BR102013017769A2 - composições vitrocerâmicas, vitrocerâmicas obtidas, armadura de sacrifício e artigo para proteção balística - Google Patents

Abstract

composições vitrocerâmicas, vitrocerâmicas obtidas, armadura de sacrifício e artigo para proteção balística. são descritas composições vitrocerâmicas para armadura de sacrifício de proteção balística, as composições compreendendo os seguintes componentes: componente massa% a1203 23 - 30 sio2 45- 55 b203 1- 2,5 tio2 6,5- 8,5 mgo 2- 9,8 zro2 0,1- 2,9 sb2o3 0,1- 7,0 tratamentos térmicos em uma ou duas etapas permitem a obtenção de vitrocerâmicas opacas ou. transparentes, om fase cristalina predominante entre 48% e 92% em massa de safirina, as vitrocerâmicas obtidas sendo úteis como armadura de sacrifício em placas de proteção balística ou outros artigos incluindo, viseiras transparentes, janelas, incluindo janelas de veículos para transporte de valores e alambrados para estádios.

Description

COMPOSIÇÕES VITROCERÂMICAS, VITROCERÂMICAS OBTIDAS, ARMADURA DE SACRIFÍCIO E ARTIGO PARA PROTEÇÃO

BALÍSTICA

CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção pertence ao campo das composições vitrocerâmicas e materiais vitrocerâmicos obtidos a partir destas composições, mais especificamente a composições e vitrocerâmicas opacas e transparentes, úteis para a confecção de armadura de sacrifício e artigo para proteção balística que atendam aos requisitos da norma brasileira ABNT NBR 15000 para o nível III de proteção.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO O desenvolvimento de materiais para proteção balística data de tempos tão remotos quanto a origem da própria guerra. O desenvolvimento e a utilização de materiais para proteção são guiados por dois fatores: o alvo a ser protegido e o nível de proteção desejado, vide Torres, M. F. C.; Simulação do desempenho balístico de blindagem mista cerâmica/compósito, Tese de Mestrado, Instituto Tecnológico da Aeronáutica, São José dos Campos, 2005. A proteção balística pode ser constituída de um único material ou um conjunto deles, sendo o último caso conhecido como blindagem mista, o que geralmente envolve a união de materiais de ciasses diferentes, como cerâmicas (armadura de sacrifício), metais e polímeros (armadura principal). A busca por materiais que possam ser utilizados como material de sacrifício na proteção balística se concentra em materiais cerâmicos que apresentem uma boa relação de dureza por ur idade de massa, \ proporcionando a confecção de dispositivos mais leves. As principais vantagens de materiais cerâmicos são: a baixa pensidade quando comparados à dos materiais metálicos e a alta dureza guando comparada aos polímeros.

As cerâmicas policristalinas tradicionalmente utilizadas para proteção balística são a alumina e o carbeto de silício, vide Medvedovski, E. Lightweight ceramic composite armour system. Advances in Applied Ceramics, v. 105, p. 241-245, 2006.

As vantagens das vitrocerâmicas sobre as cerâmicas policristalinas são uma menor densidade e a possibilidade de poderem ser processadas a uma menor temperatura, acarretando, possivelmente, um menor custo final do produto. As vitrocerâmicas apresentam ainda a vantagem de, em alguns casos, possibilitarem a obtenção de um material transparente para, por exemplo, a confecção de viseiras protetoras.

No Brasil, a blindagem balística é dividida em 6 níveis, de acordo com a norma ABNT NBR 15000:2005 (Blindagens para impactos balísticos - Classificação e critérios de avaliação), sendo 4 deles de uso permitido, um de uso restrito e outro proibido, vide http://www.abrablin.com.br/web/Noticias/Noticias.aspx?fMoticiald=62.

