EP4077240A1 - Blindage en carbure de bore et en carbure de silicium a grains fins - Google Patents

Blindage en carbure de bore et en carbure de silicium a grains fins

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EP4077240A1
EP4077240A1 EP20848855.1A EP20848855A EP4077240A1 EP 4077240 A1 EP4077240 A1 EP 4077240A1 EP 20848855 A EP20848855 A EP 20848855A EP 4077240 A1 EP4077240 A1 EP 4077240A1
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EP
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less
silicon
micrometers
grains
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Application number
EP20848855.1A
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German (de)
English (en)
Inventor
Jérôme SANT
Jérôme BRULIN
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Saint Gobain Centre de Recherche et dEtudes Europeen SAS
Original Assignee
Saint Gobain Centre de Recherche et dEtudes Europeen SAS
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    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/95—Products characterised by their size, e.g. microceramics

Definitions

  • TITLE Boron carbide and fine grain silicon carbide shielding
  • the invention relates to products whose anti-ballistic properties are sufficiently high to justify their use in armor or armor elements.
  • the invention finds its application in particular as an armor or armor element making it possible to protect people, vehicles (land, sea or air) or fixed installations (building, perimeter wall, guard post in particular).
  • the additional mass associated with the wearing of armor is an essential element, whether it concerns the protection of people but also with regard to vehicles, for which excessive weight is an obstacle to rapid movement and limits their use. range of action.
  • Metals and alumina are commonly used as shielding, but they have a high surface density.
  • Porous SiC products which can be used as shielding are known, for example, from US4604249 or US4415632.
  • Armors are also known in a composite ceramic material formed of fine grains of boron carbide linked by a silicon carbide matrix obtained by reactive sintering, in particular by impregnation of molten silicon.
  • the patent US3796564 then US3857744 or IL188517 discloses, for example, methods of manufacturing a reactively bonded B4C composite armor ("reaction bonded B4C" in English) consisting in pressing a part from a mixture of B4C grains of 1 to 120 micrometers and resin or a carbon precursor, then infiltrating this part with molten silicon between 1440 and 2200 ° C under vacuum or under an inert atmosphere.
  • the final product is a composite comprising grains of boron carbide in a silicon matrix including silicon carbide obtained by reacting part of the molten silicon with the boron carbide and the carbon of the resin.
  • the object of the present invention is therefore to provide a boron carbide material bonded by a matrix essentially comprising metallic silicon or a metallic silicon alloy and silicon carbide grains, the ballistic performance of which is improved.
  • an armor capable of withstanding puncture vis-à-vis projectiles having high kinetic energy while having a low bulk density, typically less than 3.1 g / cm 3. or even less than 3.0 g / cm 3 , in order to protect people or vehicles (land, sea or even air) or even fixed installations, such as buildings.
  • the present invention relates to an anti-ballistic shielding element, preferably having an impact surface, in particular flat and / or curved, and comprising a ceramic body made of a material qualified as hard.
  • the ceramic body is generally provided on its inner face or opposite the impact face with a rear coating for dissipating energy, preferably made of a material of lower hardness than that of the material constituting the ceramic body.
  • an anti-ballistic shielding element comprising a ceramic body. made of a material comprising, in volume percentage: between 35% and 55% of silicon carbide, between 20% and 50% of boron carbide, between 15% and 35% of a metallic phase of silicon or of a phase metallic comprising silicon, and in which in volume percentage of said material:
  • the boron carbide grains whose equivalent diameter is greater than 30 micrometers represent less than 5%, preferably less than 2%; more preferably there are no grains of boron carbide whose equivalent diameter is greater than 30 micrometers,
  • the silicon carbide grains whose equivalent diameter is greater than 30 micrometers represent less than 5%, preferably less than 1%; more preferably, there are no grains of silicon carbide whose equivalent diameter is greater than 30 micrometers,
  • the metallic phase is advantageously present between the grains of boron carbide and of silicon carbide.
  • the metallic phase comprises silicon and more preferably is based on silicon. In particular, it preferably comprises more than 50 atomic% of silicon, preferably more than 80% or even more than 90 atom% of silicon. More preferably, the metallic phase consists essentially of silicon, or even consists solely of silicon, apart from inevitable impurities.
  • the ceramic material constituting the ceramic body is in principle not porous.
  • said material may have a porosity which in principle does not exceed 5% by volume, or even which does not exceed 1% by volume, as measured by porosimetry, calculated according to the ratio expressed as a percentage of the apparent density measured according to IS018754 on the absolute density measured according to ISO5018.
  • the volume percentages of the various constituents of the material are given excluding porosity.
  • boron carbide, silicon carbide and metallic phase of silicon or metallic phase (s) containing silicon in the material are obtained by ray diffraction, according to techniques well known in the art.
  • Boron carbide is understood to mean the sum of all the crystalline forms which can be detected, in particular by X-ray diffraction, present in the material and comprising boron and carbon, in particular B 4 C but also other forms notably derived from its reaction at high temperature with silicon compounds, in particular phase B 12 (B, C, Si) 3 .
  • equivalent grain diameter in the material according to the invention is meant the diameter of a sphere of the same volume as that measured for said grain. It is preferably determined by microtomography. The tomographic analysis also makes it possible to obtain the volume distribution of the grains, as a percentage of the volume of material analyzed, as illustrated in FIG. 1 and explained in more detail in the remainder of the description.
  • Said ceramic body is monolithic and has an impact surface greater than 100 cm 2 , a thickness greater than 3 mm and a bulk density less than 3.0 g / cm 3 , for example between 2.5 and 3.0. g / cm 3 .
  • Said material constituting the ceramic body comprises grains of boron carbide and silicon carbide bonded by a matrix, said matrix comprising a metallic phase of silicon or a metallic phase comprising silicon, in particular in the form of an alloy of silicon with one or more other metallic elements, preferably a metallic silicon matrix.
  • Said silicon carbide grains represent more than 40% by volume of said material, and preferably less than 50% by volume of said material.
  • Said grains of boron carbide represent more than 16% and less than 35% by volume of said material and more preferably between 20 and 30% by volume of said material.
  • the boron carbide grains whose equivalent diameter is between 5 and 30 micrometers, limits included, represent less than 10% by volume of said material, or even less than 7% by volume of said material and preferably less than 5% by volume of said material. material, or even less than 1% by volume of said material, or even said material does not have grains whose equivalent diameter is between 5 and 30 micrometers.
  • the boron carbide grains whose equivalent diameter is greater than or equal to 5 micrometers represent less than 10% by volume of said material, and preferably less than 5% by volume of said material, or even less than 1% by volume of said material, or even said material does not have grains with an equivalent diameter greater than or equal to 5 micrometers. According to one possibility, said material does not have boron carbide grains whose equivalent diameter is greater than or equal to 5 micrometers.
  • the silicon carbide grains whose equivalent diameter is less than 5 micrometers represent less than 10% by volume of said material, preferably less than 7% by volume of said material. According to one possibility, said material has between 0 and 7%, preferably between 2% and 7% of silicon carbide grains whose equivalent diameter is less than 5 micrometers.
  • Said material constituting the ceramic body comprises grains of boron carbide and grains of silicon carbide linked by a matrix comprising at least one metallic phase of silicon or comprising silicon.
  • the silicon carbide grains are in alpha (a) crystallographic form.
  • the volume proportion of B4C in said material represents less than 20% of the boron carbide content.
  • the boron carbide in said material is essentially present in the form of a phase B 12 (B, C, Si) 3 .
  • the silicon carbide grains whose equivalent diameter is greater than 30 micrometers represent less than 5%, preferably less than 1%.
  • grains of boron carbide More than 80% by volume of grains with an equivalent diameter of less than 5 micrometers are grains of boron carbide.
  • grains of equivalent diameter greater than or equal to 5 micrometers are grains of silicon carbide (SiC).
  • the metallic phase of silicon or of a metallic phase comprising silicon consists essentially of silicon (Si).
  • the free carbon content, measured by LECO, is less than 1% by volume of said material. More precisely the total carbon content measured by LECO from which is deduced the carbon content bound in the form of carbides, in particular of silicon and of boron including the phases SiC, B 4 C and B I2 (B, C, Si) 3 , the carbide contents being quantified by X-ray diffraction.
  • the volume content of silicon carbide in said material is greater than 35%, more preferably greater than 40%, preferably greater than 45% of the crystalline phases present in said material.
  • the volume content of silicon carbide in said material is less than 55%, preferably less than 50% of the crystalline phases present in said material.
  • the volume content of boron carbide in said material, comprising the boron carbide phases B 4 C and B 12 (B, C, Si) 3 , measured by X-ray diffraction, is greater than 20%, or even greater or equal to 24%, of the crystalline phases present in said material constituting the ceramic body.
