Carboneto de boro para uma blindagem ligeira

Carboneto de boro para uma blindagem ligeira

Sumário executivo

O carboneto de boro (B₄C) é um material cerâmico de primeira linha utilizado nas aplicações de blindagem leve mais exigentes. A sua combinação excecional de  extrema dureza  e  muito baixa densidade  torna-o o material de eleição quando se requer o mais alto nível de proteção possível com o menor peso possível. No entanto, a sua utilização é frequentemente limitada pelo elevado custo e pela fragilidade inerente.

1.º O que é o carboneto de boro?

O carboneto de boro é um material sintético composto por átomos de boro e carbono. É uma das substâncias mais duras conhecidas, ocupando o terceiro lugar em termos de dureza, atrás do diamante e do nitreto de boro cúbico.

Propriedades essenciais para armaduras:

• Dureza extrema:  aproximadamente 9,5 na escala de Mohs. Isto permite-lhe destruir e quebrar projéteis duros.

• Densidade muito baixa:  aproximadamente 2,52 g/cm³. Isto corresponde a cerca de um terço da densidade do aço, tornando-o excecionalmente leve.

• Elevada rigidez (módulo de elasticidade):  Muito resistente à deformação sob carga.

• Elevada resistência à compressão:  Suporta imensas forças de esmagamento.

2.º Por que razão é ideal para armaduras leves? O princípio fundamental.

A principal vantagem é a sua incomparável  relação dureza/densidade . Em termos de blindagem, isto traduz-se na  melhor proteção possível para um determinado peso.

Na prática, uma placa de blindagem de carboneto de boro será significativamente mais leve do que uma placa de aço ou alumina (Al₂O₃) que ofereça o mesmo nível de proteção. Isto é crucial porque:

• Mobilidade pessoal:  Os soldados e agentes da autoridade podem transportar equipamento de proteção essencial sem ficarem sobrecarregados.

• Aplicações aeroespaciais e automóveis:  A redução do peso em aeronaves (por exemplo, assentos de helicópteros) e veículos permite poupar combustível e aumentar o desempenho.

3. Como funciona num sistema de blindagem

O carboneto de boro quase nunca é utilizado sozinho. Funciona como a  face de impacto frontal  num sistema de blindagem composta.

O mecanismo:

1. Impacto e desgaste:  Quando um projétil de alta velocidade (especialmente um com um núcleo de aço duro ou tungsténio) atinge a placa de carboneto de boro, a sua extrema dureza desgasta e corrói a ponta do projétil. Isto reduz imediatamente a capacidade de penetração do projétil.

2. Fraturação e Absorção de Energia:  O impacto cria uma onda de choque que provoca a fratura do carboneto de boro num “cone” localizado abaixo do ponto de impacto. Este processo de fragmentação consome uma enorme quantidade da energia cinética do projéctil.

3. Distribuição da carga:  A placa de cerâmica rígida e dura distribui a força de impacto altamente localizada por uma área maior na camada de suporte.

4. Captura da Camada de Suporte:  O material de suporte (normalmente camadas de  aramida  ou  polietileno de ultra-alto peso molecular – UHMWPE ) é resistente e dúctil. A sua função é:

   • Recolha os fragmentos do projéctil e da cerâmica.

   • Absorver a energia cinética restante através da deformação plástica e do estiramento das fibras.

   • Garantir a integridade estrutural para evitar deformações perigosas na face posterior (traumatismo contuso).

Esta  sinergia “frente rígida/costas dúcteis”  é a base das armaduras compostas leves modernas.

4. Vantagens versus desvantagens

5. Comparação com outras cerâmicas para blindagem

Guia de seleção:

• Carboneto de boro:  escolha quando o peso é o fator crítico absoluto e o orçamento é secundário (por exemplo, placas balísticas avançadas para soldados, indústria aeroespacial).

• Carboneto de silício:  Escolha o melhor equilíbrio entre desempenho, capacidade de múltiplos impactos e custo. A cerâmica de alta qualidade mais comum.

• Alumina:  Escolha esta opção quando o orçamento é a principal restrição e o peso adicional é tolerável.

6. Aplicações principais

• Colete à prova de bala individual:

  • Placas de proteção para espingardas (ESAPI):  Utilizadas em inserções de proteção para armas ligeiras militares (placas SAPI/ESAPI) para deter projéteis de alta potência e perfurantes.

  • Capacetes de cano alto:  Utilizados em capacetes de operações especiais para máxima proteção contra estilhaços e projéteis de armas de fogo curtas, com peso mínimo.

• Blindagem Aeroespacial e de Veículos:

  • Assentos de helicóptero:  proteger os pilotos do fogo terrestre.

  • Veículos blindados ligeiros:  Como blindagem adicional para portas e áreas críticas.

  • Blindagem de aeronaves:  Para componentes críticos e áreas da tripulação.

• Outro:

  • Placas de fato antibomba.

  • Blindagem para plataformas de alto valor e sensíveis ao peso, como drones.