FR2553403A1 - Ecran protecteur en ceramique, et son procede de fabrication - Google Patents

Abstract

L'ARTICLE EST COMPOSE D'UN MELANGE DE PARTICULES TRES FINES ET DE TRES GRANDE PURETE DE NITRURE D'ALUMINIUM, POUR AU MOINS 50 EN VOLUME ET DE NITRURE DE BORE, LEDIT MELANGE ETANT DENSIFIE ET AMENE A L'ETAT CERAMIQUE. LE PRODUIT PEUT ETRE UTILISE COMME ECRAN PROTECTEUR POUR DISPOSITIF DE COMMUNICATION OU DE DETECTION EQUIPANT DES VEHICULES SE DEPLACANT A GRANDE VITESSE DANS DES MILIEUX HOSTILES.

Description

-1 La présente invention concerne, d'une manière générale,

un produit nouveau et amélioré convenant particulièrement comme écran protecteur, ainsi qu'un procédé de fabrication dudit produit, et, en particulier, un hublot transparent aux 5 rayonnements électromagnétiques formée d'un composite nitrure d'aluminium-nitrure de bore.

Les véhicules modernes à vitesse rapide, tels que les

aéronefs, peuvent avoir à traverser des milieux agressifs.

Ainsi, il peut devenir nécessaire de protéger des sources de 10 chocs thermiques et de chocs de pression certains appareils

de communication et de détection portés par un tel véhicule.

Dans un véhicule à vitesse rapide du type précité, un tel choc est habituellement dû au contact de friction avec le milieu ambiant La protection vis-à-vis des chocs thermiques 15 et de pression doit être fournie sans nuire à la capacité de l'appareil protégé à communiquer avec l'extérieur du véhicule au moyen d'un rayonnement électromagnétique dans le spectre de fréquence intéressant Un moyen courant d'obtenir la protection voulue est de placer l'appareil derrière un 20 écran ou un hublot de protection convenable, ledit écran ou ledit hublot étant transparent au spectre de fréquence voulu du rayonnement électromagnétique, et quelquefois appelé

hublot électromagnétique.

Les compositions actuellement disponibles pour réaliser 25 de tels hublots électromagnétiques n'offrent généralement pas la résistance mécanique, la ténacité et la résistance aux chocs thermiques voulues La silice fondue est largement utilisée pour la réalisation de hublots électromagnétiques car elle a une transparence électromagnétique exceptionnel30 le, une résistance aux chocs thermiques élevée et des propriétés diélectriques convenables Cependant, en raison de sa faible résistance mécanique, de sa faible ténacité, de sa faible résistance à l'éclatement et de sa vitesse de recession indésirable, l'utilisation de la silice fondue 35 comme écran pour appareil du type précité, c'est-à- dire pour -2 la réalisation d'un hublot électromagnétique, s'est révélée

ne pas être satisfaisante sous de nombreux aspects.

Un matériau susceptible d'être utilisé comme hublot électromagnétique, qui remplisse plus complètement les 5 attentes que l'on place en lui, doit améliorer la performance des matériaux existants dans leur fonction de protection de l'appareil de communication et de détection compris dans le véhicule, tout en permettant le passage du rayonnement électromagnétique dans le spectre de fréquence voulu Dans 10 l'idéal, une structure qui est formée d'un tel matériau amélioré présente les caractéristiques suivantes: une transparence électromagnétique, une cynétique de vaporisation congruente, des propriétés diélectriques ajustables, une résistance aux chocs thermiques, une résistance mécani15 que et une ténacité, une résistance à l'éclatement, un caractère réfractaire marqué et une vitesse de récession règlable, c'est-à-dire une vitesse d'érosion et d'usure Des compositions ayant ces propriétés qui peuvent naturellement être utilisables à d'autres fins peuvent fournir des écrans 20 protecteurs et convenir particulièrement comme hublots

électromagnétiques dans un environnement hostile.

En conséquence, la présente invention a pour but d'apporter un produit conformé nouveau et perfectionné en un matériau céramique ayant une composition comprenant du 25 nitrure d'aluminium et du nitrure de bore, qui offre une transparence à un spectre choisi d'un rayonnement électromagnétique, une cynétique de vaporisation congruente, des propriétés diélectriques réglables, une résistance aux chocs thermiques améliorée, une résistance mécanique et une 30 ténacité améliorées, une résistance à l'éclatement améliorée, une vitesse de récession améliorée et un caractère

réfractaire marqué.

Un autre but de l'invention est d'apporter un écran céramique nouveau et amélioré qui soit transparent aux 35 rayonnements électromagnétiques dans un spectre de fréquence

prédéterminé et qui ait une capacité accrue à résister aux chocs thermiques et aux chocs de pression dans un environnement hostile.

