adhérence aux interfaces muriel braccini, laboratoire simap g. parry, r. estevez collaborations :...
TRANSCRIPT
![Page 1: Adhérence aux interfaces Muriel BRACCINI, laboratoire SIMaP G. Parry, R. Estevez collaborations : O. Dezellus (LMI, Lyon), T. Pardoen (IMAP, Louvain)](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070309/551d9d81497959293b8bb0ac/html5/thumbnails/1.jpg)
Adhérence aux interfaces
Muriel BRACCINI, laboratoire SIMaP
G. Parry, R. Estevez
collaborations : O. Dezellus (LMI, Lyon), T. Pardoen (IMAP, Louvain)
![Page 2: Adhérence aux interfaces Muriel BRACCINI, laboratoire SIMaP G. Parry, R. Estevez collaborations : O. Dezellus (LMI, Lyon), T. Pardoen (IMAP, Louvain)](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070309/551d9d81497959293b8bb0ac/html5/thumbnails/2.jpg)
Introduction
2
1 cm
![Page 3: Adhérence aux interfaces Muriel BRACCINI, laboratoire SIMaP G. Parry, R. Estevez collaborations : O. Dezellus (LMI, Lyon), T. Pardoen (IMAP, Louvain)](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070309/551d9d81497959293b8bb0ac/html5/thumbnails/3.jpg)
PLAN
• Définition de l’adhérence
• Influence de certains paramètres
– chimie et microstructure : aluminiage de base fer
– géométrie : bonding Si/BCB/Si
– mécaniquecouche de cuivre sur acier
3
![Page 4: Adhérence aux interfaces Muriel BRACCINI, laboratoire SIMaP G. Parry, R. Estevez collaborations : O. Dezellus (LMI, Lyon), T. Pardoen (IMAP, Louvain)](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070309/551d9d81497959293b8bb0ac/html5/thumbnails/4.jpg)
A
B
A
B
Définition de l’adhérence
ABBAadhésionW
4
• création de liaisons o interatomiqueso à longues distances (Van der Waals,…)
• réversibilité
• ordre de grandeur = 1 J.m-2
Adhésion Wadhésion
![Page 5: Adhérence aux interfaces Muriel BRACCINI, laboratoire SIMaP G. Parry, R. Estevez collaborations : O. Dezellus (LMI, Lyon), T. Pardoen (IMAP, Louvain)](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070309/551d9d81497959293b8bb0ac/html5/thumbnails/5.jpg)
Définition de l’adhérence
5plasticité
micro-contact
micro-fissures secondaires
![Page 6: Adhérence aux interfaces Muriel BRACCINI, laboratoire SIMaP G. Parry, R. Estevez collaborations : O. Dezellus (LMI, Lyon), T. Pardoen (IMAP, Louvain)](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070309/551d9d81497959293b8bb0ac/html5/thumbnails/6.jpg)
Définition de l’adhérence
6
Gc = Wadhesion + Wdissipatif
![Page 7: Adhérence aux interfaces Muriel BRACCINI, laboratoire SIMaP G. Parry, R. Estevez collaborations : O. Dezellus (LMI, Lyon), T. Pardoen (IMAP, Louvain)](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070309/551d9d81497959293b8bb0ac/html5/thumbnails/7.jpg)
Définition de l’adhérence
• Comment mesurer l’adhérence d’une interface ?
– propagation d’une fissure• à l’interface concernée• de façon stable
7
flexion 4-points
clivage au coin
essai de gonflement-décollement
![Page 8: Adhérence aux interfaces Muriel BRACCINI, laboratoire SIMaP G. Parry, R. Estevez collaborations : O. Dezellus (LMI, Lyon), T. Pardoen (IMAP, Louvain)](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070309/551d9d81497959293b8bb0ac/html5/thumbnails/8.jpg)
Définition de l’adhérence
– taux de restitution d’énergie• propagation de la fissure : G =Gc
• problème de la dissipation plastique
– modélisation numérique (MEF)• calcul de la mixité modale • modèle de zone cohésive
8
Gc
max
![Page 9: Adhérence aux interfaces Muriel BRACCINI, laboratoire SIMaP G. Parry, R. Estevez collaborations : O. Dezellus (LMI, Lyon), T. Pardoen (IMAP, Louvain)](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070309/551d9d81497959293b8bb0ac/html5/thumbnails/9.jpg)
Définition de l’adhérence
– fractographie• faciès de rupture : chemin de la fissure adhésif, cohésif ou
mixte ?
