti à partir du même précurseur. Ceci laisse penser que le taux de conversion du ZrCp2Cl2 est plus faible que celui du TiCp2Cl2 à la même température de pyrolyse. Un pourcentage en NH3 de 10% semble être tout à fait suffisant, car à 1123°K un excès supplémentaire a un effet inhibiteur de croissance comme on a pu l'observer lors du dépôt de carbonitrure de titane seul, à partir du même précurseur. La domaine couvert par les exemples se situe dans la zone riche en Zr ce qui est lié à la physionomie du montage qui ne permet pas de chauffer indépendamment les deux précurseurs. D'autre part, la variation de la température du substrat intervient uniquement sur la vitesse de croissance et non sur la teneur en Zr du dépôt. Dans ces conditions, la température de sublimation des produits interviendrait sur le rapport Zr/(Zr+Ti) alors que celle du substrat n'aurait d'influence que sur la vitesse de croissance.The results of Table I above and of the diagram in FIG. 2 make it possible to make various observations: The growth rates are overall lower than those observed during the deposition of Ti carbonitride from the same precursor. This suggests that the conversion rate of ZrCp 2 Cl 2 is lower than that of TiCp 2 Cl 2 at the same pyrolysis temperature. A percentage of NH 3 of 10% seems to be quite sufficient, because at 1123 ° K an additional excess has a growth-inhibiting effect as has been observed during the deposition of titanium carbonitride alone, from the same precursor . The area covered by the examples is located in the zone rich in Zr which is linked to the physiognomy of the assembly which does not allow the two precursors to be heated independently. On the other hand, the variation of the temperature of the substrate intervenes only on the growth rate and not on the Zr content of the deposit. Under these conditions, the sublimation temperature of the products would affect the Zr / (Zr + Ti) ratio, while that of the substrate would only influence the growth rate.
La figure 3 est une imagerie X faite sur un échantillon selon l'exemple 1 du tableau ci-dessus et montrant une bonne répartition des éléments du dépôt.FIG. 3 is an X-ray image made on a sample according to example 1 of the table above and showing a good distribution of the elements of the deposit.
Les exemples qui précèdent se rapportent tous à des carbonitrures mixtes de Ti et Zr. Il est bien évident pour l'homme du métier que des carbures mixtes de Ti et de Zr peuvent également être obtenus. A cet effet, il suffit simplement de supprimer l'apport d'ammoniac dans le H2.
Comme on l'a indiqué, le sublimateur illustré par la fig. 1 a été utilisé pour obtenir les exemples susmentionnés. On envisage un autre type de sublimateur ou même l'utilisation de deux sublimateurs, un pour chaque précurseur, afin de varier les concentrations de Ti et de Zr dans le dépôt.The foregoing examples all relate to mixed carbonitrides of Ti and Zr. It is obvious to those skilled in the art that mixed carbides of Ti and Zr can also be obtained. For this purpose, it suffices simply to suppress the supply of ammonia in the H 2 . As indicated, the sublimator illustrated in FIG. 1 was used to obtain the above examples. Another type of sublimator is contemplated or even the use of two sublimators, one for each precursor, in order to vary the concentrations of Ti and Zr in the deposit.
