EP1367355A1 - Amorce de sécurité à torche à plasma - Google Patents

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EP1367355A1
EP1367355A1 EP03291267A EP03291267A EP1367355A1 EP 1367355 A1 EP1367355 A1 EP 1367355A1 EP 03291267 A EP03291267 A EP 03291267A EP 03291267 A EP03291267 A EP 03291267A EP 1367355 A1 EP1367355 A1 EP 1367355A1
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EP
European Patent Office
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component according
layer
fuse
safety
mass
Prior art date
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EP03291267A
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German (de)
English (en)
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EP1367355B1 (fr
Inventor
Luc Brunet
Jean Caillard
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KNDS Ammo France SA
Original Assignee
Giat Industries SA
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Publication date
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Publication of EP1367355B1 publication Critical patent/EP1367355B1/fr
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42C—AMMUNITION FUZES; ARMING OR SAFETY MEANS THEREFOR
    • F42C19/00—Details of fuzes
    • F42C19/08—Primers; Detonators
    • F42C19/12—Primers; Detonators electric
    • 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
    • F42B3/11—Initiators therefor characterised by the material used, e.g. for initiator case or electric leads
    • 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 technical field of the invention is that of safety boot components comprising at least two electrodes connected by a fuse.
  • safety boot components for explosives components which are said to be “sprayed layer” (and better known as “slappers”).
  • These components include a resistive bridge on which a tube is placed (or “canon") made for example of ceramic.
  • An insulating disc is arranged between the tube and the resistive bridge. The passage of electric current in the deck causes vaporization of this one, which leads to the cutting of the insulating disc which is projected through the tube. This disc impacts explosive receiver that it initiates.
  • slappers cannot initiate an explosive only when the supply current applied at the electrodes is important (greater than 500 volts). Concretely the operating voltages are around 3000 volts for a current intensity of the order of 5000 amps. A voltage below 500 volts is insufficient to project the disc and therefore cannot provide an initiation.
  • the resistive bridge is generally of reduced size as well as the ceramic tube (the latter most often a diameter less than a millimeter). This results in costs of significant achievements which limit the use of such components in civil applications such as initiators for automotive safety.
  • the component according to the invention can function with reduced voltage (less than or equal to 1000 volts) while having a satisfactory level of security.
  • the subject of the invention is a safety ignition component comprising at least two electrodes connected by a fuse and an orifice or barrel separating the fuse from a receiving explosive to be initiated, component characterized in that the two electrodes are separated by an insulating tube delimiting an internal volume, electrodes and insulating tube thus forming a plasma torch whose internal volume is separated from the receiving explosive by the barrel, and in that the fuse is made of a plasmagenic material, that is to say a material providing gases at high temperature (greater than 15000 K) and having a high electronic density (greater than 10 18 electrons / cm3) when it is traversed by an electric current of at least 5000 amps.
  • a plasmagenic material that is to say a material providing gases at high temperature (greater than 15000 K) and having a high electronic density (greater than 10 18 electrons / cm3) when it is traversed by an electric current of at least 5000 amps.
  • the dimensions of the torch will be such that it generates a plasma when it receives a voltage ignition less than or equal to 600 volts and that it provides electrical energy less than or equal to 5000 Joules.
  • the fuse material includes at least one conductive material associated with at least one energetic material or likely to react with the conductive material.
  • the conductive material may consist of carbon or a metal.
  • the fuse can be formed by a homogeneous mixture combining from 85% to 95% by mass of conductive material particles and from 5% to 15% by mass of an energetic material or well likely to react with the conductive material.
  • the fuse may have at least one layer of energetic material or likely to react with the conductive material deposited on at least part of a layer of conductive material.
  • the fuse may include at least one layer conductive aluminum or magnesium on which is deposited at least one reactive layer of polytetrafluoroethylene, or nitrocellulose or nitrate polyvinyl, or copper oxide or copolymer of chlorofluoroethylene, or polyoxymethylene, or Trifluoroethylene polychloride, or polysulfone, or polyvinylidene fluoride.
  • the dimensions of the different layers will be such which is combined from 85 to 95% by mass of the layer material conductive at 5 to 15% by mass of the material or materials of the or reactive layers.
  • the fuse may include at least one layer aluminum or magnesium and at least one layer of chlorofluoroethylene copolymer.
  • the fuse may include at least one layer of magnesium and at least one layer of polytetrafluoroethylene.
  • the component safety boot includes a tablet to project which is pinched between the torch and the barrel.
  • the tablet may be made of an insulating material electrical or covered with an electrical insulating layer.
  • the tablet may have a diameter of between 1 mm and 4 mm and a thickness between 20 and 200 micrometers.
  • a boot component of safety 1 is fixed by means suitable (not shown) for an explosive charge 2 comprising an explosive 3 placed in an envelope 4.
  • the explosive charge will for example be a relay detonation in hexogen in the pulverulent or compressed state. We could alternatively initiate directly without relay the explosive charge of a munition.
  • Component 1 comprises at least two electrodes 5a and 5b which are connected by a conductive fuse 6 and separated by an insulating tube 7 comprising an axial bore 14.
  • a first electrode 5a or peripheral electrode, has a cylindrical wall 8 and a bottom 9 pierced with a hole axial 10.
  • the insulating tube 7 has, at one face upper, a counterbore 12 inside which is disposed the second electrode 5b, or axial electrode.
  • the insulating tube 7 defines an internal volume 13 which receives fuse 6. This one here has the form of a tube which is applied against the internal surface of bore 14 of the insulating tube 7 and which is wedged between the axial electrode 5b and the bottom 9 of the peripheral electrode 5a.
