Brevet FR2897113A1 — publié le 20070810

PAROI DE SEPARATION THERMIQUEMENT ISOLANTE ET PROCEDE POUR SA FABRICATION La présente invention concerne un paroi thermiquement isolante entre la chambre de combustion d'une fusée à combustible solide et une chambre de cette fusée contenant un dispositif de guidage électronique. Dans les fusées à combustible solide, dans lesquelles un dispositif de guidage électronique est disposé au voisinage de la chambre de combustion, il est nécessaire de produire une isolation thermique entre la chambre de combustion et la chambre contenant l'électronique de guidage au moment de la combustion de la matière fusante, afin d'éviter une destruction prématurée de cette électronique de guidage. On a déjà effectué des essais avec des aciers de différentes compositions sous forme de parois de séparation de diverses épaisseurs mais les résultats ainsi obtenus n'ont pas été satisfaisants. Une autre solution a été recherchée dans l'utilisation de parois de séparation en céramique frittée qui ont permis de fournir une isolation thermique satisfaisante. Toutefois, dans ce cas, des problèmes de construction se posent à cause de la fragilité du matériau, en particulier lors de la fixation de telles parois de séparation, ce qui entraine également des frais relativement élevés. L'invention a pour but de fournir une paroi de séparation thermiquement isolante pouvant être travaillée de manière simple et économique du point de vue de la construction et assurant également une isolation thermique suffisante même dans les cas extrêmes, au moins pendant des périodes de courte durée. Ceci est obtenu, conformément à l'invention, grâce au fait que la paroi de séparation présente un corps de base métallique en forme de plaque ayant une couche d'isolation thermique en un matériau céramique à base de Al203 ou de ZrO2, la densité de la couche d'isolation thermique étant comprise entre 80 et 97% de la densité théorique du matériau correspondant, à l'état fritté. Avantageusement, on utilise à cet effet, pour la couche d'isolation thermique, des matériaux en oxyde céramique ayant un point de fusion supérieur à 800 C, et même, dans la plupart des cas supérieur à 2000 C, et ayant une conductibilité thermique inférieure à 0,1 cal/cm.s C, ou même inférieure à 0,02-0,05 cal/cm.s C. Comme matériau thermique, on additions d'un Al203, Y203 ou contenant, par poids de CaO, de pulvérisation pour la couche d'isolation peut notamment utiliser ZrO2 avec des ou plusieurs des oxydes suivants : CaO, MgO, SiO2 et, en particulier, un mélange de ZrO2, rapport au mélange global, jusqu'à 30% en ou MgO, ou Al203, ou jusqu'à 20% en poids de 20 Y203 ou jusqu'à 10% en poids de SiO2. On peut également utiliser, comme matériau pour la couche d'isolation thermique, Al203 avec des additions de l'un ou plusieurs des oxydes suivants : TiO2, SiO2, ZrO2 ou MgO et, en particulier, un mélange de Al203 avec, par rapport au mélange d'ensemble, jusqu'à 50% en poids de TiO2, ou bien jusqu'à 10% en poids de SiO2, ou bien jusqu'à 30% en poids 25 de ZrO2 ou MgO. Avantageusement, on applique en outre sur le matériau de base d'abord une couche d'adhésion, à savoir une couche en un alliage à base de Ni, Co ou Fe ayant, de préférence, l'une des compositions suivantes . alliage contenant, en 30 pourcentage pondéral, 1,0 à 15,0 Al; 2 à 10 Mo; 0 à 0,5 C; reste nickel; alliage contenant, en pourcentage pondéral, 2,0 à 30,0 Cr; 2,0 à 15,0 Al; 0 à 0,5 C; reste Ni ou Fe; alliage contenant de 2,0 à 30,0 Al; 0 à 0,5 C; reste Ni ou alliage contenant de 5,0 à 35,0 Cr; de 2,0 à 15,0 Al; de 0 à 0,5 C; de 0,05 à 3,0 Y; reste Ni, Co et/ou Fe. Avantageusement, la couche d'isolation thermique est appliquée sur le corps de base, par pulvérisation thermique, en une épaisseur de 0,5 à 2,5 millimètres. L'épaisseur de la couche d'adhésion est, de préférence, inférieure à 0,2 millimètres et plus particulièrement comprise entre 0,05 et 0,15 millimètres. De préférence, l'épaisseur de la couche d'isolation thermique est comprise entre 0,8 et 1,5 millimètres et sa densité est comprise entre 80 et 90% de ladite densité théorique. La couche d'isolation thermique appliquée par pulvérisation, conformément à l'invention, présente une porosité relativement élevée ayant pour effet d'abaisser sa conductibilité thermique. En particulier, la densité de la couche d'isolation thermique obtenue est comprise entre 80 et 97% de la densité théorique que le matériau présente à l'état fritté. Comme procédé de pulvérisation thermique pour appliquer la couche d'isolation thermique ainsi que la couche d'adhésion, le procédé de pulvérisation à la flamme autogène entre particulièrement en ligne de compte, le matériau de pulvérisation étant sous forme de poudre ou de fil, ou bien de tige. Grâce à un choix approprié de la distance de pulvérisation, on obtient de manière simple la densité voulue de la couche isolante. En outre, la couche d'isolation thermique peut être appliquée par pulvérisation dans un dispositif de pulvérisation au plasma, dont il résulte que ce procédé se prête bien à l'automatisation. Exemple : On applique sur une paroi de séparation en tôle d'acier, ayant une épaisseur de 4,0 millimètres et un diamètre de 300 millimètres, une couche d'isolation thermique en procédant de la manière suivante. Après préparation