Aluminium CRP-GL

5 6 7 8 N 0 1 2 3 4 0,84 0,89 0,94 0,99 t (µm)

Figure 4.8 – Evolution du coefficient d’écrouissage en fonction de l’épaisseur

Figure 4.9 – Faciès de rupture d’une éprouvette d’aluminium AUXITROL

2. les précipités sont de faible taille : il est nécessaire de connaitre leur espacement moyen afin de connaitre le régime de franchissement des dislocations ainsi que la contrainte nécessaire pour que les dislocations franchissent les précipités.

La figure 4.9 montre un faciès de rupture d’une éprouvette d’aluminium pulvérisé AUXITROL. Celui-ci confirme le caractère très ductile de ce type d’aluminium, avec des grains très déformés et la présence d’une zone de striction localisée au centre de l’éprouvette (dans l’épaisseur).

4.1.1.2 Aluminium CRP-GL

Nous présentons ensuite la corrélation entre les propriétés microstructurales et les propriétés mécaniques de l’aluminium pulvérisé au CRP-GL.

Nous rappelons que le module d’élasticité des lots CRP-GL-W5 et CRP-GL-W8 mesuré par microtraction vaut respectivement 29,0 ± 7,5 GPa et 23,4 ± 9,6 GPa. Il est assez difficile d’expliquer un module d’élasticité si faible dans la mesure où les niveaux de contrainte sont proches des niveaux de contrainte des éprouvettes du lot AUXITROL. La cristallographie des dépôts ne peux pas fournir d’explication, car les analyses EBSD ont révélé que l’ensemble des trois lots CRP-GL sont cristallographiquement isotropes dans le plan du dépôt. Ces faibles valeurs de module sont peut-être un indicateur de faible densité du dépôt, mais cette hypothèse reste à confirmer. Une autre hypothèse, s’appliquant en particulier au lot CRP-GL-W8, est celle d’une faible cohésion intergranulaire. La surface de ces dépôts (cf. figure 2.11) semble en effet montrer une faible cohésion entre les grains (aspect poudreux, en particulier pour le lot CRP-GL-W8).

Tableau 4.2– Corrélation entre les différents paramètres géométriques et les propriétés mécaniques

Longueur Largeur Epaisseur E σy σu

Longueur 1 Largeur 0,31720845 1 Epaisseur 0,16092291 0,10112984 1 E 0,1284846 0,27430256 0,30070594 1 σ_y -0,18736982 -0,5122307 -0,71762116 -0,73656114 1 σu -0,24677248 -0,1748174 -0,88255035 -0,36011565 0,78566813 1 ε_u -0,10397687 0,2813855 -0,16013264 -0,27380642 0,17007411 0,2829811 n_H 0,01427588 0,79636715 -0,120753 0,51299044 -0,44057358 0,12636103 n_R -0,05269052 -0,77865354 -0,28617221 -0,70654987 0,74973086 0,27491969 eps_u n_H n_R 1 0,17565327 1 -0,09688854 -0,87756963 1 y = 112,6x - 3,0252 95 100 105 110 115 120 125 130 σ^y (M P a ) CRPGL-W5 R² = 0,5237 80 85 90 95 0,9 0,95 1 1,05 1,1 1,15 1,2 σ 1/t (µm-1)

Figure 4.10 – limite d’élasticité en fonction de 1/t.

Afin d’identifier les paramètres géométriques les plus influents sur les paramètres mécaniques, nous avons réalisé une analyse statistique de corrélation entre les différents paramètres du lot Alu-CRP-GL-W5. Le faible nombre d’éprouvettes du lot Alu-CRP-GL-W8 ne nous permet pas d’avoir une analyse statistique pertinente. Les résultats de cette analyse sont reportés dans le tableau 4.2. Comme pour les dépôts d’aluminium AUXITROL, l’épaisseur a une forte influence sur la limite d’élasticité et la contrainte maximale. Nous avons repris l’analyse de Venkatraman et évalué la taille de grain au MEB sur des coupes transverses (taille de grain déterminée ici manuellement en mesurant quelques grains, car les clichés MEB ne permettent pas de réaliser une analyse d’image avec imageJ) : d =350 nm. La figure 4.10 représente l’évolution de la limite d’élasticité en fonction de 1/t. On extrait de cette régression la pente m du modèle de Venkatra-man [VB92] : m =120 MPa·µm. Cette valeur est plus proche de celle évaluée par VenkatraVenkatra-man (environ 83 MPa·µm) que ne l’était la valeur relative aux aluminium AUXITROL. Il est pro-bable que, la structure du dépôt de type III étant plus homogène, le modèle de Venkatraman s’applique, avec la composante σgbà priori indépendante de l’épaisseur. La figure 4.11 reprend le graphe de la figure 4.5 et y ajoute les données du lot CRP-GL-W5. La corrélation entre la limite d’élasticité et le paramètre t/d1/2 reste correcte, même si les paramètres du lot CRP-GL-W5 sont très proches de ceux de l’aluminium AUXITROL. Une étude complémentaire sur des dépôts plus épais et sur dépôt où il y a plus de grains dans l’épaisseur est à envisager pour étudier et compléter le modèle proposé.

