Comment améliorer les performances des céramiques pare-balles ?

Bien que les céramiques pare-balles traditionnelles aient amélioré leur résistance aux balles grâce à certains traitements de durcissement, elles présentent encore certains inconvénients, notamment une ténacité accrue et parfois une résistance mécanique réduite. De plus, elles résistent difficilement aux impacts continus, ne sont pas réparables après impact, sont jetables, coûteuses, peu fiables et présentent une faible aptitude à la conception structurelle.

Pour pallier ces lacunes, les chercheurs se sont concentrés sur l'association de plusieurs matériaux pare-balles pour former des composites pare-balles. L'un des principaux axes de recherche actuels en matière de céramiques composites pare-balles est l'association de fibres hautes performances pour former des composites céramique+polymère. Dans le domaine des applications pare-balles, les céramiques présentent une dureté suffisante et sont généralement utilisées comme panneaux, tandis que les fibres, dotées d'un module et d'une ténacité élevés, peuvent être utilisées comme panneaux arrière, exploitant ainsi les avantages des deux matériaux.

La performance pare-balles des matériaux composites céramique+polymère dépend de l'épaisseur de chaque couche. Grâce à la méthodologie des surfaces de réponse et à l'analyse par éléments finis, une plaque cible composite céramique+polymère constituée de fibres d'aramide SiC-Al₂O₃ a été obtenue. Les recherches montrent que lorsque la plaque cible composite est pénétrée par des balles, le panneau en céramique dissipe l'énergie par fragmentation et transmission d'ondes de contrainte, tandis que les fibres d'aramide dissipent principalement l'énergie par tension, extension et fracture. Pour une résistance optimale aux balles, les épaisseurs de fibres SiC, Al₂O₃ et aramide sont respectivement de 4,54 mm, 4,50 mm et 7,17 mm. Comparée à la densité initiale de la plaque composite, composée de céramique au carbure de silicium de 3 mm d'épaisseur, de céramique à l'alumine de 5 mm d'épaisseur et de fibres d'aramide de 15 mm d'épaisseur, la densité de la plaque composite est réduite de 5,4 kg/m², et l'efficacité pare-balles est également significativement améliorée.