Esses níveis são determinados pelo Exército Brasileiro. A resistência balística leva em consideração a arma, o projétil e sua energia cinética, o tempo entre os disparos e a distância dos disparos em relação ao alvo. Os níveis I, II, ll-A e lll-A são os níveis permitidos para uso civil. Os três primeiros são os de menor proteição. O nível lll-A classifica blindagens que suportam disparos de pistolas 9 mm e revólveres 44 Magnum, a maior arma de mão. O nível III, que resiste a disparo de fuzil FAL, é de uso restrito e sua produção depende de aprovação especial do Exército. O nível IV é o mais elevado, resistindo a disparos de M60. Seu uso é proibido para civis. A proteção balística que vem incorporada em veículos os protege apenas de armamento de baixo calibre. Para proteçãp adicional deve-se utilizar uma armadura de sacrifício, localizada à frente da armadura principal. O desenvolvimento desse tipo de material apresenta uma inovação no sentido de que a proteção desejada para um dado veículo pode ser ajustada, uma vez que esta armadura adicional é um conjunto separado da proteção balística de baixo calibre. A armadura de sacrifício pode ser colada ou parafusada à armadura principal e sua espessura depende do nível de proteção requerida, podendo ser trocada por uma nova, caso ocorra algum dano, vide Sánchez Gálvez, V.; Sánchez Paradela, L. Analysis of failure of add-on armour for vehicle protect on against ballistic impact. Engineering Failure Analysis, v. 16, n. 6, p. 1837-1845, 2009.

Para o caso de proteção humana individual, o sistema de proteção é composto por uma placa cerâmica aderida através de resina a uma placa metálica ou polimérica. Em ambos oS casos, o sistema de proteção é então formado pela combinação de placas cerâmicas (armadura de sacrifício) com placas metálicas ou poliméricas (armadura principal) de alta resistência à tração. Quando o impacto ocorre, a cerâmica tem o papel de trincar e fraturar, dissipando parte da energia cinética do projétil. A energia residual é absorvida pelo material de alta resistência. Este material também deve suportar o impacto gerado pela quebra do material cerâmico e pelo fragmento da bala.

As principais características dos materiais cerâmicos são a fragilidade e facilidade de crescimento de trincas quando comparados com metais e polímeros. Em materiais dúcteis, tensões locais acima da tensão de escoamento são aliviadas através de deformação plástica localizada, evitando a fratura. Porém as cerâmicas não apresentam deformação plástica, fraturando quando a tensão aplicada ultrapassa a tensão de ruptura do material, vide Zhang, X.; Li, Y. Orp the comparison of the ballistic performance of 10% zirconia toughened alumina and 95% alumina ceramic target. Materials & Design, v. 31, nt 4, p. 1945-1952, 2010. Portanto há a necessidade de donsiderações eépeciais quando se faz um projeto de um sistema de proteção que tenha cerâmica como armadura de sacrifício. A natureza e espessura dos materiais de alta resistência à tração que são combinados com a armadura de Sacrifício para formar o sistema de proteção tem influência significativa na propagação das trincas no material de sacrifício, devido às diferentes maneiras com que cada um reduz a tensão do impacto. Placas cerâmicas com espessura de 7-9 mm ligadas com fibras de aramida, como Kevlar®, da DuPont, ou Twaron®, da Teijin, podem deter uma variedade de projéteis. Cerâmicas para proteção balística geralmente são blocos cobertos por nylon balístico e ligadas a um forro de materiais de alta resistência, como os compósitos comerciais citados. A Figura 1 apresenta um esquema da configuração mais comum de um sistema de proteção, que combina uma placa cerâmica C ligada a uma placa metálica M através de adesivo A de resina epóxi. A Figura representa ainda o projétil P. A mecânica de penetração de um projétil em uma placa cerâmica é extremamente complexa, uma vez que ocorre em altas taxas de deformação em uma região extremamente localizada. Durante o impacto balístico, há a transferência de energia do projétil para a armadura, podendo ocorrer as situações citadas no artigo por Naik, N.K.; Shrirao, P.; Reddy, B.C.K.; Ballistic impact behaviour of woven fabric composites: Parametric studies. Materials Science and Engineering A 412 (2005) 104-116. i) Penetração do projétil, perfuração da armadiura e subsequente ejeção do mesmo, com certa velocidade, indicando que sua energia era maior do que aquela que a armadura podia absorver. ii) O projétil penetra parcialmente na armadura, ndicando que sua energia cinética era menor do que aquela que a armadura pode absorver. iii) Em um terceiro caso, pode-se imaginar que o projétil perfura por completo a armadura, com velocidade de ejeção nula. Neste caso em específico, a velocidade inicial do projétil é chamada de limite balístico. É possível a divisão do mecanismo de penetração do projétil em uma armadura de proteção em três etapas, vide Gonça ves, D. P.; Análise e investigação de impactos em blindagem composta cerâmica/metal. Tese de Mestrado, Instituto Tecnológico da Aeronáutica, São José dos Campos, 2000.