  • the peripheral electrode 5a is arranged in a support 15 which may be made of an insulating material for example polyamide.
  • This support has an axial hole 16, or barrel, arranged in the extension of the axial hole 10 of the electrode 5a and whose diameter is less than or equal to that of the hole 10.
  • the fuse 6 is made of a plasmagenic material, that is to say a material providing gases at high temperature (greater than 15000 K) and having a high electronic density (greater than 10 18 electrons / cm3) when it is traversed by an electric current of at least 5000 amps.
  • the electrodes 5a, 5b and the insulating tube 7 thus form a plasma torch whose internal volume 13 is separated from the explosive receiver 3 by the barrel 16.
  • the barrel 16 is arranged opposite another hole 17 fitted in the casing 4 of the explosive charge 2.
  • Component 1 is a small plasma torch (or "micro torch”). It has dimensions that are chosen low enough for it to generate plasma when it receives a lower or equal ignition voltage at 600 volts and provided with electrical energy less than or equal to 5000 Joules. Such a micro torch is described as an ignition component in the patent EP905470 which can be referred to. It presents dimensions of the order of 6 to 10 mm long for 5 to 10 mm in diameter.
  • the fuse is here produced in the form of a layer tubular, and pinched between the two electrodes 5a and 5b.
  • the plasma material will include at least one material conductor associated with at least one energetic material or likely to react with the conductive material.
  • energetic material a material capable of supplying chemical energy in the form of a flame when it is initiated by the joule effect generated by the flow of current through the material driver with whom he is intimately associated.
  • the conductive material may consist of carbon or by a metal such as copper, aluminum, silver or magnesium.
  • the energetic materials are the compositions: Magnesium / polytetrafluoroethylene / chlorofluoro-ethylene copolymer; Boron / Nitrate potassium; plasticized nitrocellulose film or film; polyvinyl nitrate.
  • Reactive materials with a conductive material are: Copper oxide; polytetrafluoroethylene; copolymer of chlorofluoroethylene; polytetrafluoroethylene / copolymer of chlorofluoroethylene; polyoxymethylene; Polychloride trifluoroethylene; Polyvinyl chloride; polysulfone; Polyvinylidene fluoride.
  • the fuse tube 6 is formed by a homogeneous mixture combining 85 to 95% by mass of conductive material and 5 to 15% by mass of an energetic material or material likely to react with the conductive material.
  • magnesium powder 85% to 95% by mass of magnesium powder and preferably 90%
  • Component 1 is connected by conductors 18 and 19 to an electric generator 20.
  • This generator is designed to ability to deliver energy from 10 kJ to 1 megaJoule under form of voltage pulses from 1000 volts to 20 kilo Volts.
  • Such a generator is conventional and includes, for example, capacitors, an inductor, thyristors and a power supply stabilized.
  • a small fraction of the energy supplied by the generator is used to initiate the fuse tube 6 by Joule effect.
  • the energetic material is then initiated or else the reaction between the conductive material and the material reactive is initiated.
  • a combustion flame fills the room 13.
  • This flame is naturally formed of atoms and ionized molecules. It provides electrical conduction of reduced resistance between electrodes 5a and 5b which allows maintaining an electric arc between the electrodes.
  • Chamber 13 ensures containment of the arc and the rise in pressure thus allowing the development of plasma generated by the fuse tube 6.
  • the plasma is ejected at a speed of the order of 3500 m / s.
  • the shock will be all the more intense as the volume of the room 13 will be reduced.
  • an ignition component has been made. associating a micro plasma torch delimiting a chamber 13 having a volume of approximately 15 mm3 and comprising a tube fuse 2 mm in diameter, 0.1 mm thick and having as composition one or other of the compositions according to examples 1 and 2.
  • Such a component supplied under a voltage pulse from 800 to 1000 Volts with a maximum intensity of 10,000 Ampées, ensured the detonation of an explosive relay 11.5mm in diameter and 11.5mm high made of hexogen / wax / graphite (proportions by relative masses: 98/2/1).
  • the gas pressure obtained at the outlet of the component is around 1 GPa (1 gigapascal).
  • the component according to the invention is of a simpler to manufacture than safety components or known slappers since it does not require the realization of a resistive bridge and that it does not implement reduced size spray tablet.
  • the diameter of the chamber 13 (2 mm) is greater than that cannons used in known slappers (including the diameter is generally less than mm).
  • the supply voltage is also lower (by around 1000 volts against almost 3000 volts for known "slappers"). This greatly reduces the problems insulation and we therefore facilitate the integration of the component in ammunition or automotive security systems.
  • the electrical power consumed is of the same order as for known slappers (10 Mega Watts), the intensity maximum being also stronger (about 10 kilo Amps).
  • the component according to the invention is a component of security since the energy level required for its initiation meets the requirements given by the standards: no pyrotechnic reaction for an impulse of less than 500 volts. It can therefore be used in a device boot without chain misalignment means pyrotechnic.
  • Figure 2 shows a priming component according to a second embodiment of the invention.
  • component 1 has been shown alone without the explosive charge he must initiate.
  • the fuse 6 thus comprises a layer 6a of material conductor on which at least one layer 6b is deposited of an energetic material or well likely to react with the conductive material.
  • a fuse comprising a rolled aluminum or magnesium sheet on which a layer of polytetrafluoroethylene or polyvinyl chloride.
  • the thickness of the metal layer will be of the order of 150 micrometers.