L'invention a encore pour but d'apporter un hublot électromagnétique nouveau et amélioré pour un véhicule, ledit hublot ayant une résistance accrue aux chocs thermiques et mécaniques et conformé pour s'adapter à l'ouverture

du hublot et aux contours du véhicule.

La présente invention se propose encore d'apporter un 10 procédé nouveau et perfectionné de fabrication d'un écran

céramique qui est transparent aux rayonnements électromagnétiques, telle qu'un hublot électromagnétique, débouchant sur un écran ayant une résistance mécanique et une ténacité supérieures utilisant un mélange de nitrure d'aluminium et 15 de nitrure de bore.

L'invention se propose encore d'apporter un procédé nouveau et amélioré de protection, vis-à-vis des chocs thermiques et de pression, d'un appareil adapté à communiquer au moyen d'un rayonnement électromagnétique, utilisant 20 un écran céramique de nitrure de bore et de nitrure d'aluminium, qui est transparent audit rayonnement dans un

spectre de fréquence prédéterminé.

Ces buts de l'invention et d'autres sont atteints en ce sens que l'invention apporte un article céramique conformé, 25 nouveau et amélioré, tel qu'un hublot électromagnétique, et un procédé de fabrication d'un tel article, le matériau composite du hublot offrant une transparence aux rayonnements électromagnétiques dans un spectre de fréquence prédéterminé, une cynétique de vaporisation congruente, des 30 propriétés diélectriques réglables, une résistance aux chocs thermique améliorée, une résistance mécanique et une ténacité améliorées, une résistance à l'éclatement améliorée, une résistance à l'usure améliorée et un fort caractère réfractaire Le procédé de fabrication de l'article cérami35 que précité consiste: -4 (a) à mélanger de la poudre de nitrure d'aluminium ayant une pureté d'au moins environ 95 D en poids avec de la poudre de nitrure de bore ayant une pureté d'au moins environ 95 % en poids, ledit nitrure de bore n'ayant 5 substantiellement pas de particule ayant une taille supérieure à environ 10 microns et représentant d'environ 0,01 % à environ 50 % en volume du mélange, et la poudre de nitrure d'aluminium n'ayant substantiellement pas de particule d'une taille supérieure à environ 74 microns; (b) à conformer le mélange substantiellement dans la forme voulue pour l'article; et (c) à densifier le mélange dans un milieu non oxydant à une température, une pression et pendant une durée,

suffisantes pour former une structure céramique.

L'article céramique résultant, par exemple un hublot

électromagnétique, peut être utilisé pour protéger un appareil des dommages dfis aux chocs thermiques ou de pression sans nuire à la capacité de cet appareil à communiquer au travers des hublots au moyen d'un rayonnement 20 électromagnétique dans un spectre de fréquence prédéterminé.

Par exemple, lorsque l'appareil est disposé dans un véhicule, le hublot est conformé de manière à s'adapter à l'ouverture du hublot du véhicule et au contour du véhicule au voisinage de cette ouverture de façon à protéger 25 l'appareil contre les dommages.

Ces buts et d'autres ressortiront plus clairement de la

description qui va suivre faite en référence aux dessins

annexés, dans lesquels: la figure 1 est une représentation d'une microphoto30 graphie (agrandie 200 fois) montrant une dispersion à 15 % en volume de particules de nitrure de bore dans une matrice de nitrure d'aluminium après la densification les figures 2 A et 2 B illustrent des exemples schématiques de deux configurations de véhicule à grande 35 vitesse ayant des hublots électromagnétiques (radôme, hublot à antenne) interposés entre le milieu extérieur et l'appareil à antenne, la figure 3 est une représentation graphique de la relation entre la constante diélectrique et la température 5 pour diverses compositions céramiques nitrure d'aluminium-nitrure de bore, la figure 4 est une représentation graphique de la relation entre le facteur de dissipation diélectrique et la température pour diverses compositions céramiques nitrure 10 d'aluminium-nitrure de bore, la figure 5 est une représentation graphique de la résistance à la flexion des compositions nitrure d'aluminiumnitrure de bore en fonction du pourcentage volumique de

nitrure de bore dans la composition.

Le nitrure d'aluminium possède plusieurs caractéristiques qui le rendent apte à donner un article céramique dans des applications nécessitant une transparence électromagnétique et une résistance, tel qu'un hublot électromagnétique dans un aéronef à grande vitesse Bien que le nitrure 20 d'aluminium puisse convenir sous certains angles, il ne

possède pas une combinaison complète des caractéristiques qui le rendent souhaitable pour les applications précitées.

Selon l'invention, on a constaté que, si des particules de nitrure de bore sont dispersées dans une matrice de nitrure 25 d'aluminium pour former un composite, le composite a

certaines caractéristiques souhaitables nouvelles et inattendues, tout en conservant les caractéristiques souhaitables déjà présentées par le nitrure d'aluminium pur, telle qu'une transparence électromagnétique et une cynétique de 30 vaporisation congruente.

