Brevet FR2524719A1 — publié le 19831007

La présente invention se rapporte, d'une façon générale, aux absor- beurs d'ondes électromagnétiques et elle concerne, plus particulièrement, des absorbeurs d'ondes dans lesquels on utilise une couche absorbeuse d'ondes en fibres de carbure de silicium, afin de conférer aux absorbeurs d'excellentes caractérisqẻs en ce qui concerne leur résistance mécanique, leur résistance à la chaleur et leur résistance aux produits chimiques et de les rendre d'une qualité satisfaisante pour ce qui est de leur pouvoir d'absorption des ondes ayant des bandes larges. Parmi les absorbeurs d'ondes qui ont été proposés jusqu'à présent, on peut citer ( 1) des composites de ferrite et d'une matière organique telle qu'une résine ou un caoutchouc, ( 2) des composites de poudre de carbone et d'une matière organique telle que des fibres de résine ou wuerésine et ( 3) des stratifiés de fibres de carbone Cependant, étant donné que les composites de ferrite et d'une matière organique présentent non seulement un faible pouvoir absorbant, lorsqu'on les utilise pour absorber des ondes hautes fréquences, en particulier d'au moins 10 G Hz, mais possèdent également un poids spécifique élevé, il était difficile de produire, à partir de ces composites, des absor- beurs d'ondes de faible poids Il était également difficile de réaliser des absorbeurs d'ondes de grandes dimensions à partir des composites de poudre de carbone et d'une matière organique, car ces composites ont une faible résis- tance mécanique Les stratifiés de fibres de carbone présentent les inconvé- nients d'avoir une grande épaisseur et une faible résistance du point de vue du pouvoir d'absorption des ondes En outre, il est impossible de surmonter ces inconvénients à un degré important, même avec l'utilisation combinée des matières provenant des absorbeurs d'ondes classiques ci-dessus. Ainsi, on n'a pas encore réussi à réaliser d'absorbeurs d'ondes pos- sédant d'excellentes caractéristiques de résistance mécanique et d'autres pro- priétés analogues, ainsi qu'un pouvoir d'absorption des ondes dans les bandes de hautes fréquences. La présente invention a pour objet principal des absorbeurs d'ondes qui, non seulement possèdent d'excellentes propriétés telles que la résistance mécanique, la résistance à la chaleur et la résistance aux produits chimiques, mais ont également un excellent pouvoir d'absorption des ondes, en particulier dans les bandes de hautes fréquences. On peut atteindre cet objectif en utilisant des fibres en carbure de silicium dans la couche absorbeuse d'ondes des absorbeurs d'ondes qu'on désire obtenir. Ainsi, les absorbeurs d'ondes selon l'invention sont ceux qui sont caractérisés en ce qu'ils contiennent une couche absorbeuse d'ondes faite de fibres de carbure de silicium. Sur les dessins annexés la figure 1 est un graphique montrant la relation qui existe entre la résistance spécifique de fibres en carbure de silicium et la durée de leur traitement par la chaleur, à chacune des températures de 1300 'C, 14000 C et 15000 C; et -la figure 2 représente des graphiques montrant les atténuations d'ondes effectuées par les absorbeurs d'ondes et déterminées sur la base de l'atténua- tion d'onde inhérente, provoquée par la réflexion de l'onde par la plaque d'aluminium non traitée décrite dans les exemples 1 et 2 ci-après. Les fibres de carbure de silicium, qu'on utilise selon l'invention, présentent une résistance électrique spécifique qui est avantageusement de 105 cm et, de façon particulièrement préférée, de 10 103 Q cm On peut régler des résistances électriques spécifiques de cet ordre de grandeur en faisant varier les conditions du traitement par la chaleur dans une atmos- phère inerte, comme indiqué sur la figure 1 On peut confectionner des tissus, des nappes ou des feutres avec les fibres de carbure de silicium en vue d'une utilisation dans l'invention, ou bien on peut disposer ces fibres parallèle- ment