Brevet FR2727507A1 — publié le 19960531

La présente invention est relative à une plaque de blindage multicouche comprenant au moins un assemblage d'une couche de céramique et d'une couche métallique ainsi qu'un procédé pour sa fabrication. On sait que des blindages de ce type sont particulierement efficaces contre la pénétration de projectiles lorsqu'ils comportent sur le côté de l'impact du projectile un matériau dur et donc obligatoirement cassant protégé par une couche postérieure en un matériau doux et tenace. Le blindage en acier présentant une surface durcie par cémenta tion ou par un procédé analogue est un exemple de blindage de ce type utilisé presque exclusivement depuis fort longtemps. Sa masse spécifique importante est un inconvénient pour son utilisation a des épaisseurs suffisantes; sa résistance aux projectiles explosifs munis d'une charge creuse est en outre insuffisante.C'est la raison pour laquelle on a déjà proposé des blindages dans lesquels la couche dure destinée à briser dans la mesure du possible le projectile qui la rencontre est réalisée en céramique liée à une couche d'un alliage de métal léger à grande résistance. La liaison entre les deux couches est réalisée par collage ou soudure à l'étain. On rencontre des difficultés de fabrication des qu'il s'agit de réaliser des parties présentant des surfaces courbes et non pas des simples plaques planes. La liaison par collage ou par soudure à l'étain constitue une zone faible à l'endroit de laquelle une séparation de portions de céramique peut intervenir sous l'action de l'énergie libérée lors du choc du projectile. Par ailleurs ces plaques composites ne présentent pas la transition continue du matériau dur au matériau doux qui caractérise les blindages en acier mentionnés précédemment. On connatt dans la technique nucléaire l'utilisation de couches permettant de limiter la propagation du rayonnement radio-actif. On connaît également le blindage de locaux contre des radiations parasites électromagnétiques au moyen de cages en mailles de fils de fer ou en feuilles métalliques qui viennent enserrer le local. La présente invention a pour objet, compte tenu de cet état de la technique, de réaliser un matériau de blindage qui puisse etre fabriqué sous pratiquement n'importe quelle forme et qui utilise la dureté et la résistance à la fusion de la céramique ainsi que la haute ténacité des métaux tout en présentant une transition pratiquement continue d'un matériau à l'autre. La formation de tensions susceptibles d'affecter l'intégrité ou la fixation de la céramique sur le métal doit etre diminuée ou supprimée. Enfin le matériau doit facultativement être en mesure d'assurer une protection à l'encontre du rayonnement radio-actif et/ou des impulsions électromagnétiques. Cet objet est rempli par une plaque de blindage multicouche comportant au moins un assemblage d'une couche de céramique et d'une couche métallique dans lequel les deux couches sont liées entre elles chaque fois par une couche de transition en un mélange metaltceramique dont le contenu en l'un et l'autre des composants se modifie de manière approximativement continue et dans le même sens depuis la couche de métal jusqu'à la couche de céramique.Le mélange de métal et de céramique rendu possible par l'utilisation du procédé de fabrication qui sera décrit plus loin permet l'obtention d'une modifie tion pratiquement continue des propriétés du matériau depuis le côté antérieur dur et cassant jusqu'au côté postérieur relativement doux et tenace, l'épaisseur souhaitée de la plaque étant obtenue par la réalisation successive de couches partielles dont chacune peut représenter une composition modifiée et qui présente une épaisseur de quelques dixièmes de millimètres. On obtient ainsi un accrochage nettement améliorée entre les deux matériaux. Dans un mode de réalisation de l'invention, la couche métallique et la couche de transition contiennent le meme métal. Il en résulte une liaison particulièrement intime des couches entre elles qui est avantageuse dans le cas où des raisons de fabrication ou d'utilisation ne militent pas pour la réalisation d'une couche de transition à l'aide d'un autre métal que celui de la plaque de base. La couche métallique et/ou la couche de transition peuvent etre constituées ou comprendre un alliage de métal léger. Dans ce cas il est possible de 3 réaliser des masses par unité de volume d'environ 4 g/cm ce qui signifie que le blindage ici préconisé ne pèse qu' environ la moitié d'un blindage en acier de même épaisseur. Dans un mode de réalisation de l'invention, la couche de céramique est noyée entre deux couches de transition qui sont elles-memes enserrées par deux couches métalliques. Dans ce cas une couche de céramique médiane est disposée avec de chaque côté, de manière approximativement symétrique, les couches de transition et métallique. Dans une telle disposition de la couche dure entre deux couches ductiles (disposition qui n1 était pas possible avec les blindages en acier mentionnés précédemment) une séparation de portions de la couche de céramique par le projectile qui la heurte est rendue très difficile. Dans un mode de réalisation de l'invention, la couche