Selon la présente invention, on mélange de la poudre de nitrure d'aluminium et de la poudre de nitrure de bore, conforme le mélange et le densifie pour produire un matériau céramique en particules à phases multiples renfermant 35 d'environ 0,01 % à environ 50 % en volume de nitrure de -6 bore Ainsi, le nitrure de bore constitue la phase mineure du composite, le complément étant apporté substantiellement par le nitrure d'aluminium (abstraction faite des additifs indiqués ci-dessous), c'est-à-dire que le nitrure d'alumi5 nium représente au moins environ 50 % jusqu'à environ 99,99 % en volume du composite Le mélange, la conformation et la densification peuvent être accomplis selon des techniques connues dans la technique considérée pour

produire une céramique structurelle de qualité robuste.

L'objectif fondamental de l'étape de mélange du procédé est de disperser la poudre de nitrure de bore dans la poudre de nitrure d'aluminium et de former ainsi un composite Dans certaines formes d'exécution préférées, la taille des particules des poudres est également réduite pendant l'étape 15 de mélange par broyage Le mélange et le broyage peuvent être effectués dans n'importe quel dispositif approprié, par exemple un dispositif de broyage tel qu'un broyeur classique à boulets Tel qu'utilisé ici, le terme "broyage" définit toute opération de broyage proprement dit ou toutes 20 combinaisons de mélange et de broyage qui dispersent la

poudre de nitrure de bore dans la poudre de nitrure d'aluminium et qui fournit un mélange de nitrure de bore et de nitrure d'aluminium ayant la taille de particules voulue.

Ce mélange peut être d'abord formé si nécessaire sous la 25 forme d'un corps céramique vert après quoi il est densifié

en un corps céramique.

Les tailles de particule maximales qui peuvent être utilisées selon l'invention sont d'environ 74 microns pour le nitrure d'aluminium et d'environ 10 microns pour le 30 nitrure de bore De préférence, la taille de particule maximale est d'environ 44 microns pour le nitrure d'aluminium et d'environ 1 micron pour le nitrure de bore En général, la taille de particule des poudres de nitrure d'aluminium et de nitrure de bore est aussi faible que les 35 contraintes de la fabrication le permettent La tendance des -7 particules à s'agglomérer limite généralement les gammes de taille de particule qui peuvent être obtenues par des techniques de broyages classiques Cependant, la présente invention vise les tailles de particule allant jusqu'à la taille moléculaire. On préfère un mélange et un broyage simultané des poudres en raison de la réduction de la taille des particules et du degré d'agglomération obtenu ainsi Une telle réduction de la taille des particules et du degré d'agglomé10 ration se traduit par l'obtention d'un produit céramique ayant des caractéristiques supérieures, par exemple, en ce qui concerne la résistance mécanique et la ténacité, dues à un plus fort degré de dispersion du nitrure de bore dans le nitrure d'aluminium Un procédé de mélange que l'on préfère 15 consiste à broyer de la poudre de nitrure de bore ayant une taille de particule inférieure au micron avec de la poudre de nitrure d'aluminium ayant une diamètre de particule inférieur à 44 microns pendant six heures en présence d'un milieu de broyage, tel que de l'alumine Pour réduire encore 20 la taille de particule et rendre le mélange encore plus total, on peut en outre ajouter un milieu liquide pendant le procédé de broyage, c'est-à-dire n'importe quel milieu liquide inerte connu dans la technique considérée A titre d'exemple, et sans limitation, l'acétone peut être utilisée 25 comme milieu convenable Dans un mode de mise en oeuvre préféré, l'étape de mélange consiste à broyer à l'état humide le nitrure d'aluminium et le nitrure de bore en

présence d'acétone comme milieu liquide.

La densification du composite céramique pour produire 3 un article céramique peut être effectuée par n'importe quel procédé connu dans la technique considérée, par exemple, par pressage à chaud, pressage isostatique à chaud, agglomération sans pression, etc, ou une combinaison choisie des techniques précitées Ces procédés utilisent des variations 35 de température, de pression et de temps pour lier et -8 consolider les poudres céramiques séparées en un composant céramique densifié La durée, la température et la pression utilisées pour former une céramique structurelle selon la présente invention ne sont pas critiques et l'homme de l'art 5 peut combiner des conditions appropriées pour densifier le mélange pour former une céramique structurelle Il est seulement nécessaire que l'étape de densification du mélange soit effecutée à une température, une pression et pendant une durée suffisante pour former une céramique structurelle. 10 Un jeu de conditions préféré est indiqué dans le tableau I ci-dessous.