  • the thickness of the layer (s) of energetic material will be of the order of 100 micrometers.
  • the dimensions of the different layers will be such that 85 to 95% by mass of the material of the conductive layer at 5 to 15% by mass of the or materials of the reactive layer (s).
  • the relative mass proportions will be 90% for aluminum and 10% for the copolymer of chlorofluoroethylene.
  • Fuse 6 is arranged so that the layer metal 6a is on the side of the insulating tube 7 and in contact with the two electrodes 5a and 5b.
  • the current flow can thus be done through the conductive layer 6a which will ensure by joule effect initiation of the reaction with energy layer 6b therefore the generation of plasma.
  • a component comprising a fuse was thus produced with a layer of 80 micrometers thick of aluminum carrying a layer of 11 micrometers of chlorofluoroethylene copolymer (known under the brand Viton registered). The fuse is placed in a chamber 13 of volume about 15mm3.
  • This component could initiate an explosive tablet such as previously described in response to a voltage pulse of 1000 volts for a maximum intensity of 10 kA.
  • a component also comprising (as in classic slapper components) a projectable tablet.
  • Figure 3 shows such a component 1.
  • the component 1 comprises two electrodes 5a and 5b which are connected by a fuse 6 associating a conductive layer 6a and an energy layer 6b.
  • This component differs from that of Figure 2 in that a pad 21 is interposed between the annular rim 9 of the electrode 5a and the insulating support 15. This patch therefore separates chamber 13 from the plasma torch and the barrel 16.
  • the pad 21 will be made of an insulating material electrical or covered with an electrical insulating layer. A this arrangement avoids arcing directly between the axial electrode 5b and the tablet 21.
  • a plastic material such as a polyimide (material known as the registered trademark Kapton).
  • Kapton material known as the registered trademark Kapton
  • a metal tablet we will cover this one on its two faces with an insulating material, by example a layer of insulating tape ensuring a electrical insulation level of at least 1000 volts (such insulators generally use an insulating layer of rubber or polyvinyl chloride or PVC).
  • the diameter of the barrel 16 may vary between 1 and 4 mm, this which is greater than the diameters of the barrels used usually in "slappers".
  • components have been made incorporating a fuse associating a layer of aluminum and a layer of chlorofluoroethylene copolymer (known under the brand Viton deposited) with the respective mass proportions of 90% and 10% (total thickness of the fuse 100 micrometers).

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Abstract

L'invention a pour objet un composant (1) d'amorçage de sécurité comprenant au moins deux électrodes (5a,5b) reliées par un fusible (6) et un orifice ou canon (16) séparant le fusible d'un explosif receveur (3) à initier. Il est caractérisé en ce que les deux électrodes (5a,5b) sont séparées par un tube isolant (7) délimitant un volume interne (13), électrodes et tube isolant formant ainsi une torche à plasma dont le volume interne (13) est séparé de l'explosif receveur (3) par le canon (16), et en ce que le fusible (6) est réalisé en un matériau plasmagène c'est à dire un matériau fournissant des gaz à haute température (supérieure à 15000 K) et ayant une densité électronique forte (supérieure à 10<18> électrons / cm3) lorsqu'il est parcouru par un courant électrique d'au moins 5000 ampères. <IMAGE>

Description

Le domaine technique de l'invention est celui des composants d'amorçage de sécurité comprenant au moins deux électrodes reliées par un fusible.
On connaít des composants d'amorçage de sécurité pour explosifs, composants qui sont dits "à couche projetée" (et plus connus sous le nom de "slappers"). Ces composants comprennent un pont résistif sur lequel est placé un tube (ou "canon") réalisé par exemple en céramique. Un disque isolant est disposé entre le tube et le pont résistif. Le passage du courant électrique dans le pont provoque la vaporisation de celui ci, ce qui entraíne le découpage du disque isolant qui est projeté au travers du tube. Ce disque vient impacter un explosif receveur qu'il initie.
L'avantage des "slappers" est qu'ils ne peuvent initier un explosif que lorsque le courant d'alimentation appliqué aux électrodes est important (supérieur à 500 volts). Concrètement les tensions de fonctionnement sont de l'ordre de 3000 volts pour une intensité de courant de l'ordre de 5000 ampères. Une tension inférieure à 500 volts est insuffisante pour projeter le disque et ne peut donc assurer une initiation.
De tels paramètres d'emploi entraínent un niveau de sécurité important qui autorise un alignement de la chaíne pyrotechnique entre le composant et l'explosif receveur, qui est habituellement un relais en HNS (hexanitrostilbène).
Ces initiateurs présentent cependant des inconvénients. Tout d'abord ils fonctionnent avec une tension d'emploi importante (3000 volts). Il en résulte des problèmes d'isolation électrique qui compliquent les montages ainsi que la connectique.
De plus, afin de réduire le niveau d'énergie mise en oeuvre, le pont résistif est généralement de dimension réduite ainsi que le tube de céramique (ce dernier a le plus souvent un diamètre inférieur au millimètre). Il en résulte des coûts de réalisation importants qui limitent l'emploi de tels composants dans les applications civiles telles que les initiateurs pour sécurités automobiles.
C'est le but de l'invention que de proposer un composant d'amorçage de sécurité ne présentant pas de tels inconvénients.
Ainsi le composant selon l'invention peut fonctionner avec une tension réduite (inférieure ou égale à 1000 volts) tout en ayant un niveau de sécurité satisfaisant.
