EP1101076B1 - Procede de mise en oeuvre d'une substance pyrotechnique et initiateur pyrotechnique obtenu avec un tel procede - Google Patents

Procede de mise en oeuvre d'une substance pyrotechnique et initiateur pyrotechnique obtenu avec un tel procede Download PDF

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EP1101076B1
EP1101076B1 EP99934807A EP99934807A EP1101076B1 EP 1101076 B1 EP1101076 B1 EP 1101076B1 EP 99934807 A EP99934807 A EP 99934807A EP 99934807 A EP99934807 A EP 99934807A EP 1101076 B1 EP1101076 B1 EP 1101076B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
pyrotechnic
substance
binder
resin
initiator
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP99934807A
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German (de)
English (en)
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EP1101076A1 (fr
Inventor
Alain Rouer
Jean Paul Vidot
Christian Tipa
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Giat Industries SA
Original Assignee
Giat Industries SA
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Publication date
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Publication of EP1101076B1 publication Critical patent/EP1101076B1/fr
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B3/00—Blasting cartridges, i.e. case and explosive
    • F42B3/10—Initiators therefor
    • F42B3/195—Manufacture
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B3/00—Blasting cartridges, i.e. case and explosive
    • F42B3/10—Initiators therefor
    • F42B3/12—Bridge initiators
    • F42B3/124—Bridge initiators characterised by the configuration or material of the bridge

Definitions

  • the field of the present invention is that of processes for using pyrotechnic substances for make a pyrotechnic component.
  • Such a component generally includes a substance pyrotechnic sensitive to shock or overheating (explosive primary) which is intended to initiate a composition reinforcing pyrotechnic (flame for an igniter or shock for a detonator).
  • This primary explosive may be mixed with the reinforcing composition (as in patents EP600791 and FR2720493) or adjacent to it (as in the patent GB960186).
  • the sensitive substance most often includes a primary explosive, such as lead trinitroresorcinate, lead azide or silver azide.
  • a primary explosive such as lead trinitroresorcinate, lead azide or silver azide.
  • Electrical initiation pyrotechnic components use a resistive element, such as a hot wire or a semiconductor wafer.
  • the loading of a pulverulent material involves a minimum of filling of the bottom of the cell of the component to completely cover the resistive element. This results in an overabundant placement of the substance primary which penalizes both the manufacturing cost and Security.
  • Another known mode of implementation provides for carrying out a suspension of the sensitive pyrotechnic substance in a liquid solvent in which a binder (of active type or not) is dissolved.
  • the usual solvents are water, alcohol or acetone. Solvent is removed by heating or drying after setting up the composition.
  • the resistive element is now produced in the form of a semiconductor bridge, the dimensions of the resistive bridge are therefore very small (around 50 micrometers x 150 micrometers) and it therefore becomes essential to use a sensitive pyrotechnic substance which is of a particle size very fine, less than the dimensions of the bridge (grain size less than 50 micrometers).
  • Patent application EP-0 864 843 describes a process a process for using a substance pyrotechnic
  • Patent EP-A-0 340 761 describes a method of propellant charge for ammunition consisting of suspending the explosive in a binder inert curable and put the pasty material obtained in the socket. This patent does not concern a composition of initiation.
  • the invention proposes a method of implementation a pyrotechnic substance which allows both reduce the risks for the personnel attached to its manufacturing and reduce the costs of making pyrotechnic components such as initiators.
  • the method according to the invention also makes it possible to define a pyrotechnic component for security systems automobile whose reliability is improved and whose non toxicity is assured.
  • the subject of the invention is a method of implementing work of at least one pyrotechnic substance to achieve a pyrotechnic component, in particular a bridge initiator resistive, according to which we first put the substance powdery pyrotechnics suspended in a binder inert, liquid or pasty, and liable to harden by polymerization and then we put the pyrotechnic material as well formed in place in a liquid or pasty state in the component, characterized in that at least polymerizes partially in situ the material by radiation or bombardment to harden the binder carrying the pyrotechnic substances, the polymerization being supplemented by heating the composition.
  • the binder will be chosen so to be polymerized at least partially by radiation ultraviolet.
  • the composition can be heated by an oven.
  • the binder may be constituted by a resin photosensitive based on natural or synthetic resin, the base resin can then be chosen from resins following: acrylic resin, polyurethane resin.
  • the substance pyrotechnics may include at least one explosive primary.
  • the pyrotechnic substance include as primary explosive a dinitro-benzo-furoxane salt.
  • the pyrotechnic material may comprise 40 to 60% in mass of pyrotechnic substance suspended in 60% at 40% by mass of resin.
  • a resistive element of a pyrotechnic initiator some of the pyrotechnic material liquid or pasty then harden the binder by subjecting this material to ultraviolet radiation associated with heating.
  • the heating temperature will be chosen lower than 140 ° C, and preferably between 80 ° C and 100 ° C.
  • the invention also relates to an initiator resistive element pyrotechnic using at least one pyrotechnic substance thus implemented initiator which is characterized in that the resistive element is totally covered by a pyrotechnic initiation material formed of the pyrotechnic substance (s) incorporated in a binder inert cured by radiation polymerization ultraviolet associated with heating.