La figure 4.12 représente le faciès de rupture d’une éprouvette du lot CRP-GL-W5 : celui-ci confirme le caractère ductile de la déformation liée à ce matériau. La striction est visible au centre du faciès de rupture, les grains sont déformés et sans cupules. On remarque de plus sur la face arrière de l’éprouvette (bas de figure, sous l’éprouvette) des résidus de gravure RIE. Ces artefacts n’ont probablement pas d’effet sur le comportement mécanique, car ceux ci sont dispersés sur la surface et en faible quantité sur la face arrière de l’éprouvette. Plus particulièrement ils parti-cipent à initier prématurément la rupture de l’éprouvette car les échantillons du lot CRP-GL-W5

y = -141,52x + 373,06 R² = 0,7979 150 200 250 300 350 σ^y (M P a ) 0 50 100 150 0 0,5 1 1,5 2 t / d(1/2) (µm1/2) CRPGLW5 Alu-AUXITROL kang

Figure 4.11 – Limite d’élasticité en fonction de t/d^1/2.

Figure 4.12 – Faciès de rupture ductile d’une éprouvette d’aluminium CRP-GL W5-3.

ont un allongement à rupture de 19%.

4.1.2 Aluminium évaporé

Le module d’élasticité des dépôts d’aluminium évaporé n’est pas dépendant de l’épaisseur, mais est dépendant de la largeur des éprouvettes (cf. figure 4.13). La grande particularité des ces films est l’absence de plasticité, d’autant plus inattendue qu’il s’agit d’un aluminium faiblement allié. Les déformations à rupture sont très faibles (ne dépassant pas 1%), mais la contrainte maximale est du même ordre de grandeur que celle que nous avons relevée sur l’aluminium pulvérisé AUXITROL. Cette faible élongation à rupture a déjà été relevée dans la littérature

y = -66,257x + 78765 R² = 0,9455 50000 55000 60000 65000 70000 M o d ul e d 'é la s ti c it é ( M Pa ) E = f(W) 40000 45000 150 200 250 300 350 400 450 M o d ul e d 'é la s ti c it é ( M Pa ) Largeur (µm)

(a) Faciès de rupture d’un dépôt d’aluminium éva-poré Alu-INL-1007.

(b) Faciès de rupture d’un dépôt d’aluminium-chrome évaporé Alu-INL-1103.

Figure 4.14 – Observation en coupe transverse des dépôts d’aluminium évaporé Alu-INL-1007 et Alu-INL-1103.

[Gri86][Koc76] pour l’aluminium évaporé.

La figure 4.14(a) représente le faciès de rupture d’une éprouvette du lot Alu-INl-1007. Celui-ci présente une zone de striction en son centre. Ce faCelui-ciès est celui d’une rupture ductile. Ce résultat est conforme à la nature de l’aluminium (cristal cubique à faces centrées [Lem04]), mais ne permet pas d’expliquer son comportement mécanique fragile. Des résidus de gravure RIE en face arrière sont aussi visibles (partie basse de l’image), et des résidus de résine sont aussi présents sur la face avant de l’éprouvette. La figure 4.14(b) représente le faciès de rupture d’une éprouvette du lot Alu-INL-1103. Celui-ci présente un faciès de rupture fragile intragranulaire : la rupture est nette, sans déformation, sans striction, et traverse les grains. Ce faciès de rupture est inattendu, dans la mesure où il s’agit du même type de couche mince d’aluminium que le lot Alu-INL-1007, à l’exception du lot Alu-INL-1103 qui a une couche d’accroche en chrome. La rupture fragile doit dans ce cas précis s’initier dans la couche de chrome et se propager dans la couche d’aluminium. Ainsi, à l’instant de la rupture de la couche de chrome, l’aluminium est soumis brutalement à une énergie mécanique importante provoquant une fissure qui se propage. L’aluminium évaporé ayant un comportement mécanique fragile, cette fissure se propage dans le matériau jusqu’à la rupture complète.

L’aluminium évaporé a un comportement mécanique original : la fragilité du comportement en traction, déjà observée dans la littérature [Gri86] sur de l’aluminium évaporé, est exacerbée par la présence d’une sous-couche fragile. La transition ductile-fragile (établie par l’observation des faciès de rupture) s’explique d’un point de vue énergétique par la couche de chrome qui libère son énergie lors de sa rupture et la transmet à la couche d’aluminium qui n’a pas la capacité de l’absorber, et qui casse selon un faciès de rupture fragile.

Ce comportement quasi-fragile pourrait s’expliquer par la présence de contrainte résiduelles (80 MPa), qui ont été mesurées par la technique du gonflement de membranes. Il est possible que le matériau s’écrouisse durant le dépôt à cause de ces contraintes. Par conséquent, l’essai de traction est effectué sur un matériau fortement écroui, et à la limite de la rupture. Ainsi, la contrainte maximale correspond à un seuil de plasticité, et le matériau se rompt une fois franchie ce seuil de contrainte.

(a) Aluminium AUXITROL non recuit. (b) Aluminium AUXITROL recuit à 350^◦C.

Figure 4.15 – Observation en coupe transverse de l’aluminium Alu-AUX-W1 non recuit et recuit à 350◦C.