  • the volume content of boron carbide in said material, comprising phases B4C and B 12 (B, C, Si) 3, measured by X-ray diffraction, is less than 50%, preferably less than 40%, or even less at 30%, of the crystalline phases present in said material.
  • the volume content of phase B 12 (B, C, Si) 3 in said material, measured by X-ray diffraction, is greater than 15%, preferably greater than 20% and / or less than 40%, preferably less than 30% of the crystalline phases present in said material.
  • the volume content of metallic silicon or of metallic phase comprising silicon, measured by X-ray diffraction, is greater than 15%, preferably greater than 20% and / or less than 35%, preferably less than 30%, preferably still less than 25% of the crystalline phases present in said material.
  • silicon carbide and metallic silicon or in metallic phase comprising silicon together represent more than 50%, preferably more than 70%, more preferably more than 80%, or even more than 90%, in volume, of the crystallized phases present in said material,
  • - Said material constituting the ceramic body has a porosity (as measured as the ratio expressed as a percentage of the apparent density measured by IS018754 (see page 22) over the absolute density measured according to ISO5018), less than 3%, preferably still less than 2% or even less than 1%.
  • - Said ceramic body has an apparent density of less than 2.95 g / cm 3 , preferably less than 2.90, or even less than 2.85 g / cm 3 .
  • - Said ceramic body has a surface greater than 150 cm 2 , greater than 500 cm 2 , or even greater than 1000 cm 2 .
  • - Said ceramic body has a thickness greater than 4 mm, more preferably greater than 5 mm and / or less than 50mm, preferably less than 30mm.
  • the ceramic body has a mass to surface or surface density ratio, measured in kg / m 2 , less than 100, preferably less than 50.
  • the ceramic body can have a flat surface or a surface with one or more curvatures.
  • the ceramic body can be a simple or complex shape, solid or have a cavity, such as for example a tube.
  • the ceramic body is chosen from a plate, a faceplate, a helmet, a bodywork element of a vehicle, a tube.
  • the silicon carbide (SiC) content of said material is greater than 40% and less than 55%, more preferably is greater than 45% and less than 55%.
  • the boron carbide content is greater than 20% and less than 40%, more preferably is greater than 20% and less than 30%.
  • the content of metallic silicon or of the metallic phase comprising silicon is greater than 15% and less than 35%, more preferably more than 20% and less than 30%.
  • the boron carbide grains whose equivalent diameter is less than 5 micrometers represent more than 20% and less than 50%, and more preferably still represent more than 25% and less than 40% by volume of said material,
  • the silicon carbide grains whose equivalent diameter is between 5 micrometers and 30 micrometers, limits included, represent more than 40% and less than 80%, and more preferably represent more than 45 and less than 70%, by volume of said material.
  • An anti-ballistic shielding element having an impact surface, in particular planar and / or curved, and comprising a ceramic body made of a hard material according to the invention, is advantageously provided on its inner face or opposite to the face of impact, of an energy dissipating rear coating, preferably made of a material of lower hardness than that of the material constituting the ceramic body.
  • the material constituting the back coating is for example chosen from polyethylenes PE, in particular ultra high density polyethylenes (UHMPE), glass or carbon fibers, aramids, metals such as aluminum, titanium or their alloys or steel,
  • the ceramic body-back coating assembly may be surrounded by an envelope of a containment material.
  • the material constituting the envelope can be chosen from polyethylenes PE, in particular ultra high density polyethylenes (UHMPE), glass or carbon fibers, aramids, metals such as aluminum or steel.
  • PE polyethylenes
  • UHMPE ultra high density polyethylenes
  • aramids glass or carbon fibers
  • metals such as aluminum or steel.
  • the invention also relates to the ceramic body, the characteristics of which have just been described above, and in particular to a monolithic ceramic body in the form of a plate, having a surface area greater than 100 cm 2 and a thickness greater than 3 mm, a density apparent less than 3.0 g / cm 3 , made of a material as described above.
  • the invention also relates to the use of a shielding element comprising a ceramic body, the characteristics of which have just been described above, as anti-ballistic protection of a person, of a vehicle (land, sea or air. ) or a fixed installation (building, perimeter wall, guard post in particular), in particular in the form of a plate, a tile, a mosaic, for example in the form of hexagons or nodules, a plastron, a shield, a helmet, a body part of a vehicle such as a door, a seat, a tube
  • hard material in particular a ceramic material with a Vickers hardness greater than 15 GPa measured for example according to ASTM C1327, giving it in particular anti-ballistic properties.
  • equivalent grain diameter in the material according to the invention is meant the diameter of a sphere of the same volume as that measured for said grain. It is preferably determined by microtomography.
  • a sample of dimensions 1.5xl.5x8mm 3 is scanned in a nanofocus tomograph so as to bring the sample as close as possible to the source and thus obtain a high resolution of the order of 1 ⁇ m 3 / voxel.
  • An acquisition time of about 3 hours makes it possible to obtain a reconstruction with little noise.
  • the volume image obtained consisting of different gray levels is binarized, for example using IMorph software, in order to individualize the grains, the metallic phase and the possible porosity.
  • the identification of the grains can also be carried out by techniques such as a scanning electron microscope by backscattered electron analysis or by energy dispersive X-ray spectroscopy (or EDS, abbreviation of the English “Energy Dispersive X -" ray Spectroscopy ”).
  • volume percentage of grains is expressed relative to the volume of material excluding its porosity.
  • the term “bulk density of a product” is understood to mean the ratio equal to the mass of the product divided by the volume occupied by said product. It is conventionally determined by the Archimedes method. The ISO 18754 standard specifies, for example, the conditions for such a measurement.
  • matrix of the ceramic body is meant a crystallized phase or not, ensuring a substantially continuous structure between the grains and obtained, during sintering or firing, from the constituents of the starting charge and optionally from the constituents of the gaseous environment of this starting charge.
  • a matrix substantially surrounds the grains of the granular fraction, that is to say coats them.
  • the grains bound by the matrix are essentially, or even exclusively, grains of boron carbide and of silicon.
  • the matrix and the grains together represent 100% of the mass of the product.
  • a matrix obtained by reactive sintering has particular features.
  • carburization of the infiltration metal occurs.
  • the resulting increase in volume typically from 1 to 30%, advantageously makes it possible to compensate for the shrinkage caused by the sintering of the grains.
  • the infiltration of silicon or its alloys also makes it possible to fill the porosity of the green preform.
  • phase composition of the material constituting the monolithic ceramic body is normally obtained by X-ray diffraction and Rietveld analysis.
  • the product according to the invention allows in particular protection against any type of projectiles, for example a bullet, a shell, a mine or an element projected during the detonation of explosives, such as bolts, nails (or IED for "Improvised Explosive Device ”) and is normally a piece of armor for people or vehicles, usually in the form of modules like plates.
  • projectiles for example a bullet, a shell, a mine or an element projected during the detonation of explosives, such as bolts, nails (or IED for "Improvised Explosive Device ”)
  • IED Improvised Explosive Device
  • the protective element conventionally comprises at least two layers: a first piece in ceramic as described above associated with another material less hard and preferably ductile, on the rear face, conventionally called "backing", such as polyethylene fibers (eg Tensylon TM, Dyneema ® , Spectra TM), aramid (eg : Twaron TM, Kevlar®), glass fibers, or metals such as steel or aluminum alloys, in the form of plates.
  • Glues for example based on polyurethane or epoxy polymers, are used to bind the various elements constituting the armor plate.
  • the ceramic material fragments and has the main role of breaking the cores of the projectiles.
  • the role of the rear face, associated with the ceramic material constituting the ceramic body, is to consume the kinetic energy of the debris and to maintain a certain level of confinement on the ceramic plate, further optimized by the confinement envelope.
  • a ceramic body according to the invention can in particular be obtained by a sintering process, in particular a reactive sintering process comprising the following stages: a) preparation of a starting charge comprising: at least one powder of carbide particles of boron, the median particle diameter of which is between 0.1 and 10 micrometers, a powder of silicon carbide particles, the median particle diameter of which is between 5 and 30 micrometers, preferably between 5 and 20 micrometers.
  • a carbon precursor preferably an uncrystallized or amorphous graphite or carbon powder, the median diameter of which is less than 1 micrometer, an aqueous solvent, in particular deionized water, preferably shaping additives, b) shaping the starting charge into the form of a preform, preferably by pressing, c) demoulding after hardening or drying, d) optionally, drying the preform, preferably until the 'residual humidity is between 0 and 0.5% by weight, e) loading the preform into an oven in contact with a source of silicon or a silicon alloy, preferably in solid form, f) baking of the preform under an inert atmosphere, preferably under argon, or under vacuum, preferably under a residual pressure of less than 20 torr, preferably at a temperature between 1450 ° C and 2200 ° C, so as to infiltrate the preform with the source of molten silicon and consolidate it.