De forma simplificada, tem-se que a primeira delas é a destruição da ponta do projétil e a formação do cone de fratura na cerâmica. Nesta etapa a ponta do projétil é erodida, a energia cinética e a capacidade de perfuração do mesmo são drasticamente reduzidas e não há penetração na cerâmica. A segunda etapa é caracterizada pela penetração do projétil na placa cerâmica. O cone de fratura se propaga espalhando os fragmentos da cerâmica e a base do sistema de proteção se deforma elasticamente. Por fim, na terceira etapa tem-se a deformação plástica da base, absorvendo a energia cinética dos fragmentos do material cerâmico, bem como a energia cinética residual do projétil. O papel da cerâmica é evidente nos dois primeiros estágios da penetração.

Diferentes materiais cerâmicos são utilizados como armaduras de sacrifício. Dentre as cerâmicas tradicionais (óxidos) a principal é a alumina, enquanto que no grupo das cerâmicas covalbntes, mencionam-se os carbetos de silício e boro, e os nitretos de silício e alumínio. Compósitos de matriz cerâmica também encontram aplicação quando reforçados com whiskers e fibras. Um exemplo deste reforço é a utilização de Zr02 não estabilizada para tenacificar a alumina.

Materiais vitrocerâmicos em geral se apresentam como alternativa pois além de apresentarem, em geral, menor densidade que a alumina e menor custo de produção que os carbetos e nitretos, podem ser processadas de torma a produzir um material transparente. A obtenção de cerâmicas oxidas transparentes por rota que não a rota vitrocerâmica é possível, porém o processo é extremamente caro, dificultando a comercialização em larga escala. O processo empregado para produzir vitrocerâmicas transparentes é de um custo muito menor.

Das vitrocerâmicas para proteção balística, destacam-se as composições cuja fase cristalizada é o dissilicato de lítio, conforme informado nas patentes U.S. 4.473.653, U.S. 2.971.853, U.S.3.252.811, U.S. 5.496.640 e GB 2.284.655A.

Na realidade, pesquisas envolvendo essa fase cristalina especificamente para fins de proteção balística não são recentes. A patente U.S. 4.473.653 citada acima trata de uma vitrocerâmica obtida a partir de um vidro precursor com composição de (% em massa) de Al203 (1 - 6%), Li20 (9,5 -15%), Si02 (78,5 - 84,5%) e K2b (1 - 4%), com a presença de modificadores Ti02, Zr02, Sn02, B203, MgO, Cr203, Ce02, V205 e Na20. Após tratamentos térmicos, as fases cristalinas presentes são o dissilicato de lítio (Li20.2Si02), cristobalita (fase polimórfica do Si02) e espinélio (Mg0.AI203). É alegado neste documento de patente norte-americano que a utilização dos modificadores Ti02, Zr02, Sn02 na proporção 3:2:1 promove aumento da resistência ao ataque químico por ácidos, álcalis ou água e permite a obtenção de cristais do tamanho (ordem de microns) e forma desejada (pequenos cristais envolvidos por matriz vítrea). Em relação a este documento de patente norte-americano, a fase safirina, obtida no presente invento é mais dura, portanto mais propícia ao bloqueio de projéteis, que a fase dissilicato de lítio. A empresa inglesa Alstom possiui duas patentefe da vitrocerámica Transarm®, uma vitrocerámica transparente de cristais nanométricos t indicada para utilização em viseiras, prédios, veículos etc. A publicação GB 2.284.655A descreve o método dé obtenção da vitrocerámica, seus tratamentos térmicos, sua composição e suas características, como densidade de cristais da ordem de 1020 cristais/m3 e tamanho de cristais da ordem de um quarto do comprimento de onda da luz visível (~ 100 nm). Neste documento de patente, o iinventor também utiliza tratamento térmico duplo de cristalização para obter a microestrutura desejada e é realizado tratamento de troca iônica para aumento da resistência mecânica da superfície. Em relação à publicação GB 2284655 a armadura da invenção não necessita de tratamento superficial de troca iônica para bloquear o projétil incidente. Já na publicação internacional W02003022767A1 é descrita uma nova sequência de tratamentos térmicos em temperaturas mais baixas que, ao serem realizados, geram a mesma densidade de cristais. É citada também a utilização do óxido de cérió como agente de refino visando a diminuição do número de bolhas no vidro, e, portanto, a obtenção de ) vitrocerâmicas com uma microestrutura com melhor desempenho em proteção balística.