TABLEAU 1

EXEMPLES DE DIVERSES CONCENTRATIONS DE NITRURE DE BORE 15 DANS LE NITRURE D'ALUMINIUM

% volumique de nitrure de bore dans le composite Paramètres du pressage à chaud Temp Pression Temps Atmos Masse 0 c kg/cm 2 (mn) phère volumikg/cm (mn)qu que (g/cm 3

0 1700 227 90 N 2 3,26

1700 471 90 N 2 3,29

10 1700 471 90 N 2 3,26

1700 633 30 Ar 2,96

1700 471 90 N 2 3,02

1700 471 90 N 2 2,95

Dans certains procédés de densification, par exemple le pressage isostatique à chaud et l'agglomération sans pression, il est nécessaire de former un corps céramique vert avant la densification Le procédé de formation d'un corps vert consiste à conformer l'article céramique de telle 35 sorte que la conformation et la formation se produisent simultanément Des procédés de formation d'un corps céramique vert sont bien connus de l'homme de métier et ils comprennent, sans que cela soit limitatif, le pressage de la matrice, le pressage isostatique et le coulage en barbotine. 5 Ainsi, selon la présente invention, la formation d'un corps vert peut être nécessaire ou constituer une étape préférée

avant la densification.

On doit comprendre que, à toutes les étapes du procédé, les poudres de nitrure d'aluminium et de nitrure de bore 10 doivent être protégées par une atmosphère non oxydante en raison de la sensibilité de ces poudres à l'oxydation Des environnements inertes convenant pour l'utilisation comme atmosphère non oxydante sont par exemple le vide, l'azote, un gaz noble, etc. Le nitrure d'aluminium et le nitrure de bore doivent être dépourvus d'impuretés qui interréagissent avec les composants d'une manière qui compromette l'intégrité de la céramique structurelle ou qui compromette l'une quelconque des caractéristiques ou propriétés voulues pour le composi20 te Selon la présente invention, il est souhaitable, bien que non essentiel, que les poudres soient purifiées de manière à ce que leur pureté atteigne au moins environ 95 % en poids De préférence, la pureté de ces poudres est encore plus grande jusqu'à atteindre, par exemple, environ 98 % en 25 poids Lorsque cela est possible, et dans des limites

pratiques, la pureté des poudres est d'environ 99,9 % en poids L'utilisation de poudres de grande pureté améliore certaines des caractéristiques du composite et le rendent apte à servir de hublot électromagnétique Par exemple, les 30 poudres de grande pureté améliorent généralement la transparence électromagnétique Dans la plupart des cas, les impuretés diminuent l'excellente transparence électromagnétique offerte normalement par le composite nitrure d'aluminium-nitrure de bore.

Le nitrure d'aluminium est utilisé comme phase princi-

-10 pale dans le composite nitrure d'aluminium-nitrure de bore en partie du fait de sa cynétique de vaporisation congruente La surface d'un matériau à cynétique de vaporisation congruente est dépourvue de phase métallique condensée du 5 constituant, c'est-à-dire d'aluminium dans le cas du nitrure

d'aluminium La présence d'un métal condensé, qui se produit avec les matériaux n'ayant pas une cynétique de vaporisation congruente, tel que le nitrure de bore, réduit ou même empêche la transmission radar Pour aider à la cynétique de 10 vaporisation congruente pendant la vaporisation du composite, une petite quantité de composés contenant de l'oxygène peut être éventuellement ajoutée à certains pourcentages volumiques par rapport au nitrure de bore dans le composite.

Les composés contenant de l'oxygène peuvent empêcher les 15 effets nuisibles de la cynétique de vaporisation non congruente en empêchant le dépôt de bore métal sur la surface du hublot électromagnétique Les composés contenant de l'oxygène peuvent être introduits sous la forme de n'importe quel agent d'oxydation en particulier des oxydes 20 tels que les oxydes d'aluminium, l'oxyde borique ou le di-oxyde de silicium On ne doit pas utiliser d'agents oxydants qui réduisent significativement ou substantiellement la transmission radar L'agent oxydant peut, dans certains cas, être ajouté au composite en une quantité 25 allant jusqu'à environ 5 % en volume De préférence, cependant, l'agent oxydant ne représente pas plus d'environ 2 % en volume Habituellement, certains de ces composés sont présents en quantité variable sous forme d'impuretés dans

les poudres de nitrure d'aluminium et de nitrure de bore.

