Brevet FR2637063A1 — publié le 19900330

La présente invention a pour objet un procéde de réalisation de plaques de blindage à base de céramique et les plaques de blindage obtenues par ledit procédé. De façon plus précise, la présente invention concerne un mode de réalisation de blindage de protection contre les projectiles divers et en particulier les balles perforantes. Jusqu'à présent, cette protection était assurée en général par des aciers spéciaux, comme par exemple, dans le cas des véhicules blindés. Ce type de blindage, est certes efficace, mais il présente l'inconvénient de constituer un poids mort très important pour le véhicule qui en est muni. Ce problème qui est déjà aigu pour les véhicules terrestres le devient encore beaucoup plus dans le cas des hélicoptères, ou des avions où bien entenau le poids joue un rôle primordial. On a déjà réalisé des blindages sensiblement plus legers a partir de complexes à base de céramique. Le point mort résultant est alors réduit d'au moins la moitié. Toutefois, ces blindages existants présentent un inconvénient: la détérioration due à un projectile ne se limite pas au point du blindage ou a lieu l'impact, mais s 'étend à toute une zone relativement importante entourant le point d'impact. Toute cette zone perd bien sûr ses qualités protectrices. La présente invention a précisément pour objet un procédé de réalisation de plaques de blindage à base de céramique et les plaques de blindage obtenues par ledit procédé qui pallient l'inconvenient cité ci-dessus en particulier en permettant de limiter la zone de blindage endommagée à une région très limitée du blindage autour du point d'impact du projectile. Le procédé se caractérise en ce qu'on réalise une grille présentant des orifices sensiblement rectangulaires, ladite grille ayant une bonne rigidité, en ce qu'on fixe rigidement dans chaque orifice un élément en céramique à forte cohésion ayant sensiblement les memes dimensions que ledit orifice et en ce qu'on fixe sur la face de ladite grille une plaque d'un matériau capable d'arrêter les fragments du projectile envoyé sur ledit blindage et sur la face arriere une plaque en un matériau capable d'empêcher le délaminage. Selon un premier mcde de réalisation, la grille est obtenue par assemblage de cadres élémentaires rectangulaires fixés les uns aux autres par leur bord extérieur. De préférence, chaque cadre est réalisé en fils de verre noyé dans une résine et les cadres sont collés entre eux de façon frigide. Selon une autre caractéristique, les éléments en céramique sont collés à l'intérieur des orifices. La plaque de blindage obtenue par le procédé se caractérise en ce qu'elle comprend une grille rigide présentant des orifices sensiblement rectangulaires dans lesquels sont fixés des éléments en céramique à haute cohésion, les éléments en céramique occupant la- totalité des orifices et ayant senslblement la même épaisseur que ladite grille. La couche constituée par la grille et les éléments en céramique est recouverte sur une de ses faces par une plaque en un matériau capable d'arrêter les fragments de proDectiles et sur son autre face par une plaque en un matériau capable d'empêcher le délaminage, lesdites plaques étant rigidement fixées sur ladite couche. De préférence, la grille est constituée par des cadres rectangulaires tous identiques fixés les uns aux autres par leur bord extérieur. Dans un premier mode de réalisation, les cadres sont fixés de telle façon qu'ils soient dans un même plan, la plaque obtenue étant alors plane. Selon un autre mode de réalisation, les cadres sont fixés de telle façon que leurs plans forment entre eux, un certain angle de telle sorte que la plaque obtenue ait la forme d'un polyedre dont les faces sont les éléments en céramique. Les éléments en céramique sont constitués de préférence, à base d'alumine, de carbure de silicium ou de carbure de bore. Selon un mode préféré de réalisation, les cadres formant la grille sont constitués par complexe base de filament de verre et de résine époxyde. De toute taçon, l'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, de plusieurs modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux figures annexées sur lesquelles, on a représenté: - sur la figure 1, une vue en perspective de la grille constituant la structure de la plaque de blindage, - sur la figure 2, une vue en coupe verticale de la plaque de blindage conforme à l'invention, et - sur la figure 3, une coupe verticale d'une plaque de blindage de forme bombée. Pour décrire un premier