EP3497394A1 - Dispositif de mise a feu par induction - Google Patents

Dispositif de mise a feu par induction

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EP3497394A1
EP3497394A1 EP17757808.5A EP17757808A EP3497394A1 EP 3497394 A1 EP3497394 A1 EP 3497394A1 EP 17757808 A EP17757808 A EP 17757808A EP 3497394 A1 EP3497394 A1 EP 3497394A1
Authority
EP
European Patent Office
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shield
ceramic material
firing
barrel
firing device
Prior art date
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Application number
EP17757808.5A
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German (de)
English (en)
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EP3497394B1 (fr
Inventor
Gilles ROSSIQUET
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Saint Gobain Centre de Recherche et dEtudes Europeen SAS
Original Assignee
Saint Gobain Centre de Recherche et dEtudes Europeen SAS
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Publication date
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Publication of EP3497394B1 publication Critical patent/EP3497394B1/fr
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41A—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS COMMON TO BOTH SMALLARMS AND ORDNANCE, e.g. CANNONS; MOUNTINGS FOR SMALLARMS OR ORDNANCE
    • F41A19/00—Firing or trigger mechanisms; Cocking mechanisms
    • F41A19/58—Electric firing mechanisms
    • F41A19/63—Electric firing mechanisms having means for contactless transmission of electric energy, e.g. by induction, by sparking gap

Definitions

  • the invention relates to a system or device for firing a munition, of small to large caliber, allowing the ignition by magnetic or electromagnetic induction and the combustion of a propellant charge necessary for the expulsion of said ammunition .
  • Systems for firing a propellant charge of a munition in a gun barrel have been known for a long time by triggering an electric arc in the vicinity of the propellant charge in order to trigger its combustion and expulsion. of the projectile. They are for example described in US3859746 or US5074189 publications.
  • the application GB2234335 describes such a system in which the induction is carried out by the production of an electric, magnetic or even electromagnetic field.
  • the induced field propagates between the shutter and the propellant charge, in which a circuit is arranged. In this circuit the induced current allows heating Joule effect of the load and its explosion.
  • the shutter must absorb and dissipate the forces generated by the combustion of the propellant charge.
  • the assembly describes a removable system for feeding the projectile, the propellant charge by the breech of the barrel, which is then closed by the shutter itself sealed to the barrel by a closure block.
  • the shutter is made in a piece of austenitic steel, electrically conductive and nonmagnetic, optionally provided with a magnetic steel insert in the case of a magnetic induction. AT After firing, the firing system is very quickly damaged in such a way that it is not or almost useless.
  • the application EP 0030580 A1 discloses an ignition device by electromagnetic induction of propellant charges of artillery and missiles.
  • the inductor is trapped between a shield, a back block and a peripheral steel retaining ring.
  • the shield is made of a refractory fibrous material such as asbestos or a glass fiber fabric embedded in a phenolic resin (see Figure 6a and page 10 of the publication) to resist thermomechanical stresses. If it is actually strong enough to be reusable for several shots without being changed to nine, such a system based on fibrous materials and a resin has a high toxicity that makes its use very delicate for the health of the body. operator, especially in a confined environment such as a tank cabin.
  • WO 2005/043069 discloses a shield made of an impact resistant material which may be boron nitride, whose face in contact with the chamber is, contrary to the present invention, of conical or curved shape in the direction of the chamber, in order to evacuate the heat and the pressure exerted on the shield and to deflect the debris produced during the firing of the load of the surface of said shield.
  • the primary object of the present invention is thus to propose a novel magnetic induction firing device which has sufficient strength and strength to be able to withstand successive firing without alteration and which furthermore has a degree of safety and toxicity. sufficient to allow safe handling by an operator, especially in conditions where access is difficult.
  • the present invention thus relates more particularly to a device for firing an ammunition constituted by a projectile and its propellant charge, comprising a bolt adapted to come into contact with a chamber of a barrel charged with said ammunition, said bolt closing said barrel in firing position, wherein said bolt comprises:
  • a magnetic or electromagnetic induction starting device for triggering, in particular without contact or without electric discharge, the combustion of the propellant charge and the expulsion of the projectile from said gun
  • said shield comprises a ceramic material made of a) an oxide or b) a carbide or c) a nitride or d) an oxynitride or e) a boride, at least one element selected from: silicon, aluminum, zirconium, boron (in particular boron carbide), titanium, tungsten, hafnium, said ceramic material comprising grains whose maximum diameter is less than or equal to 500 micrometers.
  • a ceramic material made of a) an oxide or b) a carbide or c) a nitride or d) an oxynitride or e) a boride, at least one element selected from: silicon, aluminum, zirconium, boron (in particular boron carbide), titanium, tungsten, hafnium, said ceramic material comprising grains whose maximum diameter is less than or equal to 500 micrometers.
  • Said shield consists essentially of, or even consists of, a ceramic material made of an oxide, a carbide, a nitride or an oxynitride or a boride of at least one element chosen from silicon, aluminum, zirconium, boron, titanium, tungsten, hafnium.
  • the grains included in said ceramic material having a maximum diameter of less than or equal to 300 micrometers, more preferably less than or equal to 100 micrometers, and very preferably less than or equal to 50 micrometers.
  • the grains included in said ceramic material having a maximum diameter greater than or equal to 1 micrometer, more preferably a maximum diameter greater than or equal to 10 microns.
  • At least one of the surfaces of the shield has a roughness Ra less than 5 micrometers, more preferably less than 3 micrometers and very preferably less than 1.5 micrometers or even less than 1 micrometer, as measured according to the IS04287 standard.