  • This pyrotechnic initiator may include a pyrotechnic composition arranged in contact with the material initiation pyrotechnics and compressed on it.
  • the resistive element may be a bridge semi conductor.
  • the average particle size of the pyrotechnic substance will then be less than or equal to 50 micrometers.
  • the pyrotechnic substance incorporated into the binder will be preferably a dinitro benzo furoxane salt, for example potassium dinitro benzo furoxanate.
  • the pyrotechnic composition may be chosen from the following compositions: Zirconium / perchlorate potassium, boron / potassium nitrate.
  • an initiator 1 pyrotechnic according to the invention comprises a housing 2 metallic (e.g. stainless steel) on which is produced a plastic molding 3 of the type polyamide or polycarbonate.
  • the housing 2 is closed by a plug 4 also in plastic material.
  • the housing 2 comprises a cylindrical wall 5 welded to a bottom 6 which is completely traversed by an electrode 7a and partially by an electrode 7b.
  • the electrode 7b is in electrical contact with the bottom 6 and the electrode 7a is electrically isolated from the bottom by a insulating sleeve 8 (for example made of glass).
  • a semiconductor wafer 14 is formed of a insulating substrate 9 based on undoped silicon which is bonded on the bottom 6.
  • This plate has a serial bridge conductor 10 (for example doped silicon) which is partially covered by two conductive pads 11a, 11b, for example aluminum.
  • the spacing between the studs is between 60 and 100 micrometers and preferably of the order of 80 micrometers.
  • the stud 11b is connected to the electrode 7a by a connecting wire 12 fixed by welding.
  • the stud 11a is connected to the electrode 7b by through the metal bottom 6 through a well semiconductor 13 (doped silicon) which crosses the substrate insulator 9.
  • a pyrotechnic material initiation 15 (which is therefore sensitive to overheating) is deposited on the wafer 14 and also covers the wire 12 and the welds.
  • This pyrotechnic material consists of at minus a powdery pyrotechnic substance mixed with a hardened inert binder.
  • the average particle size of the pyrotechnic substance will be chosen of the same order of magnitude as the dimensions of the semiconductor bridge. Such an arrangement ensures thermal transfer by convection and / or projection during the rise in temperature of the semiconductor bridge. We thus ensures reliable initiation of the substance pyrotechnic by the resistive bridge.
  • the bridge generally has dimensions of the order of 50 micrometers x 150 micrometers. We will therefore adopt for the composition a particle size less than or equal to 50 micrometers.
  • the inert binder chosen will be at room temperature a liquid or paste and will likely harden by in situ polymerization.
  • the material 15 formed of the binder carrying the pyrotechnic substance covers and protects at the same time mechanically and chemically the wafer 14 as well as the wire 12 and its welds.
  • a reinforcing pyrotechnic composition 16 fills the whole case 2. It is therefore in contact with the initiation pyrotechnic material 15 and can be initiated by the latter.
  • the pyrotechnic composition may be compressed in the housing, in particular through the plug 4.
  • the material 15 protects the resistive bridge as well as the plate, wire and solders which cannot therefore be deteriorated.
  • the process for using the substance pyrotechnic according to the invention makes it possible to obtain the material initiation pyrotechnics 15.
  • a first step we mix the pulverulent pyrotechnic substances with the inert binder.
  • a primary explosive for example trinitrorésorcinate lead, lead azide, azide silver, or a dinitro benzo furoxane salt such as potassium dinitro benzo furoxanate (or KDNBF).
  • a primary explosive for example trinitrorésorcinate lead, lead azide, azide silver, or a dinitro benzo furoxane salt such as potassium dinitro benzo furoxanate (or KDNBF).
  • Dinitro benzo furoxane salts will be preferred because of their non-toxicity (absence of lead or metals heavy).
  • the polymerizable binder will be chosen compatible chemically with the primary explosive (s) used (not inducing a reaction with it during the phases of aging).
  • the binder will preferably be chosen from among the photosensitive resins (which incorporate in a known manner a photosensitizing) and which are made from resins syntheses. These resins are therefore (depending on the choice made) polymerizable by radiation (ultraviolet, X, microwave) or by bombardment (electronic).
  • Photosensitive resins are known and available commercially and we can especially choose a resin photosensitive, the base resin of which will be chosen from following resins: acrylic resin, epoxy resin, resin polyurethane, silicone resin, polyester resin, resin anaerobic (resin which polymerizes only in the absence of air).
  • the viscosity of the binder will be chosen according to the characteristics of the system for depositing the material in the component. We prefer rather liquid resins for facilitate material distribution.
  • binder / pyrotechnic substance primary will be chosen by the skilled person according to the desired sensitivity for the final material and that of the primary explosive used. We can adopt proportions between 40% and 60% by mass for the pyrotechnic substance and 60% and 40% by mass for the binder. An equal 50/50 proportion may be adopted.
  • a first advantage of this first stage of implementation work is that the primary explosive whose particle size is extremely fine is coated with a binder which desensitizes. The conservation of the material can thus be protected from light (to prevent hardening) and safely.
  • a second advantage of this implementation is that the liquid or pasty mixture (depending on the viscosity of the resin used) can be easily distributed mechanically in the case of the pyrotechnic component to be produced, for example at using a syringe or worm hopper (second step of the process).