  • an inert atmosphere preferably under argon, or under
  • the median diameter of the particles of the initial boron carbide powder is between 0.1 and 7 micrometers and more preferably is between 0.5 and 5 micrometers, in particular between 0.2 and 5 micrometers.
  • the median diameter of the powder of silicon carbide particles is at least two times greater than the median diameter of the powder of boron carbide grains.
  • a first initial silicon carbide powder is used, the median particle diameter of which is between 5 micrometers and 30 micrometers, limits included and preferably is between 7 and 20 micrometers, limits included.
  • this silicon carbide powder has at least 10% of grains greater than 5 micrometers and less than 10% of grains greater than 20 micrometers.
  • the starting charge comprises by mass: -from 40 to 55% of a powder of boron carbide particles, the median diameter of which is between 0.5 and 5 micrometers and preferably between 1 and 2 micrometers, and
  • the starting charge comprises by mass at least 5%, or even more than 7% and preferably less than 20%, preferably less than 15% of a carbon precursor, preferably a graphite powder. or uncrystallized or amorphous carbon.
  • a carbon precursor preferably a graphite powder. or uncrystallized or amorphous carbon.
  • Such a content in fact advantageously makes it possible to obtain an optimum reaction with the metal, in particular silicon, during the infiltration in step f).
  • the previous relative proportions of boron carbide and silicon carbide particles allow sufficient wettability to allow the silicon-containing metal to homogeneously impregnate the preform and to obtain a final structure with improved ballistic properties.
  • the addition of additives and of carbon precursors is such that the free carbon content of the preform before firing, that is to say the content of unbound carbon in the form of a carbide, is included. between 5% and 15%, preferably less than 5% of the mass of said preform.
  • the mixture is granulated or atomized until granules are obtained having a median diameter of between 50 and 250 micrometers, the mixture typically having a humidity of less than 5%, preferably less than 2%, or even substantially 1%. or less.
  • the preform can be obtained by casting or by pressing the charge or the mixture in a mold, with or without vibration, preferably by pressing.
  • the source of molten silicon infiltrates the preform and reacts ("reactive sintering") with some of its constituents, in particular with the carbon present due to impurities or voluntary contributions, to form a matrix and thus bind the grains of boron carbide and the grains of silicon carbide of the ceramic body.
  • the maximum firing temperature of the preform is between 1450 and 1800 ° C. under vacuum.
  • the maximum firing temperature of the preform is between 1700 and 2200 ° C, preferably between 1700 and 1900 ° C under normal pressure of inert or neutral gas, for example under argon.
  • the ceramic grains preferably silicon carbide and boron grains, can be linked by a matrix comprising or consisting essentially of a phase of silicon without the addition of other compounds.
  • the median particle diameter (or the median “size”) of the particles constituting a powder is given for the purposes of the present invention by a characterization of the particle size distribution, in particular by means of a laser particle size analyzer.
  • the characterization of the particle size distribution is conventionally carried out with a laser particle size analyzer in accordance with the ISO 13320-1 standard.
  • the laser particle size analyzer can be, for example, a Partica LA-950 from the company HORIBA.
  • the median diameter of the particles respectively denotes the diameter of the particles below which 50% by mass of the population is found.
  • the term “median diameter” or “median size” of a set of particles, in particular of a powder, is used to refer to the percentile D 5 o, that is to say the size dividing the particles into the first and second populations equal in volume, these first and second populations comprising only particles having a size greater than or less, respectively, than the median size.
  • the starting charge contains a binder and / or a lubricant and / or a surfactant and / or a dispersing agent.
  • the starting charge contains a binder and a dispersant.
  • the mixing is carried out so as to obtain a good homogeneity of distribution of the different elements, the mixing time being able to be adapted to achieve this result.
  • the mixing of the initial reactants is carried out in a jar mill, the mixing time being greater than 15 hours.
  • a 24 hour mixing time is well suited.
  • the mixture can be atomized or granulated, for example by freezing granulation (or “freeze granulation” according to the English term ”), in order to obtain granules preferably of about 50 to 100 micrometers in diameter, which will be shaped, for example by pressing in order to obtain a ceramic preform.
  • Other shaping techniques can be used, such as injection, slip casting.
  • the shaping is carried out by pressing, preferably uni-axial. After shaping, the preform can be machined.
  • the silicon carbide powders or boron carbide powders have an oxygen element content of less than 2%, preferably less than 1.6%, preferably less than 1.4%, preferably less than 1. , 2%, preferably less than 1%, or even less than 0.7%, or even less than 0.5%, or even less than 0.3% by weight.
  • the oxygen element content of these powders can be reduced before use by any technique known to those skilled in the art, such as for example washing with acid.
  • sintered product refers to a heat treatment by which the product forms a microstructure consisting of an aggregate or a granular fraction, the grains of which are joined together by means of a matrix.
  • a sintered product according to the invention comprises a matrix containing at least one phase of silicon metallic or a metallic silicon alloy, obtained by sintering in a neutral atmosphere or under vacuum.
  • 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 consists in particular of silica, boron oxide, iron or its oxides. Without departing from the scope of the invention, it is possible to limit the silica impurity by washing the SiC powders or even the sintering additive in a prior step and / or by adding additives containing carbon to the initial mixture, for 'remove during sintering.
  • Figure 1 is an image taken under a scanning microscope of a polished section of the hard material of Example 1 according to the invention.
  • the hard material comprises grains of silicon carbide 1 grains of boron carbide 2 linked by a matrix comprising a phase of metallic silicon 3.
  • the mixture was prepared in the form of a slip cast in a plaster mold. After casting and hardening of the paste, the parts were demolded and then dried for 24 hours at 110 ° C.
  • the pieces were then introduced into an oven for baking at 1700 ° C under vacuum, at a pressure of less than 20 torr.
  • the silicon was added from a powder placed in contact with the green parts during charging.
  • the characteristics of the ceramic body and the composition of the various constituent materials are collated in Table 2.
  • - t is the thickness of the plate, expressed in mm
  • - pv is the apparent density expressed in kg / dm 3, typically measured according to the ISO 18754 standard.
  • Each ceramic-metal assembly was exposed to a fire from a distance of 15 meters with a 7.62x51 P80 (Steel core) ammunition at different speeds.
  • a graph representing the level of impact or perforation (total protection with complete perforation) as a function of the impact speed was produced for all the examples. From this graph, it is determined for each example the median velocity V50 from which the probability of perforation is 50%. A velocity greater than 700 m / s given this type of ammunition is considered satisfactory. High velocity corresponds to a ballistic performance that is all the higher as the surface density is low.

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Abstract

Elément de blindage antibalistique, comprenant un corps céramique constitué dans un matériau comprenant, en pourcentage volumique, entre 35% et 55% de carbure de silicium, entre 20% et 50% de carbure de bore, entre 15% et 35% d'une phase de silicium ou d'une phase comprenant du silicium.

Description

DESCRIPTION
TITRE : Blindage en carbure de bore et en carbure de silicium à grains fins
L'invention se rapporte à des produits dont les propriétés antibalistiques sont suffisamment élevées pour justifier leur utilisation dans des éléments d'armures ou de blindage. L'invention trouve notamment son application comme élément d'armures ou de blindage permettant de protéger des personnes, des véhicules (terrestres, maritimes ou aériens) ou des installations fixes (bâtiment, mur d'enceinte, poste de garde notamment).
En particulier, la masse supplémentaire liée au port d'un blindage est un élément essentiel qu'il s'agisse de la protection des personnes mais aussi vis à vis des véhicules, pour lesquels un alourdissement excessif est un obstacle aux déplacements rapides et limite leur rayon d'action.
On connaît en particulier des systèmes formés par l'assemblage dit « mosaïque » de pièces céramiques ayant une forme polygonale déterminée et résistants individuellement à l'impact d'un projectile. JP2005247622 décrit par exemple un arrangement de telles formes de 20 à 100 mm de largeur, pour une épaisseur de quelques mm. Ce type de mosaïques de pièces présente l'avantage de résister à des tirs successifs (protection dite « multi-shot » ou « multi-hit » en anglais).
Il existe d'autres systèmes dits monolithiques, c'est à dire formés par une seule pièce ou encore par un nombre très limité de pièces de grande surface, chaque monolithe ayant une surface d'impact supérieure à 100 cm2, de façon à réduire le nombre de joints.
De nombreux matériaux ont été proposés pour constituer une armure destinée aux personnes dont le rapport masse de blindage sur surface de protection doit rester faible, typiquement moins de 50 kg/m2, ou un blindage non personnel destiné à des véhicules ou des installations fixes dont le rapport masse sur surface de protection (ou densité surfacique) est supérieur typiquement à 50 kg/m2 .