• corrélation avec chimie et microstructure de la zone interfaciale
scénario de la fissure : amorçage/propagation/déviation
mécanismes de l’adhérence
9
![Page 10: Adhérence aux interfaces Muriel BRACCINI, laboratoire SIMaP G. Parry, R. Estevez collaborations : O. Dezellus (LMI, Lyon), T. Pardoen (IMAP, Louvain)](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070309/551d9d81497959293b8bb0ac/html5/thumbnails/10.jpg)
Définition de l’adhérence
• Quels paramètres influencent l’adhérence ?
– chimie : • nature des liaisons, • chimie de la zone interfaciale
– physique : • singularités,• rugosité, structuration
– mécanique : • sollicitations externes, • contraintes résiduelles, • propriétés mécaniques des matériaux
10
![Page 11: Adhérence aux interfaces Muriel BRACCINI, laboratoire SIMaP G. Parry, R. Estevez collaborations : O. Dezellus (LMI, Lyon), T. Pardoen (IMAP, Louvain)](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070309/551d9d81497959293b8bb0ac/html5/thumbnails/11.jpg)
• Chimie et microstructure interfaciale
11
couche de réaction
zone de diffusion
microstructure
![Page 12: Adhérence aux interfaces Muriel BRACCINI, laboratoire SIMaP G. Parry, R. Estevez collaborations : O. Dezellus (LMI, Lyon), T. Pardoen (IMAP, Louvain)](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070309/551d9d81497959293b8bb0ac/html5/thumbnails/12.jpg)
Influence de la chimie
12
[M. Zhe, O. Dezellus, G. Parry, M. Braccini, J. C. Viala, Journal of Adhesion Science and Technology (2011)]
Interface aluminium/fer(thèse Miao ZHE, 2011)
Spires d’induction
Thermocouple
Lame Fe 60x10mm
AS7G03
![Page 13: Adhérence aux interfaces Muriel BRACCINI, laboratoire SIMaP G. Parry, R. Estevez collaborations : O. Dezellus (LMI, Lyon), T. Pardoen (IMAP, Louvain)](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070309/551d9d81497959293b8bb0ac/html5/thumbnails/13.jpg)
Influence de la chimie
13
fil de fer lame Fe
Suspension Y2O3 (zone sans réaction)
zone réactionnelleAS7
Fefissure
entaille
zone pré-fissure
zoom
![Page 14: Adhérence aux interfaces Muriel BRACCINI, laboratoire SIMaP G. Parry, R. Estevez collaborations : O. Dezellus (LMI, Lyon), T. Pardoen (IMAP, Louvain)](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070309/551d9d81497959293b8bb0ac/html5/thumbnails/14.jpg)
Influence de la chimie
14
G = 23±3 J/m2
47N ≤ F ≤ 53N
Déplacement (mm)
Forc
e (
N)
Plateau de force
[P.G.Charalambides et al., Journal of Applied Mechanics 56, 77-82]
![Page 15: Adhérence aux interfaces Muriel BRACCINI, laboratoire SIMaP G. Parry, R. Estevez collaborations : O. Dezellus (LMI, Lyon), T. Pardoen (IMAP, Louvain)](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070309/551d9d81497959293b8bb0ac/html5/thumbnails/15.jpg)
Influence de la chimie
15
Côté Fe
Côté Al
Al Fe
10µm
Fe
1-9
5
fissure
![Page 16: Adhérence aux interfaces Muriel BRACCINI, laboratoire SIMaP G. Parry, R. Estevez collaborations : O. Dezellus (LMI, Lyon), T. Pardoen (IMAP, Louvain)](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070309/551d9d81497959293b8bb0ac/html5/thumbnails/16.jpg)
Influence de la chimie
16
Cristaux Couche fine
Aluminiage à 680°C
Déplacement (mm)
Force moyenne
linéaire