Ainsi l'invention a pour objet un composant d'amorçage de sécurité comprenant au moins deux électrodes reliées par un fusible et un orifice ou canon séparant le fusible d'un explosif receveur à initier, composant caractérisé en ce que les deux électrodes sont séparées par un tube isolant délimitant un volume interne, électrodes et tube isolant formant ainsi une torche à plasma dont le volume interne est séparé de l'explosif receveur par le canon, et en ce que le fusible est réalisé en un matériau plasmagène c'est à dire un matériau fournissant des gaz à haute température (supérieure à 15000 K) et ayant une densité électronique forte (supérieure à 1018 électrons / cm3) lorsqu'il est parcouru par un courant électrique d'au moins 5000 ampères.
Concrètement les dimensions de la torche seront telles qu'elle génère un plasma lorsqu'elle reçoit une tension d'amorçage inférieure ou égale à 600 volts et qu'on lui fournit une énergie électrique inférieure ou égale à 5000 Joules.
Selon une caractéristique essentielle de l'invention, le matériau du fusible comprend au moins un matériau conducteur associé à au moins un matériau énergétique ou susceptible de réagir avec le matériau conducteur.
Le matériau conducteur pourra être constitué par du carbone ou bien un métal.
Le matériau énergétique ou susceptible de réagir avec le matériau conducteur pourra être choisi parmi les composés ou compositions suivantes :
  • Oxyde de cuivre; polytétrafluoréthylène; copolymère de chlorofluoroéthylène; polytétrafluoréthylène/copolymère de chlorofluoroéthylène; Magnésium / polytétrafluoréthylène / copolymère de chlorofluoro-éthylène; Bore/Nitrate de potassium; pellicule ou film de nitrocellulose plastifiée; nitrate de polyvinyle; Polyoxyméthylène; Polychlorure de trifluoroéthylène; polychlorure de vinyle; Polychlorure de trifluoroéthylène; polysulfone; polyfluorure de vinylidène.
    • Selon un mode de réalisation, le fusible pourra être formé par un mélange homogène associant de 85% à 95% en masse de particules de matériau conducteur et de 5% à 15% en masse d'un matériau énergétique ou bien susceptible de réagir avec le matériau conducteur.
    La feuille fusible pourra avoir pour composition :
  • 85% à 95% en masse de poudre d'aluminium ou de magnésium,
  • 5% à 15% en masse d'une composition associant polytétrafluoréthylène et copolymère de chlorofluoroéthylène.
    • La feuille fusible pourra notamment avoir pour composition :
  • 90% en masse de poudre d'aluminium,
  • 10% en masse d'une composition associant polytétrafluoréthylène et copolymère de chlorofluoroéthylène.
    • La feuille fusible pourra également avoir pour composition :
  • 90% en masse de poudre de magnésium,
  • 10% en masse d'une composition associant polytétrafluoréthylène et copolymère de chlorofluoroéthylène.
    • Selon un autre mode de réalisation, le fusible pourra comporter au moins une couche de matériau énergétique ou bien susceptible de réagir avec le matériau conducteur déposée sur au moins une partie d'une couche de matériau conducteur.
    Le fusible pourra comprendre au moins une couche conductrice d'aluminium ou de magnésium sur laquelle est déposée au moins une couche réactive de polytétrafluoréthylène, ou de nitrocellulose ou de nitrate de polyvinyle, ou d'oxyde de cuivre ou de copolymère de chlorofluoroéthylène, ou de polyoxyméthylène, ou de Polychlorure de trifluoroéthylène, ou de polysulfone, ou de polyfluorure de vinylidène.
    Les dimensions des différentes couches seront telles qu'on associe de 85 à 95% en masse du matériau de la couche conductrice à 5 à 15% en masse du ou des matériaux de la ou des couches réactives.
    Le fusible pourra comprendre au moins une couche d'aluminium ou de magnésium et au moins une couche de copolymère de chlorofluoroéthylène.
    Le fusible pourra comprendre au moins une couche de magnésium et au moins une couche de polytétrafluoréthylène.
    Selon un autre mode de réalisation, le composant d'amorçage de sécurité comporte une pastille à projeter qui est pincée entre la torche et le canon.
    La pastille pourra être réalisée en une matière isolante électrique ou recouverte d'une couche isolante électrique.
    La pastille pourra avoir un diamètre compris entre 1 mm et 4 mm et une épaisseur comprise entre 20 et 200 micromètres.
    L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre de différents modes de réalisation, description faite en référence aux dessins annexés et dans lesquels :
    • la figure 1 est une vue en coupe d'un composant d'amorçage selon un premier mode de réalisation,
    • la figure 2 est une vue en coupe d'un composant d'amorçage selon un deuxième mode de réalisation,
    • la figure 3 est une vue en coupe d'un composant d'amorçage selon un troisième mode de réalisation.
    En se reportant à la figure 1, un composant d'amorçage de sécurité 1 selon l'invention est fixé par des moyens appropriés (non représentés) à une charge explosive 2 comprenant un explosif 3 disposé dans une enveloppe 4.
    La charge explosive sera par exemple un relais de détonation en hexogène à l'état pulvérulent ou bien comprimé. On pourrait à titre de variante initier directement sans relais le chargement explosif d'une munition.
    Le composant 1 comprend au moins deux électrodes 5a et 5b qui sont reliées par un fusible conducteur 6 et séparées par un tube isolant 7 comportant un alésage axial 14.
    Une première électrode 5a, ou électrode périphérique, comporte une paroi cylindrique 8 et un fond 9 percé d'un trou axial 10.
