Abaixo da superfície: explorando materiais rígidos de placas de blindagem

Jun 07, 2023

Em nosso post anterior, examinamos as classificações de placas de blindagem rígidas, explorando os “níveis” de proteção oferecidos pelas placas de blindagem corporal, conforme definido pelo NIJ e outras organizações que estabelecem padrões. Nosso objetivo foi fornecer uma compreensão mais clara das placas de blindagem neste contexto. No entanto, como revelou o post anterior, esses “níveis” são arbitrários, com muitas placas caindo abaixo, entre ou acima deles (ou seja, cada placa com um “mais” em sua descrição. III+, IIIA+, IV+…).

Para compreender verdadeiramente as características de desempenho de uma placa de blindagem, simplesmente saber o nível atribuído é insuficiente. Mesmo um entendimento superficial requer algum conhecimento dos materiais utilizados na construção daquela placa.

Com isso em mente, vamos fornecer uma visão geral dos materiais das placas de blindagem e suas características de desempenho.

Três materiais cerâmicos são comumente empregados em placas de blindagem dura: alumina, carboneto de silício e carboneto de boro.

A tabela abaixo apresenta as propriedades médias dos graus comerciais para cada material, incluindo AD85 e RBB4C como variantes comuns:

Na tabela acima, o “desempenho” é avaliado com base no peso. Por exemplo, o carboneto de silício prensado a quente (SiC) e o carboneto de boro ligado por reação (RBB4C) demonstram eficácia comparável contra ameaças de AP com núcleo de aço quando se consideram pesos iguais. Isso significa que estamos comparando um ladrilho SiC de 8 mm de espessura com um ladrilho RBB4C de aproximadamente 9,3 mm de espessura.

A questão de como as propriedades mecânicas, como dureza e resistência à compressão, se traduzem no desempenho balístico ainda não foi resolvida. Vamos deixar isso de lado por enquanto.

Alumina geralmente apresenta a menor relação desempenho/peso devido à sua alta densidade. No entanto, a alumina é de longe o material cerâmico de armadura mais prevalente em placas destinadas aos mercados civis e policiais. Isso ocorre porque é um material eficiente e confiável, amplamente disponível, fácil de moldar em formas complexas e, o mais importante, altamente acessível. Em média, o custo do fabricante para uma face de ataque de alumina 10×12″ em uma placa de Nível IV é de cerca de US$ 20. A alumina também apresenta excelente desempenho multi-hit em comparação com materiais à base de SiC e B4C, o que ajuda significativamente a conformidade com especificações como NIJ 0101.06 Nível III, onde são necessários seis disparos por placa.

A alumina é um material cerâmico econômico e amplamente utilizado que resulta em placas confiáveis, embora mais pesadas. Estas placas apresentam frequentemente boas características multi-hit.

Carboneto de Silício (SiC) oferece o equilíbrio mais favorável entre preço e desempenho na mais ampla gama de ameaças. É consideravelmente mais leve que a alumina e demonstra desempenho superior contra todas as ameaças. Embora seja um pouco mais pesado que o carboneto de boro e tenha um desempenho marginalmente inferior contra ameaças de núcleos esféricos e de aço, ele compensa com melhor desempenho multi-hit e eficácia amplamente melhorada contra ameaças de núcleos de carboneto de tungstênio.

As variantes do SiC ampliam sua gama de aplicações. Por exemplo: (1) O SiC ligado por reação supera a alumina contra todas as ameaças e é apenas um pouco mais caro que a alumina com pureza de 99%+. (2) Os novos compósitos SiC-TiB2, usados ​​na placa Adept Armor Colossus, competem com o B4C em relação ao desempenho e peso contra ameaças de núcleo de aço e superam facilmente o B4C contra ameaças de núcleo de carboneto de tungstênio. (3) Nos últimos anos, tem havido um considerável interesse de investigação em compósitos de SiC-diamante, que podem oferecer um desempenho ainda melhor.

Com um desempenho geral de alto desempenho, o SiC tornou-se o material preferido para placas com classificação AP de nível militar atualmente e deve manter essa posição no futuro próximo, especialmente com o recente surgimento de compósitos cerâmicos de alto desempenho à base de SiC.

Prensado a quente ou sinterizadocarboneto de boro (B4C) é um material de nicho de alta qualidade. Quando se trata de impedir ameaças com núcleo de aço, ele supera todas as outras opções por uma margem significativa. No entanto, existem várias desvantagens que limitam a sua utilização: (1) As matérias-primas de carboneto de boro são caras e difíceis de processar. (2) O carboneto de boro apresenta desempenho inferior contra balas AP com núcleos de carboneto de tungstênio em comparação com densidades iguais de SiC ou alumina de alta qualidade devido ao problema de amorfização do carboneto de boro. (3) O carboneto de boro exibe um comportamento semelhante ao vidro e excepcionalmente frágil após o impacto, resultando no pior desempenho multi-hit da categoria. Por essas razões, é o material de ataque preferido para placas militares e de nível IV ultra-high-end projetadas para parar .30-06 APM2 ou 7,62x54mmR B32 API, mas não é frequentemente usado para outros fins.