Les métaux et l'alumine sont couramment utilisés comme blindage mais ils présentent une densité surfacique élevée.
Plus récemment ont été proposés des produits à base de céramique non oxyde dont le rapport masse sur surface de blindage ou densité surfacique à résistance à l'impact équivalente est plus faible.
On connaît par exemple de US4604249 ou US4415632 des produits poreux de SiC utilisables comme blindage.
On connaît aussi des armures en un matériau céramique composite formé de grains fins de carbure de bore liés par une matrice de carbure de silicium obtenue par frittage réactif, en particulier par imprégnation de silicium fondu.
Le brevet US3796564 puis US3857744 ou IL188517 dévoilent par exemple des méthodes de fabrication d'armure composite de B4C lié de façon réactive (« reaction bonded B4C » en anglais) consistant, à presser une pièce à partir d'un mélange de grains de B4C de 1 à 120 micromètres et de la résine ou un précurseur de carbone, puis à infiltrer cette pièce avec du Silicium fondu entre 1440 et 2200°C sous vide ou sous atmosphère inerte. Le produit final est un composite comprenant des grains de carbure de bore dans une matrice de silicium incluant du carbure de silicium obtenu par réaction d'une partie du silicium fondu avec le carbure de bore et le carbone de la résine.
Ce type de produit est difficile à fabriquer car le procédé d'élaboration est complexe. Notamment du fait de la forte réaction du silicium fondu avec les grains de B4C d'une part (conduisant en particulier à une phase secondaire de carbure de bore de type Bi2(B,C,Si)3) et avec le carbone libre d'autre part (conduisant en particulier à une phase de type b-SiC) . Il a été proposé plus récemment par US2013/0168905A1 d'infiltrer la préforme avec du silicium et du bore. D'autres brevets, comme par exemple, US6609452B1 ou US6862970B2, ont proposé d'autres solutions mais il s'agit d'armures comprenant des grains de SiC liés par une phase métallique de silicium. Les performances balistiques de ce type de composite à densité surfacique similaire sont apparus plus faibles qu'un composite à grains de B4C liés par une phase métallique de silicium.
Il existe donc continuellement un besoin d'amélioration des produits utilisés comme blindage, cette amélioration étant mesurée notamment par leur performance balistique. L'objet de la présente invention est donc de proposer un matériau de carbure de bore lié par une matrice comprenant essentiellement du silicium métallique ou un alliage de silicium métallique et des grains de carbure de silicium, dont les performances balistiques sont améliorées.
En particulier, il existe aujourd'hui un besoin pour un blindage capable de résister à la perforation vis-à-vis de projectiles ayant une forte énergie cinétique tout en présentant une masse volumique apparente faible, typiquement inférieure à 3,1 g/cm3, voire inférieure à 3,0 g/cm3, afin de protéger des personnes ou des véhicules (terrestres, maritimes voire aériens) voire des installations fixes, telles que des bâtiments.
Selon un premier aspect général, la présente invention se rapporte à un élément de blindage antibalistique, présentant de préférence une surface d'impact, en particulier plane et/ou courbe, et comprenant un corps céramique constitué dans un matériau qualifié de dur. Le corps céramique est généralement muni sur sa face intérieure ou opposée à la face d'impact d'un revêtement arrière de dissipation de l'énergie, de préférence constitué dans un matériau de dureté inférieure à celui du matériau constituant le corps céramique.
Plus précisément, la présente invention se rapporte à un élément de blindage antibalistique, comprenant un corps céramique constitué dans un matériau comprenant, en pourcentage volumique : entre 35% et 55% de carbure de silicium, entre 20% et 50% de carbure de bore, entre 15% et 35% d'une phase métallique de silicium ou d'une phase métallique comprenant du silicium, et dans lequel en pourcentage volumique dudit matériau :
- les grains de carbure de bore dont le diamètre équivalent est supérieur à 30 micromètres représentent moins de 5%, de préférence moins de 2% ; de préférence encore il n'y a pas de grains de carbure de bore dont le diamètre équivalent est supérieur à 30 micromètres,
- les grains de carbure de bore dont le diamètre équivalent est inférieur à 5 micromètres représentent plus de 15% et moins de 35%,
- les grains de carbure de silicium dont le diamètre équivalent est supérieur à 30 micromètres représentent moins de 5%, de préférence moins de 1% ; de préférence encore, il n'y a pas de grains de carbure de silicium dont le diamètre équivalent est supérieur à 30 micromètres,
- les grains de carbure de silicium dont le diamètre équivalent est supérieur ou égal à 5 micromètres et inférieur ou égal à 30 micromètres représentent entre 35 et 55%.
Selon l'invention, la phase métallique est avantageusement présente entre les grains de carbure de bore et de carbure de silicium. Comme indiqué précédemment, la phase métallique comprend du silicium et de préférence encore est à base de silicium. En particulier elle comprend de préférence plus de 50% atomique de silicium, de préférence plus de 80% voire même plus de 90% d'atomes de silicium. De préférence encore la phase métallique est constituée essentiellement de silicium, voire est constituée uniquement de silicium, aux impuretés inévitables près. Selon la présente invention, le matériau céramique constituant le corps céramique n'est en principe pas poreux. Cependant, selon certaines réalisation, ledit matériau peut présenter une porosité qui n'excède pas en principe 5% en volume, voire qui n'excède pas 1% en volume, telle que mesurée par porosimétrie, calculée selon le rapport exprimé en pourcentage de la masse volumique apparente mesurée selon IS018754 sur la masse volumique absolue mesurée selon ISO5018.
Quelle que soit la porosité du matériau, selon la présente invention, les pourcentages volumiques en les différents constituants du matériau sont donnés hors porosité.
Les teneurs en carbure de bore, en carbure de silicium et phase métallique de silicium ou en phase(s) métallique(s) contenant du silicium dans le matériau sont obtenues par diffraction des rayons, selon les techniques bien connues de l'art.
Par carbure de bore, on entend la somme de toutes les formes cristallines détectables, notamment par diffraction des rayons X, présentes dans le matériau et comprenant du bore et du carbone, en particulier le B4C mais également d'autres formes notamment issues de sa réaction à haute température avec des composés du silicium, en particulier la phase B12 (B,C,Si)3.
Par diamètre équivalent de grain dans le matériau selon l'invention, on entend le diamètre d'une sphère de même volume que celui mesuré pour ledit grain. Il est de préférence déterminé par microtomographie. L'analyse par tomographie permet également d'obtenir la distribution volumique des grains, en pourcentage du volume de matériau analysé, comme illustré par la figure 1 et expliqué plus en détail dans la suite de la description.
Dans l'élément de blindage selon l'invention, selon des caractéristiques préférées de la présente invention :
Ledit corps céramique est monolithique et présente une surface d'impact supérieure à 100 cm2, une épaisseur supérieure à 3 mm et une masse volumique apparente inférieure à 3,0 g/cm3, par exemple compris entre 2,5 et 3,0 g/cm3. Ledit matériau constituant le corps céramique comprend des grains de carbure de bore et de carbure de silicium liés par une matrice, ladite matrice comprenant une phase métallique de silicium ou une phase métallique comprenant du silicium, notamment sous la forme d'un alliage du silicium avec un ou plusieurs autres éléments métalliques, de préférence une matrice métallique de silicium.
Lesdits grains de carbure de silicium dont le diamètre équivalent est supérieur ou égal à 5 micromètres et inférieur ou égal à 30 micromètres, représentent plus de 40% en volume dudit matériau, et de préférence moins de 50% en volume dudit matériau.
Lesdits grains de carbure de bore dont le diamètre équivalent est inférieur à 5 micromètres représentent plus de 16% et moins de 35% en volume dudit matériau et de préférence encore entre 20 et 30% en volume dudit matériau.
Les grains de carbure de bore dont le diamètre équivalent est compris entre 5 et 30 micromètres, bornes incluses, représentent moins de 10% en volume dudit matériau, voire moins de 7% en volume dudit matériau et de préférence moins de 5% en volume dudit matériau, voire moins de 1% en volume dudit matériau, ou même ledit matériau ne présente pas de grains dont le diamètre équivalent est compris entre 5 et 30 micromètres.
Les grains de carbure de bore dont le diamètre équivalent est supérieur ou égal à 5 micromètres représentent moins de 10% en volume dudit matériau, et de préférence moins de 5% en volume dudit matériau, voire moins de 1% en volume dudit matériau, ou même ledit matériau ne présente pas de grains dont le diamètre équivalent supérieur ou égal à 5 micromètres. Selon une possibilité, ledit matériau ne présente pas de grains de carbure de bore dont le diamètre équivalent est supérieur ou égal à 5 micromètres.