La figure 4 illustre schématiquement l'installation utilisée en vue de permettre de faire varier les proportions de Ti et Zr, étant donné que les exemples précédents, réalisés à l'aide du réacteur de la figure 1 ne permettent pas de modifier le rapport Zr/Ti qui reste autour de 9/1. La raison en est que la température de sublimation du Ti est sensiblement supérieure à celle du Zr. C'est la raison pour laquelle le précurseur de Ti a été mis dans le creuset extérieur et celui de Zr dans le creuset intérieur. Toutefois, cette mesure n'a pas été suffisante. Le fait de mettre les deux précurseurs dans deux creusets distincts, séparés l'un de l'autre pose un problème d'homogénéisation du composé mixte Ti, Zr. On obtient en effet dans ce cas, d'une part, du TiC ou TiCN, d'autre part, du ZrC ou ZrCN. Si les deux creusets sont trop proches l'un de l'autre, le problème n'est pas résolu pour autant et en plus il y a transfert thermique par rayonnement entre les deux creusets.FIG. 4 schematically illustrates the installation used with a view to making it possible to vary the proportions of Ti and Zr, given that the previous examples, produced using the reactor of FIG. 1, do not allow the ratio Zr / Ti which remains around 9/1. The reason is that the sublimation temperature of Ti is significantly higher than that of Zr. This is the reason why the precursor of Ti was put in the outside crucible and that of Zr in the inside crucible. However, this measure was not sufficient. Putting the two precursors in two separate crucibles, separated from each other poses a problem of homogenization of the mixed compound Ti, Zr. In this case, on the one hand, TiC or TiCN is obtained, on the other hand, ZrC or ZrCN. If the two crucibles are too close to each other, the problem is not resolved however and in addition there is heat transfer by radiation between the two crucibles.
L'installation illustrée par le figure 4, permettant de résoudre le problème de la variation du rapport Zr/Ti, dans les revêtements de carbures ou de carbonitrures à partir de précurseurs organométalliques solides comporte une enceinte tubulaire 6 en quartz dont la base est fixée de manière étanche connue à une platine de base 7 percée de plusieurs ouvertures dont notamment les ouvertures 8,9 pour alimenter cette enceinte en gaz. Dans cet exemple ces gaz, dans le cas de carbonitrure, sont H2 et le précurseur d'azote NH3. D'autres ouvertures sont ménagées pour la connexion du chauffage de creusets et celle de thermocouples comme on le verra par la suite. L'extrémité supérieure (non représentée) est reliée de manière habituelle à une pompe à vide. Une ouverture 10, ménagée au centre de la platine de base 7,
sert au passage étanche d'un arbre 11, dont la partie interne lia est en alumine, s'étendant coaxialement à l'axe de révolution de cette enceinte tubulaire 6. L'extrémité inférieure de la partie interne lia est en prise avec un manchon de connexion 12, tandis que l'extrémité supérieure porte un disque 13 de support de substrats. Ce disque 13 est en steatite. Il présente dans cet exemple 4 ouvertures 14 comportant chacune un épaulement 14a servant de support au substrat 15 à revêtir. Le substrat 15 est maintenu dans le logement 14 par un cylindre de graphite 14a. Un enroulement électrique 27 connecté à une source de courant haute- fréquence HF entoure l'enceinte tubulaire 6 au niveau du disque 13 afin de chauffer les substrats 15 par l'intermédiaire des cylindres en graphite 14a. Des creusets 16, au nombre de quatre dans cet exemple, sont répartis à égale distance angulaire les uns des autres autour de l'axe de révolution de l'enceinte tubulaire 6. Ces creusets 16 sont positionnés dans des empreintes 17 ménagées dans un support 18 fixé à quatre pieds 19 posés dans des trous borgnes de positionnement 20 ménagés sur la platine de base 7, Un couvercle en steatite 21 percé d'ouvertures 22 correspondant aux ouvertures des creusets 16 est posé sur ceux-ci. Des corps de chauffe 23 et des thermocouples 24 servent au chauffage régulé de chacun des creusets. Ces corps de chauffe et ces thermocouples sont reliés à l'extérieur de l'enceinte tubulaire étanche 6 par des ouvertures ménagées à travers la platine de base 7, le passage des fils de connexion à travers ces ouvertures étant réalisé de façon étanche par les moyens habituellement utilisés dans les réacteurs pour