de la surface de la tôle d'acier par sablage au moyen de corindon ayant une granulométrie de 0,5 à 1,0 millimètre, on applique par pulvérisation thermique une couche d'adhésion constituée par le matériau pulvérulent suivant (composition en pourcentage pondéral) : Al 9,0 C 0,1 Cr 26,0 Fe reste Sur cette couche d'adhésion on applique alors, par pulvérisation thermique, une couche d'isolation thermique constituée de 80% en poids de ZrO2 et 20% en poids de CaO. A cet effet, on utilise un dispositif de pulvérisation à la flamme autogène ayant une pression d'oxygène de 4 bars et une pression d'acétylène de 0,8 bar. Lors de la pulvérisation de la couche d'adhésion, on a maintenu une distance de pulvérisation de 180 millimètres, le débit de poudre s'est élevé à 3,0 kg/h et l'on a amené, pour accélérer, de l'air sous une pression de 2 bars. L'épaisseur de la couche d'adhésion s'est élevée à 0,15 millimètre. On a appliqué par pulvérisation la couche d'isolation thermique à partir d'une distance de 140 millimètres avec un débit de poudre de 1,1 kg/h, en introduisant de l'air sous une pression de 4 bars, pour accélérer. L'épaisseur de la couche d'isolation thermique s'est élevée à 1,0 millimètre et la densité de cette couche correspondait à 85% de la densité théorique. La conductibilité thermique du matériau, mesurée sur des échantillons frittés à 98% de la densité théorique était de 0,015 à 0,02 cal/cm s C. Le point de fusion du matériau en oxyde céramique est de 2150 C. La paroi de séparation fabriquée de cette manière pour une fusée à combustible solide a été montée entre la chambre de combustion et le dispositif de guidage électronique et a permis de limiter l'élévation de température du dispositif électronique à une valeur négligeable pendant la combustion de la matière fusante. REVENDICATIONS 1. Paroi de séparation thermiquement isolante entre la chambre de combustion d'une fusée à combustible solide et une chambre de cette fusée comprenant un dispositif électronique de guidage, caractérisée en ce qu'elle présente un corps de base métallique en forme de plaque ayant une couche d'isolation thermique en un matériau céramique à base de Al2O3 ou de ZrO2, la densité de la couche d'isolation thermique étant comprise entre 80 et 97% de la densité théorique du matériau correspondant, à l'état fritté. 2. Procédé de fabrication de la paroi de séparation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche d'isolation thermique est appliquée sur le corps de base par pulvérisation thermique, en une épaisseur de 0,5 à 2,5 millimètres. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on applique d'abord, sur le corps de base, par pulvérisation thermique, une couche d'adhésion en un alliage à base de Ni, Co ou Fe, en une épaisseur inférieure à 0,2 millimètres. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche d'adhésion est comprise entre 0,05 et 0,15 millimètres. 5. Procédé selon l'une des revendications 2 à 4, 25 caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche d'isolation thermique est comprise entre 0,8 et 1,5 millimètres. 6. Procédé selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la densité de la couche d'isolation thermique est comprise entre 80 et 90% de ladite densité 30 théorique. 7. Procédé selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que l'on utilise , comme matériau de pulvérisation pour la couche d'adhésion un alliage contenant, en pourcentage pondéral, 1,0 à 15,0 Al, 2 à 10 Mo, 0 à 0,5 C, reste nickel. 8. Procédé selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que l'on utilise, comme matériau de pulvérisation pour la couche d'adhésion, un alliage contenant, en pourcentage pondéral, 2,0 à 30,0 Cr; 2,0 à 15,0 Al; 0 à 0,5 C; reste Ni ou Fe. 9. Procédé selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que l'on utilise, comme matériau de pulvérisation pour la couche d'adhésion, un alliage contenant de 2,0 à 30,0 Al; 0 à 0,5 C; reste Ni. 10. Procédé selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que l'on utilise, comme matériau de pulvérisation pour la couche d'adhésion, un alliage contenant de 5,0 à 35,0 Cr; de 2,0 à 15,0 Al; de 0 à 0,5 C; de 0,05 à 3,0 Y; reste Ni, Co et/ou Fe. 11. Procédé selon l'une des revendications 2 à 10, caractérisé en ce que l'on utilise, comme matériau de pulvérisation pour la couche-d'isolation thermique, ZrO2 avec des additions d'un ou plusieurs des oxydes suivants : CaO, MgO, Al2O3, Y2O3 ou SiO2. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'on utilise, comme matériau de pulvérisation pour la couche d'isolation thermique, un mélange de ZrO2, contenant, par rapport au mélange global, jusqu'à 30% en poids de CaO, ou MgO, ou Al2O3, ou jusqu'à 20% en poids de Y2O3 ou jusqu'à 10% en poids de SiO2. 13. Procédé selon l'une des revendications 2 à 10, caractérisé en ce que l'on utilise, comme matériau depulvérisation pour la couche d'isolation thermique, Al2O3 avec des additions de l'un ou plusieurs des oxydes suivants : TiO2, SiO2, ZrO2 ou MgO. 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'on utilise, comme matériau de pulvérisation pour la couche d'isolation thermique, un mélange de Al2O3 avec, par rapport au mélange d'ensemble, jusqu'à 50% en poids de TiO2, ou bien jusqu'à 10% en poids de SiO2, ou bien jusqu'à 30% en poids de ZrO2 ou MgO.