Come migliorare le prestazioni delle ceramiche antiproiettile?

Sebbene le ceramiche antiproiettile tradizionali abbiano migliorato il loro effetto antiproiettile grazie a specifici processi di tempra, presentano ancora alcuni svantaggi, come l'aumento della tenacità del materiale a scapito della sua resistenza. Inoltre, le ceramiche antiproiettile tradizionali faticano a resistere a impatti continui, non sono riparabili dopo un impatto, sono monouso, hanno costi elevati, bassa affidabilità e non offrono una buona possibilità di progettazione strutturale.

In risposta a queste carenze, i ricercatori hanno iniziato a concentrarsi sulla combinazione di più materiali antiproiettile per formare materiali compositi antiproiettile. Una delle principali direzioni di ricerca per le ceramiche composite antiproiettile al momento è quella di combinare fibre ad alte prestazioni per formare materiali compositi ceramica+polimero. Nel campo delle applicazioni antiproiettile, le ceramiche hanno una durezza sufficiente e sono generalmente utilizzate come pannelli, mentre le fibre hanno un modulo elevato e tenacità e possono essere utilizzate come supporti per sfruttare i vantaggi di entrambi i materiali.

Le prestazioni antiproiettile dei materiali compositi ceramica+polimero sono influenzate dallo spessore di ciascuno strato di materiale antiproiettile. Utilizzando la metodologia di superficie di risposta e il metodo di analisi agli elementi finiti, è stata ottenuta una piastra bersaglio composita ceramica+polimero formata da fibre aramidiche di SiC-Al2O3. La ricerca mostra che quando la piastra bersaglio composita viene penetrata da un proiettile, il pannello ceramico dissipa energia attraverso la frammentazione e la trasmissione di onde di stress, mentre le fibre aramidiche dissipano energia principalmente attraverso la tensione, l'estensione e la frattura delle fibre. Per ottenere la migliore resistenza antiproiettile complessiva, gli spessori di SiC, Al2O3 e fibre aramidiche sono rispettivamente di 4,54 mm, 4,50 mm e 7,17 mm. Rispetto alla densità della piastra rastrellata composita originale di 3 mm di spessore di ceramica di carburo di silicio, 5 mm di spessore di ceramica di allumina e 15 mm di spessore di fibre aramidiche, la densità della piastra rastrellata composita è ridotta di 5,4 kg/m2 e l'effetto antiproiettile è significativamente migliorato.