Apostila de Eletricidade Professor Valdir Melero IMT

IMT – Instituto Mauá de Tecnologia

4º Ano de Engenharia Mecânica

Período XXX

EMC 202 – Materiais de construção mecânica II

Professor: XXX

Artigo – Ballistic performance of armour ceramics:

Influence of design and structure. Part 2

XXX – xxxx

XXX - xxxx

XXX - xxxx

São Caetano do Sul

xx/xx/xxxx

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1 Introdução

A cerâmica avançada é a ‘bola da vez’ na blindagem de carros, helicópteros, aplicações estruturais e coletes de proteção pessoal. Tal material, mais leve e mais barato, consegue amortecer projeteis de arma de fogo através da dissipação de energia.  

De maneira geral, a composição do sistema de blindagem de cerâmica avançada contém placas de 7 – 9 mm de espessura, composta por cerâmica monolítica ou cerâmica-metal recoberta com Nylon (elevada tensão de tração) e polietileno (exemplo: Kevlar, Twanon, Spectra, Dyneema). Ademais, metal leve (alumínio por exemplo) também pode ser usado como material de apoio; o próprio design da blindagem se mostra importante nas necessidades de performance balística. Quanto mais fino a espessura da placa, maior o número de camadas de tecido de aramida necessária.

 

2 Experimento

Foram realizados testes balísticos no ‘Ceramic Protection Corporation’ (Canadá, Calgary) com diferentes tipos de munição militar, resumidos na tabela 1 abaixo; variáveis consideradas: tipo de munição, peso, velocidade e energia dissipada.

[pic 1]

As placas de cerâmica forma confeccionadas espessuras variadas e formatos similares, envolvidas com um compósito (prepreg) e unidos com aramida ou polietileno.

3 Resultados e Discussão

O desempenho balístico da blindagem cerâmica depende da combinação de vários fatores, não apenas de um único, como propriedades físicas, microestrutura e composição de fase.

Os resultados de todos os materiais selecionados para o estudo demonstraram um elevado nível de desempenho balístico. Portanto, o sistema de blindagem baseadas em cerâmicas de alumina, alumina-zircônia, alumina-mulita unidos com apropriado material de apoio, foram capazes de superar todas as ameaças. Basicamente, providenciaram uma proteção balística de nível III e IV. Entretanto os resultados mostraram-se insatisfatórios para rajadas de tiros intensas (suportam apenas 3 rodadas de tiro), especialmente as cerâmicas de carboneto (necessitarão de camadas mais espessas de material de apoio).

4 Características de proteção balística de alguns sistemas de blindagem

O sistema de blindagem de cerâmica consiste, basicamente, de um corpo monolítico ou matrizes de telhas (azuleiros,ladrilhos por exemplo). Estas matrizes são normalmente utilizadas para blindagem veicular e outras aplicações que exigem grande área de proteção.

Comparando a performance balística do sistema monolítico com o de matrizes, os corpos monolíticos, em geral, são melhores. Entretanto a propagação de rachaduras no impacto balístico do segundo caso termina nas extremidades das telhas, ou seja, as telhas principais não sofrem sérios problemas. Para evitar a fragilidade das extremidades das telhas utilizam-se materiais mais grossos e pesados; normalmente faz-se uma adaptação entre as telhas, que consiste no uso de telhas cônicas que evitam o gap entre as mesmas.

Estudos aprofundados a respeito do desempenho de blindagens demonstram que o sistema monolítico apresenta mais benefícios. Por exemplo, os painéis de cerâmica de alumina, com um formato de 400 x 500 mm, foram empregados com sucesso em blindagens de carros policiais.

Devido ao procedimento de fabricação de cerâmica, materiais de carboneto sinterizados sem pressão ou pressionados a quente não podem ser produzidos como produtos monolíticos de grandes dimensões. Em contraste, os itens monolíticos de grandes dimensões podem ser produzidos da alumina, alumina-mulita e reações de carboneto como mencionadas anteriormente. Existe a alternativa de um sistema de blindagem que consiste em múltiplas camadas de telhas finas de cerâmica (materiais laminados de 0,5 a 2,5mm) coladas através de epóxi ou alumínio.  Este sistema laminado é baseado no fato de que as telhas principais quebram no impacto, porém as camadas subsequentes ficam intactas. As camadas podem ser de  ou . A possibilidade de se utilizar camadas de cerâmica verde não demonstraram bons resultados, assim as telhas atingidas apresentaram rachaduras e performance balística pobre. Já o sistema com painéis de blindagem curvados (alumina de 4mm, AL98) com painel de silicone de 4mm (ASN) com fundo de Twaron, geraram desempenho aceitável.[pic 2][pic 3]