Sotto la superficie: esplorazione dei materiali delle piastre corazzate dure

Jun 07, 2023

Nel nostro post precedente, abbiamo esaminato le classificazioni delle piastre corazzate rigide, esplorando i "livelli" di protezione offerti dalle piastre corazzate come definiti dal NIJ e da altre organizzazioni di definizione degli standard. Il nostro obiettivo era fornire una comprensione più chiara delle piastre di armatura in questo contesto. Tuttavia, come rivelato nel post precedente, questi "livelli" sono arbitrari, con molte piastre che cadono sotto, in mezzo o sopra di essi (ovvero, ogni piastra con un "più" nella sua descrizione. III+, IIIA+, IV+...).

Per comprendere veramente le caratteristiche prestazionali di una corazza, conoscere semplicemente il livello assegnato non è sufficiente. Anche una comprensione superficiale richiede una certa conoscenza dei materiali utilizzati nella costruzione di quella piastra.

Tenendo questo a mente, forniamo una panoramica dei materiali delle piastre corazzate e delle loro caratteristiche prestazionali.

Tre materiali ceramici sono comunemente impiegati nelle piastre per armature dure: allumina, carburo di silicio e carburo di boro.

La tabella seguente presenta le proprietà medie dei gradi commerciali per ciascun materiale, inclusi AD85 e RBB4C come varianti comuni:

Nella tabella precedente la “performance” viene valutata in base al peso. Ad esempio, il carburo di silicio pressato a caldo (SiC) e il carburo di boro legato per reazione (RBB4C) dimostrano un'efficacia comparabile contro le minacce AP delle anime in acciaio se si considerano pesi uguali. Ciò significa che stiamo confrontando una piastrella SiC di 8 mm di spessore con una piastrella RBB4C di circa 9,3 mm di spessore.

La questione di come le proprietà meccaniche, come la durezza e la resistenza alla compressione, si traducono in prestazioni balistiche è ancora irrisolta. Lo lasceremo da parte per il momento.

Allumina generalmente presenta il rapporto prestazioni/peso più basso a causa della sua alta densità. Tuttavia, l'allumina è di gran lunga il materiale ceramico più diffuso nelle piastre destinate al mercato civile e alle forze dell'ordine. Questo perché è un materiale efficiente e affidabile, ampiamente disponibile, facile da modellare in forme complesse e, soprattutto, altamente conveniente. In media, il costo di un produttore per una superficie di battuta in allumina 10×12″ su una piastra di livello IV è di circa $ 20. L'allumina mostra anche eccellenti prestazioni multi-hit rispetto ai materiali a base di SiC e B4C, il che aiuta in modo significativo la conformità con specifiche come NIJ 0101.06 Livello III, dove sono richiesti sei colpi per piastra.

L'allumina è un materiale ceramico economico e ampiamente utilizzato che consente di ottenere piastre affidabili, anche se più pesanti. Queste piastre spesso presentano buone caratteristiche multi-colpo.

Carburo di silicio (SiC) offre l'equilibrio più favorevole tra prezzo e prestazioni per la più ampia gamma di minacce. È notevolmente più leggero dell'allumina e dimostra prestazioni superiori contro tutte le minacce. Sebbene sia leggermente più pesante del carburo di boro e abbia prestazioni marginalmente inferiori rispetto alle minacce legate alle sfere e all'anima in acciaio, compensa con migliori prestazioni multi-colpo e un'efficacia notevolmente migliorata contro le minacce legate all'anima in carburo di tungsteno.

Le varianti SiC ampliano la sua gamma di applicazioni. Ad esempio: (1) Il SiC legato per reazione supera l'allumina contro tutte le minacce ed è solo leggermente più costoso dell'allumina con purezza superiore al 99%. (2) I nuovi compositi SiC-TiB2, come quelli utilizzati nella piastra Adept Armor Colossus, competono con il B4C in termini di rapporto prestazioni/peso contro le minacce legate all'anima in acciaio e superano facilmente il B4C contro le minacce legate all'anima in carburo di tungsteno. (3) Negli ultimi anni si è registrato un notevole interesse nella ricerca sui compositi SiC-diamante, che potrebbero offrire prestazioni ulteriormente migliorate.

Essendo un prodotto di punta a tutto tondo, il SiC è diventato oggi il materiale preferito per le piastre con classificazione AP di livello militare e dovrebbe mantenere questa posizione nel prossimo futuro, in particolare con la recente comparsa di compositi ceramici a base di SiC ad alte prestazioni.

Pressato a caldo o sinterizzatocarburo di boro (B4C) è un materiale di nicchia di fascia alta. Quando si tratta di fermare le minacce Steel Core, supera tutte le altre opzioni con un margine significativo. Tuttavia, esistono diversi inconvenienti che ne limitano l'utilizzo: (1) le materie prime in carburo di boro sono costose e difficili da lavorare. (2) Il carburo di boro ha prestazioni inferiori rispetto ai proiettili AP con nucleo in carburo di tungsteno rispetto alle stesse densità di SiC o allumina di fascia alta a causa del problema dell'amorfizzazione del carburo di boro. (3) Il carburo di boro presenta un comportamento simile al vetro ed eccezionalmente fragile all'impatto, con conseguente prestazione multi-impatto peggiore della categoria. Per questi motivi, è il materiale scelto per la superficie di battuta per piastre militari e di livello IV di fascia alta progettate per fermare l'API .30-06 APM2 o ​​7,62x54mmR B32, ma non viene utilizzato frequentemente per altri scopi.