Citam-se ainda as vitrocerâmicas à base de silicato de lítio e alumínio Robax® e Zerodur® da empresa Schott, objeto da publicação internacional W0200904287A1.

No entanto, vitrocerâmicas do sistema MgO - Al203 - SiG2 (MAS) podem ser formuladas e processadas de forma a produzir valores de dureza e K,c mais elevados que aquelas com composições no sistema r LS2 vide o pedido publicado norte-americano US20090069163.

Por exemplo, cordierita (2Mg0.2AI203.5Si02), como fase principal, já foi obtida a partir de um vidro de composição MAS relatada no pedido publicado norte-americano US 20090069163A1 (Corrhing Incorporated). Neste documento publicado, a vitrocerâmica produzida é empregada como placa para fogões elétricos. O material em questão utiliza Ti02 como agente nucleante e a fase principal está presente na faixa de 50-80% em volume. A microestrutura da vitrocerâmica mencionada é composta por pelo menos duas fases interligadas, sendo uma primeira fase de grãos alongados de cordierita e uma segunda fase de grãos aciculares de titariatos de magnésio, alumínio ou a combinação de ambos. Uma terceira fase, esta um “twinning” íamelar, de enst^tita (MgO.Si02) ou anortita (Ca0.AI203.2Si02) pode estar ípresente. São descritos valores de dureza Knoop maiores que 800HK ej valores de K,c na faixa de 2 a 6 MPa.m1/2. Chama-se a atenção para o fato de que, nem a composição inicial, nem as fases finais obtidas após tratamento térmico, descritas na publicação Corning mencionada acimaj, encontram paralelo no conceito do presente invento. Várias razões justificam o desenvolvimento dè novos materiais vitrocerâmicos para serem utilizados como proteção balística, fatores como o desempenho, custo e crescente mercado consumidor devem ser levados em conta quando se analisa 0 potencial de determinado produto que se intenciona desenvolver.

Atualmente, os materiais cerâmicos mais utilizados para este fim específico são cerâmicas tradicionaié como a alumina e o carbeto de silício. No caso da alumina, material de fácil processamento e relativamente barato, sua densidade, próxima de 4 g/cm3, é alta quando comparada com a densidade do material vitrocerâmico desenvolvido neste trabalho, próxima de 2,9 g/cm3 para as vitrocerâmicas opacas e próxima de 2,7 g/cm3 para as transparentes. Assim, existe a possibilidades de se ter uma armadura mais leve feita de material vitrocerâmico com um mesmo nível de proteção da blindagem feita com alumina. Com isso, aumenta-se a mobilidade de indivíduos que portem este material, bem como a autonomia dos veículoé que possam ter proteção feita com o material vitrocerâmico.

Quando se pensa no carbeto de silício ou outros carbetos e nitretos utilizados para proteção balística, tem-se um excelente desempenho dos materiais desta classe, porém há um elevado custo de produção associado. Isto dificulta a aplicação em larga escala destes materiais, sendo o seu uso restrito a situações e para pessoas que justifiquem este alto nível de proteção a um alto custo. Materiais vitrocerâmicos são mais baratos que carbetos e nitretos, possibilitando a comerbialização em larga escala. Já o mercado consumidor potencial de vitrocerâmicas para proteção balística é vasto. Segundo dados da Associação Brasileira de Blindagem (Abrablin), a blindagem automotiva bateu recorde no Brasil no ano de 2011, com um aumento de 10,55% em relação a 2010, vide http://carroonline.terra.com.br/noticia.8403.mercado-detblindaaem-cresceu-no-brasil.