mode de réalisation de la plaque de blindage, on se reportera aux figures annexées 1 et 2. Sur la figure 1, on a représenté en perspective, la grille 2 servant de structure à la plaque de blindage. Cette grille 2 comporte une pluralité d'orifices tels que 4 traversant de part en part ladite grille. Ces orifices 4 ont une forme sensiblement rectangulaire. I1 va de soi que ces orifices 4 peuvent avoir la forme d'un carré, ceci ne constituant qu'un cas particulier de la forme rectangulaire. Dans le mode de réalisation particulier représenté sur la figure 1, la grille 2 est constituée par une pluralité de cadres tels que 6, de forme sensiblement rectangulaire. Ces cadres entourent "les orifices 4". La grille est obtenue en flxant les uns aux autres les cadres 6 par leurs bords extérieurs tels que 8. De préférence, les cadres 6 ont tous la même forme pour des raisons de commodité d'usinage et de montage.Mais il va de soi, que les cadres 6 pourraient avoir des formes différentes. De façon préférée, chaque cadre est réalisé en fils de verre roving enduit de résine époxyde. De façon plus précise, on réalise un tube à section rectangulaire ayant la même section que le cadre 6 et on coupe en "tranches" ce tube pour obtenir chaque cadre. Ce matériau peut bien sûr être remplacé par d'autres matériaux du type plastique armé ou même éventuellement par un métal tel que l'aluminium. I1 faut que le matériau utilisé assure à l'ensemble de la grille une très bonne rigidité. En utilisant d'autres matériaux, tels que certaines résines ou des niétaux et alliages légers, il serait possible de réaliser en une seule pièce l'ensemble de la grille 2. Ce mode de réalisation fait bien sûr partie de l'invention. Dans le cas où l'on a des cadres 6 séparés, l'assemblage des cadres est obtenu par collage. La colle qui peut être de différentes sortes doit assurer une lialson du type rigide entre les différents cadres. Pour cela, on peut utiliser de préférence, des colles à base de résine thermodurcissable. Dans le cas où les cadres 6 sont réalisés en fils de verre roving, chargés en résine époxyde, on choisit de préférence pour la colle, une colle à base de résine époxyde chargée et polycon densée à moins de 1000C. Il va de soi, qu'en utilisant un autre matériau, pour la réalisation des cadres, on choisirait un autre type de colle. A l'intérieur de chaque orifice 4, on trouve un élément céramique tel que 10. Chaque élément céramique a une épaisseur qui est sensiblement égale à l'épaisseur de la grille 2 et ses dimensions sont sensiblement égales à celles des orifices 4. De façon plus précise, ces éléments céramiques ont des dimensions très légèrement inférieures aux dimensions des orifices 4 pour permettre le collage de l'élément céramique 10 à l'intérieur du cadre 6. Les éléments 10 sont réalisés en céramique qui doit présenter une haute cohésion. On peut utiliser de préférence, une céramique à base d'oxyde d'alumine qui présente l'avantage d'être la moins onéreuse. On peut également utiliser des céramiques à base de carbure de silicium ou de carbure de bore. Ces éléments en céramique constituent la partie active du blindage. Selon un mode de réalisation préféré, les éléments en céramique ont une épaisseur de 7,5 mm et ont une section ayant la forme d'un carré de 50 mm de côté. Ces dimensions ne sont bien sûr, nullement limitatives. Elles correspondent à des essais. On peut toutefois préciser que les dimensions (50x50) correspondent à un compromis entre une dimension inférieure qui limiterait encore plus la zone abimée par un impact, mais qui nécessiterait un très grand nombre de cadres et qui serait donc très onéreuse et des dimensions nettement plus grandes qui seraient moins onéreuses en nécessitant moins de cadres, mais qui entrainerait un endommagement d'une zone plus grande autour du point d'impact. Les éléments céramiques 10 sont collés à l'intérieur des cadres 6, à l'aide d'une colle du même type que celle qui est utilisée pour le collage des cadres 6 entre eux. Le blindage comporte en outre de part et d'autre de la couche constituée par la grille 2 et les éléments en céramique 10 deux couches référencées respectivement 12 et 14. La couche 12 correspondant à la partie exterieure du blindage (surface du blindage susceptible d'être frappée par les projectiles) est de préférence, constituée par un ensemble de matériau capable d'arrêter les fragments de proDectlles engendrés par l'impact pour diminuer ainsi les risques de blessure par éclats du personnel protégé et du personnel