Brevet FR2752835A1 — publié le 19980306

La présente invention concerne un matériau composite céramique, possédant une structure de type "sandwich", et susceptible d'être utilisé dans des applications où la température peut atteindre 6000C ou plus, la composition de ce matériau le rendant parfaitement adapté à la réalisation de fenêtres radioélectriques, c'est-à-dire de structures transparentes en totalité ou en partie aux ondes radioélectriques, et sa faible densité lui permettant de remplacer avantageusement les réalisations céramiques monolithiques, actuellement connues. On connaît des matériaux qui possédent une partie des caractéristiques du matériau objet de la présente invention. Par exemple, il existe depuis de nombreuses années des matériaux composites à base de tissu de verre et de résines organiques, qui servent à la réalisation de pièces industrielles satisfaisantes du point de vue de la résistance mécanique et des propriétés radioélectriques, mais qui sont détruits bien avant d'atteindre une température de 6000C. On connaît aussi des réalisations en céramique (alumine pure frittée), éventuellement renforcées par des fibres diverses. Ces réalisations sont satisfaisantes sur le plan de la tenue en température et de la résistance mécanique, mais elles ne le sont pas au point de vue des propriétés radioélectriques, et elles ont surtout l'inconvénient d'avoir une densité trop élevée. II existe des réalisations en silice fondue qui pourraient donner satisfaction quant à la tenue en température et aux propriétés radioélectriques, mais qui ne peuvent être renforcées par des fibres ou charges adéquates du fait des températures de mise en oeuvre. L'impossibilité d'inclure des renforts a pour conséquence une épaisseur nécessairement importante, qui rend ces réalisations pratiquement inutilisables en raison de leur poids élevé. Enfin l'on connaît des réalisations en matériau composite minéral de type "sandwich" qui possèdent les propriétés ici requises, à l'exception des caractéristiques radioélectriques. Le but de la présente invention est de remédier aux inconvénients des matériaux connus ci-dessus évoqués, et par conséquent de fournir un matériau nouveau possédant simultanément toutes les caractéristiques précédemment envisagées, à savoir - une tenue en température satisfaisante, au moins jusqu'à 6000C, - des propriétés radioélectriques, plus particulièrement dans les fréquences comprises entre 1 et 18 GHz, - une faible densité (légèreté) et - une résistance mécanique suffisante. A cet effet, I'invention a essentiellement pour objet un matériau composite céramique à structure de type "sandwich", constitué de deux peaux disposées de part et d'autre d'une âme, chaque peau étant formée par la superposition de plusieurs épaisseurs de tissu de silice liées entre elles, tandis que l'âme est constituée par une mousse syntactique à base de silice. Ce matériau composite est donc constitué de deux couches visibles extérieurement, dites "peaux", et d'une partie intérieure désignée comme "âme", située entre les deux peaux et liée à ces peaux. Plus particulièrement, chaque peau est formée par la superposition de plusieurs épaisseurs ou "plis" de tissu de silice, imprégné sous pression de résine minérale, les différentes épaisseurs de tissu de silice étant liées entre elles par la même résine minérale que celle les imprégnant. Cette résine minérale est notamment une résine à base de silice, de silicate de potasse et de silicate de soude. Le tissu de silice, constituant les peaux, est lui-même réalisé à partir d'un fil de tissage dont le poids spécifique est de préférence compris entre 1 1 et 640 tex, et la structure de ce tissu comprend de 2 à 25 fils/cm tant en chaîne qu'en trame. Les peaux sont composées de plusieurs épaisseurs de tissu de silice, tel que précisé ci-dessus, dont le nombre est déterminé par les objectifs recherchés pour le matériau composite céramique à structure de type "sandwich" à obtenir. A titre d'exemple, avec une superposition de quatre épaisseurs ou "plis" de tissu de silice, dans chaque peau, on a obtenu une résistance mécanique en flexion de 100 Mpa. Chacune des deux peaux réalisées comme il vient d'être indiqué, est collée, de préférence avec la même résine minérale que celle imprégnant les épaisseurs de tissu, sur l'une des faces de l'âme du matériau