Dissertations / Theses on the topic 'Blindagem cerâmica'

O aumento da capacidade de penetração dos novos projéteis, utilizados tanto em operações de guerra como na violência urbana, tem obrigado o desenvolvimento contínuo de materiais mais resistentes e mais leves no emprego de blindagens. Na aplicação aeronáutica, os fatores peso e eficiências balísticas são extremamente críticos. Uma blindagem tem que oferecer proteção contra calibres de munição antiaérea sem acrescentar muito peso, para que a autonomia e capacidade de carregar armamentos não sejam limitadas. As blindagens que melhor desempenham esse papel são do tipo cerâmica/compósito. Contudo uma grande quantidade de combinações é possível, variando o tipo de cerâmica e de compósito. No presente trabalho foram abordados dois tipos de estudos. O primeiro estudo abordado é um modelo analítico que representa o impacto de um projétil sobre uma blindagem cerâmica/compósito, cuja simulação foi rodada em MATLAB V.5. Na simulação, os valores da V50 foram obtidos para os painéis de Al2O3/aramida e B4C/aramida contra os projéteis 7,62x51mm AP e 0,50 pol. NATO AP, respectivamente. O ensaio do painel SiC/aramida contra 0,50 pol. NATO AP serviu para calibrar a simulação e determinar o valor da deformação máxima da base, que é o critério de falha do modelo. Os resultados da simulação comparados com os resultados obtidos nos ensaios foram bem próximos, indicando que o modelo analítico é representativo. O segundo estudo é uma análise da vulnerabilidade de uma aeronave. Desta forma, um cone de ameaças é definido tendo a aeronave no seu vértice e os inimigos distribuídos aleatoriamente em sua base. Através de composição vetorial de velocidade calculam-se a velocidade de impacto e a seção oblíqua do projétil paralela ao plano da aeronave. Dessa forma é possível determinar a espessura necessária para proteger aquela área, utilizando a simulação, e assim otimizar a blindagem para que ela tenha o melhor quociente desempenho balístico/peso.

Neste trabalho é desenvolvido um modelo de blindagem balística mista composta por uma parte cerâmica (alumina), e uma parte de compósito (polietileno de ultra alto peso molecular). Paralelamente, também foi modelada a munição à qual a blindagem objetiva proteger. O modelo foi aplicado a alvos compostos somente da base de polietileno de ultra alto peso molecular, e a alvos mistos contendo cerâmica e compósito. Quando a blindagem apresentou uma V50, velocidade com 50% de chance de penetração, da ordem de 700m/s, a simulação obteve erros inferiores a 5%. Já quando a blindagem apresentou uma V50 mais baixa, cerca de 500m/s, a simulação obteve erros maiores, superiores a 15%, mas mesmo assim foi possível prever que a blindagem não era eficiente para esse tipo de solicitação.

Em virtude do crescente interesse da utilização de materiais leves e resistentes para proteção balística em veículos, aeronaves e proteção pessoal, os materiais compósitos vêm sendo um material promissor. Com a utilização de materiais cerâmicos e poliméricos combinados para a fabricação dos painéis híbridos para proteção balística, consegue-se obter produtos leves e que atendam ao nível de proteção requerida de acordo com a configuração utilizada. Com o interesse em utilizar materiais que tragam melhores propriedades, o presente trabalho estuda características de uma cerâmica, alumina, e de compósitos poliméricos para fabricação de um núcleo de blindagem híbrida constituído por camada frontal de cerâmica e camada posterior polimérica. A alumina utilizada foi aditivada com nióbia, talco, magnésia e zirconita. Os materiais poliméricos estudados foram: compósitos laminados de fibras de aramida (Kevlar) e de fibras de polietileno de ultra alta massa molar (Dyneema), avaliando o efeito da combinação de suas diferentes configurações. Foi efetuado um estudo de condicionamento ambiental para verificar o comportamento higrotérmico e mecânico pós-condicionamento dos laminados e suas configurações. Verifica-se que é possível obter materiais mais resistentes que a aramida, por combiná-las com camadas de Dyneema. Após a avaliação das propriedades mecânicas e microestruturais da cerâmica, foi efetuada a colagem de pastilhas de alumina em cinco configurações de camadas poliméricas, sendo um painel composto por Kevlar, outro composto por Dyneema e os outros três painéis fabricados com configurações diferentes de Kevlar e Dyneema. Posteriormente, foi avaliado o desempenho balístico destes painéis com munição 7,62x51 mm e feita uma análise dos danos pós-impacto para analisar a formação de trincas na alumina por meio de análise radiográfica, e a deformação plástica da camada polimérica por medição tridimensional da região danificada. Além das propriedades mecânicas, microestruturais e balísticas, a avaliação de custo e peso dos painéis também é levada em consideração para a escolha final do painel de melhor custo benefício. A avaliação do desempenho geral das blindagens híbridas mostra que a configuração DKD apresenta um melhor desempenho das características avaliadas (densidade de área, custo do painel, eficiência balística e caráter de absorção de umidade). Na configuração DKD é possível reunir as propriedades do Kevlar: boa resistência à temperatura, menor deformação plástica e baixo custo, com as propriedades do Dyneema: melhor resistência ao impacto, menor massa específica e resistência à umidade, sendo desta maneira a melhor configuração de camada polimérica definida neste trabalho para a blindagem híbrida estudada.