environnant. De préférence, la couche 12 est réalisée en un tissu élastique à base par exemple de nylon imprégné par une résine. Cette résine peut être du type époxyde ou du type polyuréthane. La couche 12 est collée sur la grille et sur les éléments en céramique avec une colle du type époxyde. La couche arrière 14 est constituée de préférence, par un tissu de verre du type roving à armature toile. Le poids de résine doit être choisi de façon à obtenir la meilleure liaison possible. Le tissu roving est bien sûr traité avec des agents de pontage reconnu comme assurant les meilleures liaisons avec ce type de résine (amino-silane). Cette couche 14 est également collée sur la deuxième face de la grille 2 et des éléments en ceramique 10. Cette couche 14 est constituée par plusieurs épaisseurs du tissu de verre de telle façon qu'on obtienne l'épaisseur souhaitée. Dans certains cas, il peut être intéressant d'introduire entre la couche constituée par la grille et les éléments en céramique et les deux couches 12 et 14, une couche intermédiaire permettant une meilleure fixation de couche 12 et 14 sur la grille et sur les éléments en céramique. La nature de ces couches intermédiaires dépend bien sûr du matériau constitutif des éléments en céramique et des couches 12 et 14. On peut remplacer une partie des couches en tissu de verre par des nappes de carbone fort module ou des nappes de bore. Cela rend la plaque plus rigide (module d'élasticité supérieur à 10 000 hectobars) et procure un gain de poids par rapport à l'utilisation du tissu de verre. Selon un autre mode de réalisation, on peut remplacer une partie des couches de tissus de verre par des fibres polyaromatiques haut module sur une structure composite. De telles fibres sont commercialisées sous le nom de "Kelvar". On obtient alors, un module d'élasticité de l'ordre de 7 500 et une densité de 1,1 à 1,2. Dans le mode de réalisation précédemment décrit, la plaque de blindage est plane. C'est-à-dire que les cadres constituant la grille 2 sont tous placés dans un même plan. Sur la figure 3, on a représenté en coupe verticale, une plaque de blindage ayant une forme bombée. Pour cela, les plans X1 x'1, X2, X'2, et X3, X'3 font entre eux un angle. La ligne moyenne des cadres 61, 62, 63 est courbe. On peut adapter le rayon de courbure de cette ligne courbe gracie à l'angle que font les plans X1, X2, X3. Il va de soi qu'on pourrait également réaliser un profil courbe selon la direction de la plaque perpendiculaire au plan de la figure 3.Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 3, les bords des cadres 6 sont perpendiculaires au plan de ces cadres. C'est la colle servant à relier les différents cadres (réferencée 16 et 18) qui donne l'angle entre les plans. On pourrait très bien concevoir des cadres dont les bords externes 8 feraient un angle pour assurer la courbure de la grille obtenue par association desdits cadres. A titre d'exemple, on peut résumer ainsi la réali- sation d'une plaque de blindage conforme à l'invention. Dans une première étape, on pré-imprègne un tissu nylon élastique avec une résine époxyde. On fabrique un tube carré en fibres de verre roving Imprégné de résines époxydes ayant des cotes intérieures égales au module des éléments céramiques et une épaisseur égale à la moitié de l'intervalle choisi entre deux éléments consecutifs. On débite le tube en éléments de hauteur égale à l'épaisseur des éléments céramiques. On ponce et on dégraisse les éléments de tube et on les colle à l'alde, par exemple, d'une résine époxyde pour constituer une grille destinée à recevoir les éléments céramiques. Par pré-imprégnation d'un tissu de verre roving (par exemple du type 435 g/m2) avec une résine époxyde de quantité suffisante pour obtenir l'épaisseur voulue, on obtient ainsi la couche 14. I1 faut une trentaine de couches pour obtenir une épaisseur finale de l'ordre de 10 mm. On prépare un moule ayant la forme extérieure de l'ensemble de la plaque de blindage, ce moule étant éventuellement muni d'un agent démoulant. On place à l'intérieur du moule dans l'ordre: - une couche du tissu nylon élastique imprégné de résine époxyde ou polyuréthane, - une couche de colle, - une grille fabriquée à l'avance comme on l'a décrit précé demment, - un garnissage en colle des éleençs céramiques préalablement dégraissés et mis en place dans la grille, et - n couches de tissu de verre rovina époxyde pour obtenir l'épaisseur voulue. On place dans un four le moule rempli. On assure une culsson sous presse dans les conditions