CVD.The installation illustrated in FIG. 4, making it possible to solve the problem of the variation of the Zr / Ti ratio, in the coatings of carbides or carbonitrides from solid organometallic precursors comprises a tubular enclosure 6 made of quartz, the base of which is fixed sealingly known to a base plate 7 pierced with several openings including in particular the openings 8,9 to supply this enclosure with gas. In this example, these gases, in the case of carbonitride, are H 2 and the nitrogen precursor NH 3 . Other openings are provided for the connection of the heating of crucibles and that of thermocouples as will be seen later. The upper end (not shown) is connected in the usual way to a vacuum pump. An opening 10, formed in the center of the base plate 7, serves for the sealed passage of a shaft 11, the internal part 11a of which is made of alumina, extending coaxially to the axis of revolution of this tubular enclosure 6. The lower end of the internal part 11a is engaged with a sleeve connection 12, while the upper end carries a disc 13 for supporting substrates. This disc 13 is in steatite. In this example, it has 4 openings 14 each having a shoulder 14a serving to support the substrate 15 to be coated. The substrate 15 is held in the housing 14 by a graphite cylinder 14a. An electrical winding 27 connected to a high-frequency HF current source surrounds the tubular enclosure 6 at the level of the disc 13 in order to heat the substrates 15 via the graphite cylinders 14a. Crucibles 16, four in number in this example, are distributed at equal angular distance from each other around the axis of revolution of the tubular enclosure 6. These crucibles 16 are positioned in indentations 17 formed in a support 18 fixed to four feet 19 placed in blind positioning holes 20 formed on the base plate 7, A steatite cover 21 pierced with openings 22 corresponding to the openings of the crucibles 16 is placed on these. Heating bodies 23 and thermocouples 24 are used for controlled heating of each of the crucibles. These heating bodies and these thermocouples are connected to the outside of the sealed tubular enclosure 6 by openings made through the base plate 7, the passage of the connection wires through these openings being made in leaktight manner by the means usually used in CVD reactors.
Le manchon de connexion 12 comporte plusieurs vis 25 qui permettent de fixer l'arbre lia à des hauteurs variables et par conséquent de régler ainsi la auteur du disque 13 de support des substrats 15 et ainsi, de varier la distance entre les creusets 16 et les substrats 15. L'extrémité inférieure du manchon de connexion 12 est fixée l'arbre 11 qui est celui d'un moteur 26 à vitesse variable. Dans le cas
présent, cette vitesse peut varier de 30 à 300 Tr/min afin de faire tourner le disque 13 et par conséquent les substrats 15 à revêtir par rapport aux creusets et produire de ce fait un dépôt combiné des différents précurseurs contenus dans les creusets en réagissant ou non également avec un précurseur gazeux, dans cet exemple, avec le NH3. A l'aide de l'installation de la figure 4, on a effectué des revêtements de TiZrCN à pression atmosphérique à partir des précurseurs susmentionnés TiCp2Cl2 et ZrCp2Cl2 disposés respectivement dans deux des quatre creusets 16 situés à 180° l'un de l'autre. On alimente l'enceinte 6 en H2 et 5% NH3.The connection sleeve 12 comprises several screws 25 which allow the shaft 11a to be fixed at variable heights and therefore to adjust the author of the disc 13 for supporting the substrates 15 and thus to vary the distance between the crucibles 16 and the substrates 15. The lower end of the connection sleeve 12 is fixed the shaft 11 which is that of a variable speed motor 26. In the case present, this speed can vary from 30 to 300 rpm in order to rotate the disc 13 and consequently the substrates 15 to be coated with respect to the crucibles and thereby produce a combined deposit of the various precursors contained in the crucibles by reacting or not also with a gaseous precursor, in this example, with NH 3 . Using the installation of FIG. 4, TiZrCN coatings were carried out at atmospheric pressure from the aforementioned precursors TiCp 2 Cl 2 and ZrCp 2 Cl 2 disposed respectively in two of the four crucibles 16 located at 180 ° l of each other. The enclosure 6 is supplied with H 2 and 5% NH 3 .