  • a third advantage is that it is possible with the process according to the invention to minimize the amount of primary pyrotechnic substance with reduced particle size arranged in each component while precisely dosing said quantity.
  • this is hardened by polymerization (3 ° step).
  • a source of commercial ultraviolet radiation (wavelength 365 nanometers), which will be placed at a distance from the material of 20 to 35 mm.
  • a lamp reference Pk102 produced by the company Fisnar. This lamp has a power 400 W, it radiates in the Ultraviolet range between 320 nanometers and 390 nanometers and also provides heating temperature from 100 ° to 40mm distance.
  • the exposure time of the material will be easily determined depending on the characteristics of the resin chosen and the total mass to be polymerized. This exposure time is for example less than 10 minutes for a massage of around 1.1 mg of material (deposited drop thickness of approximately 1 mm).
  • the infrared thus heat the composition (or post cooking) which will cause the complete polymerization of the composition.
  • UV exposure consumes energy and imposes precautions from the point of view of implementation by personnel (protective covers).
  • the polymerization will supplemented by baking in the oven at a temperature of 80 ° C at 100 ° C for about 10 minutes.
  • the heating means will be chosen from so as not to overheat the component pyrotechnic so as not to initiate it (generally the rate temperature rise should be less than 0.5 ° C / second), the oven temperature or that provided by the unfiltered UV source should not exceed 140 ° C.
  • a material has thus been produced pyrotechnic combining 53% by mass (or 0.54 mg) of a polyurethane resin with 110 centipoise viscosity with 47% mass of KDNBF (i.e. 0.48 mg).
  • the resin is a resin of the 602 series produced by UVEXS Incorporated (580 North Pastoria Sunnyvale Avenue California).
  • UV curing under operating conditions previously described led to solidification of the pyrotechnic material on the deck resistive semiconductor.
  • the initiators made were then loaded with 120 mg of a pyrotechnic composition 16 combining Zirconium and potassium perchlorate in the classic proportions of 60% by mass of Zirconium for 40% by mass of perchlorate.
  • the initiation tests conducted made it possible to measure an initiation time Tf of less than 500 microseconds and an outlet pressure of the component greater than 5 MPa (tests conducted in a 3 cm 3 pressure bomb with an initiation current intensity 1.5 amps No misfire was found for 50 components tested.
  • This component uses only 1.1 milligrams of initiation pyrotechnic material. Performances obtained are however similar to those of a component classic in which almost 30 milligrams of a lead styphnate powder initiation composition are used and associated with 50 mg of reinforcing composition Boron / potassium nitrate.
  • the resin is a resin reference 30-23 produced by the company Loxeal srl (via Gioberti 20031 Cesano Maderno (Italy)).
  • the polymerization was also carried out as experimental with the unfiltered UV source described previously to ensure core polymerization (exposure for 10 minutes).
  • the initiators made were then loaded with 120 mg of a pyrotechnic composition 16 combining Zirconium and potassium perchlorate in the classic proportions of 60% by mass of Zirconium for 40% by mass of perchlorate.
  • the initiation tests conducted also made it possible to measure an initiation time Tf of less than 500 microseconds and an outlet pressure of the component greater than 5 MPa (tests conducted in a 3 cm 3 pressure can with a current intensity of initiation of 1.5 amps No misfire was found for 50 components tested.
  • This component uses only 6 milligrams of initiation pyrotechnic material. Performances obtained are however similar to those of a component classic in which almost 30 milligrams of a lead styphnate powder initiation composition are used and associated with 50 mg of reinforcing composition Boron / potassium nitrate.
  • the mass of composition used is higher (6mg versus 1.1mg in the first example).
  • the gout volume is also greater and improves protection of the resistive element (in particular of the wire connection and soldering. This increases reliability.
  • a pyrotechnic material incorporating a dinitro benzo furoxane salt explosive lead-free primer
  • a pyrotechnic composition lead-free energy such as Zirconium (60%) / perchlorate potassium (40%) or Boron (25%) / nitrate potassium (75%)).
  • Dinitro benzo furoxane salts are interesting because of their non-toxicity, but they have the disadvantages of being expensive and not very energetic. Thanks to the invention it is possible to minimize the necessary quantity of this explosive in the form of a suspension in a drop of solidifiable binder (less than 1 mg of primary explosive) which is in intimate contact with the resistive bridge. Its low energy level is nevertheless sufficient to allow the initiation of the composition Zr / KClO 4 or B / KNO 3 which in its industrial form (high particle size and coating) cannot be initiated directly by the semiconductor bridge.
  • the structure of the initiator (shape of the housing, cap, presence or not of overmolding) can of course be different.
  • the method according to the invention makes it possible to simplify and make safer the manufacturing of components while protecting the resistive element from mechanical stresses suffered in particular during the compression of the pyrotechnic composition.

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Description

Le domaine de la présente invention est celui des procédés de mise en oeuvre des substances pyrotechniques pour réaliser un composant pyrotechnique.
Différents procédés sont connus pour réaliser les composants pyrotechniques.
Un tel composant comprend généralement une substance pyrotechnique sensible au choc ou à l'échauffement (explosif primaire) qui est destinée à initier une composition pyrotechnique renforcatrice (de flamme pour un inflammateur ou bien de choc pour un détonateur).
