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Micro-ondes pour la fabrication d’Alumines : Matériaux pour des propriétés Balistiques Optimisés – MAMBO

Résumé de soumission

Le projet MAMBO fait suite au projet BAMBi (programme ASTRID), dont l’objectif était d’évaluer la technologie micro-ondes pour densifier des poudres nanométriques d’alumine pour applications balistiques. Au cours de ce projet, des pièces d’alumine de diamètre 52 mm et de quelques millimètres d’épaisseur, ont été élaborées par frittage micro-ondes et évaluées par des tests balistiques. Ce projet a aussi permis de développer une instrumentation spécifique (mesure du retrait et des températures) dans le but de contrôler et ainsi de mettre à profit les avantages de la technologie micro-ondes (chauffage volumique, gain d’énergie) par rapport aux procédés de chauffage conventionnel. Les performances balistiques (tests avec la menace 7,62 mm AP8) des pièces pressées puis frittées par chauffage micro-ondes se sont révélées être légèrement supérieures à celles des matériaux de référence – matériaux de référence pourtant obtenus à partir de poudres haute pureté et ayant été densifiés par un procédé coûteux incluant un frittage naturel et une étape de pressage isostatique à chaud. Le projet BAMBI a donc montré que la technologie micro-ondes était potentiellement intéressante pour diminuer les coûts de production et, au moins conserver voire améliorer les performances balistiques des matériaux.

Aujourd’hui, le projet MAMBO vise à augmenter le niveau de maturité de cette technologie en établissant, dans un premier temps, la relation entre la qualité de la poudre (sélection de 3 nuances d’alumine de haute pureté >99,7%) et les performances balistiques. Ce point est important pour établir si le gain de performance peut justifier l’utilisation de poudres d’alumine de très haute pureté, donc très coûteuse.
Dans un deuxième temps, le projet vise à changer d’échelle et à amener la technologie micro-ondes à un niveau de maturité suffisant pour produire des pièces frittées de plus grande taille (dimensions de 100 mm × 100 mm). In fine, il s’agira de caractériser les propriétés balistiques pour des menaces de plus grands calibres (menace du type 14,5 mm APIB32). Des caractérisations dynamiques complèteront l’ensemble des données expérimentales pour l’évaluation des performances du couple matériau-procédé. D’un point de vue pratique, la technologie de coulage sous pression sera mise en œuvre pour la préparation des pièces crues, technologie offrant une bonne homogénéité des pièces crues et de bonnes capacités de production industrielle. L’évaluation des relations entre la qualité de la poudre d’alumine et les performances balistiques (menace 7,62 mm) sera menée en élaborant et caractérisant des pièces carrées (dimensions finales de 50×50×6 mm3). Des caractérisations microstructurales et des mesures de micro-dureté complèteront ces analyses et permettront de sélectionner une nuance d’alumine. Sur la nuance choisie, il s’agira alors d’élaborer des grandes pièces (dimensions de 100×100×11 mm3). Une première voie dite ‘multi-échantillons’ est proposée, pour laquelle des pièces hexagonales seront produites (hexagones de côté 50 mm et d’épaisseur 11 mm) puis assemblées de manière à constituer une cible ‘mosaïque’ de 7 hexagones juxtaposés. Une autre approche consistera à obtenir après frittage micro-ondes, des pièces carrées monolithes (100×100×11 mm3).

Plusieurs verrous technologiques devront être levés: la mise en forme par coulage de pièces épaisses et complexes (sommets des carrés ou des hexagones), le frittage et l’homogénéité des pièces frittées, en particulier pour les grandes pièces monolithes.

En parallèle aux progrès attendus au niveau des connaissances acquises sur l’alumine comme matériau de protection balistique, des progrès très significatifs sont également attendus sur le procédé de frittage par chauffage micro-ondes. La finalité du projet est donc double, apporter une plus-value matériau pour la balistique tout en augmentant le niveau de maturité de la technologie micro-ondes pour le frittage des pièces céramiques.

Coordinateur du projet

Monsieur François Valdivieso (ARMINES)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

SOLCERA
ARMINES
CNRT - CRISMAT Centre National de Recherche Technologique - Laboratoire de cristallographie et sciences des matériaux

Aide de l'ANR 340 843 euros
Début et durée du projet scientifique : janvier 2017 - 30 Mois

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