EP1367355B1 - Amorce de sécurité à torche à plasma - Google Patents

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EP1367355B1
EP1367355B1 EP03291267A EP03291267A EP1367355B1 EP 1367355 B1 EP1367355 B1 EP 1367355B1 EP 03291267 A EP03291267 A EP 03291267A EP 03291267 A EP03291267 A EP 03291267A EP 1367355 B1 EP1367355 B1 EP 1367355B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
component according
fuse
priming component
mass
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP03291267A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP1367355A1 (fr
Inventor
Luc Brunet
Jean Caillard
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KNDS Ammo France SA
Original Assignee
Nexter Munitions SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Nexter Munitions SA filed Critical Nexter Munitions SA
Publication of EP1367355A1 publication Critical patent/EP1367355A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP1367355B1 publication Critical patent/EP1367355B1/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
    • 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 initiation components comprising at least two electrodes connected by a fuse.
  • Security boot components for explosives are known, which are called “projected layer” components (and more commonly known as “slappers”). These components comprise a resistive bridge on which is placed a tube (or “barrel”) made for example of ceramic. An insulating disc is disposed between the tube and the resistive bridge. The passage of the electric current in the bridge causes the vaporization thereof, which causes the cutting of the insulating disc which is projected through the tube. This disc impacts a recipient explosive that it initiates.
  • the advantage of "slappers” is that they can initiate an explosive only when the supply current applied to the electrodes is large (greater than 500 volts).
  • the operating voltages are of the order of 3000 volts for a current intensity of the order of 5000 amperes. A voltage lower than 500 volts is insufficient to project the disk and can not ensure an initiation.
  • Such employment parameters result in a high level of security that allows the pyrotechnic chain to be aligned between the component and the recipient explosive, which is usually an HNS (hexanitrostilbene) relay.
  • HNS hexanitrostilbene
  • the resistive bridge is generally of reduced size and the ceramic tube (the latter is usually less than a millimeter in diameter). This results in significant implementation costs that limit the use of such components in civil applications such as initiators for automotive safety.
  • the patent EP0905470 discloses a propellant charge priming component operable under reduced voltage.
  • This component comprises a cavity closed by a polymer cover and having two electrodes connected by a fuse made in the form of a copper wire.
  • a fuse made in the form of a copper wire.
  • the component according to the invention can operate with a reduced voltage (less than or equal to 1000 volts) while having a satisfactory level of safety.
  • the subject of the invention is a safety initiation component comprising at least two electrodes connected by a fuse and an orifice or barrel separating the fuse from a recipient explosive to be initiated, the two electrodes being separated by an insulating tube delimiting a internal volume, electrodes and insulating tube thus forming a plasma torch whose internal volume is separated from the recipient explosive by the barrel, and characterized in that the fuse is made of a plasmagenic material comprising at least one conductive material associated with the less an energetic material or capable of reacting with the conductive material.
  • the conductive material may consist of carbon or a metal.
  • the energetic material or capable of reacting with the conductive material may be chosen from the following compounds or compositions:
  • Copper oxide polytetrafluoroethylene; chlorofluoroethylene copolymer; polytetrafluoroethylene / chlorofluoroethylene copolymer; Magnesium / polytetrafluoroethylene / chlorofluoroethylene copolymer; Boron / potassium nitrate; film or film of plasticized nitrocellulose; polyvinyl nitrate; polyoxymethylene; Trifluoroethylene chloride; polyvinyl chloride; Trifluoroethylene chloride; polysulfone; polyvinylidene fluoride.
  • the fuse may be formed by a homogeneous mixture comprising from 85% to 95% by weight of conductive material particles and from 5% to 15% by weight of an energetic material or capable of reacting with the conductive material.
  • the fuse may comprise at least one layer of energetic material or may react with the conductive material deposited on at least a portion of a layer of conductive material.
  • the fuse may comprise at least one aluminum or magnesium conductive layer on which is deposited at least one reactive layer of polytetrafluoroethylene, or of nitrocellulose or of polyvinyl nitrate, or of copper oxide or of copolymer of chlorofluoroethylene, or polyoxymethylene, or trifluoroethylene polychloride, or polysulfone, or polyvinylidene fluoride.
  • the dimensions of the various layers will be such that 85 to 95% by weight of the material of the conductive layer is combined with 5 to 15% by weight of the material or materials of the reactive layer or layers.
  • the fuse may comprise at least one layer of 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 safety initiation component comprises a projection pad which is pinched between the torch and the barrel.