Ainda segundo a Abrablin, o aumento do númôro de assaltos em condomínios de luxo fez crescer a blindagem arquitetônica, com a implantação de vidros a prova de balas em guaritas e janelas não só de casas, mas também de edifícios, e chapas de aço em paredes http://www.abrablin.com.br/web/Noticias/Noticias.aspx?Noticiald=67.

Ao substituir os vidros e as chapas de aço empregadas nos prédios ou carros blindados por material vitrocerâmico, consegue-se, com uma espessura menor, um mesmo nível de proteção que o vidro blindado, sendo ainda menos denso que as chapas de metal tradicionalmente utilizadas, diminuindo o esforço extra na estrutura dos edifícios.

As vitrocerâmicas opacas podem ser aplicadas como blindagem contra impactos de projéteis disparados por armas de fogo. Podem ser utilizadas na confecção de acessórios para proteção pessoal, como roupas blindadas. Podem ser utilizadas na confecção de capacetes protetores contra pancadas ou impacto de projéteis disparados com armas de fogo ou qualquer outro artefato com alta energia cinética. Podem ser utilizadas na confecção de escudos para navios ou aeronaves (civis ou militares) ou para uso pessoal, para proteção contra impactos de projéteis disparados por armas de fogo ou impactos em geral. Podem ser utilizadas para a confecção de blindagem de veículos, como por exemplo, mas não somente: carros, ônibus, veículos de transporte de valores, dentre outros. Podem ser utilizadas para a confecção de blindagem em assentos de aeronaves.

As vitrocerâmicas transparentes se aplicam também, além de todas as aplicações mencionadas para as vitrocerâmicas opacas, para confecção de viseiras protetoras contra o impacto de qualquer artefato de alta energia cinética. Podem ser utilizadas também para a confecção de qualquer tipo de barreira transparente, como por exemplo alambrados em estádios de futebol ou ginásios de esportes. Pode ser utilizada para a confecção de janelas de edifícios e de veículos que necessitem de proteção contra projéteis disparados com armas de fogo ou qualquer artefato de alta energia cinética, como por exemplo veíciulos de transporte de valores. A literatura de patentes apresenta ainda oilitros documentos pertinentes sobre o assunto em tela.

Assim, o pedido de patente publicado nor|te-americano US 2008/0248707A1 trata de um material vitrocerâmico para ser utilizado como proteção balística. Este material é bifásico, constituído de uma matriz de material vítreo ou vitrocerâmico e uma segunda fase que são partículas e/ou fibras. Constituintes (% em massa): Si02 (70-80), B203 (7-13), álcalis (2-7) e Al203 (2-7). Tem-se também: Si02 (50-55), B203 (8-12), alcalino terrosos (10-20), Ai203 (20-25). Tem-se também (% em massa): 74±5 de Si02, 16±5 de Na20 e 10±5 de CaO. Já a presente invenção não f prevê o uso de segundo constituinte como partículas ou fibras. Tanto a composição inicial quanto as fases obtidas após tratamentos térmicos são diferentes daquelas propostas e obtidas no presente invento. Neste documento publicado não há menção a vitrocerâmicas transparentes. O objeto do documento norte-americano US k0080248707A1 é i. fabricado por prensagem isostática a frio e subsequente prensagem uniaxial a quente ou etapa única de ^prensagem isostática a quente ou t etapa de prensagem isostática a frio; e subsequente sinterização. Já a presente invenção não necessita de nenhum desses processos. Outra desvantagem do processo apresentado no referido documento norte-americano é que quando se utiliza vitrócerâmica como matriz que permeia as fibras, é preciso ter o pó do vidro base para promover a prensagem a quente, pois a vitrocerâmica não flui quando aplicada temperatura. Isso pode promover difusão dos elementos da fibra para o fluido (pó fundido) ou até a não cristalização das fases desejadas, ou ainda a presença de porosidade residual que é prejudicial 'às propriedades mecânicas. Outro i problema associado a técnica ali descrita é a mistura. Se esta não for bem feita pode haver acúmulo de pó de vidro ou fibras em determinada região do corpo. A patente U.S. 5.060.553 trata de materiais vitrocerâmicos para serem utilizados como proteção balística. Dentre os exemplos fornecidos, dois relativos a vitrocerâmicas, uní sendo um aluminossilicato de magnésio e outro um aluminossilicato de magnésio e cálcio. No primeiro r caso os constituintes são apenas em massa) óxido de magnésio (13,1), óxido de alumínio (33,2), sílica (36,5) e zircônia (17,2). No segundo caso os constituintes são (% em massa) óxido de cálcio (5), óxido de magnésio (8,4), alumina (26,5), sílica (48,8), titânia (11) e óxido de cromo (0,3). Tanto a composição inicial quanto as fases obtidas após tratamentos térmicos são diferentes daquelas propostas e obtidas no presente invento. Neste documento publicado nãp há menção a vitrocerâmicas transparentes.