Compósitos híbridos polímero/cerâmica têm sido bastante utilizados em painéis de blindagem balística por serem materiais que possuem capacidade de absorver impactos de alta velocidade. A eficiência de absorver impactos sucessivos e a extensão dos danos colaterais do impacto está relacionada a diversos fatores entre eles, um que tem um papel fundamental, é a interface da camada cerâmica com a camada polimérica. A natureza do adesivo utilizado e das interações estabelecidas, aliada a força de adesão e, as morfologias da camada interfacial, entre outras variáveis, podem determinar a intensidade da propagação de energia residual. Estes fatos podem afetar os modos de fragmentação da cerâmica, a capacidade do material resistir a um segundo impacto e, sobretudo interferir no tamanho e na geometria do cone residual resultante da deformação plástica da camada polimérica. Neste trabalho, analisa-se a influência da interface adesiva no desempenho balístico de materiais híbridos constituídos de compósito de fibras de polietileno de ultra-alta massa molar (UHMWPE) /matriz polimérica (Dyneema ), tecido de fibras de aramida (Kevlar ) e a cerâmica alumina. São avaliados adesivos de natureza química distinta, à base de poliuretano, epóxi e silano. A alumina é preparada e caracterizada por ensaios de massa específica, resistência à flexão, dureza Vickers, difração de raios X e Microscopia eletrônica de varredura (MEV), cujos resultados indicam que a mesma possui propriedades adequadas para aplicação balística. A caracterização da interface adesiva é realizada por meio do teste de resistência ao despelamento (T-Peel) e a superfície pós-teste é caracterizada por microscopia óptica e espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR). Estes testes ressaltam que no compósito utilizando Dyneema , a resistência ao despelamento foi parecida para todos os adesivos utilizados indicando que o rompimento ocorre entre as camadas do substrato polimérico. Já para as amostras com Kevlar , o adesivo PU hot melt apresenta maior adesão enquanto que o adesivo a base de silano é o menos eficiente dentre os utilizados. Ensaios balísticos foram realizados em painéis montados com adesivos selecionados no ensaio de adesão: PU hot melt (maior aderência), silano (menor aderência) e epóxi (intermediária). O desempenho dos painéis balísticos, no que diz respeito à extensão dos danos colaterais, varia de acordo com os adesivos utilizados. A força adesiva, assim como a rigidez do adesivo, influencia na transferência de energia de impacto e consequentemente nas dimensões da deformação da camada posterior e na integridade da placa cerâmica adjacente à que sofreu o impacto.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2013
Made available in DSpace on 2013-12-05T22:23:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 319258.pdf: 2216137 bytes, checksum: c2433fe1fdd635092a66521cdbc9bfc1 (MD5) Previous issue date: 2013
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.

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais – PPGCEM da Universidade do Extremo Sul Catarinense – UNESC, como requisito à obtenção do título de Mestre em Ciência e Engenharia de Materiais.
Alumina é comumente utilizada em blindagens compostas, devido a sua maior disponibilidade e melhor relação custo/beneficio, comparadas as demais cerâmicas técnicas. No entanto, a alumina apresenta baixa tenacidade à fratura e esta propriedade esta relacionada à resistência a múltiplos impactos. Com o intuito de melhorar o desempenho balístico da blindagem, e consequentemente melhorar a durabilidade em campo, uma alternativa poderia ser utilizar cerâmicas multicamadas. Sendo assim, neste estudo foi avaliado o efeito do número de camadas de alumina (2 e 3 camadas) e da espessura da camada intermediaria (0,5 e 1 mm) da estrutura multicamadas à base de alumina/epóxi. Foi também avaliado o efeito da adição de fibra de vidro como material de reforço da camada de epóxi. As propriedades mecânicas das aluminas estudadas foram determinadas por meio de tenacidade à fratura em três pontos, módulo de elasticidade e microdureza Knoop. Não ocorreu variação significativa nas propriedades mecânicas com a redução da espessura da alumina. Foi realizado ensaio de resistência à flexão em três pontos, para as aluminas de 6, 3 e 2 mm de espessura e estruturas multicamadas. Com a redução da espessura ocorreu uma diminuição na resistência, devido ao aumento do defeito natural. O desempenho balístico dos painéis em mosaico de Al2O3/Al foi avaliado por meio de ensaio balístico DOP com projétil 7,62 mm perfurante, conforme norma NIJ 0108.01 (nível IV). Os resultados do ensaio balístico indicaram que, com o aumento do número de camadas, a resistência balística diminui, ou seja, a profundidade de penetração do projétil (DOP) aumenta. No entanto, comparando as estruturas de 2 e 3 camadas, com o aumento do número de camadas a área danificada diminui. Com o aumento da espessura da camada de epóxi a DOP diminuiu. A elevada espessura da camada de epóxi aumentou a parcela de fratura por esforço de flexão durante o impacto. As condições com 0,5 mm de epóxi apresentaram melhor desempenho, comparadas com as de 1 mm nas mesmas condições (mesmo número de camadas). As estruturas com adição de fibra de vidro não apresentaram melhoras comparadas as sem fibra nas mesmas condições.