Habituellement, l'écran ou le hublot électromagnétique est interposé entre la source de chocs thermiques et de pression et l'appareil qui communique par rayonnement électromagnétique Dans un véhicule, cela peut être fait en incorporant le hublot dans la structure du véhicule pour 35 former soit un radôme, soit un hublot à antenne, comme -11 représenté aux figures 2 A et 2 B respectivement Dans ce dernier exemple, le hublot ou l'écran s'adapte dans une ouverture de hublot convenable du véhicule et une face unique est exposée à la source de chocs thermiques ou de 5 chocs de pression Comme cela est représenté, la surface précitée se conforme aux contours du véhicule au voisinage

de l'ouverture de hublot et elle affleure ces contours.

Les exemples suivants illustrent davantage la mise en oeuvre de l'invention en ce qui concerne le procédé de 10 fabrication de l'article Ces exemples n'ont aucun caractère limitatif. On a préparé cinq hublots céramiques formés d'un composite nitrure d'aluminium-nitrure de bore selon le procédé de la présente invention En outre, un hublot 15 céramique formé de nitrure d'aluminium pur a également été préparé à des fins de comparaison Chacun des hublots céramiques renfermait des pourcentages volumiques variables de nitrure de bore On a mélangé des poudres de nitrure de bore de qualité commerciale ayant une taille de particule 20 inférieure au micron avec des poudres de nitrure d'aluminium de qualité commerciale ayant une taille de particule inférieure à 45 microns dans les concentrations indiquées dans le tableau I Ces mélanges ont été broyés à l'état humide pendant six heures en utilisant de l'alumine comme 25 milieu de broyage, de l'acétone comme milieu liquide et un récipient en matière plastique convenable, par exemple, formé de polypropylène, polyéthylène, éthylène propylène fluoré, polyallomère et polycarbonate, par exemple, un récipient en Nalgene Toutes les poudres ont été traitées 30 dans une enceinte anhydre pour minimiser le contact avec l'atmosphère en raison de la nature hygroscopique du nitrure d'aluminium Le mélange résultant de poudre a été consolidé par pressage à chaud dans une matrice contenant un chemisage de matrice convenable, par exemple, un ruban en graphite 35 souple, par exemple un chemisage de matrice en Grafoil , -12 dans les conditions de température, pression, durée et atmosphère indiquées dans le tableau I La densité de chacun des composants céramiques résultant est également indiquée dans le tableau I. O 5 La figure 1 est un dessin d'une microphotographie montrant la microstructure résultant de la densification par pressage à chaud d'une dispersion à 15 % en volume du nitrure de bore dans le nitrure d'aluminium Les zones

sombres du dessin montrent la phase de nitrure de bore.

La transparence d'un hublot pour transmission radar à un signal normalement incident est exprimée approximativement par l'équation suivante: ( 1) T ( -Bx dans laquelle T est la transmittance fractionnelle, x est l'épaisseur du hublot du radar et B est le coefficient d'absorption en unité d'épaisseur réciproque A son tour, le coefficient d'absorpl)tion B est dcéfinit en terme de constante 20 diélectrique, K', et le facteur de dissipation diélectrique (tan d), pour une longueur d'onde donnée de radar en espace libre A, par la relation:

4 À 2 K'

( 2) B = F 1 + Tan 2 1 o

D'après les équations ( 1) et ( 2) on peut voir qu'une constante diélectrique inférieure ou un facteur de dissipation diélectrique inférieur débouche sur un coefficient 30 d'absorption inférieur et donc sur une transparence électromagnétique plus grande.

Les figures 3 et 4 et le tableau II montrent les propriétés radar, c'està-dire la constante diélectrique et le facteur de dissipation diélectrique de trois hublots 35 composites nitrure d'aluminium-nitrure de bore du tableau I -13 en fonction de la température et de la composition à 8,5 G Hz Dans tous les cas, la constante diélectrique et le facteur de dissipation diélectrique à une température donnée décroissent avec un pourcentage volumique croissant de 5 nitrure de bore dans le composite Ces réductions se traduisent directement par une transparence électromagnétique améliorée telle que décrite par les équations ( 1) et ( 2). En plus du perfectionnement global des propriétés de 10 transmission radar, il est évident que la sensibilité à la température de la constante diélectrique, sur toute la gamme de données, et la sensibilité à la température du facteur de dissipation diélectrique, au-dessus de 6000 C; sont réduites en augmentant le pourcentage volumique de nitrure de bore. 15 Ainsi, non seulement des taux plus élevés de transmission sont obtenus avec de plus grandes quantités de nitrure de bore, mais encore un hublot radar selon l'invention offre une vitesse réduite de perte de transmission lorsque la

température s'élève.

Dans les exemples rapportés au tableau I, il n'a pas été ajouté d'agent oxydant au composite, bien que des agents oxydants soient probablement présents sous forme d'impuretés dans les poudres de nitrure d'aluminium ou de nitrure de bore Ainsi, ces hublots composites nitrure d'aluminium- ni25 trure de bore devraient offrir une cynétique de vaporisation congruente pour les pourcentages volumiques de nitrure de

bore à partir desquels les échantillons ont été fabriqués.