On a chauffé le TiCp2Cl2 à 513°K, le ZrCp2Cl2 à 483°K tandis que les substrats ont été chauffé à 973°K. Le disque 13 porteur de substrats 15 est entraîné à une vitesse de l'ordre de 1 à 2 tours/seconde, soit de 0,2 à 0,4 m/s, ce qui permet d'obtenir un revêtement TiZrCN dans lequel:TiCp 2 Cl 2 was heated to 513 ° K, ZrCp 2 Cl 2 to 483 ° K while the substrates were heated to 973 ° K. The disc 13 carrying substrates 15 is driven at a speed of the order of 1 to 2 revolutions / second, or from 0.2 to 0.4 m / s, which makes it possible to obtain a TiZrCN coating in which:
%atTi% atTi
= 1 %atZr= 1% atZr
%atTi% atTi
%atC% atC
De façon générale, la température du TiCp2Cl2 peut varier entre 513° et 543°K, celle du ZrCp2Cl2 entre 483° et 513°K et celle du substrat entre 923° et 1123°K. La vitesse de rotation du disque 13 peut varier entre 30 et 300 Tr/min ce qui correspond, vu le diamètre au centre du substrat à 0,1 à 1 m/s. De façon générale, en augmentant la température de l'un des précurseurs par rapport à l'autre on augmente la proportion du métal de ce précurseur dans le revêtement par rapport au métal de l'autre précurseur. La variation des températures des précurseurs et du substrat permet aussi de modifier la vitesse de croissance du revêtement. La rotation du disque 13 permet de mieux homogénéiser le système gazeux issu de sources séparées et distantes l'une de l'autre de
sorte que chaque substrat ne reçoit pas alternativement un gaz puis l'autre et ainsi de suite, mais constamment un mé¬ lange provoqué par le brassage engendré par la rotation du disque. De ce fait, il est possible d'obtenir un revêtement homogène et non formé de strates successives de TiCN et de ZrCN.Generally, the temperature of TiCp 2 Cl 2 can vary between 513 ° and 543 ° K, that of ZrCp 2 Cl 2 between 483 ° and 513 ° K and that of the substrate between 923 ° and 1123 ° K. The speed of rotation of the disc 13 can vary between 30 and 300 rpm, which corresponds, given the diameter at the center of the substrate to 0.1 to 1 m / s. In general, by increasing the temperature of one of the precursors relative to the other, the proportion of the metal of this precursor in the coating is increased relative to the metal of the other precursor. The variation in the temperatures of the precursors and of the substrate also makes it possible to modify the growth rate of the coating. The rotation of the disc 13 makes it possible to better homogenize the gaseous system originating from sources separated and distant from each other by so that each substrate does not alternately receive one gas then the other and so on, but constantly a mixture caused by the mixing caused by the rotation of the disc. Therefore, it is possible to obtain a homogeneous coating and not formed of successive layers of TiCN and ZrCN.
Parmi les substrats susceptibles d'être revêtus à 1'aide du procédé décrit on peut mentionner le WC-Co pour les outils de coupe en vue d'augmenter leur dureté, des alliages pour résistances électriques pour augmenter outre leur dureté, leur résistance à l'oxydation à haute température et/ou leur résistance à la corrosion aqueuse pour des éléments chauffants en milieu agressif tels que les lits fluidisés ou pour des installations chimiques ou sous- marines. On peut aussi revêtir des substrats en acier ou en fonte notamment pour réaliser des moules en fonte pour des polymères ou du verre. Bien entendu, les substrats mentionnés ici, ainsi que les applications ne sont pas limitatifs, mais uniquement cités à titre d'exemples. Parmi les avantages du procédé décrit ci-dessus, outre la possibilité de faire varier à volonté les rapports Ti,Zr, on peut encore signaler le fait de travailler à pression atmosphérique et même 100 à 200 Pa au-dessus, l'entrée continue des gaz H2, NH3 provoquant de fait une légère surpression. Par conséquent on évite le risque qu'une fuite fasse rentrer accidentellement de l'oxygène qui provoquerait une oxydation du revêtement. Compte tenu de la très légère surpression, une fuite se traduirait par une sortie de gaz de l'enceinte 6 évitant de ce fait le risque d'oxydation. Dans le cas de revêtements de substrats de formes com¬ plexes, on peut remplacer le disque 13 par un cylindre tubu¬ laire dont la paroi interne présente des moyens d'accrochage appropriés pour les substrats à revêtir.Among the substrates capable of being coated using the method described, mention may be made of WC-Co for cutting tools with a view to increasing their hardness, alloys for electrical resistances to increase, in addition to their hardness, their resistance to oxidation at high temperature and / or their resistance to aqueous corrosion for heating elements in aggressive media such as fluidized beds or for chemical or underwater installations. It is also possible to coat steel or cast iron substrates, in particular to produce cast iron molds for polymers or glass. Of course, the substrates mentioned here, as well as the applications are not limiting, but only cited as examples. Among the advantages of the process described above, in addition to the possibility of varying the ratios Ti, Zr at will, one can also point out the fact of working at atmospheric pressure and even 100 to 200 Pa above, the continuous entry of H 2 gas, NH 3 causing a slight overpressure. This avoids the risk of a leak accidentally entering oxygen which would cause oxidation of the coating. Given the very slight overpressure, a leak would result in a gas outlet from the enclosure 6 thereby avoiding the risk of oxidation. In the case of coatings of substrates of complex shapes, the disc 13 can be replaced by a tubular cylinder, the internal wall of which has suitable attachment means for the substrates to be coated.