    Elle délimite un logement cylindrique interne 11 à l'intérieur duquel est disposé le tube isolant 7.
    Le tube isolant 7 présente, au niveau d'une face supérieure, un lamage 12 à l'intérieur duquel est disposée la deuxième électrode 5b, ou électrode axiale.
    Le tube isolant 7 délimite un volume interne 13 qui reçoit le fusible 6. Celui ci a ici la forme d'un tube qui est appliqué contre la surface interne de l'alésage 14 du tube isolant 7 et qui est coincé entre l'électrode axiale 5b et le fond 9 de l'électrode périphérique 5a.
    L'électrode périphérique 5a est disposée dans un support 15 qui pourra être réalisé en un matériau isolant par exemple en polyamide. Ce support présente un trou axial 16, ou canon, disposé dans le prolongement du trou axial 10 de l'électrode 5a et dont le diamètre est inférieur ou égal à celui du trou 10.
    Selon une caractéristique essentielle de l'invention, le fusible 6 est réalisé en un matériau plasmagène c'est à dire un matériau fournissant des gaz à haute température (supérieure à 15000 K) et ayant une densité électronique forte (supérieure à 1018 électrons / cm3) lorsqu'il est parcouru par un courant électrique d'au moins 5000 ampères.
    Les électrodes 5a, 5b et le tube isolant 7 forment ainsi une torche à plasma dont le volume interne 13 est séparé de l'explosif receveur 3 par le canon 16.
    Le canon 16 est disposé en regard d'un autre trou 17 aménagé dans l'enveloppe 4 de la charge explosive 2.
    Le composant 1 est une torche à plasma de taille réduite (ou "micro torche"). Elle a des dimensions qui sont choisies suffisamment faibles pour qu'elle puisse engendrer un plasma lorsqu'elle reçoit une tension d'amorçage inférieure ou égale à 600 volts et qu'on lui fournit une énergie électrique inférieure ou égale à 5000 Joules. Une telle micro torche est décrite comme composant d'allumage dans le brevet EP905470 auquel on pourra se reporter. Elle présente des dimensions de l'ordre de 6 à 10 mm de long pour 5 à 10 mm de diamètre.
    Le fusible est ici réalisé sous la forme d'une couche tubulaire, et pincée entre les deux électrodes 5a et 5b.
    Le matériau plasmagène comprendra au moins un matériau conducteur associé à au moins un matériau énergétique ou susceptible de réagir avec le matériau conducteur.
    On entend par matériau énergétique un matériau susceptible de fournir de l'énergie chimique sous la forme d'une flamme lorsqu'il se trouve initié par l'effet joule engendré par le passage du courant dans le matériau conducteur auquel il est intimement associé.
    On entend par matériau réactif ou susceptible de réagir avec le matériau conducteur un matériau, inerte isolément, mais susceptible de réagir chimiquement avec le matériau conducteur lors de l'échauffement de celui ci par effet Joule. De l'énergie chimique se trouve alors fournie par cette réaction sous la forme d'une flamme.
    Le matériau conducteur pourra être constitué par du carbone ou bien par un métal tel du cuivre, de l'aluminium, de l'argent ou du magnésium.
    Le matériau énergétique ou susceptible de réagir avec le matériau conducteur pourra être choisi parmi les composés ou compositions suivantes :
  • Oxyde de cuivre; polytétrafluoréthylène; copolymère de chlorofluoroéthylène; polytétrafluoréthylène/copolymère de chlorofluoroéthylène; Magnésium / polytétrafluoréthylène / copolymère de chlorofluoro-éthylène; Bore/Nitrate de potassium; pellicule ou film de nitrocellulose plastifiée; nitrate de polyvinyle; polyoxyméthylène; Polychlorure de trifluoroéthylène; polychlorure de vinyle; Polychlorure de trifluoroéthylène; polysulfone; polyfluorure de vinylidène.
    • Dans cette liste les matériaux énergétiques sont les compositions : Magnésium / polytétrafluoréthylène / copolymère de chlorofluoro-éthylène; Bore/Nitrate de potassium; pellicule ou film de nitrocellulose plastifiée; nitrate de polyvinyle.
    Les matériaux réactifs avec un matériau conducteur sont : Oxyde de cuivre; polytétrafluoréthylène; copolymère de chlorofluoroéthylène; polytétrafluoréthylène/copolymère de chlorofluoroéthylène; Polyoxyméthylène; Polychlorure de trifluoroéthylène; Polychlorure de vinyle; Polysulfone; Polyfluorure de vinylidène.
    Suivant le mode particulier de réalisation de la figure 1, le tube fusible 6 est formé par un mélange homogène associant 85 à 95 % en masse de matériau conducteur et 5 à 15% en masse d'un matériau énergétique ou bien susceptible de réagir avec le matériau conducteur.
    On pourra par exemple réaliser un tube fusible avec les compositions suivantes :
    Exemple 1
    85 à 95% en masse de poudre d'aluminium et de préférence 90%,
    15% à 5% en masse d'une composition associant polytétrafluoréthylène et copolymère de chlorofluoroéthylène, et de préférence 10%.
    Exemple 2
    85% à 95% en masse de poudre de magnésium et de préférence 90%,
    5% à 15% en masse d'un mélange associant polytétrafluoréthylène et copolymère de chlorofluoroéthylène, et de préférence 10%.