Resumo: Armas de fogo têm sido usadas em periódo dificeis da história, nos quais conflitos entre países têm ocorrido, ou no cotidiano cada vez amis violento das grandes cidades. Neste sentido, a blindagem de veículos, aeronaves e de pessoas é uma necessidade cada vez maior. Das cerâmicas utilizadas para esse fim, o carbeto de silício tem um excelente desempenho devido à alta dureza e baixa densidade. O objetivo desse trabalho é otimizar a manufatura de cerâmicas de carbeto de silício feitas de matéria prima nacional, caracterizá-las tanto quanto comparar suas características com aquelas de material importado, visando sua aplicação em blindagem balística pessoal ou de veículos leves. a fim de proporcionar independência tecnológica nessa área. Foram confeccionadas cerâmicas de carbeto de dilício de dois tipos de pós: um nacional Microservice e importado - H. C. Starck. As cerâmicas foram conformadas por prensagem uniaxial, seguida de prensagem isostática e sinterização com fase líquida, utilzando YAG como aditivo de sinterização. A caracterização das cerâmicas foir formada por: ensaios de flexão por quatro pontos, medidas de densidade, testes de dureza e ceramografia. As cerâmicas confeccionadas com o SiC H. C, Starck apresentaram maior densidade e maior resistência mecânica do que as demais. Enquanto que, as amostras nas quais o SIC da Microservice associado a 10% de YAG como aditivo foi usado, demostraram a mais alta homogeneidade e valores de resistência mecânica e dureza os mais próximos aos valores daquelas feitas com matéria-prima importada. Esses resultados mostram que é possível usar cerâmicas feitas com o SIC nacional para propósitos de blindagem balística.
Abstract: Firearms have beem used either in hard periods of history, in which conflicts between countries have occurred, or in the everyday life of the large cities, wich are more and more violent. Thus, the protection of vehicles, aircraft and people is an increasing need. Among ceramics used for this purpose, silicon carbide has an excellent performane due to its high hardness and low density. The goal of this work is to optimize the manufacture of the silicon carbide ceramics made from Brazilian raw-materials, characteriza them as well as to compares their characteristics with those form imported raw-material, aiming their application in personnel or in light vehicles armor to provide technological independence in this field. Silicon carbide ceramics were made of two kinds of powders: Brazilian - Microservice and importe - H. C. Starck. The ceramics were shaped by uniaxial pressing, followed by isostatic pressing, and liquid phase sintering using YAG as an sintering additive. The characterization of the ceramics was consisted of the four-point flexural tests, measurements of density, hardness testsm and ceramography. The ceramics made of SIC H.C. Starck presentes higher density and higher mechanical resistance than the others. While the samples of ceramicsm in wich the SIC of Microservice and a 10-percent of YAG as an additive was used, presented the highest homogeneity and mechanical resistance and hardness values closets to the values from those made of importes raw-materials. These results show it is possible to use ceramics, made of Brazilian sources for ballistica armor purposes.
Orientador: Elson de Campos
Coorientador: Demétrio Bastos Neto
Banca: Marcelo dos Santos Pereira
Banca: Francisco Cristovão L. de Melo
Banca: Gustavo Pain Valença
Banca: Olivério Moreira de Macedo Silva
Doutor

Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, da Universidade do Extremo Sul Catarinense - UNESC, como requisito para a obtenção do título de Mestre em Ciência e Engenharia de Materiais.
