Academic literature on the topic 'Nitrures – Propriétés thermiques'

L'un des nouveaux types d'elements combustibles envisages pour les reacteurs a neutrons rapides fait cohabiter du nitrure d'uranium avec de l'oxyde d'uranium-plutonium. Il etait donc necessaire d'etudier les reactions susceptibles de se produire entre ces deux ceramiques nucleaires. Les etudes realisees ont montre qu'une reaction importante entre ??? le nitrure et l'oxyde pour des temperatures comprises entre 1573 k et 1973 k. Cette reaction se traduit par la formation, a haute temperature, d'un oxynitrure base sur la structure cristalline de l'oxyde. Les limites de solubilite du nitrure dans l'oxyde ont pu etre determinees, a 1973 k elle est de 10% molaire de nitrure dans l'oxyde. Une approche de la cinetique de la reaction a pu etre realisee, le facteur limitant la reaction est une valeur minimale que peut atteindre le rapport oxygene+azote sur metal de l'oxynitrure forme. Les resultats de cette etude font planer un doute sur l'interet de l'utilisation d'un combustible heterogene oxyde-nitrure dans les reacteurs a neutrons rapides

L'heteroepitaxie de gan sur la face a du saphir genere des champs de contraintes qui alterent la symetrie hexagonale de gan et nous obtenons un gan dont la maille cristalline est orthorhombique. La spectroscopie des excitons dans gan epitaxie sur la face c du saphir nous a permis de determiner le champ cristallin 1, les deux parametres qui traduisent le couplage spin orbite dans la bande de valence ( 2 et 3) et quatre des six potentiels de deformations de gan. L'epitaxie sur la face a du saphir a des consequences importantes sur les proprietes excitoniques dans les films minces de gan. Nous avons developpe le calcul excitonique, en tenant compte de la contrainte. L'anisotropie de la reponse optique nous a permis d'estimer pour la premiere fois le potentiel de deformation c 5 : 2,4 ev. Le sixieme potentiel de deformation se deduit de ce dernier. D'autre part, la presence de contrainte interne uniaxiale du a l'anisotropie de la contrainte dans le gan epitaxie sur la face a du saphir nous a permis de determiner l'interaction d'echange electron trou : = 0,6 0,1 mev. Dans l'etude en temperature nous avons constate, a basse temperature, une predominance d'un pic qu'on a attribue a un exciton lie a un accepteur. Outre la limite de validite de la formule de varshni largement utilisee par la communaute scientifique, on a pu etablir la signification physique de ses parametres et sa non application pour les etudes a basses temperatures. Le couplage exciton-nombre moyens de phonons (acoustiques et optiques) s'est avere faible dans le cas de la croissance sur la face a compare a la croissance sur la face c. Par contre, l'energie d'activation de la plus basse transition d'exciton libre (raie a) est en accord avec les resultats de la face c.

Les depots de films de silicium polycristallin et d'isolants, tels que le nitrure de silicium, a partir de phase vapeur et a basse pression, sont des etapes cles pour l'amelioration et l'innovation dans la fabrication des circuits integres et microstructures au silicium. A cette fin, des recherches sont menees en vue d'optimiser la qualite des operations de depot (amelioration de l'homogeneite et de la reproductibilite des films) et d'etablir des procedes a tres basses temperatures (a 600c et au-dessous). La faisabilite des depots de films de nitrure de silicium a ete etudiee a partir de trois precurseurs de silicium-dichlorosilane, silane et disilane melanges a de l'ammoniaque. Pour le dichlorosilane, l'etude a fait ressortir qu'a 600c, c'est l'apport de silicium (par pyrolyse du dichlorosilane) qui limite la croissance du depot. Une vitesse de depot optimale de 8-9 a/min a ete obtenue pour des films quasi stchiometriques. Les etudes de qualite electrique ont donne des champs de claquage de l'ordre de 8-10 mv/cm. Les etudes de depots, dans la gamme 555-600c, a partir de melange silane-ammoniaque n'ont montre aucun avantage en cinetique et homogeneite par rapport a la filiere dichlorosilane-ammoniaque. La troisieme filiere etudiee releve d'une approche plus specifique. Elle decoule des resultats acquis sur les depots de silicium a partir de disilane, gaz aujourd'hui produit avec une quantite et une qualite compatibles avec un procede industriel. Les conditions operatoires (debits et rapports gazeux, pression), conduisant a une cinetique et une qualite de depot exploitables industriellement, ont ete degagees. Il a ete egalement montre que des vitesses de depot consequentes (superieures a 20 a/min) ne sont atteintes que pour des films riches en silicium. Enfin, des etudes de qualite electrique montrent que les champs de claquage obtenus atteignent 6-8 mv/cm