Outre le procédé mentionné ci-dessus, l'installation de la figure 4 peut être utilisée pour tous dépôts de couches de céramiques sur des substrats à partir de deux précurseurs solides.
En variante, il est possible, en faisant tourner le support de substrat 13, disque ou cylindre, et en ne passant qu1 une fois en face de chaque creuset 16 de former plusieurs couches successives, autant qu'il y a de creusets avec des précurseurs différents. C'est ainsi que l'on pourrait former deux couches superposées TiN/Al203 comme on en rencontre sur les outils de coupe.In addition to the process mentioned above, the installation of FIG. 4 can be used for any deposition of ceramic layers on substrates from two solid precursors. Alternatively, it is possible, by rotating the substrate holder 13, disc or cylinder, and that passing ne 1 once in front of each crucible 16 to form several successive layers, as many as there crucibles with different precursors. This is how we could form two superimposed layers TiN / Al 2 0 3 as we find on cutting tools.
Nous allons maintenant décrire en détail plusieurs exemples relatifs aux dépôts complexes à partir de deux précurseurs organométalliques réalisés à l'aide de l'installation illustrée par la figure 4.We will now describe in detail several examples relating to the complex deposits from two organometallic precursors produced using the installation illustrated in FIG. 4.
Les substrats à recouvrir sont en acier 42CD4 ou en carbure de tungstène/cobalt. Ils sont polis à la pâte diamantée jusqu'au grade lμm. Ils sont ensuite nettoyés aux ultrasons dans l'éthanol pendant 5 min. Les substrats 15 sont disposés dans les logements 14 ainsi que les cylindres de graphite 14a et les précurseurs de titane (TiCp2Cl2, Cp: cyclopentadiényle) et de zirconium (ZrCp2Cl2) sont mis dans les creusets 16. L'enceinte est soumise à des cycles vide-remplissage d'argon pour éliminer toute trace d'oxygène, puis elle est mise sous vide pendant 1 heure. Le moteur 26 est mis en marche pour entraîner le porte-substrat 13 à une vitesse sélectionnée entre 10 et 160 tr/min. Les gaz sont introduits dans l'enceinte par les conduits d'alimentation 8 et 9. Dans cet exemple, le débit d'hydrogène N50 est de 2,4 1/min et celui d'ammoniac N45 est de 0,267 1/min, et le pompage est arrêté. L'enceinte atteint alors la pression atmosphérique.The substrates to be covered are made of 42CD4 steel or tungsten carbide / cobalt. They are polished with diamond paste up to grade lμm. They are then ultrasonically cleaned in ethanol for 5 min. The substrates 15 are placed in the housings 14 as well as the graphite cylinders 14a and the precursors of titanium (TiCp 2 Cl 2 , Cp: cyclopentadienyl) and of zirconium (ZrCp 2 Cl 2 ) are placed in the crucibles 16. The enclosure is subjected to argon vacuum-filling cycles to remove all traces of oxygen, then it is put under vacuum for 1 hour. The motor 26 is started to drive the substrate holder 13 at a speed selected between 10 and 160 rpm. The gases are introduced into the enclosure through the supply conduits 8 and 9. In this example, the flow rate of hydrogen N50 is 2.4 1 / min and that of ammonia N45 is 0.267 1 / min, and pumping is stopped. The enclosure then reaches atmospheric pressure.