As blindagens híbridas são proteções compostas por placa cerâmica e placa de apoio dúctil. A primeira destrói o projétil e a segunda evita a flexão da cerâmica e absorve a energia cinética restante do impacto. Devido ao aperfeiçoamento dos armamentos, as blindagens híbridas tornaram-se necessárias para substituir blindagens metálicas que estavam se tornando muito pesadas para resistirem ao poder de fogo. A alumina é a cerâmica mais comumente empregada em armaduras devido a sua boa relação custo benefício. Painéis balísticos híbridos na forma de mosaicos são empregados com o objetivo de manter o máximo de cerâmica preservada após um impacto. O encaixe entre placas não é perfeito, deixando espaços vazios. As interfaces são vulneráveis ao impacto e, ainda, a expansão da placa atingida pode danificar as adjacentes. Neste trabalho estudou-se a influência de materiais de preenchimento no desempenho balístico de mosaicos. Variou-se a impedância dos mesmos para alterar a quantidade de onda transmitida para as placas adjacentes. O desempenho foi comparado com a placa cerâmica monolítica. Os materiais estudados para preenchimento foram resina epóxi, argamassa de cimento Portland CP V, materiais odontológicos e geopolímero. Placas de alumina de 99% de pureza com 8 mm de espessura foram obtidas de um fornecedor nacional, caracterizadas e comparadas com aluminas balísticas estudadas por outros autores. As placas foram fixadas com adesivo epóxi bicomponente em blocos de alumínio. Quatro diferentes painéis foram montados: (1) monolítico; (2) sem material de preenchimento; (3) material de preenchimento tipo I e (4) tipo II. Os painéis foram submetidos a ensaio balístico DOP com projétil 7,62 mm perfurante. A alumina nacional mostrou características semelhantes à alumina 98% estudada na literatura, indicando que as placas tem qualidade balística, apesar de um pouco inferior a uma alumina de mesma pureza. O estudo dos materiais de preenchimento indicou a resina epóxi pura e o geopolímero com carga de quartzo como os ideias para aplicação nos gaps, propiciando 9 e 20% de transmissão de ondas, respectivamente. O teste balístico indicou que a curvatura das placas monolíticas afetou a qualidade da camada adesiva, prejudicando seu desempenho. A placa que apresentava boa planaridade teve boa reposta ao impacto, com diâmetro de dano de 98 mm. O mosaico sem preenchimento foi o que apresentou maior dano nas placas adjacentes. Em uma das amostras, todas as placas adjacentes foram fraturadas. Apesar do dano, não houve penetração, apenas impressões deixadas pelos fragmentos, sugerindo que a espessura e as dimensões da placa foram suficientes para obstruir o projétil. O emprego do material de preenchimento se mostrou benéfico, pois evitou a expansão da placa atingida, reduzindo o dano nas outras placas. O epóxi, porém, se mostrou mais eficiente, por apresentar maior adesividade e elasticidade. O emprego de geopolímero evitou a expansão da placa porém levou ao descolamento das adjacentes. Para as condições testadas, o mosaico sem preenchimento não apresentou vantagem sobre a placa monolítica. A condição com preenchimento de epóxi apresentou desempenho significativamente maior do que a condição sem preenchimento.

O presente trabalho tem como objetivo a caracterização de uma blindagem cerâmica testada contra projéteis perfurantes catibre 5,56 x 45mm. Os mecanismos básicos envolvidos no desempenho dessas placas, assim como os referentes aos fenômenos de penetração e perfuração são apresentados. São processados e caracterizados corpos de prova cerâmicos, à base de atumina, procedendo-se um estudo que visa a conferir o melhor desempenho destes quando aplicados em blindagem. Verificou-se que, para um mesmo nível de proteção, uma blindagem cerâmica apenas 2,3 mm majs espessa que uma blindagem metálica monolítica possibilita redução de aproximadamente 50% em peso.
The aim of this work is to characterize the behavior of a ceramic armar tested against an 5,56 x 45 mm armor piercing projectiles. The basics mechanisms invotved in the plates' performance, as well as penetration and perforation phenomena are shown. Ceramics samples, composed of alumina, are processed and characterized, following a specific study focusing on the higher performance of these materiais when used in armar. lt was verified that, for the same level of security, a ceramic armar with just 2,3 mm more in thickness, compared with a metallic armar, allows approximately 50% reduction in weight.

Este estudo tem por objetivo formular um composto cerâmico para revestimento de paredes visando contribuir para a otimização da blindagem de salas de diagnóstico. O trabalho foi baseado em medidas experimentais de atenuação da radiação X (80 e 100 kV) empregando materiais cerâmicos de revestimento contendo diferentes suportes cerâmicos (vermelho, branco, grês, porcelanatos, etc). Dentre os suportes cerâmicos avaliados, o grês branco apresentou melhores propriedades atenuadoras, e foi considerado o mais adequado para a proposta deste trabalho. Diferentes formulações de grês branco foram estudadas e alteradas a fim de obter melhores propriedades atenuadoras. Foram efetuadas simulações de composições cerâmicas de revestimento grês dentro das porcentagens de matérias-primas necessárias na composição que são 12-20% argila; 6-18% caulim; 12-25% filito; 8-14% quartzo; 10-18% feldspato; 32- 40% pegmatito; 6-8% talco. As composições químicas quantitativas e qualitativas destes materiais foram também avaliadas, e os elementos constituintes mais comuns são SiO2, Fe2O3, Al2O3, CaO e Ti2O3. Considerando que o CaO pode ser substituído pelo PbO ou BaO, foram estudadas formulações com maiores teores de óxidos de Pb e Ba. O comportamento destes materiais como atenuadores para a radiação X foi investigado por meio de simulações computacionais que levaram em consideração os espectros de raios X incidentes e transmitidos através das diferentes composições estudadas e comparado com os materiais de referência Pb, Ba e BaSO4 (barita). Os resultados obtidos nas simulações indicaram as formulações do composto de suporte cerâmico grês que demonstram melhores propriedades de atenuação levando-se em conta as energias usadas em raios X diagnóstico (80, 100 e 150 kV). Placas cerâmicas baseadas na composição formulada que apresentou menor diferença percentual em relação ao Pb foram produzidas em laboratório e testadas fisicamente como revestimento de parede e barreira protetora. Propriedades como módulo de resistência à flexão, densidade, carga de ruptura, absorção de água e atenuação da radiação X foram avaliadas para todas as placas produzidas.
