Processamento e caracterização de cerâmica a base de alumina para uso em blindagem balística

Abstract

Com o objetivo de desenvolver uma cerâmica de alumina com propriedades para aplicações balísticas de elevados níveis energéticos, diversas amostras de alumina de três formulações (92, 96 e 99% em peso de Al2O3) em diferentes espessuras (6 e 10 mm) foram confeccionadas em meio industrial, com o intuito de se avaliar suas propriedades previamente e após a sinterização. Os parâmetros de processamento foram os mesmos para as três formulações, com pressão de compactação de 1100 kgf/cm2 e sinterização a 1600 ºC durante 6 h. As amostras foram submetidas a ensaios de densidade aparente, retração linear e difração de raios X, previamente e após a sinterização para se avaliar a densificação dos corpos e as estruturas formadas. As densidades relativas das composições ficaram em torno de 97%, com retração linear entre 15-20% e absorção de água inferior 0,03%. Ensaios de dureza Vickers (1 e 2 kg) e resistência a flexão 4 pontos também foram efetuados para se avaliar o comportamento mecânico das três formulações nas diferentes espessuras. Os valores de dureza obtidos ficaram em torno de 13 (96%) a 15 (92 e 99%) GPa para 1 kg de carga. As tensões de ruptura obtidas variaram de 210 a 300 MPa, sendo que as formulações mais espessas das composições 96 e 99% apresentaram valores de tensão de ruptura cerca de 20% inferiores (210 MPa - 96%; 240 MPa - 99%) em comparação as amostras mais finas (265 MPa - 96%; 300 MPa - 99%). A formulação 92% apresentou pouca redução de sua tensão de ruptura com o aumento da espessura (230 MPa - 92% 10 mm; 240 MPa - 92% 6mm, menos de 5%) e placas de 120 mm x 120 mm x 12 mm desta formulação foram selecionadas para os ensaios balísticos. As placas de alumina foram coladas em chapas metálicas de 4 mm de aço AISI 1045, para este servir como escoro e placa testemunha em caso de penetração/deformação. Os ensaios balísticos foram realizados utilizando a norma NIJ-0108.01 para a escolha do tipo de projétil a ser utilizado (7.62x51 AP, nível IV, 4068 J). Disparos foram efetuados em cinco placas de alumina. Nenhum dos cinco disparos atravessou ou sequer deformou as chapas metálicas, mostrando que a alumina 92% produzida apresenta potencial como cerâmica balística, sendo capaz de resistir impactos com mais de 4000 J de energia cinética. <br>