suivantes: pression 20 bars maximum; température de l'ordre de 1500 pendant deux heures. Ce résultat peut être obtenu également par cuisson en autoclave ou par la méthode du sac à vide. De telles plaques de blindage peuvent avoir de nombreuses applications en particulier militaires. Sur les hélicoptères, on peut réaliser ainsi la protection du torse avant et arrière ainsi que la protection des jambes du mitrailleur embarqué. Sur les avions, on réalise à l'aide des plaques de blindage la protection du siège du pilote et du copilote et des mitrailleurs, la protection du compresseur et du contrôle de carburants, la protection des servo-mécanismes et des réservoirs primaires de pression hydrauliaue. Sur des embarcations légères, on peut assurer grace à ces plaques la protection de la cabine de pont et la protection du mitrailleur canonier. REVENDI CAT io:s 1. Procédé de tabrication de plaques de blindage en matériau céramique, caractérisé en ce qu'on réalise une grille présentant un des orifices sensiblement rectangulaire, ladite grille ayant une bonne rigidité, en ce qu'on fixe rigidement dans chaque orifice un élément céramique à forte cohésion ayant sensiblement la même dimension que ledit orifice et en ce qu'on fixe sur la face avant de ladite grille une plaque d'un matériau capable d'arrêter les tragments des proDectiles envoyés sur ledit blindage et sur la face arrière une plaque d'un matériau capable d'empêcher le dé laminage de ladite plaque. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on réalise la grille par assemblage de cadres élémentaires rectangulaires fixés les uns aux autres par leurs bords extérieurs. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que chaque cadre est réalisé en matière synthétique et que lesdits cadres sont collés entre eux de façon rigide. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les pastilles en céramique sont collées à l'intérieur des orifices de ladite grille. 5. Procéaé selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que la colle est à base de résine époxyde. 6. Plaque de blindage obtenue par la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comprend une grille rigide présentant des orifices sensiblement rectangulaires dans lesquels sont fixés des éléments en céramique à haute cohésion, des éléments en céramique occupant la totalité des orifices et ayant sensiblement la même épaisseur que ladite grille, la couche constituee par ladite grille et lesdits éléments en céramique étant recouverte sur une de ses faces par une couche en un matériau capable d'arrêter les fragments de projectile et sur son autre face par une couche en un matériau capable d'empêcher le délaminage, lesdites couches étant rigidement fixées sur ladite couche. 7. Plaque selcn la revendication 6, caractérisée en ce que ladite arille est constituée par des cadres rectangulaires tous identiques, fixés les uns aux autres par leur bord extérieur. 8. Plaque selon la revendication 7, caractérisée en ce que les cadres sont fixés de telle façon qu'ils soient tous dans un même plan, la plaque ainsi obtenue étant plane. 9. Plaque selon la revendication 7, caractérisée en ce que les cadres sont fixés de telle façon que leur plan forme entre eux un certain angle de telle sorte que la plaque obtenue ait la forme d'un polyèdre dont les faces sont les éléments en céramique. 10. Plaque selon la revendication 6, caractérisée en ce que les éléments en céramique sont constitues en un matériau choisi dans le groupe comprenant l'oxyde d'alumine, le carbure de silicium et le carbure de bore. 11. Plaque selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisée en ce que la grille est réalisée en fils de verre enduits de résine. 12. Plaque selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisée en ce que la couche arrière est constituée par un empilement de plusieurs épaisseurs de tissus de fibres de verre imprégnés de résine. 13. Plaque selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisée en ce que la couche arrière est constituée par un empilement d'épaisseurs de tissus de fibres verre et de nappes de carbone haut module. 14. Plaque selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisée en ce que la couche arrière est constituée par un empilement d'épaisseur de tissus de fibres de verre et de nappes de bore haut module. 15. Plaque selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisée en ce que la couche arrière est constituée par un empilement d'épaisseur de tissus et de nappes de fibres polyaromatiques haut module.