Les enroulements de chauffage 23 sont alors mis sous tension. L'alimentation est faite en courant alternatif (30V). Des régulateurs discontinus assurent la température de consigne (503° à 573°K) et la vitesse de monté (15°K/min). Simultanément, les substrats sont chauffés par induction haute fréquence jusqu'à leur température de consigne (923° à 1023°K). Après stabilisation des températures (≈15 min), l'opération de dépôt dure 3 heures.
12The heating windings 23 are then energized. Power is supplied by alternating current (30V). Discontinuous regulators provide the set temperature (503 ° to 573 ° K) and the rise speed (15 ° K / min). Simultaneously, the substrates are heated by high frequency induction to their set temperature (923 ° to 1023 ° K). After stabilization of the temperatures (≈15 min), the deposition operation lasts 3 hours. 12
Les autres paramètres de dépôt sont indiqués dans le tableau II ci-après:The other deposition parameters are indicated in Table II below:
TABLEAU IITABLE II
La distance creusets/substrats est fixée à 4 cm. Les résultats ont été mesurés de la même manière que pour les exemples du tableau I et sont portés sur le diagramme de la figure 2.The crucible / substrate distance is fixed at 4 cm. The results were measured in the same way as for the examples in Table I and are shown on the diagram in Figure 2.
Tous les exemples susmentionnés sont relatifs à des dépôts de TiZrCN. Il est évident que le procédé ainsi que l'appareil peuvent être utilisés pour des dépôts complexes à partir d'autres précurseurs métalliques ou céramiques. Suivant les données issues de la littérature, un dépôt de YBa! 6 Cu 2,8 a été réalisé sur un substrat en Zircone. Les pourcentages atomiques ont été mesurés par microsonde électronique à dispersion d'énergie X. Les précurseurs sont de la forme: M(thd)x avec M≈métal et thd=2,2,6,6-tetramethyl-3,5- heptanedionateAll the above-mentioned examples relate to deposits of TiZrCN. It is obvious that the method as well as the apparatus can be used for complex deposits from other metallic or ceramic precursors. According to data from the literature, a YBa ! 6 Cu 2, 8 was produced on a substrate Zirconia. The atomic percentages were measured by an X-ray energy electron microprobe. The precursors are of the form: M (thd) x with M≈metal and thd = 2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate
Les conditions opératoires sont rassemblées dans le ta¬ bleau III:
TABLEAU IIIThe operating conditions are collated in table III: TABLE III
De la même façon que précédemment, un dépôt très minceIn the same way as before, a very thin deposit
(≈0,2μm) de Cu2In a été réalisé sur un substrat de zircone à partir de Cu(thd)2 et de In(tfac)3=1, 1, 1-trifluoroacétylacé- tonate. Les conditions sont énumérées dans le tableau IV suivant:(≈0.2μm) of Cu 2 In was produced on a zirconia substrate from Cu (thd) 2 and In (tfac) 3 = 1, 1, 1-trifluoroacetylaceous tonate. The conditions are listed in the following Table IV:
TABLEAU IVTABLE IV
La distance creusets/substrats est fixée à 4 cm.
The crucible / substrate distance is fixed at 4 cm.
