Brevet FR2899976A1 — publié le 20071019

ESD - Aff. 368 1 Matériau de revêtement transparent en hyperfréquence et radôme équipé d'un tel matériau. L'invention concerne un matériau transparent pour les ondes dites "hyperfréquence". Les radômes d'engins volants doivent être réalisés en un tel matériau. S'agissant d'un missile, le matériau doit tout d'abord supporter pendant un temps bref une température très élevée, sans fondre, ni se transformer partiellement en carbone, ce qui détruirait sa transparence aux hyperfréquences. Pour exercer leurs fonctions de protection, les radômes de missiles doivent résister aux températures élevées et aux chocs thermiques. Enfin et surtout, ils doivent résister aux phénomènes d'érosion et particulièrement à la "pluvio-érosion", qui est l'effet d'érosion des gouttes de pluie à vitesse élevée en termes de Nombre de Mach. Les Brevets Etats-Unis N 4 364 884 et 4 851 833 décrivent à cet effet l'usage de poly-tétrafluoroéthylène (PTFE), chargé de fibres de verre très fines, spécialement orientées. Dans ces Brevets, il est considéré comme impossible d'obte- nir directement un radôme monobloc chargé de fibres de verre. Celui-ci est donc réalisé en tranches ou "galettes", les-quelles sont ensuite soudées les unes aux autres par diffusion. Il y est relevé par ailleurs qu'en général le PTFE, seul ou chargé, est inapplicable, car ne résistant pas à la pluvioérosion. 10 Dans ces conditions, la présente invention a pour but d'apporter un matériau plus simple à mettre en oeuvre que ceux des Brevets Etats- Unis précités. L'invention a notamment pour but de fournir un matériau 15 propre à l'élaboration directe d'une ébauche de radôme en un seul bloc. L'invention a aussi pour but de fournir un matériau usinable ensuite à la forme désirée, et aussi susceptible d'être 20 préparé pour adhérer convenablement aux structures sous-jacentes du radôme. Selon un premier aspect, l'invention vise un matériau de revêtement transparent en hyperfréquence et capable de sup- 25 porter des températures élevées, du type comprenant un poly- mère fluoré, tel que du poly-tétrafluoroéthylène (PTFE). Selon la caractéristique essentielle de l'invention, ce matériau comporte, pour moins de 10% en poids environ, un 30 matériau tel que le bisulfure de molybdène (MoS2). Il a été constaté, de façon surprenante, que le fait de charger un polymère fluoré, tel que du poly-tétrafluoroéthylène, avec du bisulfure de molybdène permettait d'obtenir, 35 de manière particulièrement simple, un matériau de revête-ment transparent en hyperfréquence et résistant à la pluvioérosion.5 Un tel matériau a en outre l'avantage de permettre l'élaboration directe d'une ébauche de radôme en un seul bloc, cette ébauche pouvant être ensuite facilement usinée et mise à la forme désirée. Avantageusement, la proportion du bisulfure de molybdène est comprise entre 0,6 et 6% et est de préférence égale à environ 3%, par rapport au poids du matériau. Le matériau de l'invention peut également comporter, comme additifs, d'autres polymères ou copolymères fluorés, par exemple du polyfluoroalkoxyde (PFA). Outre le polyfluoroalkoxyde, on peut également ajouter comme 15 additifs, par exemple un copolymère de tétrafluoroéthylène (TFE) et d'hexafluoropropène (HFE). Selon un autre aspect, l'invention a pour objet un radôme, tel qu'un radôme de missile, équipé d'un matériau tel que 20 défini précédemment. Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère au dessin annexé, sur lequel : 25 - la figure unique est une coupe schématique d'un dispositif pour la fabrication d'une ébauche de radôme en un seul bloc, au moyen d'un matériau de revêtement conforme à l'invention. Comme indiqué précédemment, le matériau de l'invention corn- 30 prend essentiellement un polymère fluoré tel que du polytétrafluoroéthylène (PTFE), et un matériau tel que du bisulfure de molybdène (MoS2) ainsi que, le cas échéant, d'autres polymères ou copolymères fluorés en tant qu'additifs. 35 Tous ces composés sont disponibles dans le commerce sous forme de poudres de différentes granulométries. En particulier, le poly-tétrafluoroéthylène (PTFE) est commercialisé notamment sous la marque Téflon par la firme Dupont de Ne- mours. Pour préparer un matériau de revêtement conforme à l'invention, on commence d'abord par mélanger le polymère fluoré, par exemple le PTFE, le bisulfure de molybdène et, le cas échéant, un ou plusieurs des additifs mentionnés précédemment. Cette opération doit être réalisée soigneusement, dans un mélangeur approprié, de manière à obtenir un mélange parfai-10 terrent homogène des différents constituants. Ce mélange étant effectué, on obtient un matériau pulvérulent prêt à l'emploi pour la fabrication d'une ébauche de radôme. 15 Pour transformer ce matériau pulvérulent en un matériau de revêtement continu, on fait appel à l'un quelconque des différents procédés connus dans la technique de frittage des polymères fluorés, tels que notamment le PTFE. On rappel-20 lera ici qu'il existe essentiellement trois procédés de frittage, à savoir le procédé dit "simple compression", le procédé dit "double compression" et le procédé dit "moulage isostatique". 25 Quel que soit le type de procédé utilisé, la transformation du matériau pulvérulent en un matériau continu s'effectue en combinant une application de pression et une application de température. 