On obtient une amélioration significative de la résistance mécanique et de la ténacité ou de la résistance à 30 la flexion du composite en ajoutant au nitrure d'aluminium une seconde phase de nitrure de bore dispersé Ce perfectionnement permet à des hublots en composite nitrure d'aluminium-nitrure de bore de résister à de plus grandes variations de pressions mécaniques ou de chocs de pression. 35 Des céramiques de nitrure d'aluminium ont une résistance -14 mécanique et une ténacité modérées Avec l'addition de nitrure de bore au nitrure d'aluminium, il se manifeste une synergie favorable dans la résistance à la flexion et la ténacité Cette -synergie se produit pour une concentration comprise entre environ 5 d et environ 35 en volume de nitrure de bore La figure 5 montre la résistance à la flexion en kg/cm 2 en fonction du pourcentage volumique de nitrure de bore Un produit selon la présente invention, formé d'un composite nitrure d'aluminium-nitrure de bore, 10 offre une plus grande résistance à la flexion qu'un article composé soit de nitrure d'aluminium pur, soit de nitrure de

bore pur dans cette gamme.

-15

TABLEAU II

% en volume 35:t en volume 25,o en volume de nitrure de de nitrure de de nitrure de bore bore bore

15 20 25 30

Toc 21 84 189 289 421 515 623 705 793 912 1025 1050

1115 1160 1220

K'

9,00 9,03 9,12 9,20 9,32 9,38 9,49 9,58 9,67 9,78 9,93 9,97 10,04 10,07 10,18

Tan B 0,0243 0,0231 0,0217 0,0223

0,0226 0,0228 0,0231 0,0240 0,029 0,039 0,052 0,058 0,108 0,138 0,205

To C 23,7

112 224

353 483 594 700 714 809 938 1008 1080 1174 1263

K'

7,52 7,58 7,64 7,75 7,81 7,89 7,95 7,97 8,04 8,14 8,19 8,25 8,32 8,39 8, 44 8,48 8,53

Tan 6 0,0130 0,0144 0,0127 0,0124 0,0117 0,0115 0,0128 0,0132 0,0171 0, 022 0,026 0,0305 0,034 0,040 0,043 0,047 0,050 To C 24 80 150 219 277 369 490 593 651 706 776 868 951 1008 1062

1205 1233 1280 1324 1365 1401

K'

7,07 7,09

7,13 7,17 7,22 7,26 7,34 7,39 7,43 7,47 7,62 7,70

7,75

7,80 7,85 7,92 7,96 7,99 8,03 8,07 8,09 8,14

Tan 6 0,0115 0,0114 0,01135 0,0120

0,0111 0,0111 0,0111 0,0112 0,01135

0,0118 0,0124 0,0134 0,0154 0,0170 0,0197

0,0239 0,0273 0,029 0,032 0,034 0,036 0,039

TABLEAU II Facteur de dissipation constante diélectrique en fonction de la diélectrique température pour et

diverses compositions de nitrure de bore dans le nitrure d'aluminium par mesure de cavite résonnante à 8,5 G Hz.

-16 Des variations significatives de la résistance aux chocs thermiques des différentes compositions selon la présente invention sont obtenues en faisant varier la quantité de nitrure de bore dispersée dans la matrice de 5 nitrure d'aluminium Le nitrure d'aluminium a une résistance aux chocs thermiques modérée L'addition de nitrure de bore améliore considérablement cette caractéristique Le tableau III ci-dessous montre l'amélioration de la résistance aux chocs thermiques La durée à l'issue duquel la défaillance 10 est constatée, en secondes, est plus du double quand on va

de 0 % en volume à 25 % en volume de nitrure de bore, ce qui indique une amélioration significative de la ténacité, c'est-à-dire de la résistance à une extension des fissures.

De plus, on peut établir des corrélations favorables entre 15 la résistance aux chocs thermiques et la résistance à l'éclatement amélioréespar comparaison avec la résistance à l'éclatement modérée des céramiques structurelles en nitrure d'aluminium Des essais de résistance aux chocs thermiques ont été effectués sur les compositions données à titre 20 d'exemples dans le tableau I selon le procédé de Schwille, Tanzilli et Musikant décrit dans Thermal Stresses in Severe Environments, pages 553 à 566, publié par D P H Hasselman

et R A Keller, Plenum Publishing, 1980.

