Brevet FR2137195A1 — publié le 19721229

La presente invention a trait à la protection contre des corps à énergie d'impact élevée, tels que des éclats et des projectiles, à 11 aide de structures composées de couches alternées de matériaux durs, non ductiles et de matériaux moins durs, ductiles. Par le brevet RFA NO 1 213 305, on connait des plaques de blindage formées au moins en partie en matériaux très durs, non ductiles. En tant que matériaux très durs, non ductiles, des matériaux contenant en particulier des oxydes de métaux et frittés à haute température ont fait leurs preuves.Ces matériaux se distinguent, outre par une très grande dureté, par une résistance aux produits chimiques, en particulier également par leur insensibilité à l'oxydation à haute température, et par une grande résistance au choc thermique. B'avantage de ces plaques de blindage réside en particulier dans l'importante diminution de poids qu'elles permettent, comparativement aux blindages usuels en acier, et dans le fait qu'elles ne sont pas ductiles et ne se déforment donc pas plastiquement lors de l'impact de projectiles à énergie d'impact très élevée, mais freinent le projectile par l'effet du travail de destruction à fournir et ne permettent pag au projectile d'atteindre l'objectif, par exemple l'équipage d'un véhicule ou 'une position d'artillerie, Pour augmenter encore ce travail de destruction et empocher une rupture des matériaux durs, non ductiles, on a déjà proposé de former les plaques de blindage à partir de plusieurs couches de ma fériaux très durs, non ductiles, et de matériaux moins durs, par exemple des résines synthétiques.Pour des raisons ayant trait à la construction, il est usuel, dans le cas de ces plaques de blindage, de former les surfaces de délimitation intérieure et extérieure par une plaque métallique, ce qui conduit à une structure du type sandwich, La demanderesse a fait la découverte surprenante que l'on obtient une protection encore plus efficace contre des corps à énergie d'impact élevée, tels que des éclats et des projectiles, à l'aide de structures formées de couches alternées de matériaux durs, non ductiles, et de matériaux moins durs, en utilisant des structures dans lesquelles au moins une couche est constituée par des masses contenant de l'oxyde d'aluminium et frittées à haute température, avec une teneur en A1205 supérieure à 90%, et au moins une autre couche par un métal ayant un coefficient de dilatation plus élevé que la couche frittée en oxyde d'aluminium, et dans lesquel les les couches de compositions différentes sont reliées solidement entre elles à des températures supérieures à 500 OC. L'avantage particulier des structures utilisées conformément à l'invention et formées de couches alternées, reliées solidement entre elles, d'oxyde d'aluminium fritté et de métal, est vraisemblablement dfl au fait que les matériaux à base d'oxyde d'aluminium fritté présentent un coefficient de dilatation sensiblement inférieur à celui des métaux et que, de ce fait, la liaison de-ces matériaux et des métaux à des températures supérieures à 5000C engendre dans les matériaux à base d'oxyde d'aluminium des contrain- tes de compression considérables à la suite desquelles la résistance à la traction se trouve sensiblement accrue, ce qui conduit à une amélioration considérable de la résistance aux variations de température. Pour la protection recherchée, on utilise de préférence des structures multicouches dans lesquelles un nombre impair de couches métalliques est relié à un nombre pair de couches d'oxyde d'aluminium fritté, ou inversement. Un tel rapport impair du nombre des couches de duretés différentes, reliées entre elles, évite des flexions et donc des sollicitations à la traction, auxquelles l'oxyde d'aluminium fritté est très sensible, Cet effet et donc également l'effet de protection sont particulièrement élevés dans les cas de structures dans lesquelles la liaison entre les diifé- rentes couches est établie par soudage sous pression, à des températures supérieures à 500 C. Les métaux utilisés pour les couches métalliques doivent présenter essentiellement les caractéristiques suivantes: ils doivent pouvoir être bien déformés plastiquement à température élevée, mais ne pas présenter une résistance mécanique élevée à température ambiante, et doivent se fragiliser le moins possible lors de la mise en oeuvre, La température à laquelle les différentes couchés des structures multicouches utilisées conformément à l'invention sont reliées entre elles dépend essentiellement du point de ramollissement des métaux utilisés.Ainsi, on soude entre elles des couches en cuivre ou aluminium et les couches en oxyde d'aluminium fritté à une température de par exemple 5000C, et des couches en fer et des couches en oxyde d'aluminium à 1250000 Il est avantageux de procéder au soudage des différentes couches sous atmosphère neutre ou réductrice ou dans le vide. La pression appliquée pour le sou dage dépend des métaux utilisés ou de la composition des alliages de métaux et se trouve au-dessus de la limite d'élasticité de ces métaux. Dans le cas de fer pur, cette pression stélbve, par exemple, à 1 kg/mm. Cependant, la liaison entre les différentes couches des structures utilisées conformément à 11 invention peut également être établie d'une autre manière. Un autre procédé avantageux est le brasage à des températures supérieures à 500 C. Pour obtenir une bonne liaison, on métallise les couches d'oxyde d'aluminium auparavant suivant l'un des procédés connus, par exemple par cuisson d'une couche de manganèse-molybdène, et on établit ensuite la liaison, à des températures de 750 à 10000C, à l'aide d'une brasure argent-cuivre . Dans le cas où les structures ne subissent pas de contraintes trop élevées, la liaison peut également être établie à l'aide de mastics minéraux tels que du verre soluble. Les couches contenant de 11 oxyde d'alumlmiumutilisées