Etude du temps de dégazage à T ambiante

A priori, il n’est pas sûr que le dégazage à température ambiante soit vraiment capable d’éliminer tous les solvants présents dans la pâte. Aussi, une analyse couplant DSC (Differential Scanning Calorimetry) et perte de masse a été mise en place.

Chapitre 2 – Matériau : élaboration et caractérisation

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2.2.2.1 Analyse DSC

La DSC est un outil permettant d’étudier les changements de phases du matériau. Le principe consiste à comparer la distribution du flux de chaleur entre une capsule de repère vide et une capsule contentant une petite quantité de l’échantillon à analyser (< 10 mg). Les transformations de phase se manifestent par des pics caractéristiques dans les graphes du flux de chaleur en fonction de la température (Figure 40).

La valeur maximale de température à chaud est de 550 °C. La vitesse de chauffage peut être maîtrisée grâce à un étalonnage préalable et elle reste fixe pendant l’essai (soit en montée de température soit en descente).

Enfin, le nombre de cycles de montée/descente en température peut être géré lors d’un essai DSC.

Figure 40 – Exemple de pics obtenus par DSC sur la pâte d’argent

Dans notre étude, nous avons adopté les paramètres de pilotage suivants : • Gamme de température 25-550 °C

• Vitesse de chauffage 3°C/min, 10°C/min et 20°C/min • 2 cycles montée/descente

Figure 41 - DSC: spectres à différentes vitesses de chauffage

La Figure 41 montre une analyse DSC menée préalablement sur de la pâte brute à différentes vitesses de chauffage (3°C/min, 10 °C/min et 20°C/min). La vitesse de chauffage la plus faible correspondant à la vitesse de dégazage recommandée par le fournisseur (Figure 19), ne permet pas d’observer deux pics séparés tandis que les deux vitesses les plus élevées mettent en évidence deux pics distincts. Il a été montré, dans la littérature, que ces deux pics obtenus en DSC [20, 25] correspondent au dégazage et au frittage de la pâte d’argent. Dans le cas de la rampe la plus lente, il est supposé que le pic d’évaporation des solvants est étendu à cause du ralentissement du phénomène alors que celui de frittage est décalé vers la gauche étant donné que les mécanismes diffusifs de surface (se manifestant à température plus faible et à faible vitesse de chauffage) sont privilégiés à ceux en volume ; ainsi, dans ces conditions, les deux transformations se joignent l’une à l’autre en formant un seul pic.

Dans le cas de 20 °C/min et 10 °C/min, les deux pics sont bien séparés entre eux, étant donné que le dégazage rapide et le frittage sont maîtrisés par les mécanismes diffusifs en volume. La Figure 42 montre le comportement du matériau après deux cycles DSC à 3 °C/min. Le pic de la première montée disparaît à la deuxième montée en température, attestant que tout le dégazage est terminé dès la fin du premier cycle.

Chapitre 2 – Matériau : élaboration et caractérisation

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Première montée

Deuxième montée

Figure 42 – Evolution du spectre DSC au cours du cyclage

Ceci nous permet de nous limiter à un seul cycle de température d’étude.

Afin d’estimer la valeur du temps permettant un dégazage complet à l’ambiante, des capsules DSC, contenant une quantité de pâte d’argent brut inférieure à 10 mg, ont été séchées préalablement à température ambiante dans une enceinte atteignant un vide de 2000 Pa. Le Tableau 3 montre les temps choisis pour le séchage :

n° capsule ^{temps de} traitement [h] 1 3 2 19 3 26 4 50 5 70

Tableau 3 - Temps de séchage [h] choisis pour étudier le dégazage complet

Les capsules ont été étudiées en DSC en gardant la même gamme de température que précédemment sur un seul cycle montée/descente. La Figure 43 compare les courbes concernant les différents temps de séchage sous vide.

Figure 43 - Comparaison des spectres pour différents temps de séchage

L’amplitude du pic diminue lorsque le temps de séchage augmente et parallèlement un décalage vers les plus basses températures est noté. Enfin, sa disparition complète survient entre 50 h et 70 h.

2.2.2.2 Analyse de la perte de masse

En parallèle à l’analyse DSC, l’étude de perte de masse a été menée sur une capsule DSC contenant 10 mg de pâte d’argent brute ainsi que sur une couche mince de dimensions représentatives d’un vrai assemblage électronique (3 x 1 cm² de surface) et de l’épaisseur employée pour l’empilement des échantillons massifs (125 µm). Ces deux échantillons ont été dégazés dans les mêmes conditions que précédemment (sous vide à l’ambiante) et pesés plusieurs fois au cours du temps. La Figure 44 montre l’évolution de la perte de masse en fonction du temps pour la capsule et pour la couche mince massive.

Chapitre 2 – Matériau : élaboration et caractérisation 57 85 87 89 91 93 95 97 99 0 10 20 30 40 50 60 70 80

temps[h]

%

m

a

s

s

e

r

e

s

id

u

e

ll

e

Figure 44 – Evolution de la perte de masse sur une capsule, couche massive et capsule après DSC

Les deux courbes se superposent pratiquement, ce qui démontre que le pic de transformation est vraiment caractéristique du matériau étudié et, jusqu’à une certaine limite, il n’est pas affecté par les dimensions de l’éprouvette. Pour référence, la courbe jaune montre la valeur de perte de masse sur une capsule totalement dégazée car soumise à un essai DSC ayant subi deux cycles montant à 550 °C. Après 70 heures, les deux courbes se superposent assez bien à la courbe jaune autour de la valeur de 85 % de masse résiduelle (Figure 44), ce qui correspond à la disparition complète des solvants. Ce résultat permet d’établir un protocole d’élaboration car le dégazage à l’ambiante sous vide est capable, après 70 heures, d’éliminer complètement les solvants présents dans la pâte sans emploi de la température. Bien que cette approche ne soit pas exploitable à niveau industriel à cause de cinétiques de dégazage trop longues, elle respecte quand même les principes liés au processus de frittage classique. Notamment il apparaît que, dans le processus industriel, le dégazage est mené par paliers en température de façon très lente : dans notre cas ceci est encore plus assuré puisque l’évaporation des solvants se fait à température ambiante.