Cette thèse s'est déroulée sous la direction de Celine PASCAL (PM), Fiqiri HODAJ (TOP) et Anni ANTONI (TOP). Elle a été en collaboration avec Schneider Electric sous l'encadrement de Sophie ROURE et Corinne DURAND.
Les matériaux de contact électrique étudiés dans cette thèse reposent sur un assemblage multicouche constitué d’une pastille composite Ag-C et d’un alliage de brasage Cu-P, assemblés sur un substrat en cuivre massif préalablement revêtu d’une fine couche d’argent (Ag-C | Cu-P | Ag | Cu). Cet assemblage est réalisé par un procédé de frittage-assemblage par résistance, qui combine en une seule opération le frittage du composite Ag-C | Cu-P et son assemblage au substrat grâce à une chauffe par effet Joule générée par l’application simultanée d’un courant électrique et d’un effort mécanique.
Dans un premier temps, l’influence des paramètres du procédé (intensité du courant, durée du cycle et effort appliqué) a été étudiée à travers la caractérisation microstructurale et les essais mécaniques en cisaillement réalisés sur des assemblages prototypes. Les observations expérimentales ont été complétées par des simulations numériques du procédé sous COMSOL.
Dans un second temps, le comportement de ces assemblages sous sollicitations thermiques a été investigué selon deux approches complémentaires. D’une part, des essais en conditions extrêmes ont été réalisés sur des assemblages industriels intégrés dans des disjoncteurs, soumis à des intensités de courant largement supérieures aux conditions nominales d’utilisation. D’autre part, des traitements de vieillissement thermique ont été menés afin d’évaluer l'évolution microstructurale du système. Ces études ont mis en évidence des transformations microstructurales significatives, révélant le rôle majeur des interactions entre l’argent et l’alliage de brasage Cu-P.
Enfin, pour mieux comprendre les mécanismes physicochimiques gouvernant ces évolutions, des études fondamentales ont été conduites sur l'alliage Cu-7P. L'étude du mouillage et de la réactivité interfaciale de l’alliage Cu-7P sur des substrats de cuivre et d’argent ont montré un excellent mouillage avec des angles de contact autour de 10 ° y compris pour des substrats de Cu oxydés. En parallèle, des couples de diffusion modèles Cu-7P | Ag ont été étudiés à différentes températures, afin d’analyser les interactions entre les phases solides Ag et Cu-7P et la phase liquide Ag-Cu-P formée au cours du traitement thermique. L’analyse des mécanismes et des cinétiques associés permet d’apporter une meilleure compréhension des phénomènes mis en jeu lors du brasage et de l’évolution en service de ces assemblages multicouches.