  • the material constituting the shield has a toughness greater than or equal to 2 MPa.m 1 2 , in particular greater than or equal to 2.5 MPa.m 1 2 .
  • the shield is a straight cylinder of circular base.
  • the grains included in the ceramic material of the shield has an average diameter less than or equal to 300 microns, more preferably less than or equal to 100 microns, and very preferably less than or equal to 50 microns.
  • the grains included in the ceramic material of the shield has an average diameter greater than or equal to 0.5 micrometer, more preferably greater than or equal to 5 micrometers.
  • the open porosity of the ceramic material constituting the shield is less than 15%, more preferably less than 10%, or even less than 5% or even less than 1%.
  • the bulk density of the shield is at least 85%, or even at least 90%, or even at least 95%, or even at least 98%, and more preferably more than 99% of the absolute density material constituting it.
  • the ceramic material constituting the shield is chosen from carbides, in particular the carbides of at least one element chosen from boron, titanium, hafnium or tungsten.
  • the ceramic material constituting the shield is chosen from oxides, in particular oxides of at least one element chosen from among aluminum, silicon, titanium, zirconium or Hafnium, and especially mullite, aluminum titanate, hafnium oxide or zirconium oxide.
  • the ceramic material constituting the shield is chosen from nitrides, in particular the nitrides of at least one element chosen from silicon or titanium.
  • the ceramic material constituting the shield is chosen from oxynitrides, in particular the oxynitrides of at least one element chosen from silicon and aluminum, in particular SiAlON.
  • the ceramic material constituting the shield consists essentially of zirconia. According to another embodiment of the invention, the ceramic material constituting the shield consists essentially of alumina.
  • the ceramic material constituting the shield is based on silicon carbide SiC (for example the ceramic material comprises more than 80% by weight of SiC, or even more than 95% by weight of SiC) . More preferably, said material consists essentially of silicon carbide. According to another embodiment of the invention, the ceramic material constituting the shield consists essentially of silicon nitride.
  • the ceramic material constituting the shield consists essentially of carbide of at least one element chosen from boron or tungsten or hafnium.
  • the material according to the invention is monolithic.
  • the device comprises a metal ring substantially surrounding the entire side surface of the shield.
  • the device comprises a metal support plate or composite fabric / resin shield, disposed opposite the combustion chamber.
  • the ceramic material constituting the shield has a relative magnetic permeability at 20 ° C of less than 10, preferably less than 5.
  • the ceramic material contains less than 1% by weight of Fe 2 0 3 .
  • the shield has chamfered or rounded corners.
  • the density of the body is greater than 2.0, or even greater than 3.0 g / cm 3 ,
  • the material according to the invention is monolithic that is to say formed of a single piece (or shape) massive. In particular, it is not a fabric or does not contain ceramic fibers.
  • the shield has chamfered edges or fillets. This feature is particularly advantageous for ammunition systems means or large calibres (that is to say greater than or equal to 90mm in diameter) generating high pressure during firing. This is to limit the initiation of cracks on the edges of the shield during firing and to facilitate the hooping operation, that is to say the insertion of the shield in the cylindrical body.
  • the radius of curvature of the chamfer is typically between 1.5 and 1000 mm, preferably between 2 and 500 mm and even more preferably between 4 and 100 mm.
  • the shape of the shield is as simple as possible in order to limit the concentrations of stresses, that is to say typically a disk with preferably plane faces.
  • the flatness of the disc is determined by measuring the maximum disc thickness gap that is placed on one of its two faces.
  • the difference in thickness is less than 0.5 mm per meter of disk diameter, preferably less than 0.3 mm per meter, more preferably less than or equal to 0.2 mm per meter of disk diameter.
  • the shield may have a draft preferably of less than 45 °.
  • the diameter of the shield obviously depends on the diameter of the cylinder. As the shield is fretted the clearance between the outer diameter of the shield and the inner diameter of the cylindrical body is almost zero. The thickness of the shield depends on the type of ammunition and the maximum range of the artillery used. - The shield has no shoulder to avoid stress concentration areas, the cylinder head may have a shoulder to ensure a perfect seal to prevent any passage of combustion gases from the firing chamber to the device of induction.
  • the shield may not be in contact with the priming device, a space may be provided between the two or a support plate may extend under all or part of the shield, since the material of the support plate is a material non - magnetic or does not disturb the magnetic field induced by the priming device.
  • the invention also relates to an assembly comprising:
  • a cannon comprising at its base a chamber for an ammunition constituted by a projectile and its propellant charge
  • a device for igniting by induction of said propellant charge as described above comprising in a cylinder head a device for initiating by magnetic induction of the charge and a shield, the firing device being mounted movably on the gun of such that in the firing position and after loading the barrel, the breech of the firing device hermetically closes said barrel and in such a way that the shield is disposed between the induction device of said device and the chamber of said barrel.
  • grain diameter also called equivalent grain diameter in the literature
  • equivalent grain diameter is meant the half-sum of the longest grain length and the largest grain width, measured in a direction perpendicular to the greater length.
  • apparent density of a ceramic piece is meant in the sense of the present invention, the ratio equal to the mass of the room divided by the volume occupied by it. It is classically determined by the method of Archimedes.
  • the ISO 5017 standard specifies, for example, the conditions of such a measurement. This standard also makes it possible to measure open porosity.
  • absolute density is understood to mean the ratio of the dry mass of said product after grinding to a fineness such that substantially no closed porosity remains, divided by the volume of this mass after said grinding. It is typically measured by helium pycnometer, for example using Micromeritics® AccuPyc 1330 equipment.
  • Toughness is measured according to ASTM C 1820.
  • Roughness is measured according to IS04287.
