Como melhorar o desempenho da cerâmica à prova de balas?

Embora as cerâmicas à prova de balas tradicionais tenham aprimorado sua eficácia por meio de certos processos de endurecimento, elas ainda apresentam algumas desvantagens, como o aumento da tenacidade do material, que por vezes resulta em menor resistência. Além disso, as cerâmicas à prova de balas tradicionais têm dificuldade em suportar impactos contínuos, não podem ser reparadas após o impacto, são descartáveis, têm alto custo, baixa confiabilidade e não oferecem boa flexibilidade estrutural.

Em resposta a essas deficiências, os pesquisadores começaram a se concentrar na combinação de múltiplos materiais à prova de balas para formar materiais compósitos à prova de balas. Uma das principais linhas de pesquisa para cerâmicas compósitas à prova de balas atualmente é a combinação de fibras de alto desempenho para formar materiais compósitos de cerâmica e polímero. No campo das aplicações à prova de balas, as cerâmicas possuem dureza suficiente e são geralmente usadas como painéis, enquanto as fibras têm alto módulo de elasticidade e tenacidade, podendo ser usadas como placas de reforço para aproveitar as vantagens de ambos os materiais.

O desempenho à prova de balas de materiais compósitos de cerâmica e polímero é afetado pela espessura de cada camada desses materiais. Utilizando a metodologia de superfície de resposta e o método de análise de elementos finitos, obteve-se uma placa alvo composta de cerâmica e polímero formada por fibras de aramida SiC-Al₂O₃. A pesquisa demonstra que, quando a placa alvo composta é penetrada por balas, o painel de cerâmica dissipa energia por meio de fragmentação e transmissão de ondas de tensão, enquanto as fibras de aramida dissipam energia principalmente por meio de tensão, extensão e fratura. Para obter a melhor proteção balística integrada, as espessuras das camadas de SiC, Al₂O₃ e fibras de aramida são de 4,54 mm, 4,50 mm e 7,17 mm, respectivamente. Comparada com a densidade da placa alvo composta original, composta por cerâmica de carbeto de silício com 3 mm de espessura, cerâmica de alumina com 5 mm de espessura e fibras de aramida com 15 mm de espessura, a densidade da placa alvo composta foi reduzida em 5,4 kg/m², e o efeito à prova de balas também foi significativamente aprimorado.