Etude de structures NiCoCrAlY / Al2O3 / TiOx / Pt / AlN déposées par pulvérisation cathodique sur superalliage base Ni pour capteurs de pression haute température
Institution:
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Abstract EN:
NiCoCrAlY / Al2O3 / TiOx / Pt / AlN multilayers deposited by cathodic sputtering on nickel-based superalloy, aimed to manufacture pressure sensors on turbomachinery blades, were studied and characterised. The principle objectives of the study are to solve the adhesion problem of platinum (Pt) films on aluminium oxide (Al2O3) and to improve the {0001} crystallographic texture of the aluminum nitride (AlN) layers, favourable to the wanted piezoelectric effect. The influence of a TiOx adhesion layer on the adherence of Pt films and the effect of the substrate bias voltage on the physical and chemical properties of the AlN layers were particularly studied. The detailed study (XRD, SEM, EDS, XPS, pull-off tests) of the physical and chemical properties of the layers was conducted. The results show the strong influence of TiOx on the nature and surface properties of alumina layers. The TiOx film presence can improve or deteriorate the Pt adhesion according to the type of alumina elaborated. A strong effect of the substrate bias voltage on the texture, morphology, chemical composition of the AlN layers and on the residual stress was proved and explained. The results about the AlN {0001} texture quality and the mechanical behaviour of the multilayers (800°C) allowed to elaborate Pt / AlN / Pt transducers on nickel-based superalloy plane substrates. The pressure sensitivity of these first prototypes has to be evaluated prior to elaborating sensors on turbomachinery blades.
Abstract FR:
Des structures multicouches NiCoCrAlY / Al2O3 / TiOx / Pt / AlN déposées par pulvérisation cathodique sur superalliage base nickel, destinées à la réalisation de capteurs de pression sur pales de turbomachine, sont étudiées et caractérisées. Les principaux objectifs de l'étude sont de résoudre le problème d'adhérence du film de platine (Pt) sur l'alumine (Al2O3) et d'améliorer la texture cristallographique {0001} des couches de nitrure d'aluminium (AlN) favorable à l'effet piézo-électrique recherché. L'influence d'une couche d'accrochage de TiOx sur l'adhérence du platine et l'effet de la polarisation du substrat sur les propriétés physico-chimiques de l'AlN sont notamment étudiés. L'étude approfondie (diffraction X, MEB, EDS, XPS, tests d'arrachement) des propriétés physico-chimiques des couches est menée. Les résultats mettent en évidence la forte influence du TiOx sur la nature et l'état de surface de l'alumine. La présence d'une couche de TiOx peut améliorer ou dégrader l'adhérence du platine en fonction du type d'alumine élaborée. Un fort effet de la polarisation du substrat sur la texture, la morphologie, la composition chimique de l'AlN et sur les contraintes résiduelles est démontré et expliquée. Les résultats obtenus concernant la qualité de la texture {0001} de l'AlN et la tenue mécanique des structures multicouches (800°C) ont permis la fabrication de transducteurs Pt / AlN / Pt sur substrats plans de superalliage base nickel. La sensibilité à la pression de ces premiers prototypes devra ensuite être évaluée en préalable à l'élaboration de capteurs sur pales de turbomachine.