Surmoulage XES(1mm)/AS7G03(2mm)
Propagation dans
40N ≤ F ≤ 51N
14J/m2≤ G ≤ 23J/m2
![Page 17: Adhérence aux interfaces Muriel BRACCINI, laboratoire SIMaP G. Parry, R. Estevez collaborations : O. Dezellus (LMI, Lyon), T. Pardoen (IMAP, Louvain)](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070309/551d9d81497959293b8bb0ac/html5/thumbnails/17.jpg)
Influence de la chimie
17
20µm
40µm
+
Traitement thermique 15h@535°C Traitement thermique 50h@535°C
80 µm
+
porosité Kirkendall
![Page 18: Adhérence aux interfaces Muriel BRACCINI, laboratoire SIMaP G. Parry, R. Estevez collaborations : O. Dezellus (LMI, Lyon), T. Pardoen (IMAP, Louvain)](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070309/551d9d81497959293b8bb0ac/html5/thumbnails/18.jpg)
Influence de la chimie
• Conclusion sur la chimie et la microstructure d’interface
– chimie et microstructure de la zone interfaciale
adhésion ;
propriétés mécaniques locales :– chemin de fissuration ;– mécanismes dissipatifs : plasticité, fissuration
secondaire…
18
![Page 19: Adhérence aux interfaces Muriel BRACCINI, laboratoire SIMaP G. Parry, R. Estevez collaborations : O. Dezellus (LMI, Lyon), T. Pardoen (IMAP, Louvain)](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070309/551d9d81497959293b8bb0ac/html5/thumbnails/19.jpg)
• Géométrie de l’interface
19
Singularité matérielle
Singularité géométrique
rugositédiscontinuité
![Page 20: Adhérence aux interfaces Muriel BRACCINI, laboratoire SIMaP G. Parry, R. Estevez collaborations : O. Dezellus (LMI, Lyon), T. Pardoen (IMAP, Louvain)](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070309/551d9d81497959293b8bb0ac/html5/thumbnails/20.jpg)
Influence de la géométrie
20
Si-substrate
BCB polymer
- Largeur des cordons : 100 ou 200 µm-Largeur motif = 400 µm- Epaisseur constant de l’ordre de 4 µm
Bonding Si/BCB/Si(thèse Coraly Cuminatto, en cours*)
* en collaboration avec l’IEF, dans le cadre de l’ANR TransFilm
![Page 21: Adhérence aux interfaces Muriel BRACCINI, laboratoire SIMaP G. Parry, R. Estevez collaborations : O. Dezellus (LMI, Lyon), T. Pardoen (IMAP, Louvain)](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070309/551d9d81497959293b8bb0ac/html5/thumbnails/21.jpg)
Influence de la géométrie
21
Nettoyage
Dépôt BCB
Collage
Gravure face arrière
Alignement
Découpe
compression 3,5 kN
150°C
250°C
15 min
1 h
sous videou N2 à Patmo
T
tps
![Page 22: Adhérence aux interfaces Muriel BRACCINI, laboratoire SIMaP G. Parry, R. Estevez collaborations : O. Dezellus (LMI, Lyon), T. Pardoen (IMAP, Louvain)](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070309/551d9d81497959293b8bb0ac/html5/thumbnails/22.jpg)
Influence de la géométrie
22[Penado F.E., Journal of Composites Materials 27(4) 383-407 (1993)]
![Page 23: Adhérence aux interfaces Muriel BRACCINI, laboratoire SIMaP G. Parry, R. Estevez collaborations : O. Dezellus (LMI, Lyon), T. Pardoen (IMAP, Louvain)](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070309/551d9d81497959293b8bb0ac/html5/thumbnails/23.jpg)
Influence de la géométrie
23
y
x
y(x) flexion de plaque L