    On pourra concrètement réaliser la feuille en mélangeant le métal (aluminium ou magnésium) à une solution de polytétrafluoréthylène et de copolymère de chlorofluoroéthylène dans un solvant approprié, par exemple une cétone : cyclohexyl cétone (cyclohexane) ou acétone. Le mélange ainsi réalisé sera appliqué comme une peinture sur la surface interne de l'alésage 14 du tube isolant 7. Puis le solvant sera évaporé avant mise en place du tube isolant 7 dans l'électrode périphérique 5a et mise en place de l'électrode axiale 5b. Afin d'assurer une bonne qualité de contact on pourra couvrir avec le matériau du tube fusible les parties du tube isolant qui sont en contact avec les électrodes 5a et 5b (lamage 12 et face inférieure du tube 7).
    Le composant 1 est relié par des conducteurs 18 et 19 à un générateur électrique 20. Ce générateur est conçu pour pouvoir délivrer une énergie de 10 kJ à 1 mégaJoule sous forme d'impulsions de tension de 1000 volts à 20 kilo Volts. Un tel générateur est classique et comprend par exemple des capacités, une inductance, des thyristors et une alimentation stabilisée.
    Une faible fraction de l'énergie fournie par le générateur est utilisée pour initier le tube fusible 6 par effet joule. Le matériau énergétique est alors initié ou bien la réaction entre le matériau conducteur et le matériau réactif est initiée. Une flamme de combustion remplit la chambre 13.
    Cette flamme est formée naturellement d'atomes et molécules ionisés. Elle assure une conduction électrique de résistance réduite entre les électrodes 5a et 5b qui permet le maintien d'un arc électrique entre les électrodes.
    La chambre 13 assure un confinement de l'arc et la montée en pression permettant ainsi le développement du plasma engendré par le tube fusible 6. Le plasma est éjecté à une vitesse de l'ordre de 3500 m/s.
    Il en résulte une onde de choc très intense (pression de l'ordre du Giga Pascal) qui impacte le chargement explosif 3 au travers des trous ou canons 16 et 17 et assure l'initiation de celui ci.
    Le choc sera d'autant plus intense que le volume de la chambre 13 sera réduit.
    A titre d'exemple on a réalisé un composant d'allumage associant une micro torche à plasma délimitant une chambre 13 ayant un volume d'environ 15 mm3 et comportant un tube fusible de 2 mm de diamètre, 0,1 mm d'épaisseur et ayant comme composition l'une ou l'autre des compositions selon les exemples 1 et 2.
    Un tel composant, alimenté sous une impulsion de tension de 800 à 1000 Volts avec une intensité maximale de 10000 Ampères, a assuré la mise en détonation d'un relais explosif de 11,5mm de diamètre et 11,5mm de haut réalisé en hexogène/cire/graphite (proportions en masses relatives : 98/2/1). La pression de gaz obtenue en sortie du composant est de l'ordre de 1 GPa (1 gigapascal).
    On voit que le composant selon l'invention est d'une fabrication plus simple que celle des composants de sécurité ou "slappers" connus puisqu'il ne nécessite pas la réalisation d'un pont résistif et qu'il ne met pas en oeuvre de pastille à projeter de taille réduite.
    Le diamètre de la chambre 13 (2 mm) est supérieur à celui des canons utilisés dans les "slappers" connus (dont le diamètre est généralement inférieur au mm).
    La tension d'alimentation est également plus faible (de l'ordre de 1000 volts contre près de 3000 Volts pour les "slappers" connus). On réduit ainsi fortement les problèmes d'isolation et on facilite donc l'intégration du composant dans les munitions ou les systèmes de sécurité automobiles.
    La puissance électrique consommée est du même ordre que pour les "slappers" connus (10 Méga Watts), l'intensité maximale étant également plus forte (environ 10 kilo Ampères).
    Le composant selon l'invention est un composant de sécurité puisque le niveau d'énergie nécessaire pour son initiation satisfait aux exigences données par les normes: pas de réaction pyrotechnique pour une impulsion de moins de 500 volts. Il peut donc être utilisé dans un dispositif d'amorçage dépourvu de moyens de désalignement de chaíne pyrotechnique.
    Il est possible en fonction des besoins de jouer sur les différentes dimensions du composant pour définir un composant fonctionnant avec une tension inférieure à 1000 volts. On pourra ainsi réduire le volume de la chambre 13 pour modifier la pression de plasma engendré, donc la puissance du composant.
    La figure 2 montre un composant d'amorçage selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Pour la simplification de la figure, le composant 1 a été représenté seul sans le chargement explosif qu'il doit initier.
    Ce composant diffère du précédent par la structure du fusible 6.
    Le fusible 6 comprend ainsi une couche 6a de matériau conducteur sur laquelle est déposée au moins une couche 6b d'un matériau énergétique ou bien susceptible de réagir avec le matériau conducteur.
    Pour réaliser un tel fusible, on pourra par exemple enrouler sur elle-même une feuille métallique sur laquelle a été projeté au préalable un mélange de colle et du matériau énergétique ou pouvant réagir avec le matériau conducteur.
    Concrètement on pourra réaliser un fusible comportant une feuille enroulée d'aluminium ou de magnésium sur laquelle a été déposée une couche de polytétrafluoréthylène ou de chlorure de polyvinyle.
    L'épaisseur de la couche métallique sera de l'ordre de 150 micromètres. L'épaisseur de la (ou des) couches de matériau énergétique sera de l'ordre de 100 micromètres.
    On pourra également associer une couche d'aluminium ou de magnésium avec une couche de nitrocellulose ou de nitrate de polyvinyle.
    On pourra réaliser un dépôt d'oxyde de cuivre ou de copolymère de chlorofluoroéthylène sur une feuille d'aluminium ou de magnésium.
