El blindaje cerámico es un blindaje utilizado por los vehículos blindados y en el blindaje personal 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 al impactar, (2) erosionar y ralentizar el remanente del proyectil a medida que penetra en la capa de cerámica destrozada y (3) distribuir la carga del impacto sobre un área más grande, 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 de metal para un grado determinado de resistencia. Los materiales más comunes son la alúmina , el carburo de boro y, en menor medida, el carburo de silicio . [1] [2]
Las pruebas que se realizaron en 1918 demostraron el potencial del blindaje cerámico; el mayor Neville Monroe-Hopkins descubrió que añadir una fina capa de esmalte al acero mejoraba enormemente sus propiedades balísticas. Su primer uso operativo no se produjo hasta la guerra de Vietnam [3], en la que los helicópteros fueron frecuentemente objeto de fuego de armas pequeñas. En 1965, se proporcionó blindaje corporal cerámico a las tripulaciones de los helicópteros y se añadieron kits de blindaje de "compuesto duro" a los asientos de los pilotos. Al año siguiente, se habían desplegado chalecos cerámicos monolíticos y paneles de blindaje montados en el fuselaje. En los helicópteros "Huey" , se estimó que estas mejoras habían reducido las muertes en un 53% y las lesiones no mortales en un 27%.
Los diseños de armaduras cerámicas varían desde placas monolíticas hasta sistemas que emplean matrices tridimensionales. Una de las primeras patentes de armaduras cerámicas fue presentada en 1967 por Goodyear Aerospace Corp. En ella se incrustaban esferas de cerámica de alúmina en láminas delgadas de aluminio, que se colocaban en capas de modo que las esferas de cada capa llenaran los huecos entre las esferas de las capas circundantes, de una manera similar a una estructura de empaquetamiento cúbico centrada en el cuerpo . Todo el sistema se mantenía unido con espuma de poliuretano y aluminio grueso, UHMWPE multicapa, fibra de para-aramida o respaldo compuesto de 30% PALF + 70% 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 estos combinan elementos cerámicos cilíndricos, hexagonales o esféricos con un respaldo de alguna aleación no dedicada a la armadura. [1] La armadura de placas monolíticas, por el contrario, se basa en placas individuales de una cerámica avanzada deslizadas en un chaleco balístico tradicional en lugar de una placa de acero.
A diferencia de los metales, las cerámicas nunca se utilizan solas, como materiales independientes, en sistemas de blindaje; siempre se combinan con una capa de soporte o respaldo dúctil de metal o materiales compuestos de plástico reforzado con fibra , y este conjunto revestido de cerámica se denomina blindaje cerámico. Los materiales cerámicos, como el vidrio , tienen una alta dureza y resistencia a la compresión, pero una baja resistencia a la tracción. La unión de una baldosa cerámica a un material de respaldo metálico o compuesto, con alta resistencia y buena ductilidad, retrasa o mitiga la falla por tracción en caso de impacto y obliga a la cerámica a fallar por compresión. [2]
Los sistemas de blindaje cerámico derrotan a los proyectiles de armas pequeñas y a los penetradores de energía cinética mediante dos mecanismos principales: fragmentación y erosión. Cuando un proyectil de acero duro o de carburo de tungsteno impacta la capa cerámica de un sistema de blindaje cerámico, se detiene momentáneamente, en un fenómeno conocido como permanencia. Dependiendo del grosor 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 plástico reforzado con metal o fibra detrás de la capa cerámica detiene los fragmentos del proyectil o su resto erosionado y absorbe la energía cinética residual, generalmente a través de la deformación plástica . Si el material de soporte es demasiado delgado o demasiado débil para absorber la energía cinética residual, o si el proyectil no se rompe y el resto erosionado del proyectil retiene demasiada masa y energía cinética, se producirá la penetración. Por lo tanto, tanto la capa de cerámica como su capa de soporte son de igual importancia.
En el blindaje cerámico de vehículos, el material de soporte suele ser acero estructural, con frecuencia blindaje homogéneo laminado , aunque a veces se utiliza aluminio. En el blindaje corporal, donde los diseñadores de blindaje cerámico se esfuerzan por hacer que las placas de blindaje cerámico sean lo más ligeras y cómodas posible, el material de soporte suele ser un compuesto de fibra de polietileno de peso molecular ultraalto y ligero , pero también puede ser un compuesto de fibra de aramida y, en placas de blindaje cerámico de gama baja o en placas para usuarios estacionarios, como tripulaciones de helicópteros, a veces se utiliza fibra de vidrio .
Contra proyectiles antitanque de alto poder explosivo , los elementos cerámicos rompen la geometría del chorro de metal generado por la carga moldeada, disminuyendo enormemente la penetración.
Las placas de cerámica se utilizan comúnmente como insertos en chalecos antibalas blandos . La mayoría de las placas de cerámica utilizadas en chalecos antibalas proporcionan protección Tipo III del Instituto Nacional de Justicia , lo que les permite detener las balas de rifle . Las placas de cerámica son una forma de armadura compuesta . Las placas de inserción también pueden estar hechas de acero o polietileno de peso molecular ultra alto .
Por lo general, se coloca una placa de cerámica en la capa exterior de un chaleco antibalas blando. Puede haber dos placas, una en la parte delantera y otra en la trasera, o una placa universal en la parte delantera o trasera. Algunos chalecos permiten el uso de pequeñas placas en los laterales para una 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 (2,0 a 3,6 kg) para el tamaño típico de 10 por 12 pulgadas (25 por 30 cm). Existen otros tipos de placas que vienen en diferentes tamaños y ofrecen diferentes niveles de protección. Por ejemplo, la placa MC (placa de cobertura máxima) ofrece un 19 % más de cobertura que una placa de cerámica estándar.
Los materiales cerámicos, el procesamiento de materiales y el progreso en la mecánica de penetración cerámica son áreas significativas de actividad académica e industrial. Este campo combinado de investigación de armaduras cerámicas es amplio y quizás se resume mejor en la Sociedad Americana de Cerámica. ACerS ha organizado una conferencia anual sobre armaduras durante varios años y ha compilado unas actas de 2004-2007. [5] Un área de actividad especial relacionada con los chalecos es el uso emergente de pequeños componentes cerámicos. Las placas cerámicas de gran tamaño para el torso 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. Estas son las motivaciones para nuevos tipos de placas de blindaje. Estos nuevos diseños utilizan matrices 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 numerosas pruebas realizadas por el Ejército de los EE. UU. y ha sido rechazada. Los desarrollos europeos en matrices esféricas y hexagonales han dado como resultado productos que tienen cierto rendimiento de flexión y múltiples impactos. [6] La fabricación de sistemas de matriz con un rendimiento balístico flexible y constante en los bordes de los elementos cerámicos es un área activa de investigación. Además, las matrices con técnicas avanzadas de procesamiento cerámico requieren métodos de ensamblaje adhesivo. Un enfoque novedoso es el uso de sujetadores de velcro para ensamblar las matrices cerámicas. [7]