Cet explosif primaire pourra être mélangé à la composition renforcatrice (comme dans les brevets EP600791 et FR2720493) ou adjacent à celle ci (comme dans le brevet GB960186).
La substance sensible comprend le plus souvent un explosif primaire, tel le trinitrorésorcinate de plomb, l'azoture de plomb ou l'azoture d'argent.
Les composants pyrotechniques à initiation électrique utilisent un élément résistif, tel un fil chaud ou bien une plaquette semi conductrice.
Les brevets EP600791 et FR2720493 décrivent de tels initiateurs électriques destinés plus particulièrement à être utilisés pour le déclenchement des sécurités automobiles (coussins de sécurité gonflables communément appelés "airbags").
Les initiateurs connus présentent des inconvénients.
Ainsi la mise en oeuvre des explosifs primaires génère des risques importants pour la sécurité des personnels.
En effet, les composants actuels imposent la mise en contact de substances explosives primaires très sensibles avec l'élément résistif. Ce contact, que l'on souhaite le plus intime possible, impose l'emploi de matières explosives de faible granulométrie et donc de mauvaise coulabilité. Cela rend le chargement difficile et augmente le risque d'initiation accidentelle qui se trouve encore accru par la pollution excessive des moyens industriels de chargement par la substance primaire.
De plus, le chargement d'une matière pulvérulente implique un minimum de remplissage du fond de l'alvéole du composant afin de recouvrir entièrement l'élément résistif. Il en résulte une mise en place surabondante de la substance primaire ce qui pénalise à la fois le coût de fabrication et la sécurité.
Enfin, le matériau pulvérulent doit être comprimé. L'élément résistif peut subir lors de cette compression des contraintes considérables pouvant entraíner sa rupture.
Un autre mode de mise en oeuvre connu prévoit de réaliser une suspension de la substance pyrotechnique sensible dans un solvant liquide dans lequel un liant (de type actif ou non) est dissous. Les solvants habituels sont l'eau, l'alcool ou l'acétone. Le solvant est éliminé par chauffage ou séchage après mise en place de la composition.
Un tel procédé présente des inconvénients.
Lorsque le solvant utilisé est l'eau, il est éliminé difficilement, ce qui conduit à des étapes de séchage longues et pouvant dégrader les performances des compositions.
Lorsque le solvant est volatil, son élimination engendre des vapeurs toxiques et/ou explosives (alcool, acétone...) dangereuses pour le personnel.
Les composants pyrotechniques modernes notamment ceux mis en oeuvre dans le domaine de la sécurité automobile apportent encore d'autres contraintes.
L'élément résistif est maintenant réalisé sous la forme d'un pont semi conducteur, les dimensions du pont résistif sont donc très réduites (de l'ordre de 50 micromètres x 150 micromètres) et il devient donc indispensable d'utiliser une substance pyrotechnique sensible qui soit d'une granulométrie très fine, inférieure aux dimensions du pont (granulométrie inférieure à 50 micromètres).
Un tel choix augmente les difficultés de mise en place de la substance primaire dont la sensibilité est accrue par la finesse de la granulométrie.
Enfin on cherche maintenant à rendre les composants utilisés dans le domaine automobile non polluants et non toxiques ce qui exclut l'emploi des explosifs primaires à base de plomb. Or les compositions pyrotechniques énergétiques connues et non toxiques (telle que le Zirconium/Perchlorate de potassium ou le Bore/nitrate de potassium) ne peuvent être, dans leurs formes industrielles courantes, directement initiées avec un pont semi conducteur.
En effet, les formes courantes et peu coûteuses de ces compositions ont une granulométrie forte et sont enrobées. Le recours à une granulométrie très fine pour ces compositions pyrotechniques n'est pas satisfaisant industriellement (coût trop élevé) et accroít les risques (accroissement de sensibilité et pollution des outillages par la poussière active).
La demande de brevet EP-0 864 843, non publiée mais bénéficiant d'une date de dépôt antérieure, décrit un procédé un procédé de mise en oeuvre d'une substance pyrotechnique
Le brevet EP-A-0 340 761 décrit un procédé de réalisation d'un chargement propulsif pour munition consistant à mettre l'explosif en suspension dans un liant inerte durcissable et à mettre le matériau pâteux obtenu dans la douille. Ce brevet ne concerne pas une composition d' initiation.
C'est le but de l'invention que de pallier à de tels inconvénients.
Ainsi, l'invention propose un procédé de mise en oeuvre d'une substance pyrotechnique qui permette à la fois de réduire les risques pour le personnel attaché à sa fabrication et de diminuer les coûts de réalisation des composants pyrotechniques tels que les initiateurs. Le procédé selon l'invention permet également de définir un composant pyrotechnique pour systèmes de sécurité automobile dont la fiabilité est améliorée et dont la non toxicité est assurée.
Ainsi, l'invention a pour objet un procédé de mise en oeuvre d'au moins une substance pyrotechnique pour réaliser un composant pyrotechnique, notamment un initiateur à pont résistif, selon lequel on met tout d'abord la substance pyrotechnique pulvérulente en suspension dans un liant inerte, liquide ou pâteux, et susceptible de durcir par polymérisation, puis on met le matériau pyrotechnique ainsi formé en place à l'état liquide ou pâteux dans le composant, caractérisé en ce qu'on polymérise au moins partiellement in situ le matériau par rayonnement ou bombardement pour durcir le liant portant la ou les substances pyrotechniques, la polymérisation étant complétée par un chauffage de la composition.
