Surveillance & régulation du débit pour le revêtement diamant

Le diamant possède une résistance à l'usure unique, ce qui en fait un revêtement parfait pour les outils de coupe. Il existe plusieurs techniques employées dans les procédés de revêtement diamant, l'une d'entre elles est le dépôt chimique en phase vapeur activé par filament chaud (HFCVD).

Cette technique emploie un mélange dilué de gaz contenant du carbone. Le gaz, tel que du méthane dans l'hydrogène, est activé thermiquement à basse pression par un filament chaud. Le mélange gazeux et le débit gazeux doivent être régulés avec précaution ; des régulateurs de débit sont employés pour garantir la quantité correcte de gaz et la reproductibilité du procédé.

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Solution adoptée

Un des procédés les plus polyvalents pour la production de films diamant est la technique de dépôt chimique en phase vapeur activé par filament chaud (HFCVD) où le mélange gazeux est chauffé en étant passé le long de fils fins W ou Ta (∅100 à 300 μm) qui sont chauffés jusqu'à 2400ºC.
En général, deux gaz seulement sont nécessaires : H2 et CH4, le méthane étant dilué à 1 à 2 vol% dans l'hydrogène. La pression totale à l'intérieur de ces réacteurs HFCVD à paroi froide peut varier entre 20 mbar et 200 mbar, le débit total étant fonction de la taille et de la géométrie de la chambre du réacteur.

Un type récent de revêtements diamant est appelé diamant nanocristallin (NCD), par opposition aux couches de diamant microcristallin (MCD). Le NCD est caractérisé par une taille de la cristallite de l'ordre du nanomètre (1 nm à 50 nm) et une surface extrêmement lisse qui présente la quasi-totalité de la dureté du MCD et dont le comportement à l'usure et au frottement est amélioré par rapport au MCD. Ces revêtements nécessitent généralement l'ajout d'un troisième gaz inerte qui contribue à la formation de NCD en améliorant les procédés de re-nucléation pendant la croissance et en changeant la charge thermique des gaz à l'intérieur de la chambre, affectant également le chauffage du substrat. Ce système est plus complexe que celui au MCD et il faut de plus prendre soin de réguler et surveiller les gaz d'alimentation.