  • an arithmetic average deviation Ra is expressed as the integral mean of the absolute deviations between the projections and troughs with respect to a mean line determined from the sectional profile survey.
  • the control of this roughness is performed by machining, grinding and / or polishing. All sides of the shield may be affected, the most sensitive for crack initiation however being the rear face of the shield. To allow hooping, the roughness of the slices of the shield can also be rectified.
  • the ceramic grains retain substantially the shape and the chemical nature they present in the feedstock.
  • the grains may represent up to 100% of the total mass of the final ceramic piece.
  • phase composition of the material constituting the monolithic ceramic body is normally obtained by X-ray diffraction and Rietveld analysis.
  • the ceramic shield member according to the invention can in particular be obtained by a sintering process, such as a solid phase sintering process, in the liquid phase, or a reactive sintering process comprising the following steps:
  • step c) optionally, demolding after curing or drying; such demolding step being particularly useful in the case where the shaping and drying steps are distinct (in particular such a step is not necessarily necessary if hot pressing is carried out during step b)),
  • the following solid phase sintering method can be used: a) preparing a starting charge by atomizing a ceramic suspension comprising:
  • a powder of a solid phase sintering additive based on carbon and / or boron
  • the shield material according to the invention is in particular obtained by a process as described above, preferably in the presence of a sintering additive chosen from carbon, carbides of boron, titanium, zirconium or zirconium borides. , titanium, alone or in admixture.
  • a sintering additive chosen from carbon, carbides of boron, titanium, zirconium or zirconium borides. , titanium, alone or in admixture.
  • additive By sintering additive, often more simply called “additive” in the present description means a compound usually known to allow and / or accelerate the kinetics of the sintering reaction.
  • the method according to the invention may also have one or more of the following optional features:
  • an initial silicon carbide powder is used whose median particle diameter is less than 100 micrometers, preferably less than 50 micrometers, or even less than 20 micrometers, or even less than 5 micrometers.
  • the pressure exerted on the feedstock may advantageously be between 150 and 850 kg / cm 2 .
  • the feedstock contains a binder and / or a lubricant and / or a surfactant. In one embodiment, the feedstock does not contain a binder.
  • the mixing is carried out so as to obtain a good homogeneity of distribution of the various elements, the mixing time being able to be adapted to achieve this result.
  • the mixture of the initial reactants is carried out in a jar mill, the mixing time being greater than 12 hours.
  • a mixing time of 24 hours is well suited.
  • the mixture can be atomized or granulated, for example by "freeze granulation", to obtain granules that will be shaped, for example by pressing to obtain a ceramic preform.
  • Other shaping techniques can be used, such as injection, slip casting. After shaping, the preform can be machined.
  • the preform is then sintered.
  • the ceramic material can in particular be obtained by sintering in the presence of a pressure applied during the cooking on the raw preform.
  • Hot pressing techniques Hot Pressing
  • hot isostatic pressing Hot Isostatic Pressing
  • SPS Spark Plasma Sintering
  • the ceramic material can also be obtained by reactive sintering or sintering reaction consisting in synthesizing during the heat treatment a matrix binding the granular fraction, said matrix being obtained either by reaction of components previously added to the mixture of the preform and / or by reaction with the baking atmosphere that combines with one or more components of the preform to form said binder matrix.
  • the term "sintering" refers to a heat treatment whereby the final product forms a microstructure consisting of a granular fraction whose grains are joined together.
  • impurities is meant the inevitable constituents, introduced involuntarily and necessarily with the raw materials or resulting from reactions with these constituents. Impurities are not necessary constituents, but only tolerated.
  • Such an impurity is in particular constituted by Fe 2 O 3 iron oxide, the amount of which must be limited so as not to excessively modify the magnetic field enabling the charge to be ignited by magnetic induction.
  • FIG. 1 illustrates a non-limiting embodiment of the present invention.
  • a gun comprising a barrel 1 and a firing device 2 also according to the invention.
  • a hinge 12 allows the rotation of the firing device 2 to come close hermetically the barrel 1, in firing position.
  • the chamber 6, delimited by the walls 11 of the barrel 1, is then loaded with a munition formed by the projectile or shell 4 and its propellant charge 5.
  • the firing device 2 comprises a cylinder head 13 in which has been arranged a housing for the introduction of a device 7 for remote priming by magnetic induction of the load 5.
  • Feed son 8 allow the control of the priming device.
  • a protective element or shield 3 whose function is the thermal and mechanical protection of the barrel 13. induction device 7 during firing.
  • this piece is made of a ceramic material whose main characteristics have been described previously and are the subject of the appended claims. It has been found by the applicant company that such features are necessary to effectively solve the technical problem discussed above.
  • the ceramic part constituting the shield is normally cylindrical, in the form of a straight cylinder of circular base, in particular a disc with preferably flat faces.
  • At least one of the surfaces of the shield is advantageously ground so that its roughness is reduced to a value of its Ra less than 5 micrometers, under the measurement conditions described above. .
  • Such conditions of surface roughness further limit the risk of cracking of the ceramic piece serving as shield during successive shots.
  • the ceramic shield 3 can also advantageously be further surrounded by a ring 10 or rest on a support plate 9, these two remaining elements however optional according to the invention.