de céramique, et éventuellement une partie de la couche de transition, sont divisées en parties individuelles par des rainures. Il en résulte une diminution des tensions intervenant dans la céramique ce qui évite le risque que des fissures provoquées lors de l'impact de projectiles puissent se propager sur de plus grandes distances. Une ou plusieurs des couches partielles de la couche de céramique ou de la couche de transition ou encore une couche supplémentaire, peuvent contenir une matière absorbant le rayonnement radio-actif ou etre constituée d'une telle matière. Le blindage peut alors protéger au moins en partie de l'influence du rayonnement radio-actif (par exemple produit par l'explosiion d'une arme nucléaire). On prévoit également à la suite d'explosion de ce type l'émission d'impulsions électromagnétiques de grande puissance qui sont capables d'endommager les appareils électroniques se trouvant dans les locaux à protéger. Dans ce but, une ou plusieurs des couches métalliques ou une couche métallique supplémentaire, sont utilisées à titre de blindage contre les impulsions électromagnétiques de façon à protéger également contre cette forme particulière d'attaque. Le procédé selon l'invention permettant la réalisation d'une plaque de blindage du type de celles qui viennent d'etre décrites, consiste à déposer sur une plaque métallique ou sur un objet métallique par pulvérisation thermique, des couches partielles successives de la couche de transition et de la couche de céramique. Avant la première couche partielle, une couche supplémentaire en métal est déposée et pour la réalisation des couches partielles, on remplace en continu chaque fois une partie du métal par de la céramique.Grâce à un tel procédé de pulvérisation thermique à haute température, il est possible non seulement de revetir des pièces de formes pratiquement quelconques mais également d'obtenir des épaisseurs de blindage plus importantes par revêtement d'une pluralité de couches relativement minces ainsi que la modification pratiquement continue désirée des propriétés du matériau. Après les étapes ainsi mentionnées, il est possible de déposer d'autres couches partielles pour lesquelles on remplace en continu une partie de la céramique par du métal puis on dépose une couche en métal pur. Ce procédé permet la réalisation de blindage comportant une couche dure disposée au milieu du blindage. La pulvérisation des couches partielles individuelles peut etre réalisée à travers un masque dont la projection sur la plaque correspond à la disposition des rainures désirées. Un masque utilisable dans le procédé de l'invention peut être réalisé à l'aide de fils ou de tôles s'étendant dans deux dimensions. Un tel masque est facile à fabriquer et à utiliser. Si l'on répète les étapes du procédé ainsi défini plusieurs fois on peut fabriquer un blindage comportant une pluralité de couches métalliques et céramiques alternées. Cela peut etre nécessaire lorsque pour une épaisseur totale de blindage donnée, les couches individuelles ne doivent pas dépasser une certaine épaisseur, par exemple en vue de réduire les tensions. Les dessins annexés, réalisés de manière schématique pour faciliter la compréhension illustrent sur la figure 1 une coupe d'une plaque de blindage selon l'invention et sur la figure 2 une vue en perspective d'une disposition permettant la mise en oeuvre d'un mode de réalisation du procédé de l'invention. La fabrication d'une plaque de blindage référencée dans son ensemble 10 commence par une pièce ou une plaque 11 de préférence en alliage de métal léger dur. Sur la figure 1 de gauche à droite, on effectue tout d'abord la pulvérisation d'une couche métallique 13, la plaque 11 et la couche 13 pouvant être constituées de différents métaux. Puis d'autres couches partielles 14, 15 (représentées avec une épaisseur largement exagérée) et formant ensemble une couche de transition 16 sont déposées par pulvérisation thermique à haute température en remplaçant en continu dans le matériau pulvérisé le métal par une céramique appropriée par exemple de l'oxyde d'aluminium ou du carbure de titane. Pour simplifier on n'a représenté sur le dessin que deux couches partielles.Dans la pratique leur nombre peut être nettement plus important selon l'épaisseur totale de la plaque de blindage désirée et pour l'obtention d'un gradient de concentration pratiquement continu du métal jusqu'à la céramique ou inversement. Enfin une couche 12 en céramique pure est déposée (habituellement également en plusieurs étapes partielles). Si l'on admet une trajectoire de projectile se déplaçant de la droite vers la gauche, le blindage ainsi obtenu constitue déjà un blindage efficace. Il peut encore etre amélioré en déposant, selon une suite d'opéra tions inversée, d'autres couches partielles 15, 14 dans lesquelles on remplace en continu dans le matériau de pulvérisation la céramique par du métal. On termine le blindage par une autre couche 13 comprenant uniquement un métal. En cas de besoin on peut encore inclure dans le blindage d'autres couches qui peuvent par exemple également être obtenues à l'aide de couches partielles, pour la réalisation d'effets particuliers. La disposition