De façon préférentielle, le liant sera choisi de façon à être polymérisé au moins partiellement par rayonnement ultraviolet.
On pourra choisir une source ultraviolet émettant également dans le domaine infrarouge, source qui assurera ainsi le chauffage de la composition. Alternativement, le chauffage de la composition pourra être assuré par un four.
Le liant pourra être constitué par une résine photosensible à base de résine naturelle ou de synthèse, la résine de base pourra alors être choisie parmi les résines suivantes : résine acrylique, résine polyuréthanne.
Selon un mode particulier de réalisation, la substance pyrotechnique pourra comporter au moins un explosif primaire.
Préférentiellement, la substance pyrotechnique comportera comme explosif primaire un sel de dinitro-benzo-furoxane.
Le matériau pyrotechnique pourra comporter 40 à 60% en masse de substance pyrotechnique en suspension dans 60% à 40% en masse de résine.
Selon une autre caractéristique du procédé selon l'invention, on dépose sur un élément résistif d'un initiateur pyrotechnique une part du matériau pyrotechnique liquide ou pâteux, puis on procède au durcissement du liant en soumettant ce matériau à un rayonnement ultraviolet associé à un chauffage.
La température de chauffage sera choisie inférieure à 140°C, et de préférence comprise entre 80°C et 100°C.
L'invention a également pour objet un initiateur pyrotechnique à élément résistif utilisant au moins une substance pyrotechnique ainsi mise en oeuvre initiateur qui est caractérisé en ce que l'élément résistif est totalement recouvert par un matériau pyrotechnique d'initiation formé de la ou des substances pyrotechniques incorporées dans un liant inerte durci par polymérisation par un rayonnement ultraviolet associé à un chauffage.
Cet initiateur pyrotechnique pourra comporter une composition pyrotechnique disposée au contact du matériau pyrotechnique d'initiation et comprimée sur celui-ci.
Avantageusement l'élément résistif pourra être un pont semi conducteur.
La granulométrie moyenne de la substance pyrotechnique sera alors inférieure ou égale à 50 micromètres.
La substance pyrotechnique incorporée au liant sera de préférence un sel de dinitro benzo furoxane, par exemple le dinitro benzo furoxanate de potassium.
La composition pyrotechnique pourra être choisie parmi les compositions suivantes : Zirconium/perchlorate de potassium, Bore/nitrate de potassium.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation, description faite en référence au dessin annexé qui représente un exemple de composant pyrotechnique obtenu avec le procédé selon l'invention.
En se reportant à cette figure, un initiateur pyrotechnique 1 selon l'invention comprend un boítier 2 métallique (par exemple en acier inoxydable) sur lequel est réalisé un surmoulage en matière plastique 3 du type polyamide ou polycarbonate.
Le boítier 2 est fermé par un bouchon 4 également en matière plastique.
Le boítier 2 comprend une paroi 5 cylindrique soudée à un fond 6 qui est traversé complètement par une électrode 7a et partiellement par une électrode 7b.
L'électrode 7b est en contact électrique avec le fond 6 et l'électrode 7a est isolée électriquement du fond par un manchon isolant 8 (par exemple en verre).
Une plaquette 14 semi conductrice est formée d'un substrat isolant 9 à base de silicium non dopé qui est collé sur le fond 6. Cette plaquette comporte un pont serai conducteur 10 (par exemple en silicium dopé) qui est recouvert partiellement par deux plots conducteurs 11a, 11b, par exemple en aluminium.
L'écartement entre les plots est compris entre 60 et 100 micromètres et de préférence de l'ordre de 80 micromètres. Le plot 11b est relié à l'électrode 7a par un fil de liaison 12 fixé par soudure. Le plot 11a est relié à l'électrode 7b par l'intermédiaire du fond métallique 6 au travers d'un puits semi conducteur 13 (silicium dopé) qui traverse le substrat isolant 9.
Une telle structure est décrite en détails par le brevet FR2720493.
Conformément à l'invention, un matériau pyrotechnique d'initiation 15 (qui est donc sensible à l'échauffement) est déposé sur la plaquette 14 et recouvre également le fil 12 et les soudures. Ce matériau pyrotechnique est constitué par au moins une substance pyrotechnique pulvérulente mélangée à un liant inerte durci.
La granulométrie moyenne de la substance pyrotechnique sera choisie du même ordre de grandeur que les dimensions du pont semi-conducteur. Une telle disposition permet d'assurer un transfert thermique par convection et/ou projection lors de la montée en température du pont semi conducteur. On assure ainsi une initiation fiable de la substance pyrotechnique par le pont résistif.
Le pont a généralement des dimensions de l'ordre de 50 micromètres x 150 micromètres. On adoptera donc pour la composition une granulométrie inférieure ou égale à 50 micromètres.
Le liant inerte choisi sera à température ambiante un liquide ou une pâte et sera susceptible de durcir par polymérisation in situ.
Une fois durci le matériau 15 formé du liant portant la substance pyrotechnique recouvre et protège à la fois mécaniquement et chimiquement la plaquette 14 ainsi que le fil 12 et ses soudures.