  • the pellet may be made of an electrical insulating material or covered with an insulating electrical layer.
  • the pellet may have a diameter of between 1 mm and 4 mm and a thickness of between 20 and 200 microns.
  • a safety initiation component 1 is fixed by appropriate means (not shown) to an explosive charge 2 comprising an explosive 3 disposed in an envelope 4.
  • the explosive charge will for example be a hexogen detonation relay in the powdered or compressed state.
  • the 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 having an axial bore 14.
  • a first electrode 5a or peripheral electrode, has a cylindrical wall 8 and a bottom 9 pierced with an axial hole 10.
  • the insulating tube 7 has, at an upper face, a countersink 12 inside which is disposed the second electrode 5b, or axial electrode.
  • the insulating tube 7 delimits an internal volume 13 which receives the fuse 6.
  • the latter here has the shape of a tube which is applied against the inner surface of the 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 disposed in a support 15 which may be made of an insulating material, for example polyamide.
  • This support has an axial hole 16, or barrel, disposed 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 supplying gases at high temperature (greater than 15,000 K) and having a strong electron density (greater than 10 18 electrons / cm3) when an electrical current of at least 5000 amperes passes through it.
  • the electrodes 5a, 5b and the insulating tube 7 thus form a plasma torch whose internal volume 13 is separated from the recipient explosive 3 by the barrel 16.
  • the barrel 16 is arranged facing another hole 17 arranged in the casing 4 of the explosive charge 2.
  • Component 1 is a reduced-size plasma torch (or "micro-torch”). It has dimensions that are chosen low enough that it can generate a plasma when it receives a starting voltage of less than or equal to 600 volts and that it is supplied with electrical energy less than or equal to 5000 Joules.
  • a micro torch is described as an ignition component in the patent EP905470 to which we can refer. It has dimensions of the order of 6 to 10 mm long for 5 to 10 mm in diameter.
  • the fuse is here made in the form of a tubular layer, and clamped between the two electrodes 5a and 5b.
  • the plasmagenic material will comprise at least one conductive material associated with at least one energetic material or capable of reacting with the conductive material.
  • energetic material is meant a material capable of supplying chemical energy in the form of a flame when it is initiated by the joule effect generated by the passage of the current in the conductive material with which it is intimately associated.
  • reactive material or capable of reacting with the conductive material is meant a material, inert in isolation, but capable of reacting chemically with the conductive material during the heating thereof by the Joule effect. Chemical energy is then provided by this reaction in the form of a flame.
  • the conductive material may consist of carbon or a metal such as copper, aluminum, silver or magnesium.
  • the energetic material or capable of reacting with the conductive material may be chosen from the following compounds or compositions:
  • Copper oxide polytetrafluoroethylene; chlorofluoroethylene copolymer; polytetrafluoroethylene / chlorofluoroethylene copolymer; Magnesium / polytetrafluoroethylene / chlorofluoroethylene copolymer; Boron / Nitrate potassium; film or film of plasticized nitrocellulose; polyvinyl nitrate; polyoxymethylene; Trifluoroethylene chloride; polyvinyl chloride; Trifluoroethylene chloride; polysulfone; polyvinylidene fluoride.
  • the energetic materials are the compositions: Magnesium / polytetrafluoroethylene / chlorofluoroethylene copolymer; Boron / potassium nitrate; film or film of plasticized nitrocellulose; polyvinyl nitrate.
  • Reactive materials with a conductive material are: Copper oxide; polytetrafluoroethylene, chlorofluoroethylene copolymer; polytetrafluoroethylene / chlorofluoroethylene copolymer; polyoxymethylene; Trifluoroethylene chloride; Polyvinyl chloride; polysulfone; Polyvinylidene fluoride
  • the fuse tube 6 is formed by a homogeneous mixture comprising 85 to 95% by weight of conductive material and 5 to 15% by weight of an energetic material or capable of reacting with the conductive material.
  • a fuse tube may be made with the following compositions:
  • the sheet can be concretely made by mixing the metal (aluminum or magnesium) with a solution of polytetrafluoroethylene and chlorofluoroethylene copolymer in a suitable solvent, for example a ketone: cyclohexyl ketone (cyclohexane) or acetone.
  • a suitable solvent for example a ketone: cyclohexyl ketone (cyclohexane) or acetone.
  • a suitable solvent for example a ketone: cyclohexyl ketone (cyclohexane) or acetone.