Les poly(silylene)diacetylenes, prepares par polycondensation d'un dichloro-silane sur le 1,4-dilithio-1,3 butadiyne sont d'excellent precurseurs de ceramiques. La conversion du polymere organosilicie en ceramique s'effectue avec des rendements eleves. Elle procede suivant deux etapes distinctes: 1) la reticulation au travers des triples liaisons. La temperature de cette reaction est sensible a des facteurs structuraux induits par les substituants portes par les atomes de silicium. 2) la mineralisation qui conduit, sans perte de silicium, a la ceramique finale contenant des clusters nanometriques de sic regulierement disperses au sein d'une matrice de carbone amorphe. Les poly(silylene)diacetylenes, peuvent etre utilises comme reactifs de carbo-reduction d'oxydes metalliques. Cette approche permet d'obtenir une grande variete de ceramiques mixtes contenant a cote du carbure (ou du nitrure) de silicium un carbure (ou un nitrure) metallique. La generation in-situ d'oxydes par precipitation d'alcoxydes metalliques au sein de la matrice de polymere conduit, apres pyrolyse, a des ceramiques nanocomposites a reseaux interpenetres de carbure de silicium et d'un carbure metallique

Un polymere lineaire de stchiometrie sic#2h#6 a ete prepare et caracterise, la reaction de polymerisation utilisee etant la reaction d'hydrosilylation catalysee par des complexes du platine. Une nouvelle methode de creation de liaison si-n a ete mise au point en utilisant les ions fluorures comme catalyseur nucleophile. L'etude de la pyrolyse du polyvinylsilane a permis de distinguer trois types de phenomene. A basse temperature (t<380#c) interviennent des phenomenes de distillation et de reticulation. Entre 380 et 480#c intervient une reaction de fragmentation specifique aux fonctions si#2 produisant des especes volatiles organosiliciees, caracterisee par la presence d'intermediaires de type silylene (analogue silicie d'un carbene). Entre 480#c et 1000#c une etape de mineralisation se caracterise par le depart d'hydrogene, de methane et d'ethylene

Le nitrure d'aluminium suscite à l'heure actuelle un gros intérêt en microélectronique pour ses possibilités d'emploi comme substrat isolant de forte conductivité thermique en remplacement de l'alumine. Dans ce travail, nous avons porté notre effort sur une approche fondamentale visant une meilleure compréhension des phénomènes régissant la conductivité thermique des céramiques à base de nitrure d'aluminium. Il existe une corrélation linéaire négative entre la diffusivité et la teneur en oxygène de la poudre de départ utilisée. La diffusivité thermique est très sensible à la moindre porosité, une décroissance de l'ordre de 30 à 40% étant observée pour une porosité pourtant minime de 0,5%. L'influence de la nature et de la quantité d'ajouts de densification a été mise en évidence. Quel que soit l'ajout, on note une réduction de la diffusivité en présence de faibles teneurs en ajouts par suite de la formation d'aluminates peu conducteurs. En présence de Y₂O₃ ou de CeO₂, le comportement est très différent en raison d'un optimum de diffusivité pour une teneur de 7 à 8%. Un tel phénomène s'observant aussi sur des frittés avec Cao obtenus en abaissant la température de frittage pour réduire la fluidité des phases secondaires. On en conclut à l'influence prédominante de la microstructure. C'est ce que confirme l'étude d'analyse d'images que nous avons effectuée sur des microstructures obtenues en microscopie électronique à balayage, la phase secondaire se concentre aux points triples et à des zones particulières de la microstructure pour des teneurs correspondant à un maximum de la diffusivité thermique

Nous etudions l'assemblage par brasage du cuivre ofhc et du nitrure d'aluminium fritte aln au moyen d'un alliage cuivre-dysprosium (dy) contenant 2,23%at. De dysprosium, element choisi pour sa forte affinite avec l'azote. Le but recherche est l'obtention de joints cu/aln ayant un fort pouvoir de transfert thermique entre les deux materiaux. La surface du nitrure d'aluminium avant brasage est caracterisee par spectroscopie de masse des ions secondaires en temps de vol (tof-sims). Ces analyses montrent que l'aln est oxyde sur plusieurs dizaines de nanometres, la couche de surface pouvant etre assimilee a l'oxynitrure alo xn y. L'attaque par une solution aqueuse d'acide fluorhydrique hf permet de reduire cette couche a moins de 10 nm. Le brasage est realise sous vide grace a une procedure experimentale specifique concue pour minimiser l'oxydation de l'alliage et de aln. Apres brasage (1050\c sous vide pendant 30 minutes), les interfaces cu-dy 2,23%at. /aln sont caracterisees par une double approche a l'echelle micronique (microscopie electronique a balayage) et nanometrique (microscopie electronique en transmission). Nous montrons que l'alliage cu-dy etablit, a sa fusion, une interface reelle a l'echelle atomique avec aln. Le bon mouillage est attribue aux fortes interactions entre dy et n de l'aln. Au cours du temps, une couche submicronique de dy 2o 3, caracterisee par diffraction x et spectrometrie de pertes d'energie electronique, se forme par diffusion vers l'interface du dy de l'alliage et de l'oxygene de aln. Par des mesures thermiques flash developpees pour cette etude, nous montrons qu'un joint cu/cu-dy 2,23%at. /aln presente un coefficient d'echange thermique neuf fois plus eleve que celui d'un joint cu/ticusil/aln, le ticusil etant une brasure standard. Le coefficient d'echange obtenu demontre un tres bon contact thermique entre le joint de brasure et l'aln.