This study aims to formulate a ceramic composition for wall coating seeking to contribute to the optimization of diagnosis rooms’ shielding. The work was based on experimental measures of X-radiation attenuation (80 and 100 kV) using ceramic coating materials containing different ceramic bases (red, white, grês, stoneware porcelain tiles, etc). Among the appraised ceramic bases, the white grês presented better attenuation properties and it was considered the most suitable material for the targets of this work. Different formulations of white grês were studied and altered in order to obtain better attenuation properties. Simulations of ceramic compositions using grês coating were made maintaining the percentages of 12-20% clay; 6-18% kaolin; 12-25% phyllite; 8-14% quartz; 10- 18% feldspar; 32-40% pegmatite and 6-8% talc in the composition of the necessary raw-material. The quantitative and qualitative chemical compositions of these materials were also evaluated and the most common representative elements are SiO2, Fe2O3, Al2O3, CaO and Ti2O3. Formulations containing Pb and Ba oxides were studied, considering that CaO can be replaced by PbO or BaO. The attenuation properties for X-radiation were investigated by computer simulations considering the incident and transmitted X-ray spectra for the different studied compositions and they were compared to the properties of the reference materials Pb, Ba and BaSO4 (barite). The results obtained with the simulations indicated the formulated composition of grês ceramic base that presented better attenuation properties considering the X-ray energies used in diagnosis (80, 100 and 150 kV). Ceramic plates based on the formulated compositions that presented lower percentage differences related to Pb were experimentally produced and physically tested as wall coating and protecting barrier. Properties as flexion resistance module, density, load rupture, water absorption and Xradiation attenuation were evaluated for all produced plates.

Este projeto teve como principal objetivo o estudo de blindagens mistas de metais e compósito cerâmico de alumina - zircônia tetragonal policristalina (Y-TZP - $\textit{tetragonal zirconia policrystalline stabilized with yttria}$) para proteção de satélites artificiais contra impacto de micro meteoróides. Os dados para a qualificação das blindagens mistas foram obtidos a partir de ensaios padronizados de impactos balísticos e ensaio de queda de 12 m, para a avaliação da capacidade de absorção de energia cinética das blindagens. Os meteoróides são fragmentos de materiais que viajam com velocidades entre 12 e 70 km/s e possuem formas e tamanhos variados. Para a análise comparativa dos resultados foram utilizados os valores do maior micro meteoróide que impactou o $\textit{Space Shuttle Orbiter}$, com massa de 0,2 g e energia cinética de 900 J. As cerâmicas utilizadas nas blindagens foram produzidas com pó de alumina alfa com tamanhos de partículas na escala submicrométrica e pó de zircônia tetragonal com tamanhos de partículas na escala nanométrica, estabilizada com 3 \% (em mol) de ítria. Foram estudadas três composições diferentes de zircônia adicionada à alumina: 15, 18 e 20 \% de ZrO$_2$ (em peso). O objetivo foi o de obter compósitos cerâmicos com custo baixo e parâmetros de propriedades mecânicas otimizadas. As cerâmicas para o ensaio de flexão foram compactadas com 40 MPa em pressão uniaxial e 300 MPa em pressão isostática. Entretanto, as cerâmicas utilizadas no ensaio balístico foram compactadas uniaxial devido à limitação de tamanho da prensa isostática. As cerâmicas foram submetidas à caracterização por difração de raios X e microscopia eletrônica de varredura. Os valores dos parâmetros de propriedades mecânicas foram obtidos pelo uso dos ensaios de flexão em quatro pontos e dureza $\textit{Vickers}$. Os valores de tenacidade à fratura foram obtidos pelo uso da técnica baseada em penetração $\textit{Vickers}$. As propriedades dos compósitos cerâmicos alumina-zircônia Y-TZP mostraram superiores à alumina pura relatadas na literatura, os valores da resistência à fratura foi superior a 400 MPa, a dureza superior a 15 GPa e a tenacidade à fratura superior a 11,6 MPa.m$^{1/2}$. As blindagens mistas estudadas foram submetidas a três níveis de ensaios balísticos da norma brasileira NBR 15000, níveis II, IIIA e III, que utilizam as munições .357 $\textit{Magnum}$, 9 mm, .44 $\textit{Magnum}$ e 7,62 x 51 FMJ. Os materiais metálicos utilizados nas blindagens foram painéis sanduíche-colméia de alumínio do satélite CBERS e chapas de aço inox AISI 304. A comprovação da eficiência das blindagens testadas em relação ao impacto real de meteoróides em satélites foi realizada utilizando a equivalência da energia cinética envolvida (de 900 J). As blindagens mistas de compósitos cerâmicos de alumina-zircônia tetragonal sobre as bases metálicas apresentaram-se eficazes para absorção de energia para os níveis estudados.