Les grains de carbure de silicium dont le diamètre équivalent est inférieur à 5 micromètres représentent moins de 10% en volume dudit matériau, de préférence moins de 7% en volume dudit matériau. Selon une possibilité, ledit matériau présente entre 0 et 7% , de préférence entre 2% et 7% de grains de carbure de silicium dont le diamètre équivalent est inférieur à 5 micromètres.
- Le reste du volume dudit matériau est occupé par ladite phase métallique de silicium ou ladite phase métallique comprenant du silicium.
- Ledit matériau constituant le corps céramique comprend des grains de carbure de bore et des grains de carbure de silicium liés par une matrice comprenant au moins une phase métallique de silicium ou comprenant du silicium.
- Les grains de carbure de silicium dont le diamètre équivalent est supérieur ou égal à 5 micromètres, sont sous forme cristallographique alpha (a).
- La proportion volumique de B4C dans le dit matériau représente moins de 20% de la teneur en carbure de bore.
- Le carbure de bore dans ledit matériau est essentiellement présent sous forme d'une phase B12 (B,C,Si)3.
- Le carbure de bore, le carbure de silicium et le silicium métallique ou la phase métallique comprenant du silicium, représentent ensemble plus de 75%, en volume, dudit matériau.
- Les grains de carbure de silicium dont le diamètre équivalent est supérieur à 30 micromètres représentent moins de 5%, de préférence moins de 1%.
- Plus de 90%, de préférence plus de 95% des grains et jusqu'à 100%, en volume dudit matériau, présentent un diamètre équivalent inférieur à 30 micromètres.
- Plus de 80% en volume des grains de diamètre équivalent inférieur à 5 micromètres sont des grains de carbure de bore.
- Plus de 80%, de préférence plus de 90%, voire plus de 95% en volume grains de diamètre équivalent supérieur ou égal à 5 micromètres sont des grains de carbure de silicium (SiC). - La phase métallique de silicium ou d'une phase métallique comprenant du silicium est essentiellement constituée de silicium (Si).
- La teneur en carbone libre, mesurée par LECO, est inférieure à 1% en volume dudit matériau. Plus précisément la teneur en carbone totale mesurée par LECO à laquelle est déduite la teneur en carbone liée sous forme de carbures, en particulier de silicium et de bore incluant les phases SiC, B4C et BI2 (B,C,Si)3, les teneurs en carbures étant quantifiées par diffraction aux rayons X.
- La teneur volumique en carbure de silicium dans ledit matériau, mesurée par diffraction aux rayons X, est supérieure à 35%, de préférence encore supérieure à 40%, de préférence supérieure à 45% des phases cristallisées présentes dans ledit matériau.
- La teneur volumique en carbure de silicium dans ledit matériau, mesurée par diffraction aux rayons X, est inférieure à 55%, de préférence inférieure à 50% des phases cristallisées présentes dans ledit matériau.
- La teneur volumique en carbure de bore dans ledit matériau, comprenant les phases de carbure de bore B4C et B12 (B,C,Si)3, mesurée par diffraction aux rayons X, est supérieure à 20%, voire même supérieure ou égale à 24%, des phases cristallisées présentes dans ledit matériau constitutif du corps céramique.
- La teneur volumique en carbure de bore dans ledit matériau, comprenant les phases B4C et B12 (B,C,Si)3,mesurée par diffraction aux rayons X, est inférieure à 50%, de préférence inférieure à 40%, voire inférieure à 30%, des phases cristallisées présentes dans ledit matériau.
- En particulier la teneur volumique en phase B12(B,C,Si)3 dans ledit matériau mesurée par diffraction aux rayons X, est supérieure à 15%, de préférence supérieure à 20% et/ou inférieure à 40%, de préférence inférieure à 30% des phases cristallisées présentes dans ledit matériau. La teneur volumique en silicium métallique ou en phase métallique comprenant du silicium, mesurée par diffraction aux rayons X, est supérieure à 15%, de préférence supérieure à 20% et/ou inférieure à 35%, de préférence inférieure à 30%, de préférence encore inférieure à 25% des phases cristallisées présentes dans ledit matériau.
- Le carbure de bore, le carbure de silicium et le silicium métallique ou en phase métallique comprenant du silicium représentent ensemble plus de 50%, de préférence plus de 70%, de préférence encore plus de 80%, voire plus de 90%, en volume, des phases cristallisées présentes dans ledit matériau,
- Ledit matériau constituant le corps céramique présente une porosité (telle que mesurée comme le rapport exprimé en pourcentage de la masse volumique apparente mesurée par IS018754 (cf page 22) sur la masse volumique absolue mesurée selon ISO5018), inférieure à 3%, de préférence encore inférieure à 2% ou même inférieure à 1%.
- Ledit corps céramique présente une masse volumique apparente inférieure à 2,95 g/cm3, de préférence inférieure à 2,90, voire inférieure à 2,85 g/cm3.
- Ledit corps céramique présente une surface supérieure à 150 cm2, supérieure à 500 cm2, ou encore supérieure à 1000 cm2.
- Ledit corps céramique présente une épaisseur supérieure à 4 mm, de préférence encore supérieure à 5 mm et/ou inférieure à 50mm, de préférence inférieure à 30mm.
- Le corps céramique présente un ratio masse sur surface ou densité surfacique, mesuré(e) en kg/m2, inférieur(e) à 100, de préférence inférieur à 50.
- Le corps céramique peut présenter une surface plane ou une surface avec une ou plusieurs courbures. Le corps céramique peut être une forme simple ou complexe, pleine ou présenter une cavité, telle que par exemple un tube. De préférence, le corps céramique est choisi parmi une plaque, un plastron, un casque, un élément de carrosserie d'un véhicule, un tube. Selon des configurations particulières de l'élément de blindage selon l'invention ayant donné de bons résultats aux tests balistiques, en volume dudit matériau :
- La teneur en carbure de silicium (SiC) dudit matériau, est supérieure à 40% et inférieure à 55%, de préférence encore est supérieure à 45% et inférieure à 55%.
- La teneur en carbure de bore est supérieure à 20% et inférieure à 40%, de préférence encore est supérieure à 20% et inférieure à 30%.
- La teneur en silicium métallique ou en la phase métallique comprenant du silicium est supérieure à 15% et inférieure à 35%, de préférence encore est supérieure à 20% et inférieure à 30%.
- Les grains de carbure de bore dont le diamètre équivalent est inférieur à 5 micromètres représentent plus de 20% et moins de 50%, et de préférence encore représentent plus de 25% et moins de 40% en volume dudit matériau,
- les grains de carbure de silicium dont le diamètre équivalent est compris entre 5 micromètres et 30 micromètres, bornes incluses, représentent plus de 40% et moins de 80%, et de préférence encore représentent plus de 45 et moins de 70%, en volume dudit matériau.
Un élément de blindage antibalistique, présentant une surface d'impact, en particulier plane et/ou courbe, et comprenant un corps céramique constitué dans un matériau dur selon l'invention, est avantageusement muni sur sa face intérieure ou opposée à la face d'impact, d'un revêtement arrière de dissipation de l'énergie, de préférence constitué dans un matériau de dureté inférieure à celui du matériau constituant le corps céramique.
Le matériau constituant le revêtement arrière est par exemple choisi parmi les polyéthylènes PE, notamment les polyéthylènes ultra haute densité (UHMPE), les fibres de verre ou de carbone, les aramides, les métaux tel que l'aluminium, le titane ou leur alliages ou l'acier, L'ensemble corps céramique-revêtement arrière peut être entouré par une enveloppe d'un matériau de confinement.
Le matériau constituant l'enveloppe peut être choisi parmi les polyéthylènes PE, notamment les polyéthylènes ultra haute densité (UHMPE), les fibres de verre ou de carbone, les aramides, les métaux tel que l'aluminium ou l'acier
L'invention se rapporte également au corps céramique dont les caractéristiques viennent d'être décrites précédemment, et notamment à un corps céramique monolithique sous forme de plaque, présentant une surface supérieure à 100 cm2 et une épaisseur supérieure à 3 mm, une masse volumique apparente inférieure à 3,0 g/cm3, constitué d'un matériau tel que décrit précédemment.
L'invention se rapporte également à l'utilisation d'un l'élément de blindage comprenant un corps céramique dont les caractéristiques viennent d'être décrites précédemment, comme protection antibalistique d'une personne, d'un véhicule (terrestres, maritimes ou aériens) ou d'une installation fixe (bâtiment, mur d'enceinte, poste de garde notamment), en particulier sous la forme d'une plaque, d'une tuile, d'une mosaïque, par exemple sous forme d'hexagones ou de nodules, d'un plastron, d'un bouclier, d'un casque, d'un élément de carrosserie d'un véhicule tel que qu'une porte, d'un siège, d'un tube
Sans qu'il soit besoin ici de répéter, par mesure de concision, l'ensemble des caractéristiques techniques déjà décrites précédemment en relation avec la plage de blindage, un corps céramique selon l'invention couvre bien entendu l'ensemble des mêmes modes préférés.