  • the component 1 is connected by conductors 18 and 19 to an electric generator 20.
  • This generator is designed to be able to deliver an energy of 10 kJ to 1 mega-joule in the form of voltage pulses from 1000 volts to 20 kilo volts.
  • Such a generator is conventional and comprises for example capacitors, an inductor, thyristors and a stabilized power supply.
  • 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 the reaction between the conductive material and the reactive material is initiated.
  • a combustion flame fills the chamber 13.
  • This flame is naturally formed of ionized atoms and molecules. It provides an electrical conduction of reduced resistance between the electrodes 5a and 5b which allows the maintenance of an electric arc between the electrodes.
  • the chamber 13 ensures a confinement of the arc and the rise in pressure thus allowing the development of the 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 chamber 13 will be reduced.
  • an ignition component having a plasma micro-torch delimiting a chamber 13 having a volume of approximately 15 mm 3 and comprising a fuse tube 2 mm in diameter, 0.1 mm in thickness, has been realized. having as composition one or the other of the compositions according to Examples 1 and 2.
  • Such a component powered by a voltage pulse of 800 to 1000 volts with a maximum intensity of 10000 amperes, provided the detonation of an explosive relay of 11.5 mm diameter and 11.5 mm high made of hexogen / wax / graphite (relative mass proportions: 98/2/1).
  • the gas pressure obtained at the output of the component is of the order of 1 GPa (1 gigapascal).
  • the component according to the invention is of simpler manufacture than that of the known safety components or "slappers" since it does not require the production of a resistive bridge and that it does not implement pellet to project reduced size.
  • the diameter of the chamber 13 (2 mm) is greater than that of the guns used in known “slappers" (whose diameter is generally less than 1 mm).
  • the supply voltage is also lower (of the order of 1000 volts against nearly 3000 volts for known "slappers"). This greatly reduces insulation problems and thus facilitates the integration of the component in ammunition or automotive security systems.
  • the electric power consumed is of the same order as for the known "slappers" (10 Mega Watts), the maximum intensity being also stronger (about 10 kilo Amperes).
  • the component according to the invention is a safety component since the level of energy required for its initiation meets the requirements given by the standards: no pyrotechnic reaction for a pulse of less than 500 volts. It can therefore be used in a priming device devoid of pyrotechnic warp misalignment means.
  • the figure 2 shows a priming component according to a second embodiment of the invention.
  • component 1 has been shown alone without the explosive charge that it must initiate.
  • the fuse 6 thus comprises a layer 6a of conductive material on which is deposited at least one layer 6b of an energetic material or capable of reacting with the conductive material.
  • a fuse for example may be wound on itself a metal sheet on which was previously sprayed a mixture of glue and energy material or can react with the conductive material.
  • the thickness of the metal layer will be of the order of 150 micrometers.
  • the thickness of the (or) layers 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 weight of the material of the conductive layer will be associated with 5 to 15% by weight of the material or materials of the reactive layer or layers.
  • a fuse will be made by winding an aluminum foil on which is deposited at least one layer of chlorofluoroethylene copolymer (known under the trademark Viton).
  • the relative weight proportions will be 90% for aluminum and 10% for the chlorofluoroethylene copolymer.
  • the fuse 6 is arranged so that the metal layer 6a is on the side of the insulating tube 7 and in contact with the two electrodes 5a and 5b.
  • the passage of the current can thus be done through the conductive layer 6a which will ensure by joule the initiation of the reaction with the energy layer 6b thus the generation of the plasma.
  • a component comprising a fuse having a layer 80 microns thick aluminum carrying a layer of 11 microns of chlorofluoroethylene copolymer (known under the trademark Viton) was made.
  • the fuse is disposed in a chamber 13 of volume 15mm3 approximately.
  • This component was able to initiate an explosive tablet as described above in response to a voltage pulse of 1000 volts for a maximum intensity of 10 kA.
  • a component also comprising (as in the conventional "slapper” components) a projectable pellet.
  • the 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 energetic layer 6b.
  • This component differs from that of the figure 2 in that a pellet 21 is interposed between the annular rim 9 of the electrode 5a and the insulating support 15. This pellet thus separates the chamber 13 from the plasma torch and the barrel 16.
  • the pellet 21 will be made of an electrical insulating material or covered with an insulating electrical layer. Such an arrangement makes it possible to avoid electric arc flashings directly between the axial electrode 5b and the wafer 21.