Les éléments de transmission d’hélicoptère sont réalisés en acier à haute limite d’élasticité 32CrMoV13. Les pièces sont nitrurées afin de leur conférer une dureté superficielle élevée. Après nitruration, les surfaces fonctionnelles telles que les pistes de roulements sont rectifiées afin de respecter des tolérances géométriques, de rugosité et de topologie de surface. Lorsque non-maîtrisée, l’opération de rectification peut générer des réseaux de microfissures sur la surface finie. Ce défaut est communément appelé faïençage. Le but de l’étude était de comprendre ce phénomène grâce à la détermination des conditions locales qui génèrent et propagent ces fissures à l’interface meule-pièce. Une étude de la bibliographie a mis en avant un lien fort entre faïençage et sollicitations thermiques cycliques. L’identification de cette sollicitation en rectification a été réalisée grâce à des relevés de température et d’efforts à l’interface outil/pièce. Les résultats ont démontré une corrélation entre le débit spécifique, les efforts et le flux thermique absorbé par la pièce. L’analyse des contraintes résiduelles après rectification a permis de mettre en évidence l’existence d’un domaine de transition dans lequel la surface n’est pas fissurée, mais comporte des contraintes résiduelles de traction. Un modèle thermomécanique 3D de rectification du 32CrMoV13 nitruré a été développé dans le logiciel de simulation par éléments finis SYSWELD® pour prédire la distribution de contraintes résiduelles dans une pièce après rectification. L’action de l’outil est reproduite par un chargement thermique pur. Sa puissance et sa distribution ont été étudiées afin qu’il représente l’enlèvement de matière engendré par la meule. Grâce à la simulation, le mécanisme d’endommagement a pu être visualisé : sous le chargement, le matériau s’échauffe localement et subit ainsi une compression dépassant sa limite d’élasticité. Lors du refroidissement, le matériau endommagé bascule ensuite dans un état de traction, propice à la fissuration.
Helicopter power transmission parts are manufactured in high-tensile steel 32CrMoV13, which is case-hardened by nitriding. After nitriding, functional surfaces such as bearing races are grinded in order to give them adequate tolerances, roughness and surface topology. When not properly controlled, the grinding operation can create micro-crack networks on the finished surface. The aim of the study was to gain an understanding of the phenomenon by determining the local conditions at the surface generating and propagating the cracks. A literature study highlighted a strong link between micro-cracks and cyclic thermal loads. This load was identified for grinding operations by measuring the temperature and forces at the tool-workpiece interface. The results have shown a strong link between specific removal rate, efforts, and thermal load. The analysis of residual stresses after grinding showed the existence of a transition domain in which the surface is not cracked, but is in a tensile state. A 3D thermo-mechanical numerical model for grinding of nitrided 32CrMoV13 steel was developed using SYSWELD®, in order to predict the residual stress distribution in the workpiece after grinding. It uses a pure thermal load to represent the action of the tool on the surface. Its magnitude and distribution were studied in order to accurately represent the material removal induced by the grinding wheel. Thanks to the simulations, the degradation mechanism was exposed: under the thermal load, the matter heats up locally and undergoes a high compression, surpassing its tensile stress. During cooling, the damaged matter then passes to a tensile state, prone to cracking