les unes aux autres en couches multiples, les stratifier et ensuite les combiner avec une résine synthétique ou une matière céramique pour former un produit composite devant servir de couche d'absorption d'ondes selon l'inven- tion Les tissus, nappes, feutres ou stratifiés confectionnés en fibres de carbure de silicium, comme indiqué ci-dessus, peuvent être combinés avec une résine synthétique ou une matière céramique en étant liés à la surface de la résine ou de la matière céramique, ou bien en étant interposés en sandwich entre les couches de résine ou de matière céramique Plus la résistance spéci- fique (résistance/poids spécifique) des compositions de fibres de carbure de silicium et de résine ou de matière céramique est élevée, plus les composites seront avantageux Parmi les résines synthétiques qu'on utilise pour préparer de tels composites, on peut citer les résines thermodurcissables, telles que les résines du type époxy et des résines du type phénol, et des résines thermo- plastiques, telles que le PPS et le nylon Les matières céramiques utilisées sont notamment la silice-alumine, le Si N, le Si C et le "Sialon". Les absorbeurs d'ondes selon l'invention doivent avoir un pouvoir d'absorption d'ondes, exprimé par une atténuation d'ondes qui soit d'au moins 10 d B ( 1/10 de la quantité d'incidence) supérieure à l'atténuation d'ondes provoquée par la réflexion de l'onde sur la plaque métallique non traitée exempte de couche absorbante, l'onde en question étant du type ayant une fréquence de 8 à 16 G Hz (l'atténuation d'onde qu'on obtient avec la plaque métallique non traitée exempte de couche absorbante étant appelée ci-après "atténuation inhérente" dans un but de simplification) Les absorbeurs d'ondes selon l'invention sont efficaces surtout quand on les emploie pour des avions militaires, étant donné que les ondes ayant une fréquence de 8 à 16 G Hz sont utilisées dans les radars En outre, aucun absorbeur d'ondes traditionnel n'est capable de présenter une absorption d'ondes équivalente à une atténuation d'ondes supérieure d'au moins 10 d B à l'atténuation inhérente, quandl'ondeutilisée a une fréquence de 8 à 16 G Hz. Il ressort de ce qui précède que non seulement les absorbeurs d'ondes selon l'invention possèdent un pouvoir d'absorption d'ondes satisfaisant, qui est supérieur d'au moins 10 d B (dans la bande large de fréquences de 8 à 16 G Hz) à celui qu'on obtient avec les absorbeurs classiques, mais aussi les fibres de carbure de silicium qu'on utilise dans la couche d'absorption d'ondes de ces absorbeurs présentent une résistance à la traction d'au moins 120 kg/mm lorsqu'on les utilise seules dns 1 acoulhe Esorbantelarésistance à la traction étant d'au moins 70 kg/mm si les fibres sont combinées avec une résine synthé- tique ou une matière céramique D'autre part, les absorbeurs d'ondes, qui utilisent des fibres en carbure de silicium seules dans la couche absorbante, peuvent être utilisés régulièrement à 1000 'C dans une atmosphère oxydante et ils résistent à la corrosion vis-à-vis de presque tous les produits chimiques on peut donc dire qu'ils ont une excellente résistance à la chaleur et aux produits chimiques On peut également envisager de combiner d'abord les fibres de carbure de silicium avec une résine synthétique ou une matière céramique et ensuite de mouler l'ensemble pour obtenir des composites de formes variées. Les exemples suivants et les exemples comparatifs servent à illustrer l'invention sans aucunement en limiter la portée EXEMPLE 1 On file à l'état fondu un polymère d'organo-silicium ayant un poids moléculaire de 2000 à 20000, on le rend infusible et on le cuit pour obtenir des fibres de carbure de silicium qu'on traite pour former un tissu textile du type satin à 8 couches ayant 0,5 mm d'épaisseur On applique le tissu tex- tile ainsi obtenu, fait de fibres de carbure de silicium, sur la face avant d'une plaque d'aluminium métallique On mesure sur la plaque