On donne les indications et définitions suivantes, en relation avec la description précédente de la présente invention :
Par matériau dur il est notamment entendu un matériau céramique de dureté Vickers supérieure à 15 GPa mesurée par exemple selon ASTM C1327, lui conférant notamment des propriétés antibalistiques.
Par diamètre équivalent de grain dans le matériau selon l'invention, on entend le diamètre d'une sphère de même volume que celui mesuré pour ledit grain. Il est de préférence déterminé par microtomographie.
Par exemple, un échantillon de dimensions 1.5xl.5x8mm3 est scanné dans un tomographe nanofoyer de manière à rapprocher au maximum l'échantillon de la source et ainsi obtenir une haute résolution de l'ordre de 1 pm3/voxel. Un temps d'acquisition d'environ 3h permet d'obtenir une reconstruction peu bruitée. L'image volumique obtenue constituée de différents niveaux de gris est binarisée, par exemple à l'aide d'un logiciel IMorph, afin d'individualiser les grains, la phase métallique et la porosité éventuelle. L'identification des grains peut être aussi réalisée par des techniques telles qu'un microscope électronique à balayage par analyse en électrons rétrodiffusés ou par spectroscopie à rayons X à dispersion d'énergie (ou EDS, abréviation de l'anglais « Energy Dispersive X-ray Spectroscopy »).
A partir du volume de chaque grain, il est possible de réaliser une distribution volumique des grains en pourcentage du volume de matériau analysé (hormis sa porosité). Il est aussi possible de calculer le volume de la phase métallique en pourcentage du volume de matériau analysé.
Dans la présente demande, le pourcentage volumique de grains est exprimé par rapport au volume de matériau à l'exclusion de sa porosité.
Par masse volumique apparente d'un produit, on entend au sens de la présente invention, le rapport égal à la masse du produit divisée par le volume qu'occupe ledit produit. Elle est classiquement déterminée par la méthode d'Archimède. La norme ISO 18754 précise par exemple les conditions d'une telle mesure. Par « matrice » du corps céramique, on entend une phase cristallisée ou non, assurant une structure sensiblement continue entre les grains et obtenue, lors du frittage ou de la cuisson, à partir des constituants de la charge de départ et éventuellement des constituants de l'environnement gazeux de cette charge de départ. Une matrice entoure sensiblement les grains de la fraction granulaire, c'est-à-dire les enrobe.
Dans un corps céramique fritté selon l'invention, les grains liés par la matrice sont essentiellement, voire exclusivement, des grains de carbure de bore et de silicium.
Lors du frittage, ils conservent sensiblement la forme et la nature chimique qu'ils présentaient dans la charge de départ. Dans le corps céramique fritté, la matrice et les grains représentent ensemble 100% de la masse du produit.
Une matrice obtenue par frittage réactif présente des particularités. Notamment, lors du frittage réactif, il se produit une carburation du métal d'infiltration. L'augmentation de volume qui en résulte, typiquement de 1 à 30%, permet avantageusement de compenser le retrait occasionné par le frittage des grains. L'infiltration de silicium ou de ses alliages permettant aussi de combler la porosité de la préforme crue.
La composition en phases du matériau constituant le corps céramique monolithique est normalement obtenue par diffraction des rayons X et analyse de Rietveld.
Le produit selon l'invention permet notamment une protection contre tout type de projectiles, par exemple une balle, un obus, une mine ou un élément projeté lors de la détonation d'explosifs, comme des boulons, des clous (ou IED pour «Improvised Explosive Device») et constitue normalement un élément d'armure pour les personnes ou les véhicules, généralement sous forme de modules comme des plaques.
Selon l'invention, l'élément de protection comprend classiquement au moins deux couches : une première pièce en céramique telle que décrite précédemment associée à un autre matériau moins dur et préférentiellement ductile, en face arrière, classiquement appelé « backing », tel que des fibres de polyéthylène (ex : Tensylon™, Dyneema®, Spectra™), d'aramide (ex :Twaron™,Kevlar®), des fibres de verre, ou des métaux comme par exemple l'acier ou les alliages d'aluminium, sous la forme de plaques. Des colles, par exemple à base de polyuréthane ou polymères époxyde, sont utilisées pour lier les différents éléments constituant la plaque de blindage.
Sous l'impact des projectiles, le matériau céramique se fragmente et a pour rôle principal de briser les noyaux des projectiles. Le rôle de la face arrière, associée au matériau céramique constituant le corps céramique, est de consommer l'énergie cinétique des débris et de maintenir un certain niveau de confinement sur la plaque de céramique, optimisé encore par l'enveloppe de confinement.
Un corps céramique selon l'invention peut être en particulier obtenu par un procédé de frittage, en particulier un procédé de frittage réactif comprenant les étapes suivantes : a)préparation d'une charge de départ comportant : au moins une poudre de particules de carbure de bore, dont le diamètre médian des particules est compris entre 0,1 et 10 micromètres, une poudre de particules de carbure de silicium, dont le diamètre médian de particules est compris entre 5 et 30 micromètres, de préférence entre 5 et 20 micromètres . un précurseur de carbone, de préférence une poudre de graphite ou de carbone non cristallisé ou amorphe dont le diamètre médian est inférieur à 1 micromètre, un solvant aqueux, en particulier de l'eau déionisée, de préférence, des additifs de mise en forme, b)mise en forme de la charge de départ sous la forme d'une préforme, de préférence par pressage, c)démoulage après durcissement ou séchage, 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) chargement dans un four de la préforme au contact d'une source de silicium ou d'un alliage de silicium, de préférence sous forme solide, f) cuisson de la préforme sous atmosphère inerte, de préférence sous argon, ou sous vide, de préférence sous une pression résiduelle inférieure à 20 torrs, de préférence à une température comprise entre 1450°C et 2200°C, de manière à infiltrer la préforme avec la source de silicium en fusion et la consolider.
Sauf indication contraire, dans le procédé selon la présente description, tous les pourcentages sont des pourcentages massiques.
De préférence, le diamètre médian des particules la poudre initiale de carbure de bore est compris entre 0,1 et 7 micromètres et de manière plus préférée est compris entre 0,5 et 5 micromètres, notamment entre 0,2 et 5 micromètres.
De préférence, le diamètre médian de la poudre de particules de carbure de Silicium est au moins deux fois supérieur au diamètre médian de la poudre de grains de carbure de bore.
Dans un tel procédé, on utilise une première poudre initiale de carbure de silicium dont le diamètre médian des particules est compris entre 5 micromètres et 30 micromètres, bornes incluses et de préférence est compris entre 7 et 20 micromètres, bornes incluses. Dans certains modes de réalisation avantageux, cette poudre de carbure de silicium présente au moins 10% de grains supérieurs à 5 micromètres et moins de 10% de grains supérieurs à 20 micromètres.
Selon un mode préféré, la charge de départ comprend en masse : -de 40 à 55% d'une poudre de particules de carbure de bore, dont le diamètre médian est compris entre 0,5 et 5 micromètres et de préférence compris entre 1 et 2 micromètres, et
-de 40 à 55% d'une poudre de particules de carbure de silicium, dont le diamètre médian est compris entre 5 micromètres et 20 micromètres, bornes incluses, et de préférence compris entre 7 et 15 micromètres.
Selon un mode préféré, la charge de départ comprend en masse au moins 5%, voire plus de 7% et de préférence moins de 20%, de préférence moins de 15% d'un précurseur de carbone, de préférence, une poudre de graphite ou de carbone non cristallisé ou amorphe. Une telle teneur permet en effet avantageusement d'obtenir une réaction optimale avec le métal, en particulier du silicium, lors de l'infiltration à l'étape f). Les proportions relatives précédentes de particules de carbure de bore et de carbure de silicium permettant une mouillabilité suffisante afin de permettre au métal contenant du silicium d'imprégner de façon homogène la préforme et d'obtenir une structure finale aux propriétés balistiques améliorées.
Selon un mode préféré, l'ajout d'additifs et de précurseurs de carbone est tel que la teneur en carbone libre de la préforme avant cuisson, c'est à dire la teneur en carbone non lié sous forme d'un carbure, est comprise entre 5% et 15%, de préférence inférieure à 5% de la masse de ladite préforme.
Selon un mode préféré, le mélange est granulé ou atomisé jusqu'à obtenir des granules présentant un diamètre médian compris entre 50 et 250 micromètres, le mélange ayant typiquement une humidité inférieure à 5%, de préférence inférieure à 2%, voire sensiblement 1% ou moins.
A l'étape b), la préforme peut être obtenue par coulage ou par pressage de la charge ou du mélange dans un moule, avec ou sans vibration, de préférence par pressage.