    On pourra également réaliser un dépôt de polyoxyméthylène sur une couche d'aluminium.
    Dans tous les cas, les dimensions des différentes couches seront telles qu'on associera de 85 à 95% en masse du matériau de la couche conductrice à 5 à 15% en masse du ou des matériaux de la ou des couches réactives.
    Suivant un mode de réalisation préféré, on réalisera un fusible en enroulant une feuille d'aluminium sur laquelle est déposée au moins une couche de copolymère de chlorofluoroéthylène (connu sous la marque déposée Viton). Les proportions en masse relatives seront de 90% pour l'aluminium et de 10% pour le copolymère de chlorofluoroéthylène.
    Le fusible 6 est disposé de telle sorte que la couche métallique 6a se trouve du côté du tube isolant 7 et en contact avec les deux électrodes 5a et 5b.
    Le passage du courant pourra ainsi se faire au travers de la couche conductrice 6a qui assurera par effet joule l'initiation de la réaction avec la couche énergétique 6b donc la génération du plasma.
    On a réalisé ainsi un composant comportant un fusible présentant une couche de 80 micromètres d'épaisseur d'aluminium portant une couche de 11 micromètres de copolymère de chlorofluoroéthylène (connu sous la marque déposée Viton). Le fusible est disposé dans une chambre 13 de volume 15mm3 environ.
    Ce composant a pu initier un comprimé explosif tel que décrit précédemment en réponse à une impulsion de tension de 1000 volts pour une intensité maximale de 10 kA.
    On a également réalisé un composant de géométrie identique à celle du précédent mais dont la feuille fusible comporte une couche de 80 micromètres d'épaisseur de Magnésium portant une couche de 11 micromètres de copolymère de chlorofluoroéthylène
    On a enfin réalisé un composant de géométrie identique à celle des précédents mais dont la feuille fusible comporte une couche de 80 micromètres d'épaisseur de Magnésium portant une couche de 11 micromètres de polytétrafluoréthylène (connu sous la marque déposée Téflon).
    Ces composants ont également initié avec succès le comprimé explosif décrit précédemment.
    Afin d'initier des explosifs moins sensibles ou de paramétrer de façon plus précise les performances d'initiation du composant selon l'invention, il est possible de définir un composant comportant également (comme dans les composants "slappers" classiques) une pastille projetable.
    La figure 3 montre un tel composant 1.
    Comme dans le mode de réalisation de la figure 2, le composant 1 comprend deux électrodes 5a et 5b qui sont reliées par un fusible 6 associant une couche conductrice 6a et une couche énergétique 6b.
    Ce composant diffère de celui de la figure 2 en ce qu'une pastille 21 est intercalée entre le rebord annulaire 9 de l'électrode 5a et le support isolant 15. Cette pastille sépare donc la chambre 13 de la torche à plasma et le canon 16.
    La pastille 21 sera réalisée en un matériau isolant électrique ou recouvert d'une couche isolante électrique. Une telle disposition permet d'éviter les amorçages d'arcs électriques directement entre l'électrode axiale 5b et la pastille 21. On pourra par exemple réaliser la pastille en une matière plastique tel un polyimide (matériau connu sous la marque déposée Kapton). On pourra également réaliser la pastille en mica ou encore en métal (aluminium, titane ou acier). Dans le cas d'une pastille en métal on recouvrira celle ci sur ses deux faces avec un matériau isolant, par exemple une couche de ruban adhésif isolant assurant un niveau d'isolation électrique d'au moins 1000 volts (de tels isolants mettent généralement en oeuvre une couche isolante de caoutchouc ou de chlorure de polyvinyle ou PVC).
    On a ainsi réalisé des pastilles projetables en acier de 20 à 120 micromètres d'épaisseur.
    Lors du passage du courant dans le fusible la pression engendrée par la réaction entre le matériau conducteur et le matériau énergétique provoque la découpe de la pastille et sa projection au travers du canon 16.
    Il n'est donc pas nécessaire comme dans les slappers connus de prévoir un composant "canon" spécifique ( tel un tube en céramique de l'ordre du mm de diamètre).
    Le diamètre du canon 16 pourra varier entre 1 et 4 mm, ce qui est supérieur aux diamètres des canons utilisés habituellement dans les "slappers".
    L'Homme du Métier choisira aisément les dimensions appropriées pour assurer l'effet recherché. On pourra notamment jouer sur l'épaisseur, donc la masse de la pastille, pour modifier l'énergie reçue par l'explosif à initier.
    A titre d'exemple on a réalisé des composants incorporant un fusible associant une couche d'aluminium et une couche de copolymère de chlorofluoroéthylène (connu sous la marque déposée Viton) avec les proportions en masses respectives de 90% et 10% (épaisseur totale du fusible 100 micromètres). On a disposé dans chaque composant une pastille à projeter associée à un canon de diamètre 2 ou 4mm, pastille ayant une épaisseur de 30 à 120 micromètres pour de l'acier ou de 80 à 120 micromètres pour du Kapton. Tous les composants ont conduit à l'initiation d'un comprimé d'hexogène de 11,5mm x 11,5mm comprimé sous 160 Méga Pascals.
    Les mêmes essais ont été conduit avec succès en utilisant un fusible associant une couche de magnésium et une couche de polytétrafluoréthylène (connu sous la marque déposée téflon) avec les proportions en masses respectives de 90% et 10%.