30 Dans le procédé dit "simple compression", on comprime d'abord le matériau pulvérulent et on applique ensuite une température pour réaliser le frittage du matériau. Dans le procédé dit "double compression", on applique simultanément une opération de compression et une opération d'application 35 de température. Dans l'un ou l'autre des deux procédés ci-dessus, le matériau pulvérulent est comprimé entre une matrice formant 4 moule et un poinçon de manière à obtenir la forme voulue. Dans le procédé dit "moulage isostatique", la compression du matériau s'effectue au sein d'une peau extérieure de manière à obtenir une meilleure répartition de pression sur toute la pièce moulée. Le dessin annexé montre, à titre d'exemple, un dispositif permettant la fabrication d'une ébauche de radôme en une seule pièce au moyen d'un matériau tel que défini précédemment. Ce dispositif comprend, pour l'essentiel, une matrice 10 définissant intérieurement une cavité de moulage 12 dont la forme correspond sensiblement à la forme extérieure du radôme, à l'épaisseur près du revêtement. Cette matrice 10 est entourée par des moyens de chauffage appropriés 14. Le dispositif comprend en outre un poinçon 16 de forme appro- priée qui est monté à l'extrémité d'une tige 18 pour être déplacé suivant l'axe X-X et qui est muni d'un rebord annulaire 20. Dans l'exemple, il s'agit de fabriquer une ébauche de radôme dont la forme correspond sensiblement à celle d'une ogive et, dans la position de moulage, l'intervalle qui sépare la paroi délimitant la cavité de moulage 12 et la paroi externe du poinçon 16 est sensiblement constant. Le dispositif représenté sur le dessin s'utilise de la manière suivante. Le matériau pulvérulent préparé comme indiqué plus haut est introduit dans l'espace intercalaire compris entre la matrice 10 et le poinçon 16. Ce matériau est ensuite fritté par application de pression, au moyen de la tige 18 actionnant le poinçon 16 et par application de température, par les moyens de chauffage 14, la présence du rebord 20 contribuant à augmenter la pression subie par le matériau pulvérulent. Pour cela, on peut commencer d'abord par appliquer la pression et chauffer ensuite, ou bien appliquer simultanément la pression et le chauffage. Ceci permet de réaliser le frittage du matériau et d'obtenir ainsi une ébauche de radôme en une seule pièce. Après achève-ment de cette opération de frittage et refroidissement de l'ébauche, on peut procéder au démoulage de cette dernière en éloignant le poinçon 16 de la matrice 10, par déplacement dans la direction de l'axe XX. A titre d'exemple, on peut utiliser, pour former le matériau de l'invention, un mélange de PTFE du type TEFLON 7 et de sulfure de molybdène en poudre du commerce, sans autre addi- tif. Le diamètre moyen des grains de sulfure de molybdène peut être de l'ordre du micromètre ( m), par exemple égal à 1 um. Le sulfure de molybdène représente 3% en poids du mélange, dans l'exemple considéré. On mélange les deux matériaux ci-dessus et le mélange ainsi obtenu est versé dans un moule tel que celui représenté au dessin. Le frittage du mélange est obtenu par un procédé en "double compression" en appliquant une pression maximale de 300 bars et une température maximale de 380 C pendant le temps nécessaire à la polymérisation, c'est-à-dire de l'ordre de quelques heures. Lorsque la polymérisation est achevée, on applique un cycle de stabilisation avec abaissement de la température, avant de procéder au démoulage de l'ébauche. L'ébauche monobloc ainsi obtenue est ensuite usinée extérieurement et intérieurement, à la forme désirée. Celle-ci peut être préparée intérieurement de manière à adhérer convenablement aux structures sous-jacentes du radôme. Une telle préparation est bien connue dans le domaine des polymères fluorés, tels que le poly-tétrafluoroéthylène, pour permettre l'adhérence de tels matériaux sur des structures supports. On a constaté que, moyennant une telle préparation, l'ébau-5 che ainsi usinée et préparée peut être ensuite collée sur les structures sous-jacentes du radôme. Ces structures sous-jacentes peuvent comprendre, par exemple, une structure composite complexe, résistant aux températures 10 élevées, du type verre-polyimide. La structure sous-jacente réalisée à la forme voulue reçoit alors par collage l'ébauche usinée et préparée, telle que définie précédemment. Il est à noter que le matériau de l'invention se prête à la réalisation de radômes de différentes formes, et cela par une simple opération de moulage, suivie par une opération d'usinage à la forme voulue. Des radômes équipés d'un matériau de revêtement selon l'invention résistent particulièrement bien à la pluvio-érosion, et cela à des vitesses élevées pouvant atteindre ou dépasser Mach 4. 15 20 Revendications . 1. Matériau de revêtement transparent en hyperfréquences et capable de supporter des températures élevées, du type comprenant un polymère fluoré, tel que du poly-tétrafluoroéthylène, caractérisé en ce qu'il comporte, pour moins de 10% en poids environ, un matériau tel que le bisulfure de molybdène. 2. Matériau de revêtement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bisulfure de molybdène est présent en proportions de 0,6 à 6% en poids. 3. Matériau de revêtement selon la revendication 2, caracté-15 risé en ce que le bisulfure de molybdène est présent en proportion de 3% en poids environ. 4. Matériau de revêtement selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend, comme additifs, 20 d'autres polymères ou copolymères fluorés. 5. Matériau de revêtement selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend comme additifs du polyfluoroalkoxyde (PFA). 6. Matériau de revêtement selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce qu'il comporte, comme autres additifs, des copolymères de tétrafluoroéthylène (TFE) et d'hexafluoropropène (HFP). 30 7. Radôme équipé d'un matériau de revêtement selon l'une des revendications 1 à 6. 8. Radôme selon la revendication 7, caractérisé en ce que 35 le matériau de revêtement est réalisé sous la forme d'une ébauche monobloc obtenue par mélange et frittage des constituants du matériau, puis usinée à la forme voulue. 8 25