Landscapes

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Abstract

Dispositif de mise à feu (2) d'une munition constituée par un projectile (4) et sa charge propulsive (5), comprenant une culasse (13) adaptée pour venir au contact d'une chambre (6) d'un canon (1) chargé de ladite munition, ladite culasse (13) fermant ledit canon (1) en position de tir, dans lequel ladite culasse (13) comprend un dispositif d'amorçage par induction magnétique (7) ou électromagnétique permettant de déclencher la combustion de la charge propulsive (5) et l'expulsion du projectile (4) dudit canon (1), un bouclier (3) disposé entre le dispositif d'amorçage par induction (7) et la chambre(6) dudit canon, comprenant un matériau céramique fait d'un oxyde, d'un carbure, d'un nitrure, d'un oxynitrure ou d'un borure d'au moins un élément choisi parmi le silicium, l'aluminium, le zirconium, le bore, le titane, le tungstène, l'hafnium, ledit matériau céramique comprenant des grains dont le diamètre maximal est inférieur ou égal à 500 micromètres le bouclier étant un cylindre droit de base circulaire.

Description

DISPOSITIF DE MISE A FEU PAR INDUCTION
L'invention se rapporte à un système ou dispositif de mise à feu d'une munition, de petit à gros calibre, permettant l'allumage par induction magnétique ou électromagnétique et la combustion d'une charge propulsive nécessaire à l'expulsion de ladite munition. On connaît depuis longtemps des systèmes de mise à feu d'une charge propulsive d'une munition dans un canon d'une arme par le déclenchement d'un arc électrique, au voisinage de la charge propulsive afin de déclencher sa combustion et l'expulsion du projectile. Ils sont par exemple décrits dans les publications US3859746 ou US5074189.
On connaît aussi des systèmes de mise à feu d'une charge propulsive dont l'énergie est induite à partir d'un circuit d'allumage disposé directement dans la charge. Par exemple, la demande GB2234335 décrit un tel système dans lequel l'induction est réalisée par la production d'un champ électrique, magnétique ou même électromagnétique. Le champ induit se propage entre l'obturateur et la charge propulsive, dans laquelle est disposé un circuit. Dans ce circuit le courant induit permet le chauffage par effet joule de la charge et son explosion. L'obturateur doit absorber et dissiper les forces générées par la combustion de la charge propulsive. Le montage décrit un système amovible permettant l'alimentation du projectile, de la charge propulsive par la culasse du canon, lequel est fermé ensuite par l'obturateur lui-même scellé au canon par un bloc de fermeture. L'obturateur est réalisé dans une pièce en acier austénitique, conducteur électrique et amagnétique, muni éventuellement d'un insert en acier magnétique dans le cas d'une induction magnétique. A l'issue du tir le système de mise à feu est très rapidement détérioré de telle manière qu'il n'est pas ou quasiment pas utilisable .
La demande EP 0030580 Al dévoile un dispositif d'allumage par induction électromagnétique de charges propulsives d'artillerie et de missiles. L'inducteur est emprisonné entre un bouclier, un bloc arrière et une bague de retenue en acier périphérique. Le bouclier est réalisé en un matériau fibreux réfractaire tel que l'amiante ou par un tissu de fibres verre enrobé dans une résine phénolique (cf. figure 6a et page 10 de la publication) afin de résister aux contraintes thermomécaniques. S'il est effectivement suffisamment résistant afin d'être réutilisable pour plusieurs tirs sans être changé à neuf, un tel système à base de matériaux fibreux et d'une résine présente une forte toxicité qui rend son utilisation très délicate pour la santé de l'opérateur, particulièrement dans un milieu confiné comme une cabine de char.
Le document WO 2005/043069 décrit un bouclier fait dans un matériau résistant aux chocs qui peut être le nitrure de bore, dont la face au contact de la chambre est, contrairement à présente invention, de forme conique ou courbée en direction de la chambre, afin d'évacuer la chaleur et la pression qui s'exercent sur le bouclier et de dévier les débris produits lors de la mise à feu de la charge de la surface dudit bouclier.
L'objet premier de la présente invention est ainsi de proposer un nouveau dispositif de mise à feu par induction magnétique qui présente une résistance et une solidité suffisante pour pouvoir supporter des tirs successifs sans altération et qui en outre présente un degré de sécurité et de toxicité suffisant pour en permettre la manipulation sans danger par un opérateur, notamment dans des conditions où l'accès est difficile. Selon un premier aspect général, la présente invention se rapporte ainsi plus particulièrement à un dispositif de mise à feu d'une munition constituée par un projectile et sa charge propulsive, comprenant une culasse adaptée pour venir au contact d'une chambre d'un canon chargé de ladite munition, ladite culasse fermant ledit canon en position de tir, dans lequel ladite culasse comprend :
- un dispositif d'amorçage par induction magnétique ou électromagnétique permettant de déclencher, en particulier sans contact ou sans décharge électrique, la combustion de la charge propulsive et l'expulsion du projectile dudit canon,
- un bouclier disposé entre le dispositif d'amorçage par induction et la chambre dudit canon ;
dans lequel ledit bouclier comprend un matériau céramique fait a) d'un oxyde ou b) d'un carbure ou c) d'un nitrure ou d) d'un oxynitrure ou e) d'un borure, d'au moins un élément choisi parmi : le silicium, l'aluminium, le zirconium, le bore (en particulier le carbure de bore) , le titane, le tungstène, l'hafnium, ledit matériau céramique comprenant des grains dont le diamètre maximal est inférieur ou égal à 500 micromètres. On décrit ci-après différents modes de réalisation préférés de la présente invention, qui peuvent bien évidemment, le cas échéant, être combinés entre eux :
- Ledit matériau du bouclier présente une contrainte de rupture en flexion à 20°C, tel que mesurée selon la norme NF-EN 843-1 (Avril 1995), supérieur à 50 MPa (IMPa = 1 newton par millimètre carré) . La contrainte de rupture en flexion est souvent également appelée module de rupture en flexion dans la technique. - Ledit bouclier est constitué essentiellement par, ou même est constitué par, un matériau céramique fait d'un oxyde, d'un carbure, d'un nitrure ou d'un oxynitrure ou d'un borure d'au moins un élément choisi parmi le silicium, l'aluminium, le zirconium, le bore, le titane, le tungstène, l'hafnium.