des couches n' est pas obligatoirement celle qui a été adoptée ici, d'autres dispositions pouvant etre envisagées.On a représenté une couche 17 en un matériau absorbant les radiations radio-actives, par exemple en carbure de bore, et une autre couche 18 en un métal, par exemple le cuivre ou le fer, qui assure un effet de blindage efficace contre les impulsions électroma gnétiques. Dans le cadre de la présente invention, on peut également remplacer les couches 17 et 18, qui présentent, dans le mode de réalisation illustré, un caractère discret, par un mélange correspondant de leurs constituants dans les couches 12 et 13 au cours du processus de fabrication. Les épaisseurs relatives des différentes couches peuvent également ne pas être identiques comme illustré mais être variables en fonction de la protection recherchée. Cette construction de couches peut éventuellement etre répétée.Le nombre et l'épais- seur des différentes couches individuelles dépendent non seulement de l'épaisseur totale recherchée pour le blindage mais surtout d'aspects de technique de fabrication. Sur la figure 2, on voit qu'au moins la couche de céramique 12 est divisée en portions individuelles par des rainures 19. Les rainures 19 peuvent également s'étendre en partie dans la couche de transition 16 (qui n' est pas représentée). Cela est obtenu en disposant un masque 20 à une certaine distance (ici largement exagérée) de la plaque 10). Ce masque est constitué par exemple d'un cadre 21 présentant des fils ou des tôles 22 tendus sur le cadre horizontalement et verticalement. Ces fils ou tôles font ombre sur les portions de la plaque 10 se trouvant en projection, le flux des particules déposé par pulvérisation thermique étant indiqué par des flèches sur la figure. REVENDICATIONS 1. Plaque de blindage multicouche (10) comportant au moins un assemblage d'une couche de céramique (12) et d'une couche métallique (13) caractérisée par le fait que les deux couches sont liées entre elles chaque fois par une couche de transition (16) en un mélange métal/céramique dont le contenu en l'un et l'autre des composants se modifie de manière sensiblement continue et dans le même sens depuis la couche métallique (11) jusqu'à la couche de céramique (12). 2. Plaque de blindage selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la couche métallique (13) et la couche de transition (16) contiennent le meme métal. 3. Plaque de blindage selon les revendications 1 ou 2, caractérisée par le fait que la couche métallique (11) et/ou la couche de transition (16) sont constituées par ou contiennent un alliage de métal léger. 4. Plaque de blindage selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la couche de céramique (12) est noyée entre deux couches de transition (16) qui sont elles-mêmes enserres par deux couches métalliques (13). 5. Plaque de blindage selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la couche de céramique (12) et éventuellement une partie de la couche de transition (16) sont divisées en portions individuelles par des rainures. 6. Plaque de blindage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'une ou plusieurs couches partielles de la couche céramique (12) ou de la couche de transition (16) ou encore une couche supplémentaire (17) contiennent ou sont constituées par un matériau absorbant le rayonnement radio-actif. 7. Plaque de blindage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'une ou plusieurs des couches métalliques (11, 13) ou une couche métallique supplémentaire est introduite à titre de blindage contre les impulsions électromagnéti- ques. 8. Procédé pour la fabrication d'une plaque de blindage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on dépose sur une plaque métallique (11) ou une piece métallique, par pulvérisation thermique, successivement des couches partielles (14, 15) de la couche de transition (16) et de la couche de céramique (12), une autre couche (13) métallique étant déposée avant la première couche partielle et une partie du métal étant chaque fois remplacée en continu par de la céramique pour la fabrication des couches partielles (14, 15). 9. Procédé pour la fabrication d'une plaque de blindage selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'après les étapes de la revendication 8, d'autres couches partielles (15, 14) sont déposées pour la fabrication desquelles une partie de la céramique est remplacée chaque fois en continu par du métal et qu'ensuite une couche (13) en métal pur est déposée. 10. Procédé pour la fabrication d'une plaque de blindage selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la pulvérisation des couches partielles individuelles est effectuée à travers un masque (20) dont la projection sur la plaque (10) correspond à la disposition des rainures (17). 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé par le fait qu'on utilise un masque (20) muni de fils ou de tôles (22) s'étendant dans deux dimensions. 12. Procédé de fabrication d'une plaque de blindage selon les revendications 1, 4 ou 5 avec plus d'une couche de céramique (12) caractérisé par le par le fait que les étapes des revendications 8, 9 et éventuellement 10 sont répétées plusieurs fois.