![Page 24: Adhérence aux interfaces Muriel BRACCINI, laboratoire SIMaP G. Parry, R. Estevez collaborations : O. Dezellus (LMI, Lyon), T. Pardoen (IMAP, Louvain)](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070309/551d9d81497959293b8bb0ac/html5/thumbnails/24.jpg)
Influence de la géométrie
24[R. Tadepalli, K. T. Turner, C. V. Thompson, Acta Materialia, Vol. 56 (2008) 438-447]
orthogonal
parallèle
![Page 25: Adhérence aux interfaces Muriel BRACCINI, laboratoire SIMaP G. Parry, R. Estevez collaborations : O. Dezellus (LMI, Lyon), T. Pardoen (IMAP, Louvain)](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070309/551d9d81497959293b8bb0ac/html5/thumbnails/25.jpg)
Influence de la géométrie
25
Adhesion of polymer thin-films and patterned lines, C. S. LITTEKEN and R. H. DAUSKARDT, International Journal of Fracture 119/120: 475–485 (2003)
SEM image of a FIB sectioned polymer /SiO2
patterned structure
Tapping mode AFM cross-section
Polymer/SiO2 adhesion measured by 4-points bending test as a function of feature aspect ratio
Lignes parallèles à la direction de propagation
![Page 26: Adhérence aux interfaces Muriel BRACCINI, laboratoire SIMaP G. Parry, R. Estevez collaborations : O. Dezellus (LMI, Lyon), T. Pardoen (IMAP, Louvain)](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070309/551d9d81497959293b8bb0ac/html5/thumbnails/26.jpg)
Influence de la géométrie
26
Lignes orthogonales à la direction de propagation
0
m
separation
traction
f
m
CG
Tmax
BCB
Silicium
symétrie
![Page 27: Adhérence aux interfaces Muriel BRACCINI, laboratoire SIMaP G. Parry, R. Estevez collaborations : O. Dezellus (LMI, Lyon), T. Pardoen (IMAP, Louvain)](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070309/551d9d81497959293b8bb0ac/html5/thumbnails/27.jpg)
Influence de la géométrie
27
Abaqus modelingExprimental (vacuum)Experimental (N2)
![Page 28: Adhérence aux interfaces Muriel BRACCINI, laboratoire SIMaP G. Parry, R. Estevez collaborations : O. Dezellus (LMI, Lyon), T. Pardoen (IMAP, Louvain)](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070309/551d9d81497959293b8bb0ac/html5/thumbnails/28.jpg)
Influence de la géométrie
28
effet des comportements non linéaires (plasticité)
![Page 29: Adhérence aux interfaces Muriel BRACCINI, laboratoire SIMaP G. Parry, R. Estevez collaborations : O. Dezellus (LMI, Lyon), T. Pardoen (IMAP, Louvain)](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070309/551d9d81497959293b8bb0ac/html5/thumbnails/29.jpg)
29
• Mécanique
contraintes résiduelles
mixité modaleplasticité
![Page 30: Adhérence aux interfaces Muriel BRACCINI, laboratoire SIMaP G. Parry, R. Estevez collaborations : O. Dezellus (LMI, Lyon), T. Pardoen (IMAP, Louvain)](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070309/551d9d81497959293b8bb0ac/html5/thumbnails/30.jpg)
Aspects mécaniques
30
Films de cuivre sur acier(thèse F. Strepenne, 2010, U.C.Louvain, dir. T. Pardoen)
acier inox (400 µm)
dégraissagedécapage plasma
dépôt PVD de Cuivre(0,5 à 2,5 µm) colle
cyanoacrylate
![Page 31: Adhérence aux interfaces Muriel BRACCINI, laboratoire SIMaP G. Parry, R. Estevez collaborations : O. Dezellus (LMI, Lyon), T. Pardoen (IMAP, Louvain)](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070309/551d9d81497959293b8bb0ac/html5/thumbnails/31.jpg)