Pendant la cuisson à l'étape f), la source de silicium en fusion infiltre la préforme et réagit (« frittage réactif ») avec certains de ses constituants, en particulier avec le carbone présent du fait des impuretés ou des apports volontaires, pour former une matrice et ainsi lier les grains de carbure de bore et les grains de carbure de silicium du corps céramique.
Selon un mode particulier, la température maximale de cuisson de la préforme est comprise entre 1450 et 1800°C sous vide.
Selon un autre mode particulier, la température maximale de cuisson de la préforme est comprise entre 1700 et 2200°C, de préférence entre 1700 et 1900°C sous une pression normale de gaz inerte ou neutre, par exemple sous argon.
Dans le corps céramique selon l'invention les grains de céramique, de préférence des grains de carbure de silicium et de bore peuvent être liés par une matrice comprenant ou constituée essentiellement par une phase de silicium sans ajout d'autres composés.
Le diamètre médian des particules (ou la « taille » médiane) des particules constituant une poudre, est donnée au sens de la présente invention par une caractérisation de distribution granulométrique, en particulier au moyen d'un granulomètre laser. La caractérisation de distribution granulométrique est réalisée classiquement avec un granulomètre laser conformément à la norme ISO 13320-1. Le granulomètre laser peut être, par exemple, un Partica LA-950 de la société HORIBA. Au sens de la présente description et sauf mention contraire, le diamètre médian des particules désigne respectivement le diamètre des particules au-dessous duquel se trouve 50% en masse de la population. On appelle « diamètre médian » ou « taille médiane » d'un ensemble de particules, en particulier d'une poudre, le percentile D5o, c'est-à-dire la taille divisant les particules en première et deuxième populations égales en volume, ces première et deuxième populations ne comportant que des particules présentant une taille supérieure, ou inférieure respectivement, à la taille médiane. Dans un mode de réalisation, la charge de départ contient un liant et/ou un lubrifiant et/ou un agent tensio-actif et/ou un agent dispersant. Dans un mode de réalisation, la charge de départ contient un liant et un dispersant.
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 15 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 granulation par congélation (ou «freeze granulation» selon le terme anglais »), afin d'obtenir des granules de préférence d'environ 50 à 100 micromètres de diamètre, qui seront mises 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. De préférence la mise en forme est réalisée par pressage, de préférence uni-axial. Après mise en forme, la préforme peut être usinée.
De préférence, les poudres de carbure de silicium ou et poudres de carbure de bore présentent une teneur en élément oxygène inférieure à 2%, de préférence inférieure à 1,6%, de préférence inférieure à 1,4%, de préférence inférieure à 1,2%, de préférence inférieure à 1%, voire inférieure à 0,7%, voire inférieure à 0,5%, voire même inférieure à 0,3% poids. Dans un mode de réalisation, la teneur en élément oxygène de ces poudres peut être diminuée avant utilisation par toute technique connue de l'homme du métier, comme par exemple un lavage à l'acide.
On appelle « frittage » un traitement thermique par lequel le produit forme une microstructure constituée d'un granulat ou d'une fraction granulaire dont les grains sont solidarisés au moyen d'une matrice. Un produit fritté selon l'invention comporte une matrice contenant au moins une phase de silicium métallique ou un alliage de silicium métallique, obtenue par frittage sous atmosphère neutre ou sous vide.
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 la silice, l'oxyde de bore, le fer ou ses oxydes. Sans sortir du cadre de l'invention, il est possible de limiter l'impureté silice en lavant les poudres de SiC voire d'additif de frittage dans une étape préalable et/ou en ajoutant au mélange initial des additifs contenant du carbone, pour l'éliminer pendant le frittage.
La figure 1 est une image prise au microscope à balayage d'une section polie du matériau dur de l'exemple 1 selon l'invention. Le matériau dur comprend des grains de carbure de silicium 1 des grains de carbure de bore 2 liés par une matrice comprenant une phase de silicium métallique 3.
Exemples:
Les exemples qui suivent sont donnés à titre purement illustratif et ne limitent sous aucun des aspects décrits la portée de la présente invention.
Dans tous les exemples qui suivent, des pièces céramiques sous la forme de plaques de format lOOmmxlOOmm d'épaisseur 7 à 10 mm ont été initialement réalisées par pressage d'un mélange dont les formulations des différents exemples ont été reportées dans le tableau 1 ci-après. Dans les exemples 1 selon l'invention et les exemples comparatifs 1 et 2 les poudres de carbure de bore et de carbure de Silicium ont été préalablement mixées avec un liant PVA / PEG et la poudre de graphite afin d'obtenir des granules après atomisation selon les techniques bien connues de l'homme du métier. Les granules obtenus par atomisation qui présentent une humidité inférieure à 1% ont été mis en forme par pressage uni axial à une pression de 70 MPa, les pièces ont été démoulées puis séchées 24h à 110°C.
Pour l'exemple 3 comparatif le mélange a été préparé sous forme d'une barbotine coulée dans un moule plâtre. Après coulage et durcissement de la pâte, les pièces ont été démoulées puis séchées 24h à 110°C.
L es pièces ont ensuite été introduites dans un four pour une cuisson à 1700°C sous vide, à une pression inférieure à 20 torrs. L'apport de silicium a été réalisé à partir d'une poudre placée au contact des pièces crues lors de l'enfournement.
[Tableau 1]
Pour chaque réalisation, les caractéristiques du corps céramique et la composition des différents matériaux le constituant sont rassemblées dans le tableau 2.
[Tableau 2]
*diamètre équivalent de grains **non détectable
Pour chaque exemple, huit plaques céramiques obtenues selon le procédé décrit précédemment ayant une densité surfacique de 22,5 Kg/m2 (± 0,5 Kg/m2) ont été collées sur des plaques métalliques d'aluminium 7020 T6 de 200mmx200mmx5mm.
La densité surfacique paest calculée selon la formule suivante pa = tX pv où:
- pa est la densité surfacique exprimée en Kg/m2
- t est l'épaisseur de la plaque, exprimée en mm, - pv est la masse volumique apparente exprimée en kg/dm3 typiquement mesurée selon la norme ISO 18754.
Chaque assemblage céramique-métal a été exposé à un tir d'une distance de 15 mètres avec une munition de 7.62x51 P80 (Steel core) selon différentes vitesses. Un graphe représentant le niveau d'impact ou de perforation (protection totale à perforation complète) en fonction de la vitesse d'impact a été réalisé pour tous les exemples. A partir de ce graphe, il est déterminé pour chaque exemple la vélocité médiane V50 à partir de laquelle la probabilité de perforation est de 50%. Une vélocité supérieure à 700 m/s compte tenu de ce type de munition est considérée comme satisfaisante. Une vélocité élevée correspond à une performance balistique d'autant plus élevée que la densité surfacique est faible.
Les propriétés balistiques de la plaque de blindage finale sont rassemblées dans le tableau 3 suivant : [Tableau 3]
Les résultats regroupés dans le tableau 3 indiquent que le choix du matériau utilisé pour fabriquer un élément de blindage c'est- à-dire dont les fractions volumiques de grains de carbure de bore, de grains de carbure de silicium et de la phase métallique à base de silicium conforme à la présente invention, conduit à une performance antibalistique améliorée (Vélocité V5o plus élevée, à densité surfacique égale).

Claims

REVENDICATIONS
1. Elément de blindage antibalistique, comprenant un corps céramique constitué dans un matériau comprenant, en pourcentage volumique : entre 35% et 55% de carbure de silicium, entre 20% et 50% de carbure de bore, entre 15% et 35% d'une phase métallique de silicium ou d'une phase métallique comprenant du silicium, et dans lequel en pourcentage volumique dudit matériau: les grains de carbure de bore dont le diamètre équivalent est supérieur à 30 micromètres représentent moins de 5%, de préférence moins de 2%, les grains de carbure de bore dont le diamètre équivalent est inférieur à 5 micromètres représentent plus de 15% et moins de 35%, les grains de carbure de silicium dont le diamètre équivalent est supérieur à 30 micromètres représentent moins de 5%, de préférence moins de 1%, les grains de carbure de silicium dont le diamètre équivalent est supérieur ou égal à 5 micromètres et inférieur ou égal à 30 micromètres représentent entre 35 et 55%.
2. Elément de blindage selon la revendication 1, dans lequel ledit corps céramique est monolithique et présente une surface d'impact supérieure à 100 cm2, une épaisseur supérieure à 3 mm et une masse volumique apparente inférieure à 3,0 g/cm3.
3. Elément de blindage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les grains de carbure de silicium dont le diamètre équivalent est supérieur ou égal à 5 micromètres et inférieur à 30 micromètres représentent plus de 40% en volume dudit matériau, et de préférence moins de 50% en volume dudit matériau.