Ce travail de thèse vise le développement de nouveaux outils expérimentaux pour l’analyse des propriétés thermiques des couches minces. Des sondes thermiques originales ont été mises en point. Ces sondes permettent d’analyser des évolutions de température sur des échelles de temps courtes [100 ns – 10 μs]. Des modèles de diffusion thermique ont été élaborés pour analyser les signaux de température et estimer les propriétés thermiques des matériaux. Des études expérimentales ont été menées sur des films de nitrure d’aluminium et des nanoparois de carbone élaborés par procédés plasmas. Les propriétés thermiques de ces matériaux sont en bon accord avec leurs caractéristiques structurales déterminées par diffraction aux rayons-X, microscopie électronique à balayage et à transmission
New experimental techniques for measuring thermal properties of thin films and nanostructures are presented. Probes have been designed and fabricated for detecting ultrafast transient temperature responses in the time window [100 ns - 10 μs] subsequent to electrical or optical pulses. Thermal transient models have been developed for estimating the thermal properties of materials by fitting the temperature signals. Experimental studies were carried on aluminum nitride and carbon nanowalls produced by plasma techniques. The thermal properties of those materials were found well correlated with the structural features of the films analyzed by X-ray diffraction, scanning electron microscopy and transmission electron microscopy

Les composites carbone/carbone présentent de propriétés thermomécaniques à hautes températures qui les rendent particulièrement adaptés à l’ablation ou à la friction. Leur sensibilité à l’oxydation dès 400°C a conduit à envisager leur dopage en éléments réfractaires inoxydables ou à température d’oxydation élevée. Le procédé sol-gel a permis d’introduire environ 1 % volumique d’oxyde ou de nitrure de titane ou d’aluminium dans leur matrice. Les nitrures sont obtenus par nitruration carbothermique des films d’oxydes. Deux types de sols ont été utilisés : des sols « standard » et des sols enrichis en saccharose. Le saccharose est ajouté pour prévenir la consommation du pyrocarbone lors de la nitruration. Il a par ailleurs une influence sur l’avancement de la nitruration. Les composites chargés sont ensuite densifiés par voie gazeuse, ce qui induit des transformations de phases prévues par la thermodynamique : les films de nitrure de titane sont partiellement carburés (formation de carbonitrure), et les films d’oxyde de titane sont réduits (formation d’oxycarbure). Les dépôts à base d’aluminium sont plus stables et ne subissent aucune transformation. La diffusivité thermique des composites réalisés est faiblement impactée par les charges introduites, alors que les résistances en traction/compression sont sensiblement augmentées. Par ailleurs, une rigidification des composites est observée. Leur cinétique d’oxydation est ralentie. Les composites enrichis en alumine et nitrure d’aluminium présentent des vitesses de perte de masse divisées par 2 par rapport à la référence C/C. Toutes ces propriétés sont liées directement ou non à la composition des sols, et plus particulièrement à sa teneur en saccharose. Il a en effet été montré que les sols qui en contiennent ont tendance à gélifier en surface du composite, ce qui gêne la diffusion des gaz précurseurs au cœur du composite lors de la densification. La porosité finale s’en trouve modifiée. Cette dernière a une influence non négligeable sur le comportement en compression, la diffusivité thermique et la cinétique d’oxydation des composites élaborés
Carbon/carbon composites exhibit excellent mechanical and thermal properties at high temperature that make them espe-cially suitable for ablation or friction pieces. Their sensitivity toward oxidation above 400°C has lead to the will of doping them with refractory ceramics that are nonoxidizable or with a high oxidation temperature. The sol-gel process allowed to introduce 1 % in volume of titanium or aluminum oxide or nitride in the matrix. Nitrides are obtained by carbothermal nitridation of the oxide films. Two types of sols were used: the “standard” ones and those with extra sucrose. Sucrose is added to prevent pyrocarbon consumption during the nitridation. Furthermore, it was shown that it has an impact on the nitridation rate. Charged composites are then densified by Chemical Vapor Infiltration, which induces phases transforma-tions that were predicted by thermodynamics: titanium nitride films are partially carburized (formation of titanium carbonitride) and titanium dioxide films are reduced (formation of titanium oxycarbide). Aluminum-based films are more stable and don’t undergo any transformation. Thermal diffusivity of the as-synthesized composites is not much modified by the addition of these ceramics while the tensile and compressive strength are slightly increased. By the way, composites are hardened. Their oxidation kinetics is slowed down. Aluminum-rich composites exhibit a weight loss divided by two compared to the C/C reference. All those properties are directly, or not, linked to the composition of the sols, in particular to their sucrose content. Indeed, it was shown that sucrose-containing sols rather jellify on the surface of the composite, thus preventing the diffusion of precursor gases to the heart of the pieces. The final porosity is then modified. The porosity has an important impact on the compressive strength, thermal diffusivity and oxidation kinetics of the synthesized composites

Les rôles de la taille et de la nature des charges dans les composites sont mis en évidence en comparant quatre types de charges : carbure de silicium, alumine, nitrure de bore et graphite. Leur nature chimique semble être prépondérante sur la taille car elle gouverne les interactions interfaciales charge/matrice qui se traduisent par de meilleures propriétés mécaniques.