Une composition pyrotechnique renforcatrice 16 remplit l'ensemble du boítier 2. Elle se trouve donc au contact du matériau pyrotechnique d'initiation 15 et pourra être initiée par ce dernier.
La composition pyrotechnique pourra être comprimée dans le boítier, notamment par l'intermédiaire du bouchon 4. Le matériau 15 protège le pont résistif ainsi que la plaquette, le fil et les soudures qui ne peuvent donc pas être détériorés.
La fiabilité de l'initiateur selon l'invention se trouve donc accrue.
A titre de variante, et pour minimiser les quantités de matériau mis en oeuvre, il est bien entendu possible de ne déposer le matériau d'initiation 15 que sur la plaquette 14.
Le procédé de mise en oeuvre de la substance pyrotechnique selon l'invention permet d'obtenir le matériau pyrotechnique d'initiation 15.
Ce procédé est le suivant :
Au cours d'une première étape on mélange la ou les substances pyrotechniques pulvérulentes avec le liant inerte.
Dans l'exemple précédemment décrit on choisira comme substance un explosif primaire, par exemple du trinitrorésorcinate de plomb, de l'azoture de plomb, de l'azoture d'argent, ou un sel de dinitro benzo furoxane tel que le dinitro benzo furoxanate de potassium (ou KDNBF).
Les sels de dinitro benzo furoxane seront préférés en raison de leur non toxicité (absence de plomb ou de métaux lourds).
Le liant polymérisable sera choisi compatible chimiquement avec le ou les explosifs primaires utilisés (n'induisant pas de réaction avec lui au cours des phases de vieillissement). On choisira de préférence le liant parmi les résines photosensibles (qui incorporent d'une façon connue un photosensibilisant) et qui sont élaborées à partir de résines de synthèses. Ces résines sont donc (selon le choix effectué) polymérisables par rayonnement (ultraviolet, X, micro ondes) ou par bombardement (électronique).
Les résines photosensibles sont connues et disponibles dans le commerce et on pourra notamment choisir une résine photosensible dont la résine de base sera choisie parmi les résines suivantes : résine acrylique, résine epoxy, résine polyuréthanne, résine silicone, résine polyester, résine anaérobie (résine ne se polymérisant qu'en absence d'air).
On préférera les résines photosensibles acryliques ou polyuréthannes.
Si on expose aux UV une goutte d'une telle résine photosensible, le rayonnement provoque une polymérisation de surface isolant le reste de la résine. La polymérisation à coeur sera obtenue (suivant la résine choisie) par chauffage, ou réaction chimique (les résines anaérobies photosensibles notamment pourront se polymériser totalement après exposition aux UV car elles se trouveront isolées de l'air par la croûte résultant de la polymérisation UV de la surface de la goutte).
La viscosité du liant sera choisie en fonction des caractéristiques du système de dépose du matériau dans le composant. On préférera les résines plutôt liquides pour faciliter la distribution du matériau.
Les proportions relatives liant/substance pyrotechnique primaire seront choisies par l'homme du métier en fonction de la sensibilité recherchée pour le matériau final et de celle de l'explosif primaire utilisé. On pourra adopter des proportions comprises entre 40% et 60% en masse pour la substance pyrotechnique et 60% et 40% en masse pour le liant. Une égale proportion 50/50 pourra être adoptée.
Un premier avantage de cette première étape de mise en oeuvre est que l'explosif primaire dont la granulométrie est extrêmement fine se trouve enrobé par un liant qui le désensibilise. La conservation du matériau peut ainsi être assurée à l'abri de la lumière (pour éviter le durcissement) et en toute sécurité.
Un deuxième avantage de cette mise en oeuvre est que le mélange liquide ou pâteux (suivant la viscosité de la résine utilisée) peut être aisément distribué mécaniquement dans le boítier du composant pyrotechnique à réaliser, par exemple à l'aide d'une seringue ou d'une trémie à vis sans fin (deuxième étape du procédé).
Un troisième avantage est qu'il est possible avec le procédé selon l'invention de minimiser la quantité de substance pyrotechnique primaire à granulométrie réduite disposée dans chaque composant tout en dosant précisément ladite quantité.
Il n'est ainsi plus nécessaire de remplir le fond du boítier avec une composition sensible pour assurer le recouvrement du pont résistif. A titre d'exemple, une simple goutte d'environ 1 milligramme assure le recouvrement de ce pont et le bon fonctionnement du composant, alors qu'il était nécessaire avec les procédés antérieurs de déposer près de 30 milligrammes d'une composition pulvérulente.
Après mise en place du matériau pyrotechnique dans le composant, on fait durcir celui ci par polymérisation (3° étape). On utilisera par exemple pour cela une source de rayonnement ultraviolet du commerce (longueur d'onde 365 nanomètres), qui sera disposée à une distance du matériau de 20 à 35 mm.
On pourra choisir une source standard ne filtrant pas le rayonnement infrarouge. Par exemple une lampe référence Pk102 produite par la société Fisnar. Cette lampe a une puissance de 400 W, elle rayonne dans le domaine Ultraviolet entre 320 nanomètres et 390 nanomètres et assure également une température de chauffage de 100° à 40mm de distance.
