La armadura cerámica es una armadura utilizada por vehículos blindados y armaduras personales para resistir la penetración de proyectiles gracias a su alta dureza y resistencia a la compresión. En su forma más básica, consta de dos componentes principales: una capa de cerámica en la superficie exterior, llamada "cara de impacto", respaldada por un compuesto de plástico reforzado con fibra dúctil o una capa de metal. La función de la cerámica es (1) fracturar el proyectil o deformar la punta del proyectil tras el impacto, (2) erosionar y ralentizar el remanente del proyectil a medida que penetra la capa de cerámica destrozada y (3) distribuir la carga del impacto sobre una superficie mayor. área, que puede ser absorbida por polímeros dúctiles o soportes metálicos. Las cerámicas se utilizan a menudo cuando el peso ligero es importante, ya que pesan menos que las aleaciones metálicas para un determinado grado de resistencia. Los materiales más habituales son la alúmina , el carburo de boro y, en menor medida, el carburo de silicio . [1] [2]
Las pruebas realizadas ya en 1918 demostraron el potencial de la armadura cerámica; El mayor Neville Monroe-Hopkins descubrió que agregar una fina capa de esmalte al acero mejoraba enormemente sus propiedades balísticas. Su primer uso operativo no fue hasta la guerra de Vietnam [3], en la que los helicópteros fueron frecuentemente atacados con armas pequeñas. En 1965, se entregó armadura de cerámica a las tripulaciones de helicópteros y se agregaron kits de armadura de "revestimiento duro" a los asientos de los pilotos. Al año siguiente, se habían desplegado chalecos cerámicos monolíticos y paneles blindados montados en fuselajes. En los helicópteros "Huey" , se estimó que estas mejoras redujeron las muertes en un 53% y las lesiones no fatales en un 27%.
Los diseños de armaduras cerámicas van desde placas monolíticas hasta sistemas que emplean matrices tridimensionales. Una de las primeras patentes de armadura cerámica fue presentada en 1967 por Goodyear Aerospace Corp. Incrustaba esferas cerámicas de alúmina en finas láminas de aluminio, que estaban colocadas en capas de modo que las esferas de cada capa llenaran los espacios entre las esferas de las capas circundantes, en de manera similar a una estructura de empaque cúbica centrada en el cuerpo . Todo el sistema se mantuvo unido con espuma de poliuretano y aluminio grueso, UHMWPE multicapa, fibra de para-aramida o un respaldo compuesto de 30% PALF + 70% de epoxi. [4] Este desarrollo demostró la eficacia del diseño basado en matrices y estimuló el desarrollo de otros sistemas basados en matrices. La mayoría de ellos combinan elementos cerámicos cilíndricos, hexagonales o esféricos con un respaldo de alguna aleación dedicada que no sea de armadura. [1] La armadura de placas monolítica, por el contrario, se basa en placas individuales de una cerámica avanzada colocadas en un chaleco balístico tradicional en lugar de una placa de acero.
A diferencia de los metales, la cerámica nunca se utiliza sola, como material independiente, en sistemas de armadura; siempre se combinan con un respaldo dúctil o una capa de soporte de materiales compuestos de metal o plástico reforzado con fibra , y este conjunto con revestimiento cerámico se denomina armadura cerámica. Los materiales cerámicos, como el vidrio , tienen alta dureza y resistencia a la compresión, pero baja resistencia a la tracción. Unir una loseta cerámica a un material de soporte metálico o compuesto, con alta resistencia y buena ductilidad, retrasa o mitiga la falla por tracción tras el impacto y obliga a la cerámica a fallar en compresión. [5]
Los sistemas de blindaje cerámico derrotan los proyectiles de armas pequeñas y los penetradores de energía cinética mediante dos mecanismos principales: rotura y erosión. Cuando un proyectil de acero duro o carburo de tungsteno golpea la capa cerámica de un sistema de armadura cerámica, se detiene momentáneamente, en un fenómeno conocido como permanencia. Dependiendo del espesor y la dureza de la capa cerámica, el núcleo del proyectil se rompe, se fractura o se embota. Los restos del proyectil continúan penetrando la baldosa cerámica triturada a una velocidad reducida, lo que erosiona esos restos y reduce su energía, longitud y masa. La capa compuesta de metal o plástico reforzado con fibra detrás de la capa de cerámica detiene los fragmentos del proyectil o su remanente erosionado y absorbe la energía cinética residual, generalmente a través de la deformación plástica . Si el material de respaldo es demasiado delgado o demasiado débil para absorber la energía cinética residual, o si el proyectil no se rompe y el remanente erosionado del proyectil retiene demasiada masa y energía cinética, se producirá la penetración. Por tanto, tanto la capa cerámica como su capa de soporte tienen la misma importancia.