This project aimed to study the compound shields of a ceramic composite alumina - tetragonal zirconia (Y-TZP - tetragonal zirconia policrystalline stabilized with yttria) for protection of artificial satellites against meteoroids impact. The datas used for compound shields qualification was obtained from ballistic impacts and drop test of 12 meters, evaluating the shields kinetic energy absorption capacity. The meteoroids are materials fragments traveling at speeds between 12 km/s and 70 km/s and have different sizes. For results comparative analysis was performed the largest meteoroid value that impact the Space Shuttle Orbiter, with a 0,2 g mass and 900 J of kinect energy. The ceramics used in the shields were made by submicron alpha alumina powder and nanometric tetragonal zirconia powder stabilized with 3 \% mol of ytria. Three different compositions of zirconia added to alumina were studied: 15, 18 and 20 wt \% of ZrO$_2$ (by weight) in order to obtain ceramic composites with low production cost and high mechanical properties, based on literature values and Sucera group experience. The ceramics for flexion test were compacted with 40 MPa in uniaxial pressure and 300 MPa in isostatic pressure. However, the ceramics used in ballistic test were uniaxial compacted due to the limited size capacity of isostatic press. The ceramics were characterized by X-ray diffraction and scanning electron microscopy. The values of the mechanical properties parameters were obtained by using the flexion tests at four points and Vickers hardness. The fracture toughness values were obtained by using the technique based on Vickers penetration. The properties of alumina-zirconia ceramic composite Y-TZP showed higher than pure reported in the literature: the fracture resistance was above 400 MPa, hardness exceeding 15 GPa and fracture toughness exceeding 11,6 MPa.m$^{1/2}$. The compound shield studied was subjected to three levels of NBR 15000 Brazilian standard ballistic tests, levels II, IIIA and III which use .357 Magnum ammunition, 9 mm, .44 Magnum and 7,62 x 51 FMJ. The metallic materials used on shields were aluminum honeycomb plates from CBERS satellite and AISI 304 stainless steel. The proof of the tested shields efficiency against the real impact of meteoroids on satellites was accomplished through the equivalence of the kinetic energy involved (around 900 J). The compound shields of ceramic composites of alumina-tetragonal zirconia bonded to the metallic bases presented effective for energy absorption for the studied levels.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:32:50Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-10-10Bitstream added on 2014-06-13T19:03:29Z : No. of bitstreams: 1 marins_em_dr_guara_prot.pdf: 7283473 bytes, checksum: 080948824f946973e97d101c513ae685 (MD5)
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Armas de fogo têm sido usadas em periódo dificeis da história, nos quais conflitos entre países têm ocorrido, ou no cotidiano cada vez amis violento das grandes cidades. Neste sentido, a blindagem de veículos, aeronaves e de pessoas é uma necessidade cada vez maior. Das cerâmicas utilizadas para esse fim, o carbeto de silício tem um excelente desempenho devido à alta dureza e baixa densidade. O objetivo desse trabalho é otimizar a manufatura de cerâmicas de carbeto de silício feitas de matéria prima nacional, caracterizá-las tanto quanto comparar suas características com aquelas de material importado, visando sua aplicação em blindagem balística pessoal ou de veículos leves. a fim de proporcionar independência tecnológica nessa área. Foram confeccionadas cerâmicas de carbeto de dilício de dois tipos de pós: um nacional Microservice e importado - H. C. Starck. As cerâmicas foram conformadas por prensagem uniaxial, seguida de prensagem isostática e sinterização com fase líquida, utilzando YAG como aditivo de sinterização. A caracterização das cerâmicas foir formada por: ensaios de flexão por quatro pontos, medidas de densidade, testes de dureza e ceramografia. As cerâmicas confeccionadas com o SiC H. C, Starck apresentaram maior densidade e maior resistência mecânica do que as demais. Enquanto que, as amostras nas quais o SIC da Microservice associado a 10% de YAG como aditivo foi usado, demostraram a mais alta homogeneidade e valores de resistência mecânica e dureza os mais próximos aos valores daquelas feitas com matéria-prima importada. Esses resultados mostram que é possível usar cerâmicas feitas com o SIC nacional para propósitos de blindagem balística.