Le temps d'exposition du matériau sera aisément déterminé en fonction des caractéristiques de la résine choisie et de la masse totale à polymériser. Cette durée d'exposition est par exemple inférieure à 10 minutes pour une massé d'environ 1,1 mg de matériau (épaisseur de goutte déposée d'environ 1 mm).
Le choix d'une source UV ne filtrant pas les infra rouges permet de compléter la polymérisation qui est initiée par le rayonnement UV.
Les infra rouges assurent ainsi un chauffage de la composition (ou post cuisson) qui entraínera la polymérisation complète de la composition.
On pourra alternativement assurer ce chauffage par un moyen classique, tel qu'un passage au four.
Une telle disposition permettra de faciliter la mise en oeuvre industrielle puisque la durée d'exposition aux UV pourra être fortement réduite, le chauffage étant assuré par le four. Or l'exposition aux UV consomme de l'énergie et impose des précautions du point de vue de la mise en oeuvre par le personnel (capotages protecteurs).
On pourra par exemple initier la polymérisation par une exposition aux UV de 2 secondes. La polymérisation sera complétée par une cuisson au four à une température de 80°C à 100°C pendant environ 10 minutes.
Dans tous les cas le moyen de chauffage sera choisi de façon à ne pas échauffer excessivement le composant pyrotechnique pour ne pas l'initier (généralement le taux d'élévation de température devra être inférieur à 0,5°C /seconde), la température du four ou celle assurée par la source UV non filtrée ne devra pas dépasser 140°C.
Une fois le durcissement réalisé, on procède au chargement de la composition pyrotechnique 16 d'une façon classique (mise en place à l'état granulaire par trémie, bouchage du composant, compression in situ, soudure du bouchon 4 sur le surmoulage 3).
A titre d'exemple, on a réalisé ainsi un matériau pyrotechnique associant 53% en masse (soit 0,54 mg) d'une résine polyuréthanne de viscosité 110 centipoises avec 47% en masse de KDNBF (soit 0,48 mg). La résine est une résine de la série 602 produite par UVEXS Incorporated (580 North Pastoria Avenue Sunnyvale California).
La polymérisation sous UV dans les conditions opératoires décrites précédemment (sources UV non filtrée) a conduit à une solidification du matériau pyrotechnique sur le pont résistif semi-conducteur.
Les initiateurs réalisés ont ensuite été chargés avec 120 mg d'une composition pyrotechnique 16 associant Zirconium et perchlorate de potassium dans les proportions classiques de 60% en masse de Zirconium pour 40% en masse de perchlorate.
Les essais d'initiation conduits ont permis de mesurer un délai d'initiation Tf inférieur à 500 microsecondes et une pression de sortie du composant supérieure à 5 MPa (essais conduits dans une bombe manométrique de 3 cm3 avec une intensité de courant d'initiation de 1,5 ampères. Aucun raté n'a été constaté pour 50 composants testés.
Ce composant ne met en oeuvre que 1,1 milligrammes de matériau pyrotechnique d'initiation. Les performances obtenues sont pourtant analogues à celles d'un composant classique dans lequel près de 30 milligrammes d'une composition d'initiation pulvérulente de styphnate de plomb sont utilisés et associés à 50mg de composition renforcatrice Bore / Nitrate de potassium.
On a également réalisé un matériau pyrotechnique associant 40% en masse (soit 2,4 mg) d'une résine acrylique de viscosité 110 centipoises avec 60% en masse de KDNBF (soit 3,6mg). La résine est une résine référence 30-23 produite par la société Loxeal srl (via Gioberti 20031 Cesano Maderno (Italie)).
La polymérisation a également été réalisée à titre expérimental avec la source UV non filtrée décrite précédemment afin d'assurer une polymérisation à coeur (exposition pendant 10 minutes).
Elle a conduit à une solidification du matériau pyrotechnique sur le pont résistif semi-conducteur.
Les initiateurs réalisés ont ensuite été chargés avec 120 mg d'une composition pyrotechnique 16 associant Zirconium et perchlorate de potassium dans les proportions classiques de 60% en masse de Zirconium pour 40% en masse de perchlorate.
Les essais d'initiation conduits ont permis encore de mesurer un délai d'initiation Tf inférieur à 500 microsecondes et une pression de sortie du composant supérieure à 5 MPa (essais conduits dans une bombe manométrique de 3 cm3 avec une intensité de courant d'initiation de 1,5 ampères. Aucun raté n'a été constaté pour 50 composants testés.
Ce composant ne met en oeuvre que 6 milligrammes de matériau pyrotechnique d'initiation. Les performances obtenues sont pourtant analogues à celles d'un composant classique dans lequel près de 30 milligrammes d'une composition d'initiation pulvérulente de styphnate de plomb sont utilisés et associés à 50mg de composition renforcatrice Bore / Nitrate de potassium.
Dans ce dernier exemple la masse de composition utilisée est supérieure (6mg contre 1,1mg dans le premier exemple). Le volume de la goutte est également supérieur et améliore la protection de l'élément résistif (notamment du fil de connexion et des soudures. On accroít ainsi la fiabilité.
