EuroWire January 2015

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Article technique
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le cuivre et l’aluminium, ce qui serait
inacceptable dans la production à grande
échelle.
La solution pour ces deux problèmes
a été trouvée avec le développement
de la technique de production de
pellicules en diamant au moyen de la
déposition chimique en phase vapeur
(CVD). La synthèse et la caractérisation
des revêtements en diamant ont suscité
un très large intérêt dans le secteur de
la recherche[1] et ce revêtement résistant
à l’usure peut être aisément utilisé pour
les filières de tréfilage. Le revêtement
obtenu au moyen du dépôt chimique en
phase vapeur assisté par filament chaud
(HFCVD) sur la surface du trou intérieur
des filières de tréfilage WC-Co, offre des
résultats particulièrement satisfaisants
avec les mêmes avantages que les filières
en diamant traditionnelles, mais avec
des performances plus élevées dans les
secteurs clés.
Par exemple, une dureté très élevée
(70~100 GPa), un coefficient de friction
très réduit (~0,1), une conductivité
thermique très haute (8~20W/cm·K) et
l’inertie chimique. Il faut remarquer que les
techniques HFCVD offrent des avantages
économiques exceptionnels avec des
diamètres du trou supérieurs lorsque les
filières en diamant traditionnelles ont des
performances économiques relativement
réduites. En particulier, le remplacement
des filières en carbure de tungstène et
en diamant polycristallin avec les filières
en diamant nanocristallin a été couronné
de succès pour les applications de
compactage des câbles de puissance en
cuivre et en aluminium, en obtenant des
diamètres intérieurs atteignant jusqu’à
60mm[2].
L’un des avantages clés du processus
HFCVD est représenté par la production de
revêtements en diamant avec une rugosité
réduite. Cela a toujours représenté un
grand défi pour les pellicules superficielles
en diamant polycristallin traditionnelles.
Étant donné que les pellicules en
diamant synthétique déposées au moyen
des processus CVD traditionnels sont
polycristallines avec une granulométrie
élevée, la surface est très rugueuse, du
fait de la haute énergie superficielle du
diamant. Le diamant naturel étant le
matériau le plus dur que l’on connaisse,
les méthodes de polissage sont difficiles à
appliquer et exigent beaucoup de temps,
notamment dans le cas de pellicules de
diamant minces. Le coefficient de friction
augmente à mesure que la rugosité de
la pellicule de diamant augmente. Cette
rugosité superficielle n’est pas indiquée
pour de nombreuses applications, en
particulier dans le cas d’applications de
tréfilage de conducteurs d’aluminium
qui profitent considérablement de la
friction très réduite du processus et de la
haute qualité de finition du produit, deux
spécifications actuellement réalisables
au moyen des pellicules obtenues avec le
processus HFCVD.
2 Préparation de
filières pour
revêtements
composites à
base de diamant
nanocristallin
(nano-dies)
Les auteurs du présent article ont résolu
le problème de la rugosité superficielle
élevée des revêtements à base de
diamant polycristallin au moyen du dépôt
des revêtements composites à base de
diamant nanocristallin. Les pellicules de
diamant composite avec une surface
lisse ont été déposées au moyen d’un
processus de dépôt chimique en phase
vapeur en deux phases comprenant
premièrement la déposition du diamant
polycristallin rugueux traditionnel
et ensuite les couches de diamant
nanocristallin.
On a utilisé des filières de carbure
de tungstène cémenté YG6 (Co 6%),
prétraitées au moyen de différentes
méthodes, telles que la lixiviation du
cobalt par immersion dans des réagents
spécifiques et par grattage du substrat
en utilisant de la poudre de diamant[3].
Des pellicules de diamant traditionnel et
nanocristallin ont été déposées dans un
dispositif CVD assisté par filament chaud
amélioré avec polarisation.
Ensuite, on a déposé en continu des
pellicules minces de diamant nanocristallin
sur place sur des pellicules de diamant
traditionnel de l’épaisseur de 10~15μm,
en réglant les paramètres du processus
CVD (tels que la pression du gaz, le
rapport du mélange gazeux hydrocarbure-
carbone et l’éventuelle application de
la polarisation) pour améliorer de façon
significative la nucléation secondaire. Les
pellicules de diamant composite avec une
surface lisse ont été obtenues au moyen
de la déposition de couches alternées
de diamant polycristallin rugueux et de
diamant nanocristallin a grain fin[4].
Un filament individuel rectiligne de
tantale a été déposé sur la ligne centrale
de la filière à revêtir ( réf. Fig. 1) Le fil de
tantale est maintenu rectiligne au moyen
d’un ressort à haute température ou d’un
support spécifique dans le cas de filières
▲ ▲ Figure 2: Vue en plan des images SEM du revêtement de diamant polycristallin et nanocristallin
(a) (b)
▼
▼ Figure 4: Aspect de la filière avec revêtement
composite en diamant nanocristallin (nano-die)
▼ ▼ Figure 3: Spectres de Raman du revêtement en
diamant polycristallin (noir) et nanocristallin (rouge)
Intensité (au)
Nombre d’ondes (cm-1)
Pellicule sous-jacente de diamant polycristallin (MCD)
Pellicule superficielle
de diamant
nanocristallin (NCD)