4. Elément de blindage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les grains de carbure de bore dont le diamètre équivalent est inférieur à 5 micromètres représentent entre 20 et 30% en volume dudit matériau.
5. Elément de blindage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les grains de carbure de bore dont le diamètre équivalent est supérieur ou égal à 5 micromètres représentent moins de 10% en volume dudit matériau.
6. Elément de blindage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les grains de carbure de bore dont le diamètre équivalent est compris entre 5 et 30 micromètres, bornes incluses, représentent moins de 10% en volume dudit matériau.
7. Elément de blindage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les grains de carbure de silicium dont le diamètre équivalent est inférieur à 5 micromètres représentent moins de 10% en volume dudit matériau.
8. Elément de blindage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la teneur en carbone libre est inférieure à 1% en volume dudit matériau.
9. Elément de blindage selon l'une des revendications précédentes, comprenant :
- des grains de carbure de bore et
- des grains de carbure de silicium et
- une matrice liant lesdits grains,
- ladite matrice comprenant au moins une phase métallique de silicium ou comprenant du silicium.
10. Elément de blindage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les grains de carbure de silicium dont le diamètre équivalent est supérieur ou égal à 5 micromètres, sont sous forme cristallographique alpha (a).
11. Elément de blindage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la proportion volumique de B4C représente moins de 20% de la teneur en carbure de bore dudit matériau.
12. Elément de blindage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le carbure de bore est présent sous forme d'une phase B12 (B,C,Si)3.
13. Elément de blindage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le carbure de bore, le carbure de silicium et le silicium métallique ou la phase métallique comprenant du silicium, représentent ensemble plus de 75%, en volume, dudit matériau.
14. Elément de blindage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel, en volume dudit matériau :
- la teneur en carbure de silicium dudit matériau, est supérieure à 35% et inférieure à 55%, de préférence encore est supérieure à 40% et inférieure à 50%,
- la teneur en carbure de bore est supérieure à 20% et inférieure à 50%, de préférence encore inférieure à 40%,
- la teneur en silicium métallique ou en la phase métallique comprenant du silicium est supérieure à 15% et inférieure à 35%, de préférence encore est supérieure à 20% et inférieure à 30%,
- les grains de carbure de bore dont le diamètre équivalent est supérieur à 30 micromètres représentent moins de 5%, de préférence moins de 2%,
- les grains de carbure de bore dont le diamètre équivalent est inférieur à 5 micromètres représentent plus de 15% et moins de 35%, les grains de carbure de silicium dont le diamètre équivalent est supérieur ou égal à 5 micromètres et inférieur ou égal à 30 micromètres représentent entre 35 et 55%, les grains de carbure de silicium dont le diamètre équivalent est supérieur à 30 micromètres représentent moins de 5%, de préférence moins de 1%. - plus de 90%, de préférence plus de 95% des grains, en volume dudit matériau, présentent un diamètre équivalent inférieur à 30 micromètres.
- plus de 80% grains de diamètre équivalent inférieur à 5 micromètres sont des grains de carbure de bore.
- plus de 80% grains de diamètre équivalent supérieur ou égal à 5 micromètres sont des grains de carbure de silicium (SiC).
15. Elément de blindage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le corps céramique présente un ratio masse sur surface, ou densité surfacique, mesuré(e) en kg/m2, inférieur(e) à 100.
16. Elément de blindage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le corps céramique est choisi parmi une plaque, un plastron, un casque, un élément de carrosserie d'un véhicule, un tube.
17. Elément de blindage selon l'une des revendications précédentes, comprenant un corps céramique constitué dans un matériau, muni sur sa face intérieure ou opposée à la face d'impact d'un revêtement arrière de dissipation de l'énergie, constitué dans un matériau de dureté inférieure à celui du matériau constituant le corps céramique, dans lequel le matériau constituant le revêtement arrière est choisi parmi les polyéthylènes PE, notamment les polyéthylènes ultra haute densité UHMPE, les fibres de verre ou de carbone, les aramides, les métaux tel que l'aluminium, le titane ou leur alliages ou l'acier.
18. Elément de blindage selon la revendication précédente, dans laquelle l'ensemble corps céramique- revêtement arrière est entouré par une enveloppe d'un matériau de confinement.
19. Elément de blindage selon la revendication précédente, dans lequel le matériau constituant l'enveloppe est choisi parmi les polyéthylènes PE, notamment les polyéthylènes ultra haute densité UHMPE, les fibres de verre ou de carbone, les aramides, les métaux tel que l'aluminium ou l'acier.
20. Procédé de fabrication du corps céramique de l'élément de blindage selon l'une des revendications précédentes comprenant les étapes suivantes : a)préparation d'une charge de départ comportant : au moins une poudre de particules de carbure de bore, dont le diamètre médian des particules est compris entre 0,1 et 10 micromètres, une poudre de particules de carbure de silicium, dont le diamètre médian de particules est compris entre 5 et 30 micromètres, un précurseur de carbone, de préférence une poudre de graphite ou de carbone non cristallisé ou amorphe dont le diamètre médian est inférieur à 1 micromètre, un solvant aqueux, en particulier de l'eau déionisée, - de préférence, des additifs de mise en forme, b)mise en forme de la charge de départ sous la forme d'une préforme, de préférence par pressage, c)démoulage après durcissement ou séchage, 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)chargement dans un four de la préforme au contact d'une source de silicium ou d'un alliage de silicium, de préférence sous forme solide, f)cuisson de la préforme sous atmosphère inerte, de préférence sous argon, ou sous vide, de préférence sous une pression résiduelle inférieure à 20 torrs, préférence à une température comprise entre 1450°C et 2200°C, de manière à infiltrer la préforme avec la source de silicium en fusion et la consolider.
21. Utilisation de l'élément de blindage selon la revendication 1 à 19, comme protection antibalistique d'une personne ou d'un véhicule terrestres, maritimes ou aériens ou d'une installation fixe comme un bâtiment, un mur d'enceinte, ou un poste de garde, en particulier sous la forme d'une plaque, d'une tuile, d'une mosaïque, par exemple sous forme d'hexagones ou de nodules, d'un plastron, d'un bouclier, d'un casque, d'un élément de carrosserie d'un véhicule tel que qu'une porte, d'un siège, d'un tube.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3099824B1 (fr) * 2019-08-05 2021-07-23 Saint Gobain Ct Recherches Blindage en carbure de bore et en carbure de silicium
DE112021007519A5 (de) * 2021-04-16 2024-04-04 Schunk Ingenieurkeramik Gmbh Verbundformkörper aus einer reaktionsgebundenen, mit Silizium infiltrierten Mischkeramik

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3796564A (en) 1969-06-19 1974-03-12 Carborundum Co Dense carbide composite bodies and method of making same
US3857744A (en) 1970-01-19 1974-12-31 Coors Porcelain Co Method for manufacturing composite articles containing boron carbide
DE3005586C2 (de) 1980-02-15 1985-03-14 Kernforschungsanlage Jülich GmbH, 5170 Jülich Für eine Panzerung verwendbare Verbundplatte
US6609452B1 (en) 2000-01-11 2003-08-26 M Cubed Technologies, Inc. Silicon carbide armor bodies, and methods for making same
US6862970B2 (en) * 2000-11-21 2005-03-08 M Cubed Technologies, Inc. Boron carbide composite bodies, and methods for making same
JP2005247622A (ja) 2004-03-03 2005-09-15 Toray Ind Inc 多角形セラミックスタイルおよびそれを用いた耐衝撃体
US20110009255A1 (en) 2005-12-22 2011-01-13 Coorstek, Inc. Boron-silicon-carbon ceramic materials and method of making
US8101535B2 (en) * 2006-12-18 2012-01-24 Schott Diamondview Armor Products, Llc Ceramic ballistic armor product
IL188517A (en) 2007-12-31 2016-02-29 Ben Gurion Univ Of The Negev Res And Dev Authority A process to create boron carbide composite material
IL230775B (en) * 2014-02-02 2018-12-31 Imi Systems Ltd Pre-stressed curved ceramic panels/tiles and a method for their production
JP6651754B2 (ja) * 2014-09-18 2020-02-19 Toto株式会社 反応焼結炭化ケイ素部材の製造方法
RU2621241C1 (ru) * 2016-03-02 2017-06-01 Общество с ограниченной ответственностью "Вириал" Наноструктурированный композиционный материал на основе карбида бора и способ его получения
FR3053776B1 (fr) * 2016-07-11 2019-04-05 Saint-Gobain Centre De Recherches Et D'etudes Europeen Plaque de blindage
FR3099824B1 (fr) 2019-08-05 2021-07-23 Saint Gobain Ct Recherches Blindage en carbure de bore et en carbure de silicium

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