- Les grains compris dans ledit matériau céramique présentant un diamètre maximal inférieur ou égal à 300 micromètres, de préférence encore inférieure ou égal à 100 micromètres, et de manière très préférée inférieure ou égal à 50 micromètres.
- Les grains compris dans ledit matériau céramique présentant un diamètre maximal supérieur ou égal à 1 micromètre, de préférence encore un diamètre maximal supérieur ou égal à 10 micromètres.
- Au moins une des surfaces du bouclier présente une rugosité Ra inférieure à 5 micromètres, de préférence encore inférieure à 3 micromètres et de manière très préférée inférieure à 1,5 micromètres voire même inférieure à 1 micromètre, telle que mesurée selon la norme IS04287.
- Le matériau constituant le bouclier présente une ténacité supérieure ou égale à 2 MPa.m1 2, en particulier supérieure ou égale à 2,5 MPa.m1 2.
- Le bouclier est un cylindre droit de base circulaire.
- Les grains compris dans le matériau céramique du bouclier présente un diamètre moyen inférieur ou égal à 300 micromètres, de préférence encore inférieur ou égal à 100 micromètres, et de manière très préféré inférieure ou égal à 50 micromètres.
- Les grains compris dans le matériau céramique du bouclier présente un diamètre moyen supérieur ou égal à 0,5 micromètre, de préférence encore supérieur ou égal à 5 micromètres . - La porosité ouverte du matériau céramique constituant le bouclier est inférieure à 15%, de préférence encore est inférieure à 10%, voire même inférieure à 5% ou même inférieure à 1%.
- La masse volumique apparente du bouclier est d'au moins 85%, voire d'au moins 90%, ou même au moins 95%, voire au moins 98%, et de préférence encore de plus de 99% de la masse volumique absolue du matériau le constituant.
- Selon certains modes de réalisation de l'invention, le matériau céramique constituant le bouclier est choisi parmi les carbures, en particulier les carbures d'au moins un élément choisi parmi le bore, le titane, 1 'hafnium ou le tungstène.
- Selon certains modes de réalisation de l'invention, le matériau céramique constituant le bouclier est choisi parmi les oxydes, en particulier les oxydes d'au moins un élément choisi parmi le l'aluminium, le silicium, le titane, le zirconium ou 1 'Hafnium, et tout particulièrement la mullite, le titanate d'aluminium, l'oxyde d'hafnium ou l'oxyde de zirconium.
- Selon certains modes de réalisation de l'invention, le matériau céramique constituant le bouclier est choisi parmi les nitrures, en particulier les nitrures d'au moins un élément choisi parmi le silicium ou le titane. - Selon certains modes de réalisation de l'invention, le matériau céramique constituant le bouclier est choisi parmi les oxynitrures, en particulier les oxynitrures d'au moins un élément choisi parmi le silicium, l'aluminium, en particulier les SiAlON.
- Selon un premier mode de réalisation de l'invention, le matériau céramique constituant le bouclier est constitué essentiellement de zircone. - Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le matériau céramique constituant le bouclier est constitué essentiellement d'alumine.
- Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le matériau céramique constituant le bouclier est à base de carbure de silicium SiC (par exemple le matériau céramique comprend plus de 80% poids de SiC, voire plus de 95% poids de SiC) . De préférence encore ledit matériau est constitué essentiellement de carbure de silicium. - Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le matériau céramique constituant le bouclier est constitué essentiellement de nitrure de silicium.
- Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le matériau céramique constituant le bouclier est constitué essentiellement de carbure d'au moins un élément choisi parmi le bore ou le tungstène ou l'hafnium.
- Le matériau selon l'invention est monolithique.
- Le dispositif comprend une bague en métal entourant substantiellement toute la surface latérale du bouclier. - Le dispositif comprend une plaque de support en métal ou en composite tissu/résine du bouclier, disposée à l'opposé de la chambre de combustion.
- Le matériau céramique constituant le bouclier présente une perméabilité magnétique relative à 20°C inférieure à 10, de préférence inférieur à 5.
- Le matériau céramique contient moins de 1% poids de Fe203.
- Le bouclier présente des coins chanfreinés ou arrondis.
Selon d'autres caractéristiques optionnelles mais avantageuses de la présente invention :
- La masse volumique du corps est supérieure à 2,0, voire supérieure à 3,0 g/cm3,
- Le matériau selon l'invention est monolithique c'est-à- dire formé d'une seule pièce (ou forme) massive. En particulier, il n'est pas un tissu ou ne contient pas de fibres céramiques.
Le bouclier présente des arêtes chanfreinées ou des congés. Cette caractéristique est particulièrement avantageuse pour les systèmes de munitions de moyens ou gros calibres (c'est-à-dire supérieures ou égales à 90mm de diamètre) générant de fortes pressions lors de la mise à feu. Ceci afin de limiter l'amorce de fissures sur les arêtes du bouclier lors de la mise à feu et de faciliter l'opération de frettage, c'est-à-dire l'insertion du bouclier dans le corps cylindrique. De préférence le rayon de courbure du chanfrein est typiquement compris entre 1,5 et 1000 mm, de préférence entre 2 et 500 mm et de manière encore plus préférée entre 4 et 100 mm.
- La forme du bouclier est la plus simple possible afin de limiter les concentrations de contraintes, c'est-à-dire typiquement un disque avec préférablement des faces planes .