dans la structure conforme à l'invention, sont formées à partir de pièces de forme frittées, à des températures supérieures à 15000C et de préférence même supérieures à 1700 C, à partir de masses ayant une teneur en oxyde d'aluminium d'au moins 90%. A cet effet, on utilise de préférence des masses ayant une teneur en Al2O3 supérieure à 95% et de préférence même supérieure à 98%. Pour des raisons qui ne sont pas encore entièrement élucidées jusqu'à présent, il s'est avéré que la liaison des couches et donc l'effet de protection des structures sont d'autant meilleurs que la teneur en Al2O3 des couches d'oxyde d'aluminium est plus élevée, c'est-à-dire que ces couches contiennent moins de substances étran gère s susceptibles de conduire à des phases intermédiaires ou de transition vitreuses. Toutefois, le fait que l'on peut ajouter aux poudres de départ de ces masses contenant de l'oxyde d'al7lminium, avant ltopération de frittage, des additifs bien déterminés tels que, par exemple, des carbures de métaux lourds, en particulier de titane, de tungstène et de molybdène, n'est pas en contradiction avec cette caractéristique. Ces additives améliorent en particulier la liaison entre les couches. Dans le cas où les structures de protection utilisées conformément à l'invention ont une grande étendue, les couches d'oxyde' d'aluminium sont constituées d'un grand nombre de pièces de forme fabriquées par frittage. Ces dernières ne doivent pas obligatoirxttent avoir: des parois de délimitation parallèles, mais peuvent avantageusement avoir également d'autres formes, par exemple une forme sphérique, et être ajustes dans des creux correspondants des couches métalliques, ce qui améliore encore la liaison. Les couches métalliques sont, de préférence, formées de métaux dont le coefficient de dilatation est supérieur à celui de la couche d'oxyde d'aluminium fritté, qui peuvent etre bien déformées plastiquement à haute température, qui ne se fragilisent pas à ces températures et lors de la mise en oeuvre mécanique et qui présentent, en général, de bonnes propriétés de résistance méenni que. Ces couches sont formées, par exemple, de fer pur, d'acier ou d'alliages de fer et d'autres métaux, par exemple un alliage austénitique fer-nickel.Pour empocher la fixation de charges explosives à adhérence magnétique sur les structures, il est avantageux, dans le cas de blindages utilisés à des fins militaires, de former les couches métalliques à partir de métaux amagnétiques, par exemple l'aluminium ou le cuivre. Les structures multicouches utilisées conformément à l'invention procurent une protection surtout contre des corps dont l'effet de destruction est basé sur leur énergie élevée, par exem- ple les éclats apparaissant dans le cas de machines à broyer ou à concasser, les éclats de projectiles et en particulier des projectiles entiers, tout spécialement des charges creuses.Par conséquent, les structures conformes à ltinvention peuvent etre utilisées de préférence pour des parois de protection, des ouvrages de fortification et des positions d'artillerie. laies conviennent tout particulièrement à des objets mobiles tels que des navires, des aéronefs et des véhicules blindés, dont la mobilité, vitesse, autonomie et charge utile dépendent dans une très large mesure de leur poids propre et en particulier du poids de leur blindage.Un avantage particulier des structures multicouches utilisées conformément à l'invention réside encore dans le fait qu'elles présentent une très faible tendance à se briser sous l'effet de chocs, par exmple lors de l'impact d'éclats ou de projectiles, et que mQme en cas de brisure de la couche d'oxyde d'aluminium fritté, cette couche reste en liaison avec les couches métalliques qui y sont fixées par soudage et conserve ainsi encore son efficacité. Pour mieux mettre on évidence l'objet de l'invention, on va décrire ci-après, avec référence au dessin annexé, un exemple de réalisation non limitatif de la structure multicouche conforme à 1 'invention. Sur la figure unique du dessin, les couches 1 à 4 sont des couches métalliques, par exemple des plaques d'acier, soudées à 12000C et sous une pression de 1 kg/mm2 sous vide à des couches d'oxyde d'aluminium 5 à 7. La couche 5 est formée de parallélépipèdes droits en oxWråe d'aluminium fritté, la couche 6 de billes de 203, ajustées dans des évidements correspondants des plaques d'acier 3 et 4 et soudées à ces dernières, et la couche 7 de parallélépipèdes obliques, ce qui présente l'avantage que des projectiles atteignant la structure perpendiculairement ne tombent pas sur des interstices ou des joints qui s'étendent dans la direction dans laquelle ont lieu les impacts les plus fréquents. REVENDICATIONS 1. Structure multicouche pour la protection contre des corps à énergie d'impact élevé, tels que des éclats et des pro jectilegcette structure étant composée de couches alternés de matériaux durs, non ductiles, et de matérieux moins durs et caractérisée par le fait quelle est compacte et constituée d'au moins une couche formée de masses d'oxyde d'aluminium fritté à haute température ayant une teneur en AI2 03 supérieure à 90, et d'au moins une autre couche en un métal ayant un coefficient de dilatation plus élevé que la couche d'oxyde d'aluminium fritté, la couche en oxyde d'alumintum fritté présentant des contraintes de compression engendrées par la fixation entre elles à une température supérieure à 500 C. des couches de composition différente. précitées. 2. Structure multicouche selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les couches contenant les masses d'oxyde d'aluminium fritté sont en nombre pair, les couches métalliques étant en nombre impair, ou inversement. 3. Structure multicouche selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les couches contenant des masses d'oxyde d'aluminium fritté et les couches métalliques sont reliées entre elles par soudure.