UPThèses

English

Processes of deposition and testing of mechanical properties of polymers and metal coated polymers

Le but de ce travail de thèse était de caractériser, en relation avec leurs microstructures, les propriétés mécaniques de films polymères seuls ou revêtus de films minces de matériaux métalliques. Pour cela, deux micromachines de déformation très similaires ont été développées à l'Université de Kaunas et de Poitiers, qui se différencient par leur technique de mesure de déformation sans contact avec l'échantillon, à savoir respectivement la technique par interférométrie de granularité laser et celle de suivi de marqueurs par corrélation d'images. Les élongations permises par les deux équipements autorisent l'étude de la déformation à la fois élastique et plastique des films polymères et polymères revêtus de films minces métalliques. Les substrats ont été des films de Kapton(r) HN ou de PET revêtus par évaporation par canon à électrons sur chaque face de films minces de Al, Ag, Cr et Ni de 0.5 μm d'épaisseur. Les modules d'Young (Ef) des couches métalliques ont été déduits des courbes contrainte-déformation des films polymères seuls et revêtus. Pour les films d'Al et Ag, les valeurs de Ef calculées sont en bon accord avec celles couramment rapportées dans la littérature pour les matériaux massifs (Eb), tandis que pour Ni et Cr les valeurs de Ef sont nettement plus faibles que celles de Eb. Il a été corrélativement observé que les couches d'Al et d'Ag étaient uniformes, tandis que celles de Ni et Cr étaient nettement plus irrégulières et présentaient des fissures. Les microstructures et les interfaces métal/polymère ont été principalement étudiées pour le système Ag/PET. L'influence de la couverture métallique sur la composition de l'interface, sa structure, sa morphologie et la taille des particules a été étudiée par XPS, AFM et XRD. De plus, le rôle de la température de dépôt a été étudié sur une plage allant de 20°C à 140°C, c'est-à-dire en dessous et au-dessus de la température de transition vitreuse, Tg = 80°C pour le PET, afin de comprendre mieux comment la microstructure, les contraintes internes, la composition chimique et la morphologie du système Ag/PET peuvent être influencées. Les films d'Ag de 1μm d'épaisseur évaporés à différentes températures sont en compression, texturés (111) au dessous de Tg et non texturés au dessus. La texturation existe dès le début de la croissance du film, à une épaisseur de 20 nm lorsque le film est encore discontinu. Sur la plage de température étudiée, la taille des grains d'Ag ne dépend pas de la température de déposition et les films déposés sont majoritairement composés d'Ag pur avec une oxydation partielle de surface.

Keywords : Microtensile devices, Tensile test, Mechanical properties, Electronic speckle pattern interferometry, Mark tracking technique Coated polymers, Metallic thin films.