Liaisons céramique-métal^*

Ceramic-metal bindings

Chef du Département Génie des Matériaux Ecole Nationale d’Ingénieurs de Tarbes

Résumé

L’optimisation des propriétés d’un matériau donné ne permet pas, le plus souvent de satisfaire complètement aux sollicitations de plus en plus variées, complexes et sévères auquel il peut être soumis. Ainsi dureté superficielle et ténacité massique, par exemple, imposent aujourd’hui un choix “multimatériaux” à la place du choix traditionnel “monomatériaux”.

Les liaisons céramique-métal, développées depuis longtemps, s’inscrivent dans ce contexte. La céramique en couche mince ou en couche épaisse est déposée sur un métal massif. La céramique à l’état massif peut aussi être rapportée sur le métal massif. Enfin la céramique est métallisée. Dans ces divers cas, les témoignages scientifiques et les réalisations industrielles des liaisons céramique-métal sont nombreux.

Mais aujourd’hui, le problème des liaisons céramique-métal et celui de l’assemblage des alliages métalliques aux céramiques est d’autant plus important que le développement des céramiques techniques s’accroît dans plusieurs secteurs industriels (aéronautique, armement, espace, automobile, électronique...). En effet, les propriétés de l’interface métal/céramique sont primordiales dans le pari du développement tant des céramiques multicouches en électronique que des céramiques thermomécaniques comme matériaux de structure.

C’est en référence à ce dernier type d’application que ce document de synthèse sur les liaisons céramique-métal est élaboré. Néanmoins, comme les problèmes généraux que posent ces liaisons sont complexes et donc encore partiellement résolus au plan industriel, il est souvent intéressant de s’appuyer sur l’acquis dans le domaine de l’électronique.

Abstract

Improving properties of a material don’t allow often to answer completely to the more and more various and severe service conditions to which it is to be bound. Surface hardness and bulk toughness for instance are requiring today a multimaterials structure choice instead of a material choice.

Ceramic-metal bindings, used for long time, are taking place within this context. Numerous recents developments are including either thin and thick layers of ceramics deposited on metals or massive ceramics to metals bindings.

Various processes - thermochemical and thermoionic treatments, C.V.D. and P.V.D., plasma or laser aided, sputtering, metallization, plating, brazing, diffusion bonding, solid state bonding... allowing to obtain a ceramic-metal binding are described. Physicochemical, structural and mechanical properties of the joint are given in each case. In particular, the critical problem of ceramic to metal adhesion is discussed for thick deposits and for massive binding, mainly for thermo-mechanical applications.