Firearms have beem used either in hard periods of history, in which conflicts between countries have occurred, or in the everyday life of the large cities, wich are more and more violent. Thus, the protection of vehicles, aircraft and people is an increasing need. Among ceramics used for this purpose, silicon carbide has an excellent performane due to its high hardness and low density. The goal of this work is to optimize the manufacture of the silicon carbide ceramics made from Brazilian raw-materials, characteriza them as well as to compares their characteristics with those form imported raw-material, aiming their application in personnel or in light vehicles armor to provide technological independence in this field. Silicon carbide ceramics were made of two kinds of powders: Brazilian - Microservice and importe - H. C. Starck. The ceramics were shaped by uniaxial pressing, followed by isostatic pressing, and liquid phase sintering using YAG as an sintering additive. The characterization of the ceramics was consisted of the four-point flexural tests, measurements of density, hardness testsm and ceramography. The ceramics made of SIC H.C. Starck presentes higher density and higher mechanical resistance than the others. While the samples of ceramicsm in wich the SIC of Microservice and a 10-percent of YAG as an additive was used, presented the highest homogeneity and mechanical resistance and hardness values closets to the values from those made of importes raw-materials. These results show it is possible to use ceramics, made of Brazilian sources for ballistica armor purposes.

Uma das preocupações entre os fabricantes de aeronaves e motores refere-se falhas não contidas de rotor de turbina com liberação de fragmentos. Esses fragmentos são liberados com altos valores de velocidade e energia colocando em risco a segurança da aeronave. Este trabalho tem por objetivo analisar e desenvolver um painel blindado para proteção dos sistemas e ocupantes de uma aeronave contra fragmentos provenientes desse tipo de falha. O modelo de motor considerado é o turbofan, por ser o tipo de motor mais empregado em avião comercial. As características dos fragmentos são definidas conforme o guia FAA AC 20-128A. São analisadas diversas classes de materiais utilizadas em blindagem balística. O material escolhido deveria permitir obter um painel de proteção de baixo custo e peso e bom desempenho balístico. Com base nesses requisitos o material escolhido é a vitro-cerâmica, onde constituída por uma composição de painel blindado para o sistema vidro lítio e outra composição para o sistema vidro cálcio. Para que fosse definido que tipo de fragmento este painel blindado deveria suportar foram calculadas a massa, velocidade e energia dos fragmentos, onde foi definido que o fragmento a ser considerado seria o do tipo pequeno. Para testar a eficiência do painel blindado construído em vitro-cerâmica, foram realizados ensaios de impacto balístico conforme a norma MIL-STD-662F. Para simular o pequeno fragmento foi utilizado um projétil balístico de calibre 7,62 x 51 mm FMJ. O ensaio de impacto permitiu calcular a velociade V50 do projétil usado com modelo de fragmento. Com a velocidade V50 calculou-se a energia de impacto do simulador de fragmento contra o painel de proteção desenvolvido. A energia de impacto calculada para o projétil foi então comparada com a energia de impacto calculada para o pequeno fragmento. Conclui-se que o painel de proteção fabricado em vitro-cerâmica seria capaz de suportar o impacto da grande maioria dos pequenos fragmentos possível de serem liberado em caso de falha do motor.

O carbeto de boro é um material sintético com ligações químicas essencialmente covalentes, tem um alto ponto de fusão só é sinterizável em elevada temperatura. Possui excepcional dureza, baixa densidade, resistência a abrasão, elevada velocidade sônica e boas propriedades mecânicas, características ideais para as aplicações balísticas. Tem como principal característica a alta seção de choque para nêutrons térmicos para aplicações nucleares. O presente trabalho teve por objetivo avaliar as propriedades mecânicas do carbeto de boro, pela introdução de diferentes teores de diboreto de titânio, pela reação in situ com pós de carbeto de titânio, e adição do carbono durante a sinterização, em forno resistivo sem pressão e prensagem isostática a quente dos componentes cerâmicos. Em menores temperaturas valores obtidos da densidade teórica para o carbeto de boro puro, foram alcançados com o emprego do aditivo. Os resultados obtidos na sinterização mostram a eficiência da introdução do carbeto de titânio para o aumento da densificação do material. Com percentuais de 20% de carbeto de titânio, obteve-se os máximos valores para microdureza (HV) de 35 GPa e tenacidade a fratura (KlC) de 3,16 MPa.m1/2. Comprovadamente a dificuldade de sinterização em elevadas temperaturas, para maior densificação, de componentes cerâmicos de carbeto de boro pode ser minimizada com a introdução de percentuais de carbeto de titânio.