d'aluminium portant le tissu textile, l'atténuation d'une onde ayant une fréquence de 8 à 16 G Hz, par sa réflexion sur la plaque portant le tissu textile en se basant sur l'at- ténuation inhérente (provoquée par la réflexion de l'onde sur la plaque d'alu- minium ne portant pas de tissu) Le résultat apparaît sur la figure 2 On voit sur cette figure que l'absorbeur d'ondes selon l'invention réalise une atténua- tion supérieure d'au moins 10 d B à l'atténuation inhérente et que ledit absor- beur possède en conséquence un excellent pouvoir d'absorption des ondes. EXEMPLE 2 On utilise le même polymère d'organo-silicium que dans l'exemple 1, qu'on file à l'état fondu, qu'on rend infusible et qu'on traite ensuite par la chaleur à 1400 'C pendant 10 minutes dans une atmosphère inerte pour obtenir des fibres de carbure de silicium ayant une résistance électrique spécifique de 3 x 10 Q 2 cm et une résistance à la traction de 120 kg/mm 2 On combine les fibres de carbure de silicium ainsi obtenues avec une résine époxy constituant la matière de matrice, afin d'obtenir un composite de résine renforcé uni- directionnellement par des fibres (FRP) sous forme d'une plaque ayant une teneur volumique en fibres (V) de 60 % On appliqué le composite ainsi obtenu f sous forme d'une plaque sur la face avant d'une plaque d'aluminium métallique en utilisant un liant de résine époxy afin d'obtenir un absorbeur d'ondes dont on mesure l'atténuation (d B) pour une onde de fréquence de ô à 16 Gl Iz en se basant sur l'atténuation inhérente Le résultat apparaît sur la figure 2 On voit sur cette figure que l'utilisation de cet absorbeur d'ondes permet d'at- teindre une atténuation supérieure d'au moins 10 d B à l'atténuation inhérente, ce qui prouve que l'absorbeur présente un excellent pouvoir d'absorption d'ondes En outre, la plaque en FRP possède une résistance à la traction de kg/mm dans la direction des fibres, ce qui indique une résistance mécani- que spécifique suffisante. EXEMPLE 3 On file à l'état fondu le même polymère d'organo-silicium que dans l'exemple 1, on le rend infusible et on le traite ensuite par la chaleur à 13000 C pendant 20 minutes dans une atmosphère inerte, pour obtenir des fibres de carbure de silicium ayant une résistance électrique spécifique de 3 x 103 cm et une résistance à la traction de 150 kg/mm On fait passer les fibres de carbure de silicium ainsi obtenues à travers une résine acrylique renfermant, en dispersion, du Si 3 N 4 sous forme d'une poudre fine ( 350 mesh ou plus fin), pour imprégner les fibres à un degré suffisant avec la poudre fine de Si 3 N 4 et obtenir ainsi des feuilles pré-imprégnées. On stratifie ensemble dix feuilles ainsi pré-imprégnées et on les introduit dans un récipient sous vide que l'on dégazéifie ensuite, dont on réduit la pression et qu'on ferme. O ' On traite par la chaleur le récipient clos contenant les feuilles préimprégnées à 1400 C et 107 Pa pendant une heure, en utilisant une presse hydrostatique à chaud, pour obtenir un composite de Si 3 N 4 renforcé unidirection- nellement par des fibres de Si C (FRC) ayant une teneur volumique en fibres (Vf) de 50 %. On applique le FRC ainsi obtenu sur la face avant d'une plaque d'acier. Sur la plaque d'acier portant la couche de FRC, on mesure l'atténuation (d B) d'une onde ayant une fréquence de 8 à 16 G Hz en se basant sur l'atténuation inhérente, avec pour résultat que la plaque d'acier portant le FRC présente une atténuation supérieure d'au moins 20 d B à l'atténuation inhérente lors- qu'on dirige une onde d'une fréquence de 13 G Hz sur la plaque d'acier portant le FRC et aussi une atténuation supérieure d'au moins 12 d B à l'atténuation inhérente quand on lui applique une onde ayant une fréquence de 8 à 16 G Hz à l'exception de 13 G Hz. Par ailleurs, le FRC présente une résistance à la flexion de 70 kg/mm qui est supérieure à 50 kg/mm, valeur usuelle pour le Si 3 N 4, et possède une résistance à la chaleur