Brevet FR2170952A1 — publié le 19730921

La présente invention concerne un procédé amélioré pour la préparation de filaments comportant un revetement de carbure de silicium. I1 est connu de préparer du carbure de silicium par réduction, å haute température,d'un silane par de l'hydrogène en présence d'un hydrocarbure on peut également effectuer, å haute température, la réduction d'un halogénoalkylsilane par de l'hydrogène. De telles réactions conduisent 9 la formation d'un revetement de carbure de silicium sur un fil lorsque ledit fil, convenablement chauffé par effet Joule, passe dans un réacteur contenant le mélange gazeux réactif considéré. Cependant, les revetements obtenus dans ce type de réacteur ne présentent pas toujours les qualités désirables, par suite, très probablement, de certaines inhomogénéitésdans le dépôt; par ailleurs, la productivité est réduite car la vitesse de passage å l'intérieur du réacteur est nécessairement faible. Il a été trouvé que l'on peut augmenter considérablement la productivité de ce type de réacteur et améliorer les propriétés du revetement obtenu (donc du matériau final produit) en utilisant un réacteur tubulaire constitué par un métal ou alliage métallique résistant å une température d'au moins 7500C et contenant moins de 10% de fer, ledit réacteur étant placé dans un four dont la température maximale est inférieure å 7500C et dont la température en chaque point est réglée de façon que la vitesse d'augmentation de section du fil, par dépôt de carbure de silicium, tout le long du réacteurs soit comprise entre 65 et 75 microns2 par seconde. En diminuant ainsi la différence de température entre le fil chauffé par effet Joule (fil dont la température est, par exemple de l'ordre de 11000C) et les parois du four, on augmente considérablement la vitesse du déport du carbure de silicium et on diminue la fréquence d'apparition de défauts ponctuels qui altèrent l'homogénéité du carbure de silicium obtenu. Comme indiqué ci-dessus, le métal formant la paroi du réacteur ne doit pas contenir de quantités trop importantes de fer à l'état libre ou combiné et doit pouvoir résister à des températures relativement élevées, situées vers 700 à 7500C. Si l'on doit utiliser une paroi métallique contenant moins de 10% de fer, c'est que ce métal est susceptible de catalyser les réactions chimiques qui se développent entre les réactifs contenus dans le réacteur, compte tenu, bien évidemment, des températures relativement élevées auxquelles ladite paroi est portée. On pourra employer, par exemple, un alliage tel que l'Inconel qui ne contient que 5 à 8% de fer. Les conditions expérimentales (réactifs, intensité du chauffage du fil, point de rosée, températures de la paroi du réacteur) seront choisies de façon que la condition d'accroissement du diamètre du fil, condition formulée ci-dessus, soit satisfaite. Si l'on fixe certaines de ces conditions (point de rosée du réactif et température du fil, par exemple), il sera nécessaire de choisir les autres paramètres (température de la paroi du réacteur en divers points de celle-ci, par exemple) pour que ladite condition soit satisfaite. Pour permettre un tel choix, il est donc utile que le four extérieur au réacteur et qui chauffe celui-ci comporte plusieurs zones de chauffage réglables indépendamment les unes des autres entre 500 et 7500C. Par ailleurs, compte tenu de ce que le réacteur est métallique, donc conducteur, il est souhaitable de prendre certaines dispositions électriques particulières. Tout d'abord,le chauffage du fil, par effet Joule, s'effectue très généralement au moyen d'ua générateur à courant continu comportant, en conséquence, un pdle positif et- un polie négatif. I1 a été trouvé que le pble positif du générateur assurant le chauffage du fil doit etre de préfé- rence relié à l'extrémité d'entrée du réacteur (c'est-à-dire à l'extrémité du réacteur où le fil est encore nu), le polie négatif ou la masse étant relié à l'extrémité de sortie du réacteur; il a été trouvé également que, dans ces conditions, le réacteur lui-meme doit etre porté à un potentiel électrique positif plus faible que le potentiel électrique du générateur; si ce dernier est compris entre 1600 et 1800 V, le réacteur sera porté, de préférence à un potentiel compris entre 900 et 1100 V environ. Pour réaliser l'invention, on peut utiliser les autres dispositifs d'appareillage connus pour réaliser les dépôts de carbure de silicium sur un filament métallique convenable chauffé; ces dispositifs sont en eux-mêmes connus des techniciens et il n'est pas utile de les décrire ici en détail, L'exemple non limitatif ci-après illustre l'invention. On utilise un réacteur constitué par un tube en INCONEL ayant un diamètre intérieur d'environ 23 mm et une longueur d'environ 2000 mm. Le four entourant ledit réacteur a une longueur d'environ 1650 mm. On utilise comme fil un fil en tungstène (qui pourrait etre d'ailleurs en une toute autre matière conductrice réfractaire susceptible d'etre chauffée aux températures envisagées) de diamètre 12,7 microns, par exemple; la vitesse de défilement du fil est d'environ 150 m/h; les réactifs sont constitués par un courant d'hydrogène de 4 1/mon, hydrogène saturé de méthyltrichlorosilane à 370C environ, sous la pression atmosphérique. Le fil est chauffé par un courant électrique de 245 mA, le pdle positif d'un générateur de 1600 V étant relié au joint de mercure situé à l'entrée de l'appareil. Le réacteur en Inconel est relié à un potentiel de 1000 V. Dans ces conditions, le temps de séjour du fil dans le réacteur est de 36 secondes. Le four comporte trois zones de chauffage sensiblement d'égale longueur, qui fournissent respectivement, de l'entrée vers la sortie du réacteur, des températures de 5900C, 6700C et 7200C. Le filament de tunsgtène passant dans cet appareil a alors une section qui augmente régulièrement, au fur et à mesure de son avancement dans le réacteur, de 70 microns2 par seconde. R E V E N D I C A T I 0 N S REVENDICATIONS 1. Procédé pour la réalisation de fils revetus de carbure de silicium par passage d'un fil chauffé, par effet Joule, dans un réacteur contenant des réactifs gazeux convenables, caractérisé en ce que l'on utilise un réacteur tubulaire constitué par un métal ou alliage métallique résistant à une température d'au moins 7500C et contenant moins de 10% de fer, ledit réacteur étant placé dans un four pouvant etre porté à une température de 7500C et dont la température en chaque point est réglée de façon que la vitesse d'augmentation de section' du fil, par dépôt de carbure de silicium, soit constante et comprise entre 65 2 et 75 microns par seconde. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réacteur est en alliage dit Inconel. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le four est formé d'éléments successifs disposés en série. 4. Procédé selon l'une des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que - le chauffage du fil, par effet Joule, est effectué par un courant continu, - le pôle positif dudit courant continu est relié au fil à son entrée dans le réacteur, et le pôle négatif dudit courant est relié au fil à sa sortie du réacteur. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 8 4, caractérisé en ce que le réacteur est porté à un potentiel électrique intermédiaire entre les potentiels d'entrée et de sortie du fil. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, pour un fil de tungstène d'un diamètre d'environ 12,7 microns, la différence de potentiel entre les extrémités du fil est comprise entre 1600 et 1800 volts et en ce que la différence de potentiel entre le réacteur et la sortie du fil est comprise entre 900 et 1100 volts.