Céramiques transparentes CaLa2S4 pour applications infrarouges – CALASIR

L’objectif du projet CALASIR est de développer des céramiques CaLa2S4 transparentes du visible/proche IR jusqu’à l’IR lointain. Le matériau CaLa2S4 présente de nombreux atouts par rapport aux produits commerciaux existants. Il offre, notamment par rapport à ZnS matériau IR large bande de référence, les avantages suivants:
- meilleure transparence en bande LWIR, jusqu’à 14µm (12µm pour ZnS)
- dureté plus élevée (double de celle de ZnS).
Ce matériau répond aux demandes croissantes pour des systèmes optiques plus performants et moins coûteux des industries militaires (dômes pour missiles, amélioration de la tenue à la pluvioérosion, transmission multispectrale) et civiles où l’arrivée des capteurs IR non refroidis (IRNR) à un coût abordable va doper les applications et les marchés.

Une meilleure dureté est particulièrement indiquée pour résister à des environnements sévères (abrasion sévère, vent de sable, brouillard salin…) auxquels sont soumises, par exemple, les fenêtres de protection d’équipements optroniques multispectraux destinés à l’armée de terre ou à la marine. Une meilleure transparence dans l’infrarouge permet d’améliorer sensiblement la performance du système optique infrarouge ou/et d’autoriser l’utilisation des détecteurs IRNR (qui sont sensibles au-delà de 12µm) entraînant une diminution importante du coût du système.

Ce type de matériau est très recherché pour l’imagerie thermique. Les applications civiles concernent surtout la surveillance et la sécurité avec une très forte croissance pour l’assistance à la conduite d’automobiles, les véhicules autonomes et les smartphones. Ces applications civiles sont cependant freinées par le coût des optiques qui sont toujours fabriquées principalement en utilisant le germanium monocristallin, un élément rare et onéreux.

Ainsi le développement de nouveaux matériaux optiques représente un enjeu scientifique, technique et économique important pour le domaine de l’optronique et présente une opportunité pour la création de nouvelles activités à forte valeur ajoutée sur le territoire. La production, à terme, de ce matériau stratégique sur le territoire français permet également de s’affranchir des restrictions d’utilisation, d'approvisionnement ou d’exportation (réglementation ITAR).

Dans ce projet, nous proposons de :
- développer, à plus grande échelle, le procédé mis au point au cours d’un projet initial (thèse DGA co-financée Solcera) de préparation de poudres nanométriques de CaLa2S4 chimiquement pures
- développer à partir des résultats du projet initial, un procédé industrialisable de mise en forme et de frittage permettant d'obtenir des céramiques CaLa2S4 multispectrales.
- démontrer les qualités optiques et thermomécaniques des céramiques pour une utilisation en tant que fenêtres optiques sur un démonstrateur de diamètre 70mm.

Ce projet propose un procédé de métallurgie des poudres compatible de fabrication en série pour les applications à grandes diffusions. Ce procédé offre de nombreux avantages, par rapport aux techniques CVD (Chemical Vapor Deposition), notamment de mise en forme (obtention de pièces « Near net Shape »), de temps de fabrication et de production à grande échelle et donc de coût.
Le consortium est composé d'un laboratoire académique et d’un industriel reconnus dans leurs domaines d'expertises.