Boron Carbide is a synthetic material with essentially covalent chemical bonds with high fusion point. The main characteristics are: it is sintered at high temperature, high hardness, low density, abrasion resistant, high sonic velocity, good mechanical properties and high neutron absorption cross section (10BxC, x>4). Those features are ideal for ballistics applications. The aim of this study was to evaluate the changes in mechanical properties of Boron Carbide with different concentration of Titanium Diboride by reaction in situ with TiC powders. The addition of carbon during sintering without pressure and hot isostatic pressing of ceramic components was studied. At low temperatures, the nearly values for the theoretical density for pure Boron Carbide were obtained only with the use of additives. In sintering, the use of TiC increased Boron Carbide density. At concentrations up to 20% of TiC, the maximum values for hardness (HV) and fracture toughness (KlC) were obtained. With the introduction of different levels of additive, the difficulty of sintering at high temperatures was minimized and the density of ceramic components was maximized.

O objetivo deste trabalho foi o de identificar e estudar possíveis materiais a serem utilizados como partes cerâmicas de um sistema de proteção contra impactos. Deste modo, foi feita a estimativa da massa crítica do detrito a ser frenado. Esta massa determinou a escolha da blindagem do sistema Whipple, empregada pela NASA (\emph{National Aeronautics and Space Administration}) e ESA (\emph{European Space Agency}) para a proteção de impactos com detritos espaciais. A seleção dos materiais candidatos à serem analisados foi determina com base nos parâmetros propostos pela NASA para o projeto da blindagem Whipple. As cerâmicas de alumina $\alpha$, zircônia 3Y-TZP (\emph{Tetragonal Zirconia Polycrystals}) e do compósito cerâmico 81,5\% alumina + 18,5\% zircônia 3Y-TZP foram apontados como candidatos promissores ao uso como blindagem e, assim, investigados. Foram comparadas duas rotas de mistura distintas para a obtenção dos pós. Uma utilizando os pós como recebidos e apenas misturados em meio alcoólico e outra utilizando pós defloculados com PABA (para-aminobenzoic acid) também em meio alcoólico. O efeito do MgO na alumina também foi investigado, além dos efeitos da defloculação em separado e em conjunto dos pós precursores do compósito cerâmico. Os pós foram caracterizados quanto a morfologia por MEV (microscopia eletrônica de varredura), homogeneidade por imagens formadas por elétrons retro espalhados (backscatterd), as fases cristalinas por difratometria de raios X (DRX), além das análises de distribuição de tamanho das partículas. Os pós foram conformados por prensagem uniaxial e isostática e sinterizados em 1550 $^{°}$C. As cerâmicas foram novamente caracterizadas por MEV, imagens formadas por elétrons retroespalhados e DRX, para investigar os efeitos na microestrutura de cada estratégia de processamento empregada no trabalho. A densidade, dureza, tensão de fratura, o módulo de elasticidade, a tenacidade à fratura e a energia de fratura por unidade de área também foram determinadas. As cerâmicas obtidas a partir de pós defloculados apresentaram menores valores de desvio padrão e melhores propriedades mecânicas do que as cerâmicas obtidas dos pós como recebidos. O compósito cerâmico obtido a partir da mistura de suspensões de pós defloculados apresentou ótimas propriedades mecânicas menores dispersões nos valores destas. Estes resultados classificaram estes compósitos de alumina-zircônia como os melhores candidatos, entre os materiais estudados, para aplicação como blindagem de satélites.
The objective of this study was to study and identify possible materials to be used as ceramic pieces in a system of protection against impacts. Thus, a critical mass of debris to be braked was estimated. This result determined the choice of the Whipple shield system, used by NASA (National Aeronautics and Space Administration) and ESA (European Space Agency) for the protection of impacts with space debris. The selection of candidate materials to be analyzed was based in parameters proposed by NASA for the Whipple shield design. The $\alpha$ alumina ceramics, zirconia 3Y-TZP (tetragonal zirconia Polycrystals) ceramics and ceramic composite 81.5\% + 18.5\% Alumina Zirconia 3Y-TZP were identified as promising candidates for use in shielding. This materials were investigated in this work. It was compared two different routes mixture to obtain powders. One using the powders as received and mixed in an alcoholic enviroment and another was deflocculated with PABA (para-aminobenzoic acid) also in an alcoholic enviroment. Also, the effect of MgO in alumina was investigated . The effects of separeted and conjunction deflocculation in composites was studied to. The morphology characterization were done with SEM (scanning electron microscopy), the homogeneity with back scattered electrons images (backscatterd), the crystalline phases by X-ray diffraction (XRD), and the size of grains with particle size distribution analysis. The powders were uniaxially and isostatically pressed and sintered at 1550 $^{o}$C. The ceramics were characterized again by SEM and back scattered electrons images. The DRX was used to investigate the effects on the microstructure of each strategy process. The density, hardness, fracture strain, elastic modulus, fracture toughness and fracture energy per unit area were also determined. The ceramic powders obtained of separeted deflocculation process showed smaller standard deviation values and better mechanical properties than those obtained from ceramic powders as received. The ceramic composite obtained from a mixture of deflocculated powders suspensions showed better mechanical properties. These results classified these composite alumina-zirconia as the best candidate among the studied materials for use as shielding satellites.