La planéité du disque est déterminée en mesurant l'écart maximal d'épaisseur du disque celui étant posé sur une de ses deux faces. La différence d'épaisseur est inférieure à 0,5 mm par mètre de diamètre du disque, de préférence inférieure à 0,3mm par mètre, de manière plus préférée inférieure ou égale à 0,2 mm par mètre de diamètre de disque.
- Le bouclier peut présenter une dépouille de préférence inférieure à 45°.
- Le diamètre du bouclier dépend bien évidemment du diamètre du cylindre. Comme le bouclier est fretté le jeu entre le diamètre extérieur du bouclier et le diamètre intérieur du corps cylindrique est quasiment nul. L'épaisseur du bouclier dépend du type de munition et de la portée maximale de l'artillerie utilisée. - Le bouclier ne présente pas d'épaulement pour éviter les zones de concentration des contraintes, la culasse peut présenter un épaulement afin d'assurer une parfaite étanchéité afin éviter tout passage de gaz de combustion depuis la chambre de mise à feu vers le dispositif de d ' induction .
- Le bouclier peut ne pas être au contact du dispositif d'amorçage, un espace pouvant être ménagé entre les deux ou une plaque support pouvant se prolonger sous tout ou partie du bouclier, dès lors que le matériau de la plaque support est en un matériau amagnétique ou ne perturbant pas le champ magnétique induit par le dispositif d ' amorçage .
L'invention se rapporte également à un assemblage comprenant :
- un canon comprenant à sa base une chambre pour une munition constituée par un projectile et sa charge propulsive,
- un dispositif de mise à feu par induction de ladite charge propulsive tel que décrit précédemment, comprenant dans une culasse un dispositif d'amorçage par induction magnétique de la charge et un bouclier, le dispositif de mise à feu étant monté mobile sur le canon de telle façon qu'en position de tir et après chargement du canon, la culasse du dispositif de mise à feu ferme hermétiquement ledit canon et de telle façon que le bouclier soit disposé entre le dispositif d'induction dudit dispositif et la chambre dudit canon .
On donne les indications et définitions suivantes, en relation avec la description précédente de la présente invention : Par diamètre de grains (aussi appelé diamètre équivalent de grains dans la littérature) , on entend la demi-somme de la plus grande longueur du grain et de la plus grande largeur du grain, mesurée dans une direction perpendiculaire à ladite plus grande longueur.
A partir de l'observation de la microstructure du matériau céramique fritté constituant le bouclier, classiquement grâce à des images prises en MEB (microscopie électronique à balayage) sur une coupe d'un échantillon du produit fritté, il est possible de déterminer à partir de la répartition des diamètres équivalents de grains le diamètre (équivalent) maximal et le diamètre (équivalent) moyen (moyenne arithmétique)
Par masse volumique apparente d'une pièce céramique (ici le bouclier), on entend au sens de la présente invention, le rapport égal à la masse de la pièce divisée par le volume qu'occupe celle-ci. Elle est classiquement déterminée par la méthode d'Archimède. La norme ISO 5017 précise par exemple les conditions d'une telle mesure. Cette norme permet aussi de mesurer la porosité ouverte.
Par masse volumique absolue, on entend au sens de la présente invention, le rapport entre la masse sèche dudit produit après un broyage à une finesse telle qu'il ne demeure sensiblement aucune porosité fermée, divisée par le volume de cette masse après ledit broyage. Elle est typiquement mesurée par pycnomètre à Hélium, par exemple à l'aide d'un équipement AccuPyc 1330 de Micromeritics® .
La ténacité est mesurée selon la norme ASTM C 1820.
La rugosité est mesurée selon la norme IS04287. Conformément à ladite norme, il est notamment exprimé un écart moyen arithmétique Ra qui est la moyenne intégrale des écarts en valeur absolue entre les saillies et les creux par rapport à une ligne moyenne, déterminée à partir du relevé du profil de coupe. Le contrôle de cette rugosité est effectué par usinage, rectification et/ou polissage. Toutes les faces du bouclier peuvent être concernées, la plus sensible pour l'amorçage de fissure étant cependant la face arrière du bouclier. Pour permettre le frettage, la rugosité des tranches du bouclier peut également aussi être rectifiée .
Dans un matériau céramique fritté selon l'invention constituant le bouclier, les grains céramiques conservent sensiblement la forme et la nature chimique qu'ils présentaient dans la charge de départ. Dans un matériau céramique fritté selon l'invention, les grains peuvent représenter jusqu'à 100% de la masse totale de la pièce céramique finale.
La composition en phase du matériau constituant le corps céramique monolithique est normalement obtenue par diffraction des rayons X et analyse de Rietveld.
Par «contenant un», «comprenant un» ou «comportant un», on entend «comportant au moins un», sauf indication contraire .
Sauf indication contraire, dans la présente description, tous les pourcentages sont des pourcentages massiques .