bien meilleure que celle du FRP obtenu dans l'exemple 2. On file à l'état fondu le même polymère d'organo-silicium que dans EXEMPLE COMPARATIF 1 l'exemple 1, on le rend infusible et on le traite ensuite par la chaleur à 1200 C pendant 10 minutes en atmosphère inerte, pour obtenir des fibres de carbure de silicium ayant une résistance électrique spécifique de 2 x 10 62 cm On combine les fibres ainsi obtenues avec une résine époxy à titre de matrice et on obtient un composite de résine renforcé unidirectionnellement par des fibres (FRP) sous forme d'une plaque, dont la teneur volumique en fibres (Vf) est de 60 %. On applique ce composite sous forme de plaque, sur la face avant d'une plaque d'alumnnium métallique à l'aide d'un liant de résine époxy Sur la plaque d'aluminium ainsi obtenu portant la couche de FRP, on mesure l'atténuation (d B) en se basant sur l'atténuation inhérente, en utilisant une onde ayant une fréquence de 8 à 16 G Hz comme onde devant 8 tre réfléchie par la plaque d'aluminium portant la couche de FRP ou par la plaque d'aluminium sans couche de FRP L'atténuation obtenue est seulement de O à 5 d B par rapport à l'atténua- tion inhérente. EXEMPLE COMPARATIF 2 On file à l'état fondu le même polymère d'organo-silicium que dans l'exemple 1, on le rend infusible et on le traite ensuite par la chaleur à 1500 C pendant 180 minutes en atmosphère inerte, pour obtenir des fibres de carbure de silicium ayant une résistance électrique spécifique de 3 x 101 cm. On procède ensuite comme dans l'exemple comparatif 1 sauf qu'on utilise les fibres de carbure de silicium ci-dessus et on obtient ainsi une plaque d'alu- minium revêtue de FRP, sur laquelle on mesure l'atténuation des ondes (d B) en se basant sur l'atténuation inhérente provoquée par la réflexion de l'onde par la plaque d'aluminium initiale nue, l'onde utilisée ayant une fréquence de 8 à 16 G Hz, avec pour résultat que l'atténuation mesurée est seulement de 0 à 3 d B. Comme il a été dit, les absorbeurs d'ondes électromagnétiques selon l'invention possèdent un pouvoir satisfaisant d'absorption d'ondes, d'excel- lentes propriétés de résistance mécanique, de résistance à la chaleur et de résistance aux produits chimiques et on peut les combiner avec une résine synthétique ou une matière céramique pour obtenir des composites ayant une forme désirée quelconque; ils sont donc d'une utilité toute particulière sur des avions militaires. REVENDICATIONS 1 Absorbeur d'ondes électromagnétiques, caractérisé en ce qu'il comprend une couche d'absorption des ondes électromagnétiques formée essentiel- lement de fibres de carbure de silicium. 2 Absorbeur d'ondes électromagnétiques selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la couche d'absorption d'ondes électromagnétiques est appli- quée sur une plaque métallique. 3 Absorbeur d'ondes électromagnétiques selon la revendication 2, caractérisé en ce que la plaque métallique portant la couche d'absorption d'on- des exerce une atténuation qui est supérieure d'au moins 10 d B à l'atténua- tion inhérente provoquée par la réflexion de l'onde sur la plaque métallique initiale ne portant pas de couche absorbante, l'onde utilisée ayant une fré- quence de 8 à 16 G Hz 1 4 Absorbeur d'ondes électromagnétiques selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les fibres de carbure de silicium ont une résis- tance électrique spécifique comprise entre 10 et 1 055 cm. Absorbeur d'ondes électromagnétiques selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que, pour préparer la couche d'absorption d'ondes élec- tromagnétiques, on stratifie ensemble au moins un produit choisi parmi le groupe comprenant les tissus en fibres de carbure de silicium, les nappes et les feutres en tissus de cette nature et les faisceaux de fibres de carbure de silicium parallèles pour former des stratifiés et ensuite on combine les stratifiés ainsi obtenus avec une résine synthétique ou une matière céramique.