considéré. De préférence, cette âme est constituée par une mousse syntactique réalisée à partir de microsphères creuses de silice, liées entre elles par une résine minérale, notamment une résine minérale à base de silicate de soude. Ce mélange de microsphères de silice et de résine minérale est spécialement traité sous un vide inférieur à 0,50 mbar, pour améliorer le caractère syntactique de la mousse et ses propriétés radioélectriques, par élimination de toutes les substances volatiles. La composition et le procédé indiqués ci-dessus ont permis d'obtenir une âme en mousse de densité égale à environ 0,25, avec une constante diélectrique de 1,4 dans la bande X de la gamme des fréquences utilisées par les radars. Tous les matériaux primaires mis en oeuvre résistent à des températures allant jusqu'à 9000C, et il est de même pour le matériau composite structural obtenu. On a ainsi pu réaliser, comme l'illustre l'unique figure du dessin schématique annexé, un matériau composite à structure de type "sandwich", ayant une épaisseur totale de 7 mm, comprenant deux peaux 1 et 2 ayant chacune une épaisseur e de 0,9 mm, et une âme 3 ayant une épaisseur E de 5,2 mm. La figure fait aussi apparaître, en coupe et de façon très schématique, les différentes couches de tissu de silice 4 de chaque peau 1 ou 2, ainsi que les microsphères de silice 5 de l'âme 3. Le matériau composite, objet de l'invention, est applicable aussi bien à la réalisation de pièces planes, se présentant comme des panneaux, qu'à la réalisation de pièces en forme de profil géométrique adapté à leur utilisation. Ce matériau composite s'applique, par exemple, à la réalisation de radômes d'aéronefs ou de missiles, exploités à haute température. Comme il va de soi, I'invention ne se limite pas au seul mode de réalisation de ce matériau composite céramique à structure de type "sandwich" qui a été décrite ci-dessus, à titre d'exemple ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de composition et d'application respectant le même principe. En particulier, I'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention par l'adjonction de couches diverses de finition ou de protection, sur l'une des faces ou les deux faces du produit. REVENDICATIONS 1. Matériau composite céramique à structure de type "sandwich", adapté à la réalisation de fenêtres radioélectriques, caractérisé en ce qu'il est constitué de deux peaux (1, 2) disposées de part et d'autre d'une âme (3), chaque peau (1, 2) étant formée par la superposition de plusieurs épaisseurs de tissu de silice (4) réunies entre elles, tandis que l'âme (3) est constituée par une mousse syntactique à base de silice. 2. Matériau composite selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque peau (1, 2) est formée par la superposition de plusieurs épaisseurs ou "plis" de tissu de silice (4), imprégné sous pression de résine minérale, les différentes épaisseurs de tissu de silice (4) étant liées entre elles par la même résine minérale que celle les imprégnant. 3. Matériau composite selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite résine minérale est une résine à base de silice, de silicate de potasse et de silicate de soude. 4. Matériau composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le tissu de silice constituant les peaux (1, 2) est réalisé à partir d'un fil de tissage dont le poids spécifique est compris entre 11 et 640 tex, la structure de ce tissu comprenant de 2 à 25 fils/cm tant en chaîne qu'en trame. 5. Matériau composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'âme (3) est constituée par une mousse syntactique réalisée à partir de microsphères creuses de silice (5), liées entre elles par une résine minérale. 6. Matériau composite selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite résine minérale, incorporée à l'âme (3), est une résine à base de silicate de soude. 7. Matériau composite selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le mélange de microsphères de silice (5) et de résine minérale est traité sous un vide inférieur à 0,50 mbar. 8. Matériau composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'âme (3) est en mousse de densité égale à environ 0,25. 9. Matériau composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il est appliqué à la réalisation de radômes, exploités à haute température.