Des articles structurels en nitrure d'aluminium-nitrure 25 de bore, tels que, par exemple, un hublot électromagnétique, possèdent en outre l'avantage d'avoir un taux de récession règlable Le taux de récession tel qu'il est défini ici est le taux d'usure du matériau composite principalement dû aux effets d'ablation mais qui peut inclure l'érosion due à des 30 impacts de particules (par exemple pluie, grêle, poussière, etc) Selon la présente invention, en fonction de la quantité de nitrure de bore présente dans le composite, la vitesse de récession du composant structurel peut être réglée depuis une vitesse plus rapide à des "pourcentages 35 volumiques" plus faibles jusqu'à des vitesses plus lentes à -17 des "pourcentages volumiques" plus élevés Ainsi, la vitesse de récession d'un hublot électromagnétique peut être réglée sur celle du matériau formant écran à la chaleur avoisinant et on évite ainsi les difficultés sur le plan de l'aérodyna5 misme qui sont associées avec des vitesses de récession non concordantes. \\ -18

TABLEAU III

15

RESISTANCE AU CHOC THERMIQUE

% Volumique de nitrure (durée avant la défaillance de bore dans le compo en secondes lorsque le produit site est exposé à une vitesse de chauffage de 300 W/cm 2

0 1,78

3,30

1,70

4,12

4,60

3,70

TABLEAU III Résistance au choc thermique pour les hublots en céramique nitrure d'aluminium-nitrure de bore du tableau I en fonction de la concentration en nitrure de bore.

-19 Lorsque l'on souhaite que le produit ait une résistance aux chocs thermiques, une résistance mécanique et une ténacité, une transparence électromagnétique et/ou les autres propriétés énumérées ci-dessus, le composite binaire 5 nitrure d'aluminium-nitrure de bore peut être utilisé selon la présente invention pour produire des structures conformées qui sont transparentes au rayonnement ou à l'énergie électromagnétique Un tel composite n'est pas limité à cet usage comme hublot électromagnétique mais il peut être 10 utilisé dans d'autres types d'écran ainsi que dans d'autres

produits qui doivent offrir l'une au moins des caractéristiques énumérées ci-dessus.

-20

Claims (22)

REVENDICATIONS

1 Article conformé constitué d'un matériau céramique caractérisé en ce qu'il est formé d'une composition comprenant: d'environ 0,01 e à environ 35 % en volume de nitrure de bore, ledit nitrure de bore ayant une pureté d'au moins environ 95 % en volume et substantiellement une taille maximale de particule d'environ 10 microns; et de nitrure d'aluminium, ledit nitrure d'aluminium

ayant une pureté d'au moins environ 95 % en volume.

2 Article selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit nitrure de bore et ledit nitrure d'aluminium ont

une pureté d'au moins 98 % en volume.

3 Article selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il renferme, en outre, jusqu'à environ 2 % en volume d'un

agent oxydant.

4 Article selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit agent oxydant est choisi dans le groupe comprenant 20 l'oxyde d'aluminium, l'oxyde de bore et le dioxyde de silicium. Hublot transparent au rayonnement électromagnétique dans un spectre de fréquence prédéterminé, ledit hublot étant formé d'un matériau céramique, caractérisé par une 25 composition comprenant: d'environ 0,01 % à environ 35 % en volume d'une dispersion de nitrure de bore, ledit nitrure de bore ayant une pureté d'au moins environ 95 % en volume; et

de nitrure d'aluminium, ledit nitrure d'aluminium 30 ayant une pureté d'au moins environ 95 % en volume.

6 Hublot selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit nitrure de bore a substantiellement une taille

maximale de particule d'environ 10 microns.

7 Hublot selon la revendication 5, caractérisé en ce 35 que ledit nitrure de bore et ledit nitrure d'aluminium ont -21

une pureté d'au moins environ 98 % en volume.

8 Hublot selon la revendication 5, caractérisé en ce que la composition renferme, en outre, jusqu'à environ 2 %

en volume d'un agent oxydant.

9 Hublot selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit agent oxydant est choisi dans le groupe comprenant l'oxyde d'aluminium, l'oxyde de bore et le dioxyde de silicium. Procédé de fabrication d'un article céramique 10 conformé, caractérisé en ce qu'il consiste: à mélanger de la poudre de nitrure d'aluminium ayant une pureté d'au moins 95 % en volume et de la poudre de nitrure de bore ayant une pureté d'au moins 95 % en volume, ledit nitrure de bore n'ayant substantiellement pas de 15 particule d'une taille supérieure à environ 10 microns et représentant d'environ 0,01 % à environ 50 % en volume du mélange et ladite poudre de nitrure d'aluminium n'ayant substantiellement pas de particule d'une taille supérieure à environ 74 microns et représentant au moins 50 % en volume 20 dudit mélange; à conformer ledit mélange dans substantiellement la forme voulue pour ledit article; et à densifier ledit mélange dans une atmosphère non

oxydante à une température, une pression et pendant une 25 durée suffisantes à former une céramique structurelle.