La pièce céramique servant de bouclier selon l'invention peut être en particulier obtenue par un procédé de frittage, comme un procédé de frittage en phase solide, en phase liquide, ou encore un procédé de frittage réactif comprenant les étapes suivantes :
a) préparation d'une charge de départ comportant :
au moins une poudre de particules du matériau constituant le bouclier et/ou des précurseurs réagissant sous l'effet de la chaleur pour l'obtention dudit matériau (frittage réactif), éventuellement une poudre d'un additif de frittage en phase solide ou en phase liquide, - éventuellement des constituants organiques de type dispersant, liant ou plastifiant, b) mise en forme de la charge de départ sous la forme d'une préforme, notamment par une opération de coulage ou de pressage,
c) optionnellement , démoulage après durcissement ou séchage; une telle étape de démoulage étant notamment utile dans le cas où les étapes de mise en forme et de séchage sont distinctes (notamment une telle étape n'est pas forcément nécessaire si on effectue un pressage à chaud lors de l'étape b) ) ,
d) optionnellement , séchage de la préforme, de préférence de manière jusqu'à ce que l'humidité résiduelle soit comprise entre 0 et 0,5% en poids,
e) cuisson et frittage de la préforme sous atmosphère contrôlée, de préférence sous atmosphère non oxydante, à la température de frittage dudit matériau, à la pression ordinaire (1 atmosphère) ou encore sous une pression exercée mécaniquement (pressage à chaud par exemple) ou par un fluide (pressage isostatique à chaud) ,
f) préfèrentiellement , rectification de la préforme céramique pour l'amener aux dimensions requises dans le dispositif de mise à feu.
A titre d'exemple, pour l'obtention d'un bouclier à base de carbure de silicium, le procédé suivant de frittage en phase solide peut être utilisé : a) préparation d'une charge de départ par atomisation d'une suspension céramique comportant :
au moins une poudre de particules de carbure de silicium,
- éventuellement une poudre d'un additif de frittage en phase solide, à base de carbone et/ou de bore
des constituants organiques de type dispersant, liant ou plastifiant
b) mise en forme de la charge de départ sous la forme d'une préforme par pressage,
c) démoulage
d) optionnellement , séchage de la préforme, de préférence de manière jusqu'à ce que l'humidité résiduelle soit comprise entre 0 et 0,5% en poids,
e) cuisson et frittage de la préforme sous atmosphère non oxydante, de préférence à une température comprise entre 2000 et 2300°C, de manière à obtenir le produit fritté .
f ) préfèrentiellement rectification de la préforme céramique pour l'amener à ses dimensions requises dans le dispositif de mise à feu.
Le matériau du bouclier selon l'invention est en particulier obtenu par un procédé tel que décrit précédemment, de préférence en présence d'un additif de frittage choisi parmi le carbone, les carbures de bore, de titane, de zirconium ou les borures de zirconium, de titane, seuls ou en mélange.
Par additif de frittage, souvent plus simplement appelé « additif » dans la présente description, on entend un composé connu habituellement pour permettre et/ou accélérer la cinétique de la réaction de frittage. Dans différents modes de réalisation, le procédé selon l'invention peut encore présenter une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes :
Dans un tel procédé on utilise une poudre de carbure de silicium initiale dont le diamètre médian des particules est inférieur à 100 micromètres, de préférence inférieur à 50 micromètres, voire inférieur à 20 micromètres, ou même inférieur à 5 micromètres.
A l'étape b) , la pression exercée sur la charge de départ peut être avantageusement comprise entre 150 et 850 kg/cm2.
Dans un mode de réalisation, la charge de départ contient un liant et/ou un lubrifiant et/ou un agent tensio-act if . Dans un mode de réalisation, la charge de départ ne contient pas de liant.
Le mélange est effectué de manière à obtenir une bonne homogénéité de distribution des différents éléments, le temps de mélange pouvant être adapté pour atteindre ce résultat .
De préférence, le mélange des réactifs initiaux s'effectue dans un broyeur à jarre, le temps de mélange étant supérieur à 12 heures. Un temps de mélange de 24 heures est bien adapté. Lorsque le mélange est obtenu, celui peut être atomisé ou granulé, par exemple par «freeze granulation», afin d'obtenir des granules qui seront mis en forme, par exemple par pressage afin d'obtenir une préforme en céramique. D'autres techniques de mise en forme peuvent être utilisées, comme l'injection, le coulage en barbotine. Après mise en forme, la préforme peut être usinée.
La préforme est ensuite frittée.
Le matériau céramique peut notamment être obtenu par frittage en présence d'une pression appliquée pendant la cuisson sur la préforme crue. Des techniques de pressage à chaud (ou « Hot Pressing ») , de pressage isostatique à chaud (ou « Hot Isostatique Pressing ») ou de SPS (« Spark Plasma Sintering ») sont particulièrement adaptées.
Le matériau céramique peut aussi être obtenu par frittage réactif ou frittage réaction consistant à synthétiser pendant le traitement thermique une matrice liant la fraction granulaire, la dite matrice étant obtenue soit par réaction de composants ajoutés préalablement dans le mélange de la préforme et/ou par réaction avec l'atmosphère de cuisson qui se combine à un ou plusieurs composants de la préforme pour former ladite matrice liante .
On appelle « frittage » au sens de la présente invention un traitement thermique par lequel le produit final forme une microstructure constituée d'une fraction granulaire dont les grains sont solidarisés.
Par impuretés, on entend les constituants inévitables, introduits involontairement et nécessairement avec les matières premières ou résultants de réactions avec ces constituants. Les impuretés ne sont pas des constituants nécessaires, mais seulement tolérés. Une telle impureté est en particulier constituée par l'oxyde de fer Fe2Û3, dont la quantité doit être limitée afin de ne pas modifier de façon excessive le champ magnétique permettant l'allumage de la charge par induction magnétique.
On illustre sur la figure 1 ci-jointe un mode de réalisation non limitatif de la présente invention.