Claims
1. Procédé de formation d'un dépôt complexe contenant au moins deux éléments métalliques ou céramiques par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) sur un substrat métallique ou céramique, caractérisé par le fait que l'on dispose un précurseur organométallique de chacun desdits éléments dans un creuset, que l'on amène chacun de ces éléments à sa température de sublimation, dans un réacteur alimenté en au moins un gas, réactif ou non, approprié au complexe à former, que l'on dispose ledit substrat au-dessus des ouver¬ tures respectives desdits creusets, à une distance inférieure à 10 cm et que l'on produit un déplacement relatif entre les précurseurs desdits éléments d'une part, et le substrat chauffé entre environ 650° et 850° d'autre part, pour amener alternativement ce substrat vis-à-vis de chacun desdits précurseurs, la vitesse de ce déplacement étant choisie pour que la réaction entre les composants forme sur ce substrat un dépôt complexe des deux éléments dans une proportion déterminée.1. A method of forming a complex deposit containing at least two metallic or ceramic elements by chemical vapor deposition (CVD) on a metallic or ceramic substrate, characterized in that there is an organometallic precursor of each of said elements in a crucible, which each of these elements is brought to its sublimation temperature, in a reactor supplied with at least one gas, reactive or not, suitable for the complex to be formed, that said substrate is placed above the respective openings of said crucibles, at a distance of less than 10 cm and a relative displacement is produced between the precursors of said elements on the one hand, and the heated substrate between approximately 650 ° and 850 ° on the other hand, for alternately bringing this substrate to each of said precursors, the speed of this displacement being chosen so that the reaction between the components forms on this substrate a complex deposit of es two elements in a determined proportion.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on forme un carbure ou un carbonitrure mixte de Ti et de Zr en alimentant le réacteur en H2 et, dans le cas du dépôt de carbonitrure, en NH3 en tant que précurseur d'azote en fixant la proportion de NH3 entre 0 et 20% du débit de H2.2. Method according to claim 1, characterized in that a carbide or a mixed carbonitride of Ti and Zr is formed by supplying the reactor with H 2 and, in the case of the deposition of carbonitride, with NH 3 as as a nitrogen precursor by fixing the proportion of NH 3 between 0 and 20% of the flow of H 2 .
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il se déroule à pression atmosphérique. 3. Method according to claim 1, characterized in that it takes place at atmospheric pressure.
4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les précurseurs organométalliques sont respectivement du Zr(C5H5)2Cl2 et du Ti(C5H5)2C12.4. Method according to claim 2, characterized in that the organometallic precursors are respectively Zr (C 5 H 5 ) 2 Cl 2 and Ti (C 5 H 5 ) 2 C1 2 .
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'on chauffe le précurseur de Zr entre 210° et 240° et le précurseur de Ti entre 240° et 270°C. 5. Method according to claim 4, characterized in that the Zr precursor is heated between 210 ° and 240 ° and the Ti precursor between 240 ° and 270 ° C.
6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite vitesse de déplacement est comprise entre 0,1 et 1 m/s.6. Method according to claim 1, characterized in that said displacement speed is between 0.1 and 1 m / s.
7. Dispositif destiné à former un revêtement mixte céramique ou métallique à partir d'au moins deux précurseurs métalliques solides par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) sur un substrat métallique ou céramique à l'intérieur d'une enceinte étanche munie d'ouvertures destinées à relier cette enceinte à des sources de gaz déterminés en vue de créer une atmosphère contrôlée dans cette enceinte, caractérisé par le fait qu'il comporte: un organe de support dudit substrat, des moyens de guidage en prise avec ce support définissant une trajectoire de déplacement déterminée située sensiblement dans un plan horizontal, des moyens d'entraînement en prise avec ce support pour le déplacer le long de cette trajectoire, un creuset pour chacun desdits précurseurs disposé au- dessous d'une portion de ladite trajectoire des moyens de chauffage de chacun desdits creusets et des moyens de chauffage dudit substrat. 7. Device intended to form a mixed ceramic or metallic coating from at least two solid metallic precursors by chemical vapor deposition (CVD) on a metallic or ceramic substrate inside a sealed enclosure provided with openings intended to connect this enclosure to determined gas sources in order to create a controlled atmosphere in this enclosure, characterized in that it comprises: a support member for said substrate, guide means engaged with this support defining a trajectory determined displacement located substantially in a horizontal plane, drive means engaged with this support to move it along this trajectory, a crucible for each of said precursors disposed below a portion of said trajectory of the heating means each of said crucibles and means for heating said substrate.
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