Pour réaliser un initiateur destiné aux applications automobiles, on préférera associer un matériau pyrotechnique incorporant un sel de dinitro benzo furoxane (explosif primaire sans plomb) avec une composition pyrotechnique énergétique sans plomb (telles que Zirconium (60%) /perchlorate de potassium (40%) ou Bore (25%) / nitrate de potassium (75%)).
Les sels de dinitro benzo furoxane sont intéressants en raison de leur non toxicité, mais ils présentent pour inconvénients d'être chers et peu énergétiques. Grâce à l'invention il est possible de minimiser la quantité nécessaire de cet explosif sous la forme d'une suspension dans une goutte de liant solidifiable (moins de 1mg d'explosif primaire) qui est en contact intime avec le pont résistif. Son faible niveau d'énergie est néanmoins suffisant pour permettre l'initiation de la composition Zr/KClO4 ou B/KNO3 qui dans sa forme industrielle (forte granulométrie et enrobage) ne peut pas être initiée directement par le pont semi conducteur.
La structure de l'initiateur (forme du boítier, du bouchon, présence ou non d'un surmoulage) peut bien entendu être différente.
A titre de variante il est également possible de mettre en oeuvre le procédé ainsi décrit avec d'autres types d'initiateurs, par exemple à fil chaud ou à percussion.
Dans tous les cas le procédé selon l'invention permet de simplifier et rendre plus sûre la fabrication des composants pyrotechniques, tout en protégeant l'élément résistif des contraintes mécaniques subies lors notamment de la compression de la composition pyrotechnique.
Il est également possible de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention avec d'autres substances pyrotechniques, par exemple des mélanges associant au moins un oxydant avec au moins un réducteur et avec ou sans explosif primaire.

Claims (17)

  1. Procédé de mise en oeuvre d'au moins une substance pyrotechnique pour réaliser un composant pyrotechnique, notamment un initiateur à pont résistif, dans lequel on met tout d'abord au moins une substance pyrotechnique pulvérulente en suspension dans un liant inerte, liquide ou pâteux, et susceptible de durcir par polymérisation, et on met le matériau pyrotechnique ainsi formé en place à l'état liquide ou pâteux dans le composant, procédé caractérisé en ce qu'on polymérise au moins partiellement in situ le matériau par rayonnement ou bombardement pour durcir le liant portant la ou les substances pyrotechniques, la polymérisation étant complétée par un chauffage de la composition.
  2. Procédé de mise en oeuvre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le liant est polymérisé au moins partiellement par rayonnement ultraviolet.
  3. Procédé de mise en oeuvre selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on choisit une source ultraviolet émettant également dans le domaine infrarouge, source qui assure ainsi le chauffage de la composition.
  4. Procédé de mise en oeuvre selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le chauffage de la composition est assuré par un four.
  5. Procédé de mise en oeuvre selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le liant est constitué par une résine photosensible à base de résine naturelle ou de synthèse.
  6. Procédé de mise en oeuvre selon la revendication 5, caractérisé en ce que le liant est une résine photosensible dont la résine de base est choisie parmi les résines suivantes : résine acrylique, résine polyuréthanne.
  7. Procédé de mise en oeuvre selon une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la substance pyrotechnique comporte au moins un explosif primaire.
  8. Procédé de mise en oeuvre selon la revendication 7, caractérisé en ce que la substance pyrotechnique comporte comme explosif primaire un sel de dinitro-benzo-furoxane.
  9. Procédé selon une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le matériau pyrotechnique comporte 40 à 60% en masse de substance pyrotechnique en suspension dans 60% à 40% en masse de résine.
  10. Procédé selon une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que on dépose sur un élément résistif d'un initiateur pyrotechnique une part du matériau pyrotechnique liquide ou pâteux, puis on procède au durcissement du liant en soumettant ce matériau à un rayonnement ultraviolet associé à un chauffage.
  11. Procédé de mise en oeuvre selon une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la température de chauffage est inférieure à 140°C, et de préférence comprise entre 80°C et 100°C.
  12. Initiateur pyrotechnique (1) à élément résistif utilisant au moins une substance pyrotechnique mise en oeuvre suivant le procédé des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'élément résistif (10) est totalement recouvert par un matériau pyrotechnique d'initiation (15) formé de la ou des substances pyrotechniques incorporées dans un liant inerte durci par polymérisation par un rayonnement ultraviolet associé à un chauffage.
  13. Initiateur pyrotechnique selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comporte une composition pyrotechnique (16) disposée au contact du matériau pyrotechnique d'initiation (15) et comprimée sur celui-ci.
  14. Initiateur pyrotechnique selon une des revendications 12 ou 13, caractérisé en ce que l'élément résistif est un pont semi conducteur (10).
  15. Initiateur pyrotechnique selon la revendication 14, caractérisé en ce que la granulométrie moyenne de la substance pyrotechnique est inférieure ou égale à 50 micromètres.
  16. Initiateur pyrotechnique selon une des revendications 13 à 15, caractérisé en ce que la substance pyrotechnique incorporée au liant est un sel de dinitro benzo furoxane, par exemple le dinitro benzo furoxanate de potassium.
  17. Initiateur pyrotechnique selon la revendication 16, caractérisé en ce que la composition pyrotechnique est choisie parmi les compositions suivantes : Zirconium/perchlorate de potassium, Bore/nitrate de potassium.
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