Sur la représentation schématique de la figure, on a représenté une arme à canon selon l'invention, comprenant un canon 1 et un dispositif de mise à feu 2 également selon l'invention. Une charnière 12 permet la rotation du dispositif de mise à feu 2 pour venir fermer hermétiquement le canon 1, en position de tir. La chambre 6, délimitée par les parois 11 du canon 1, est alors chargée d'une munition constituée par le projectile ou obus 4 et sa charge propulsive 5. Conformément à la présente invention, le dispositif de mise à feu 2 comprend une culasse 13 dans lequel a été aménagé un logement pour l'introduction d'un dispositif 7 d'amorçage à distance par induction magnétique de la charge 5. Des fils d'alimentation 8 permettent la commande du dispositif d'amorçage. Entre le dispositif d'amorçage par induction et la chambre de mise à feu dudit canon (et plus particulièrement la charge propulsive 5), est disposé au sein de la culasse 13 un élément protecteur ou bouclier 3 ayant pour fonction la protection thermique et mécanique du dispositif d'induction 7 lors de la mise à feu. Selon l'invention cette pièce est faite dans un matériau céramique dont les caractéristiques principales ont été décrites précédemment et font l'objet des revendications ci- jointes. Il a été trouvé par la société déposante que de telles caractéristiques sont nécessaires pour résoudre efficacement le problème technique exposé précédemment. La pièce céramique constituant le bouclier est normalement cylindrique, sous la forme d'un cylindre droit de base circulaire, en particulier un disque avec préfèrentiellement des faces planes. Au moins une des surfaces du bouclier, en particulier la face plane en contact avec la chambre, est avantageusement rectifiée de telle façon que sa rugosité soit diminuée jusqu'à une valeur de son Ra inférieure à 5 micromètres, dans les conditions de mesure décrites précédemment. De telles conditions de rugosité de surface limitent encore les risques de fissuration de la pièce céramique servant de bouclier lors de tirs successifs.
Le bouclier céramique 3 peut également avantageusement en outre être cerclé par une bague 10 ou encore reposer sur une plaque de support 9, ces deux éléments restants cependant optionnels selon l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de mise à feu (2) d'une munition constituée par un projectile (4) et sa charge propulsive (5), comprenant une culasse (13) adaptée pour venir au contact d'une chambre (6) d'un canon (1) chargé de ladite munition, ladite culasse (13) fermant ledit canon (1) en position de tir, dans lequel ladite culasse (13) comprend :
- un dispositif d'amorçage par induction magnétique (7) ou électromagnétique permettant de déclencher la combustion de la charge propulsive (5) et l'expulsion du projectile (4) dudit canon (1),
- un bouclier (3) disposé entre le dispositif d'amorçage par induction (7) et la chambre (6) dudit canon, ledit dispositif (2) étant caractérisé en ce que ledit bouclier (3) :
- comprend un matériau céramique fait d'un oxyde, d'un carbure, d'un nitrure, d'un oxynitrure ou d'un borure d'au moins un élément choisi parmi le silicium, l'aluminium, le zirconium, le bore, le titane, le tungstène, l'hafnium, ledit matériau céramique comprenant des grains dont le diamètre maximal est inférieur ou égal à 500 micromètres,
- est un cylindre droit de base circulaire.
2. Dispositif de mise à feu selon la revendication 1, dans lequel ledit matériau céramique présente une contrainte de rupture en flexion à 20°C, tel que mesurée selon la norme NF-EN 843-1, supérieure à 50 MPa.
3. Dispositif de mise à feu selon l'une des revendications précédentes, dans lequel au moins une des surfaces du bouclier présente une rugosité Ra inférieure à 5 micromètres, mesurée selon la norme IS04287.
4. Dispositif de mise à feu selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le matériau constituant le bouclier présente une ténacité supérieure ou égale à 2 MPa.m172.
5. Dispositif de mise à feu selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le bouclier est un disque, préfèrentiellement avec des faces planes.
6. Dispositif de mise à feu selon l'une des revendications précédentes, dans lequel au moins la face du bouclier au contact de la chambre du canon présente une rugosité Ra inférieure à 5 micromètres, mesurée selon la norme IS04287.
7. Dispositif de mise à feu selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les grains compris dans le matériau céramique du bouclier présentent un diamètre moyen inférieur ou égal à 300 micromètres.
8. Dispositif de mise à feu selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la porosité ouverte du matériau céramique constituant le bouclier est inférieure à 15%.
9. Dispositif de mise à feu selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la masse volumique apparente du bouclier est d'au moins 85% de la masse volumique absolue du matériau le constituant.
10. Dispositif de mise à feu selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le matériau céramique du bouclier est constitué essentiellement de zircone.
11. Dispositif de mise à feu selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel le matériau céramique du bouclier est constitué essentiellement d'alumine.
12. Dispositif de mise à feu selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel le matériau céramique du bouclier est à base de carbure de silicium.
13. Dispositif de mise à feu selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel le matériau céramique du bouclier est constitué essentiellement de nitrure de silicium.
14. Dispositif de mise à feu selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel le matériau céramique du bouclier est constitué essentiellement de carbure d'au moins un élément choisi parmi le bore ou le tungstène ou 1 'hafnium.
15. Dispositif de mise à feu selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le bouclier présente des coins chanfreinés ou arrondis.
16. Assemblage comprenant :
- un canon (1) comprenant à sa base une chambre (6) pour une munition constituée par un projectile (4) et sa charge propulsive (5),
- un dispositif de mise à feu (2) par induction de ladite charge propulsive selon l'une des revendications précédentes, comprenant dans une culasse (13) un dispositif d'amorçage (7) par induction magnétique de la charge et un bouclier (3), le dispositif de mise à feu étant monté mobile sur le canon de telle façon qu'en position de tir et après chargement du canon, la culasse du dispositif de mise à feu ferme hermétiquement ledit canon et de telle façon que le bouclier soit disposé entre le dispositif d'induction dudit dispositif et la chambre dudit canon .
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