  • the wafer may be made of a plastic material such as a polyimide (material known under the trademark Kapton). It will also make the pellet mica or metal (aluminum, titanium or steel). In the case of a metal pellet, it will be covered on both sides with an insulating material, for example a layer of insulating adhesive tape providing an 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, which is greater than the diameters of guns commonly used in slappers.
  • components incorporating a fuse combining an aluminum layer and a layer of chlorofluoroethylene copolymer have been produced with the respective proportions by weight of 90% and 10% (total thickness of the fuse 100 micrometers).
  • a projection pellet associated with a gun of diameter 2 or 4 mm pellet having a thickness of 30 to 120 microns for steel or 80 to 120 microns for Kapton. All components led to the initiation of an 11.5mm x 11.5mm hexogen tablet compressed to 160 Mega Pascals.

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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 connaît des composants d'amorçage de sécurité pour explosifs, composants qui sont dits "à couche projetée" (et plus connus sous le vocable 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 entraîne 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 entraînent un niveau de sécurité important qui autorise un alignement de la chaîne 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.
  • Le brevet EP0905470 décrit un composant d'amorçage pour charge propulsive pouvant fonctionner sous tension réduite. Ce composant comprend une cavité fermée par un opercule en polymère et comportant deux électrodes reliées par un fusible réalisé sous la forme d'un fil de cuivre. Bien que particulièrement efficace, un tel dispositif présente l'inconvénient d'être difficile à réaliser.
  • 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, les deux électrodes étant 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 caractérisé en ce que le fusible est réalisé en un matériau plasmagène comprenant 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 chaîne 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 (16)

  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, les deux électrodes (5a,5b) étant 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 caractérisé en ce que le fusible (6) est réalisé en un matériau plasmagène comprenant au moins un matériau conducteur associé à au moins un matériau énergétique ou susceptible de réagir avec le matériau conducteur.
  2. Composant d'amorçage de sécurité selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau conducteur est constitué par du carbone ou bien un métal.
  3. Composant d'amorçage de sécurité selon une des revendications 1 ou 2, 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; polytétrafluoroéthylène; copolymère de chlorofluoroéthylène; polytétrafluoroéthylène/copolymère de chlorofluoroéthylène; Magnésium / polytétrafluoroéthylène / copolymère de chlorofluoroéthylène; 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.
  4. Composant d'amorçage de sécurité suivant une des revendications 1 à 3, 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.
  5. Composant d'amorçage de sécurité suivant la revendication 4, 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 polytétrafluoroéthylène et copolymère de chlorofluoroéthylène.
  6. Composant d'amorçage de sécurité suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la feuille fusible a pour composition :
    - 90% en masse de poudre d'aluminium,
    - 10% en masse d'une composition associant polytétrafluoroéthylène et copolymère de chlorofluoroéthylène.
  7. Composant d'amorçage de sécurité suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la feuille fusible a pour composition :
    - 90% en masse de poudre de magnésium,
    - 10% en masse d'une composition associant polytétrafluoroéthylène et copolymère de chlorofluoroéthylène.
  8. Composant d'amorçage de sécurité suivant une des revendications 1 à 3, 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 déposé sur au moins une partie d'une couche (6a) de matériau conducteur.
  9. Composant d'amorçage de sécurité suivant la revendication 8, 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 polytétrafluoroéthylène, 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.
  10. Composant d'amorçage de sécurité suivant la revendication 9, 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.
  11. Composant d'amorçage de sécurité suivant la revendication 10, caractérisé en ce que le fusible comprend au moins une couche d'aluminium et au moins une couche de copolymère de chlorofluoroéthylène.
  12. Composant d'amorçage de sécurité suivant la revendication 10, caractérisé en ce que le fusible comprend au moins une couche de magnésium et au moins une couche de copolymère de chlorofluoroéthylène.
  13. Composant d'amorçage de sécurité suivant la revendication 10, caractérisé en ce que le fusible comprend au moins une couche de magnésium et au moins une couche de polytétrafluoroéthylène.
  14. Composant d'amorçage de sécurité suivant une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il comporte une pastille (21) à projeter qui est pincée entre la torche et le canon (16).
  15. Composant d'amorçage de sécurité suivant la revendication 14, caractérisé en ce que la pastille (21) est réalisée en une matière isolante électrique ou recouverte d'une couche isolante électrique.
  16. Composant d'amorçage de sécurité suivant la revendication 15, 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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