Sob a superfície: explorando materiais rígidos de placas de blindagem

Jun 22, 2023

Em nosso post anterior, examinamos as classificações de placa de blindagem rígida, explorando os "níveis" de proteção oferecidos pelas placas de blindagem corporal conforme definido pelo NIJ e outras organizações de definição de padrões. Nosso objetivo foi proporcionar uma compreensão mais clara das placas de blindagem dentro desse 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 entender verdadeiramente as características de desempenho de uma placa de blindagem, simplesmente saber seu 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 de placa blindada 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, carboneto de silício prensado a quente (SiC) e carboneto de boro ligado por reação (RBB4C) demonstram eficácia comparável contra ameaças AP de núcleo de aço ao considerar 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 em desempenho balístico ainda não foi resolvida. Vamos deixar 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 de blindagem cerâmico mais prevalente em placas destinadas aos mercados civil e policial. 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 de 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 baseados em SiC e B4C, o que ajuda significativamente na 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. Essas placas geralmente exibem boas características multi-hit.

carboneto de silício (SiC) oferece o equilíbrio mais favorável de 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 núcleo de aço e esferas, ele compensa com melhor desempenho multi-hit e eficácia amplamente aprimorada contra ameaças de núcleo de carboneto de tungstênio.

As variantes SiC expandem 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 do 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 por peso contra ameaças de núcleo de aço e superam facilmente o B4C contra ameaças de núcleo de carboneto de tungstênio. (3) Ao longo dos últimos anos, tem havido considerável interesse de pesquisa em compósitos SiC-diamante, que podem oferecer um desempenho ainda melhor.

Como um excelente desempenho, o SiC tornou-se o material preferido para chapas com classificação AP de nível militar hoje e deve manter essa posição no futuro próximo, especialmente com o recente surgimento de compósitos cerâmicos baseados em SiC de alto desempenho.

Prensado a quente ou sinterizadocarboneto de boro (B4C) é um material de nicho sofisticado. Quando se trata de interromper ameaças de núcleo de aço, ele supera todas as outras opções por uma margem significativa. No entanto, existem várias desvantagens que limitam seu uso: (1) As matérias-primas de carboneto de boro são caras e difíceis de processar. (2) Carboneto de boro tem 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 de carboneto de boro. (3) O carboneto de boro exibe um comportamento semelhante ao vidro e excepcionalmente quebradiço após o impacto, resultando no pior desempenho multi-hit da categoria. Por esses motivos, é o material de face de ataque de escolha para placas militares e de nível IV de última geração projetadas para parar 0,30-06 APM2 ou 7,62x54mmR B32 API, mas não é frequentemente usado para outros fins.