Applications des matériaux céramiques avancés

Applications dans les aéronefs à grande vitesse

Les aéronefs à grande vitesse sont des équipements stratégiques que les grandes puissances militaires s’efforcent de développer. Leur vol supersonique et leurs structures profilées entraînent de sérieux problèmes d’échauffement aérodynamique. L’environnement thermique typique des aéronefs à grande vitesse implique des températures élevées et des contraintes thermo-mécaniques complexes et sévères. Les alliages haute température existants ne répondent plus aux exigences, ce qui a conduit à l’émergence des composites à matrice céramique. En particulier, les matériaux composites céramiques SiCf/SiC sont largement utilisés dans les composants structurels chauds tels que les aubes de turbine, les aubes directrices de tuyère et les anneaux extérieurs de turbine des moteurs d’avion. La densité de ces matériaux composites est environ quatre fois inférieure à celle des alliages haute température, ce qui permet une réduction de poids significative. De plus, ils peuvent fonctionner à des températures allant jusqu’à 1400 °C, simplifiant considérablement la conception des systèmes de refroidissement et augmentant la poussée.

Applications dans les blindages légers

Les blindages composites légers sont essentiels pour assurer la survie des équipements modernes. Le développement des fibres céramiques et des composites à matrice céramique renforcés par des fibres est fondamental pour l’application des blindages composites légers. Actuellement, les principaux matériaux céramiques de protection utilisés comprennent le B4C, l’Al2O3, le SiC et le Si3N4. Les céramiques de carbure de silicium, grâce à leurs excellentes propriétés mécaniques et à leur rentabilité, sont devenues l’un des matériaux céramiques pare-balles les plus prometteurs. Leurs diverses applications dans différents domaines de protection, notamment les équipements individuels des soldats, les véhicules blindés de l’armée, les hélicoptères armés, les véhicules spéciaux de police et civils, leur confèrent de vastes perspectives d’application. Comparées aux céramiques Al2O3, les céramiques SiC ont une densité plus faible, ce qui est bénéfique pour améliorer la mobilité des équipements.

Applications dans les armes légères

Les armes légères, en tant que composant important de l’armement, comprennent généralement les pistolets, les fusils, les mitrailleuses, les lance-grenades et les équipements individuels spéciaux (lance-roquettes individuels, missiles individuels, etc.). Leur fonction principale est de projeter des projectiles vers la zone cible afin de neutraliser ou de détruire les cibles ennemies. Les conditions d’utilisation des armes légères comprennent les hautes températures, les basses températures, la haute altitude, la chaleur humide, la poussière, la pluie, la combinaison poussière-pluie, le brouillard salin et l’immersion dans l’eau des rivières. La résistance à la corrosion est cruciale. Actuellement, les principaux procédés anticorrosion pour les armes légères comprennent le brunissage, l’anodisation dure, la technologie de pénétration contrôlée par ions, les revêtements de carbone amorphe et la nitruration plasma. En particulier pour les armes et équipements utilisés en milieu marin, l’exigence de résistance à la corrosion en atmosphère saline pendant plus de 500 heures représente un défi majeur pour les traitements de revêtement traditionnels.

Applications dans les canons d’armes à feu

Le canon est un composant essentiel des armes à projectile. Sa structure interne comprend la chambre, le cône de forcement et les rayures, la chambre et les rayures étant reliées par le cône de forcement. Les canons traditionnels sont généralement fabriqués en acier allié à haute résistance. Lors du tir, l’intérieur du canon est soumis aux effets combinés des gaz propulseurs et des projectiles, ce qui entraîne des fissures et un décollement du revêtement sur la paroi interne. Les dommages subis par l’âme du canon résultent de l’action répétée des gaz propulseurs et des projectiles, à haute température, haute pression et haute vitesse, sur la paroi du canon. Le cône de forcement et la bouche du canon sont généralement les premières parties à se détériorer.

Pour améliorer la durée de vie des canons, le chromage de l’âme est la méthode la plus courante, mais la température de résistance à l’oxydation de la couche de chrome ne dépasse pas 500 °C. Avec l’augmentation continue de la pression dans la chambre lors du tir et l’accroissement exponentiel des exigences en matière de durée de vie des canons, la pression et la température supportées par le canon augmentent également. L’utilisation de la dureté, de la résistance et de l’inertie chimique à haute température des céramiques permet de réduire efficacement l’érosion du canon et de prolonger sa durée de vie.

Applications dans les munitions

Les principaux composants des munitions sont l’ogive et la fusée. Composant le plus directement responsable des dommages, l’ogive se compose principalement de l’enveloppe, des éléments de fragmentation, de la charge explosive et de la fusée. L’amélioration continue de la létalité de l’ogive a toujours été un objectif majeur du développement des armes. En particulier pour les grenades à fragmentation, les fragments produits par l’explosion de l’ogive sont les éléments létaux, et la technologie de fragmentation efficace a toujours constitué un défi de recherche dans ce domaine.