Cerâmicas balísticas de alumina com adições de nitreto de silício : aprimoramento da relação resistência à flexão / densidade - Dresch, Alexander Braun (2020)
Neste estudo, composições de alumina (Al2O3) e nitreto de silício (Si3N4) foram investigadas para possível aplicação como cerâmicas balísticas. As cerâmicas apresentam dureza e resistência para suportar o impacto balístico, aliado a baixa densidade. Dentre as cerâmicas avançadas, a alumina é uma das mais utilizadas em blindagens balísticas, possui boas propriedades mecânicas e uma ótima relação custo-benefício. Entretanto sua densidade relativamente elevada pode ser um fator crítico. Por outro lado, o nitreto de silício possui características muito interessantes para aplicações balísticas, elevadas propriedades mecânicas, baixa densidade e resistência ao choque térmico. O grande limitador das blindagens balísticas é o seu peso. Dessa forma, o desenvolvimento de novos materiais de blindagem foca na redução seu peso sem perda de desempenho ou melhorando a proteção com peso reduzido. Este estudo compreende composições de alumina com teores de 5, 10 e 15% em massa de nitreto de silício a fim de comparar suas propriedades, bem como dureza, resistência mecânica e tenacidade à fratura, com a finalidade de obter uma boa relação resistência à flexão versus densidade que permita seu uso como cerâmica balística. As cerâmicas foram moldadas por prensagem uniaxial e sinterizadas a 1600 °C. Foram realizadas análises para determinar retração, densidade, absorção de água e perda de massa das amostras, bem como dureza, resistência mecânica e tenacidade à fratura. As amostras produzidas contendo na sua formulação Si3N4 exibiram no interior de seu volume um aspecto muito diferente de sua superfície externa. A análise de difração de raios X mostrou que toda a composição apresentou duas fases, alumina e mulita, com exceção do interior da composição de 15% em massa, que apresentava quatro fases: alumina, mulita, nitreto de silício e X-SiAlON. Amostras com teor de 10% em massa de nitreto de silício apresentaram os melhores resultados de resistência à flexão (101,08 MPa), superior à de todas as outras amostras. Além disso, esta amostra alcançou uma densidade cerca de 21% (3,05 g/cm3) menor que a das amostras de controle, fornecendo a melhor relação resistência à flexão/densidade, cerca de 53% maior que a da alumina pura. Portanto, essas cerâmicas apresentam um grande potencial em aplicações avançadas em blindagens balísticas.