En las armaduras cerámicas para vehículos, el material de respaldo suele ser acero estructural, frecuentemente una armadura homogénea laminada , aunque a veces se utiliza aluminio. En las armaduras corporales, donde los diseñadores de armaduras cerámicas se esfuerzan por hacer que las placas de armadura cerámicas sean lo más livianas y cómodas posible, el material de respaldo suele ser un compuesto liviano de fibra de polietileno de peso molecular ultraalto , pero también puede ser un compuesto de fibra de aramida , y , en placas de blindaje cerámicas de gama baja o en placas para usuarios estacionarios, como tripulaciones de helicópteros, a veces se utiliza fibra de vidrio .
Contra los proyectiles antitanque altamente explosivos , los elementos cerámicos rompen la geometría del chorro metálico generado por la carga moldeada, lo que reduce considerablemente la penetración.
Las placas de cerámica se utilizan comúnmente como inserciones en chalecos balísticos blandos . La mayoría de las placas de cerámica utilizadas en chalecos antibalas brindan protección Tipo III del Instituto Nacional de Justicia , lo que les permite detener las balas de rifle . Las placas cerámicas son una forma de armadura compuesta . Las placas de inserción también pueden estar hechas de acero o polietileno de peso molecular ultraalto .
Por lo general, se desliza una placa de cerámica en la capa exterior de un chaleco blindado blando. Puede haber dos placas, una delante y otra detrás, o una placa universal en la parte delantera o trasera. Algunos chalecos permiten el uso de pequeñas placas a los lados para protección adicional.
Las placas de cerámica emitidas por el ejército de los Estados Unidos se denominan Insertos protectores mejorados para armas pequeñas (ESAPI).
El peso aproximado de una placa de blindaje cerámico NIJ Nivel III es de 4,4 a 8 libras (2 a 3,6 kg) para el tamaño típico de 10" por 12". Existen otros tipos de placas que vienen en diferentes tamaños y ofrecen diferentes niveles de protección. Por ejemplo, la MC-Plate (placa de máxima cobertura) ofrece un 19% más de cobertura que una placa cerámica estándar.
Los materiales cerámicos, el procesamiento de materiales y los avances en la mecánica de penetración cerámica son áreas importantes de actividad académica e industrial. Este campo combinado de investigación sobre armaduras cerámicas es amplio y quizás esté mejor resumido en la Sociedad Estadounidense de Cerámica. ACerS ha organizado una conferencia anual sobre armaduras durante varios años y ha elaborado unas actas entre 2004 y 2007. [6] Un área de especial actividad relacionada con los chalecos es el uso emergente de pequeños componentes cerámicos. Las placas cerámicas del tamaño de un torso grande son complejas de fabricar y están sujetas a agrietarse con el uso. Las placas monolíticas también tienen una capacidad limitada de múltiples impactos como resultado de su gran zona de fractura por impacto. Éstas son las motivaciones para nuevos tipos de placas de armadura. Estos nuevos diseños utilizan conjuntos bidimensionales y tridimensionales de elementos cerámicos que pueden ser rígidos, flexibles o semiflexibles. La armadura corporal Dragon Skin es uno de estos sistemas, aunque ha fallado en numerosas pruebas realizadas por el ejército de EE. UU. y ha sido rechazada. Los desarrollos europeos en matrices esféricas y hexagonales han dado como resultado productos que tienen cierta flexibilidad y rendimiento de múltiples golpes. [7] La fabricación de sistemas tipo matriz con rendimiento balístico flexible y consistente en los bordes de elementos cerámicos es un área activa de investigación. Además, las técnicas avanzadas de procesamiento cerámico requieren métodos de ensamblaje adhesivos. Un enfoque novedoso es el uso de sujetadores de gancho y bucle para ensamblar las matrices cerámicas. [8]
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