Mécanismes de pyrolyse des hydrocarbures et dépôt de pyrocarbone par CVD/CVI

Abstract

Une étude des mécanismes de pyrolyse des hydrocarbures, conduisant au dépôt de pyrocarbone par CVD/CVI, a été menée suivant une double approche expérimentale/numérique. A partir du précurseur propane, la phase gazeuse a été analysée in-situ (spectroscopie IRTF) en cours d'infiltration et en ligne (CPG) en CVD ou CVI : le rôle des espèces en C2 dans la formation du pyrocarbone dit « faiblement anisotrope » et celui des espèces en C3 dans celle du pyrocarbone dit « laminaire colonnaire » ont été identifiés. Les caractérisations micro – et nano – texturales (MOLP, MET et spectroscopie Raman) des dépôts réalisés ont permis d'établir des mécanismes de croissance distincts pour chacune des formes de pyrocarbone laminaire. Des mécanismes homogènes détaillés décrivant la pyrolyse du propane et du méthane ont été introduits dans diverses modélisations numériques de réacteurs 0D et 1D. Ils ont été validés par confrontation avec différentes analyses expérimentales de la phase gazeuse. Des corrélations ont été établies entre la composition de la phase gazeuse déterminée par les modèles et le dépôt des microtextures principales. Les précurseurs effectifs à nombre impair de carbone semblent ainsi favoriser l'anisotropie du pyrocarbone, tandis qu'à l'inverse un précurseur effectif à nombre pair de carbone conduit à la formation de défauts et donc à une chute d'anisotropie. Sur cette base, des schémas réactionnels ont été proposés pour décrire la formation des microtextures principales déposées à partir du propane et du méthane.