    Claims (18)

    1. Composant (1) d'amorçage de sécurité comprenant au moins deux électrodes (5a,5b) reliées par un fusible (6) et un orifice ou canon (16) séparant le fusible d'un explosif receveur (3) à initier, composant caractérisé en ce que les deux électrodes (5a,5b) sont séparées par un tube isolant (7) délimitant un volume interne (13), électrodes et tube isolant formant ainsi une torche à plasma dont le volume interne (13) est séparé de l'explosif receveur (3) par le canon (16), et en ce que le fusible (6) est réalisé en un matériau plasmagène c'est à dire un matériau fournissant des gaz à haute température (supérieure à 15000 K) et ayant une densité électronique forte (supérieure à 1018 électrons / cm3) lorsqu'il est parcouru par un courant électrique d'au moins 5000 ampères.
    2. Composant d'amorçage de sécurité selon la revendication 1, caractérisé en ce que les dimensions de la torche sont telles qu'elle génère un plasma lorsqu'elle reçoit une tension d'amorçage inférieure ou égale à 600 volts et qu'on lui fournit une énergie électrique inférieure ou égale à 5000 Joules.
    3. Composant d'amorçage de sécurité selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le matériau du fusible (6) comprend au moins un matériau conducteur associé à au moins un matériau énergétique ou susceptible de réagir avec le matériau conducteur.
    4. Composant d'amorçage de sécurité selon la revendication 3, caractérisé en ce que le matériau conducteur est constitué par du carbone ou bien un métal.
    5. Composant d'amorçage de sécurité selon une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que le matériau énergétique ou susceptible de réagir avec le matériau conducteur est choisi parmi les composés ou compositions suivantes :
      Oxyde de cuivre; polytétrafluoréthylène; copolymère de chlorofluoroéthylène; polytétrafluoréthylène/copolymère de chlorofluoroéthylène; Magnésium / polytétrafluoréthylène / copolymère de chlorofluoro-éthylène; Bore/Nitrate de potassium; pellicule ou film de nitrocellulose plastifiée; nitrate de polyvinyle; Polyoxyméthylène; Polychlorure de trifluoroéthylène; polychlorure de vinyle; Polychlorure de trifluoroéthylène; polysulfone; polyfluorure de vinylidène.
    6. Composant d'amorçage de sécurité suivant une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le fusible (6) est formé par un mélange homogène associant 85% à 95% en masse de particules de matériau conducteur et de 5% à 15% en masse d'un matériau énergétique ou bien susceptible de réagir avec le matériau conducteur.
    7. Composant d'amorçage de sécurité suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la feuille fusible a pour composition :
      85% à 95% en masse de poudre d'aluminium ou de magnésium,
      5% à 15% en masse d'une composition associant polytétrafluoréthylène et copolymère de chlorofluoroéthylène.
    8. Composant d'amorçage de sécurité suivant la revendication 7, caractérisé en ce que la feuille fusible a pour composition :
      90% en masse de poudre d'aluminium,
      10% en masse d'une composition associant polytétrafluoréthylène et copolymère de chlorofluoroéthylène.
    9. Composant d'amorçage de sécurité suivant la revendication 7, caractérisé en ce que la feuille fusible a pour composition :
      90% en masse de poudre de magnésium,
      10% en masse d'une composition associant polytétrafluoréthylène et copolymère de chlorofluoroéthylène.
    10. Composant d'amorçage de sécurité suivant une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le fusible (6) comporte au moins une couche (6b) de matériau énergétique ou bien susceptible de réagir avec le matériau conducteur déposée sur au moins une partie d'une couche (6a) de matériau conducteur.
    11. Composant d'amorçage de sécurité suivant la revendication 10, caractérisé en ce que le fusible (6) comprend au moins une couche conductrice (6a) d'aluminium ou de magnésium sur laquelle est déposée au moins une couche réactive (6b) de polytétrafluoréthylène, ou de nitrocellulose ou de nitrate de polyvinyle, ou d'oxyde de cuivre ou de copolymère de chlorofluoroéthylène, ou de polyoxyméthylène, ou de Polychlorure de trifluoroéthylène, ou de polysulfone, ou de polyfluorure de vinylidène.
    12. Composant d'amorçage de sécurité suivant la revendication 11, caractérisé en ce que les dimensions des différentes couches sont telles qu'on associe de 85 à 95% en masse du matériau de la couche conductrice à 5 à 15% en masse du ou des matériaux de la ou des couches réactives.
    13. Composant d'amorçage de sécurité suivant la revendication 12, caractérisé en ce que le fusible comprend au moins une couche d'aluminium et au moins une couche de copolymère de chlorofluoroéthylène.
    14. Composant d'amorçage de sécurité suivant la revendication 12, caractérisé en ce que le fusible comprend au moins une couche de magnésium et au moins une couche de copolymère de chlorofluoroéthylène.
    15. Composant d'amorçage de sécurité suivant la revendication 12, caractérisé en ce que le fusible comprend au moins une couche de magnésium et au moins une couche de polytétrafluoréthylène.
    16. Composant d'amorçage de sécurité suivant une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce qu'il comporte une pastille (21) à projeter qui est pincée entre la torche et le canon (16).
    17. Composant d'amorçage de sécurité suivant la revendication 16, caractérisé en ce que la pastille (21) est réalisée en une matière isolante électrique ou recouverte d'une couche isolante électrique.
    18. Composant d'amorçage de sécurité suivant la revendication 17, caractérisée en ce que la pastille (21) a un diamètre compris entre 1 mm et 4 mm et une épaisseur comprise entre 20 et 200 micromètres.
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