Estudo de compósitos alumina/nitreto de silício e alumina/sílica/zircônia para proteção balística

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Dresch, Alexander Braun
• Orientador(a): Bergmann, Carlos Perez
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Cerâmicas avançadas; Blindagem balística; Propriedades mecânicas
• Palavras-chave em Inglês: Ballistic ceramics; Alumina; Silicon nitride; Mechanical properties; Armor protection
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/285458

Desde o surgimento das armas de fogo, a humanidade tem estudado e desenvolvido proteções balísticas mais eficientes, capazes de acompanhar a evolução dos armamentos. Contudo, entre os principais desafios está a obtenção de materiais que não apenas resistam aos impactos, mas também sejam leves o suficiente para não comprometer a mobilidade do usuário. A presente tese investiga o desenvolvimento e a caracterização de cerâmicas balísticas com o objetivo de melhorar o desempenho e reduzir o peso das proteções balísticas. O trabalho foi estruturado em três manuscritos que exploram diferentes aspectos das propriedades mecânicas e do comportamento dinâmico das cerâmicas utilizadas em armaduras. O primeiro manuscrito apresenta uma revisão crítica das propriedades mecânicas das principais cerâmicas balísticas, como alumina, carbeto de silício (SiC) e carbeto de boro (B4C), identificando suas vantagens e limitações. A análise destaca a necessidade de correlacionar propriedades estáticas, como dureza e tenacidade à fratura, ao desempenho dinâmico sob impacto balístico, visto que muitos testes laboratoriais não refletem as condições reais de impacto. O segundo manuscrito examina a configuração de mosaico em cerâmicas balísticas, um arranjo que permite segmentar a proteção em blocos menores, reduzindo a propagação de trincas e aumentando a absorção de energia. Os resultados indicam que essa configuração é eficaz na contenção de múltiplos impactos e na preservação da integridade estrutural das armaduras. O terceiro manuscrito aborda o aprimoramento da relação resistência à flexão/densidade em cerâmicas de alumina com adição de nitreto de silício (Si3N4), demonstrando que a inclusão de até 10% de Si3N4 resulta em um material mais leve e resistente, com melhor tenacidade à fratura e resistência à flexão. Além disso, a presente tese inclui um estudo envolvendo compósitos de alumina, sílica e zircônia por two-step sintering, que resultaram em um material bastante leve. Embora tenha apresentado alta porosidade, o material exibiu uma resistência mecânica à flexão muito próxima à da alumina. Os resultados obtidos nesta tese contribuem significativamente para o campo das proteções balísticas, oferecendo diretrizes para a fabricação de cerâmicas avançadas com propriedades otimizadas para aplicações em armaduras leves e eficazes.