11 Procédé de fabrication d'un hublot transparent au rayonnement électromagnétique dans un spectre de fréquence prédéterminé, caractérisé en ce qu'il consiste: à mélanger de la poudre de nitrure d'aluminium ayant 30 une pureté d'au moins 95 % en volume et de la poudre de nitrure de bore ayant une pureté d'au moins 95 % en volume, ledit nitrure de bore représentant d'environ 0,01 % à environ 50 % en volume du mélange et ladite poudre de nitrure d'aluminium représentant au moins 50 % en volume 35 dudit mélange; -22 à conformer ledit mélange substantiellement dans la forme voulue pour ledit hublot; et à densifier ledit mélange dans une atmosphère non oxydante à une température, une pression et pendant un durée

suffisantes à former une céramique structurelle.

12 Procédé selon la revendication 11, caractérisé en

ce que ladite poudre de nitrure de bore a substantiellement une taille maximale de particule d'environ 10 microns et en ce que ladite poudre de nitrure d'aluminium a une taille 10 maximale de particule d'environ 74 microns.

13 Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que: ledit hublot est disposé dans une ouverture de hublot du véhicule; ladite poudre de nitrure de bore ne comprend substantiellement pas de particule d'un diamètre supérieur à environ 1 micron; ladite étape de mélange consiste à mélanger d'environ 1 à environ 35 % en volume dudit nitrure de bore avec ledit 20 nitrure d'aluminium; lesdites poudres ont une pureté de 98 % en volume; et en ce que

ladite étape de conformation conforme substantiellement ledit hublot à ladite ouverture.

14 Procédé de protection d'un appareil d'une source de chocs thermiques et de chocs de pression, ledit appareil étant adapté à communiquer au moyen d'un rayonnement électromagnétique, caractérisé en ce qu'il consiste: à conformer un composite céramique en un écran 30 transparent au rayonnement électromagnétique dans un spectre de fréquence prédéterminé; ledit composite étant constitué de nitrure d'aluminium ayant substantiellement une pureté d'au moins 95 % en volume et renfermant, à l'état dispersé, du nitrure de bore ayant une 35 pureté d'au moins 95 % en volume, ledit nitrure de bore -23 ayant une taille de particule n'excèdant pas environ 10 microns et représentant d'environ 0, 01 M 5 à environ 35 % en volume dudit composite; et à interposer ledit- écran entre ladite source et ledit appareil. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que ledit appareil est disposé dans un véhicule qui est généralement non transparent audit rayonnement dans ledit spectre de fréquence; et en ce que ladite étape de conformation conforme substantiellement ledit écran à une ouverture de hublot dans ledit véhicule et aux contours externes dudit véhicule au

voisinage de ladite ouverture.

16 Procédé selon la revendication 10 ou 12, caractéri15 sé en ce qu'environ 1 % à environ 35 % en volume dudit

nitrure de bore sont mélangés avec ledit nitrure d'aluminium.

17 Procédé selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que ledit mélange est broyé pendant ladite étape de 20 mélange.

8 Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que ladite étape de broyage est mise en oeuvre dans un

milieu liquide.

19 Procédé selon la revendication 10 ou 12, caractéri25 sé en ce que ladite étape de conformation consiste à conformer le mélange en un corps vert et en ce que ladite étape de densification comprend un pressage isostatique à

chaud dudit corps vert.

Procédé selon la revendication 10 ou 12, caractéri30 sé en ce que ladite étape de conformation consiste à conformer ledit mélange en un corps vert et en ce que ladite étape de densification comprend une agglomération sans

pression dudit corps vert.

21 Procédé selon la revendication 10 ou 12, caractéri35 sé en ce que lesdites étapes de conformation et de -24 densification sont mises en oeuvre simultanément par

pressage à chaud.

22 Procédé selon l'une quelconque des revendications

, 12 ou 15, caractérisé en ce que lesdites poudres de 5 nitrure d'aluminium et de nitrure de bore ont une pureté

d'au moins 98 % en volume.

23 Procédé selon la revendication 10 ou 12, caractérisé en ce que ladite poudre de nitrure d'aluminium ne comprend substantiellement aucune particule d'un diamètre 10 supérieur à environ 44 microns en diamètre.

24 Procédé selon l'une quelconque des revendications

, 12 ou 23, caractérisé en ce que ladite poudre de nitrure de bore ne comprend substantiellement aucune particule d'un

diamètre supérieur à environ 1 micron.

25 Procédé selon l'une quelconque des revendications

, 12 ou 15, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à ajouter au mélange jusqu'à environ 2 % en volume d'un agent oxydant.

26 Procédé selon l'une quelconque des revendications 20 12, 15 ou 20, caractérisé en ce que ledit agent oxydant est

choisi dans le groupe comprenant l'oxyde d'aluminium,

l'oxyde de bore et le dioxyde de silicium.