Aspects mécaniques
31
Taux de restitution mesuré en fonction des épaisseurs de film
![Page 32: Adhérence aux interfaces Muriel BRACCINI, laboratoire SIMaP G. Parry, R. Estevez collaborations : O. Dezellus (LMI, Lyon), T. Pardoen (IMAP, Louvain)](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070309/551d9d81497959293b8bb0ac/html5/thumbnails/32.jpg)
Aspects mécaniques
32
iraidP
adhP
fP
SPO GGGGGGG
énergie de rupture de l’interface
énergie dissipée plastiquement
j=S dans le substrat f dans le film adh dans l’adhésif raid dans le raidisseur en acier
contribution des contraintes internes partiellement relaxées pendant la propagation de la fissure
iG
jPG
0G
Gc
![Page 33: Adhérence aux interfaces Muriel BRACCINI, laboratoire SIMaP G. Parry, R. Estevez collaborations : O. Dezellus (LMI, Lyon), T. Pardoen (IMAP, Louvain)](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070309/551d9d81497959293b8bb0ac/html5/thumbnails/33.jpg)
Aspects mécaniques
33
Contraintes résiduelles dans les films de cuivre
mesures sur substrat de silicium avec sous couche d’acier (300 nm)
![Page 34: Adhérence aux interfaces Muriel BRACCINI, laboratoire SIMaP G. Parry, R. Estevez collaborations : O. Dezellus (LMI, Lyon), T. Pardoen (IMAP, Louvain)](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070309/551d9d81497959293b8bb0ac/html5/thumbnails/34.jpg)
Aspects mécaniques
34
Limite élastique du cuivre
[Y.Xiang, J.J. Vlassak, Acta mater 54, 5449-5460, 2006]
![Page 35: Adhérence aux interfaces Muriel BRACCINI, laboratoire SIMaP G. Parry, R. Estevez collaborations : O. Dezellus (LMI, Lyon), T. Pardoen (IMAP, Louvain)](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070309/551d9d81497959293b8bb0ac/html5/thumbnails/35.jpg)
Aspects mécaniques
35
interface : éléments cohésifs avec loi de traction-séparation (max, G0)
matériaux bulk : lois élasto-plastiques isotropes (E, , Y, n)
calcul des différents termes énergétiques
ouvertureimposée
longueur de fissure aciercuivreadhésif
![Page 36: Adhérence aux interfaces Muriel BRACCINI, laboratoire SIMaP G. Parry, R. Estevez collaborations : O. Dezellus (LMI, Lyon), T. Pardoen (IMAP, Louvain)](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070309/551d9d81497959293b8bb0ac/html5/thumbnails/36.jpg)
Aspects mécaniques
36
t (µm) 0,5 1 1,5 2
G0
G(ζσi)Gf
Gs
Gadh
0,800,0022,120,076,30
0,800,0871,650,130,93
0,800,1531,470,140,27
0,800,2201,450,170,15
Gc 3,00 2,58 2,41 2,43
Gtot 9,31 3,52 2,69 2,58
Gexp 11,68 3,75 2,68 2,56
contraintes résiduelles
effet positif
favorisent la dissipation plastique pendant la
propagation de la fissure
effet négatif
augmentent la limite élastique du film
![Page 37: Adhérence aux interfaces Muriel BRACCINI, laboratoire SIMaP G. Parry, R. Estevez collaborations : O. Dezellus (LMI, Lyon), T. Pardoen (IMAP, Louvain)](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070309/551d9d81497959293b8bb0ac/html5/thumbnails/37.jpg)
Conclusions
• Effets d’échelle sur différents aspects
– chimie : liaisons atomiques à l’interface mais également chimie de la zone interfaciale
– géométrie : dimensions caractéristiques de la géométrie de l’interface (structuration) et de son environnement
37