Uma comparação da invenção com a patente U.S. 5.060.553 mostra que nos exemplos de formulação de vidro precursor e respectivos tratamentos térmicos para cristalização dos mesmos apresentados as temperaturas de nucleação e crescimento de cristais são mais elevadas do que aquelas praticadas na invenção. Na invenção, o uso de temperaturas mais baixas barateia o custo final do produto. O pedido de patente publicado norte-americano U.S. 20090217813A1 trata de um material vitrocerâmico para ser utilizado como proteção balística, em um conjunto de materiais laminados. Este pedido trata de um material laminado composto, dentre outros, de uma vitrocerâmica que apresenta como fase cristalina um aluminossilicato de lítio. O presente invento não trata de materiais laminados e esta fase cristalina não está presente no material objeto das pesquisas da Requerente que deram origem ao presente pedido.

Vantajosamente, em relação ao documento publiòado acima, a fase cristalina principal do produto da invenção é a safirina, que possui dureza mais elevada que fases de aluminossilicato de lítio. Uma outra diferença importante a ser pontuada é que o invento tratado no documento norte-americano refere-se a um sistema de proteção que envolve camadas de material vitrocerâmico com camadas de outros materiais, formando então uma estrutura laminada. A invenção não apresenta estrutura laminada, estando ligado diretamente a um material de alta resistência à tração. A patente U.S. 3.252.811 trata de um material vitrocerâmico de alta resistência mecânica e com boa resistência ao choque térmico, do mesmo sistema da presente invenção. Os constituintes são em massa) Si02 (60-80), Al203 (15-30), XO (2-20), onde XO é a soma dos seguintes óxidos: MgO (0-15), Li20 (0-4), ZnO (0-12). Quando não estão presentes U20 e ZnO, a composição deve conter ao menos 2% de MgO. Quando a quantia de MgO for menor que 2%, deve-se ter ao menos 2% de Li20 e 4% de ZnO, sempre em massa. Tanto a composição inicial quanto as fases obtidas após tratamentos térmicos são diferentes da composição aqui proposta e das fases obtidas no presente invento. O pedido de patente publicado norte-americano US 20050119104 A1 trata de um material vitrocerâmico para ser utilizado como proteção contra artefatos com alta energia cinética. As composições dos materiais em (% em massa) estão listados na Tabela 1 do documento norte-americano. Os agentes nucleantes utilizados foram, incluindo mas não limitados a, Ce02, Cr203, Na3AIF6, Fe203, Mn02, P205, Sn02, Ti02, V203, ZnO e Zr02 (proporções não fornecidas). Preferencialmente foi utilizado Ti02 como agente nucleante e obteve-se rutilo como fase cristalina adicional à anortita (1Ca0.1AI203.2Si02). A quantidade de titânia utilizada era preferencialmente entre (% em massa) 0,3-5 e entre 5-10. Composições de vitrocerâmicas que incluem Ti02 como agente nucleante estão listadas na Tabela 2 do referido documentq publicado norte-americano.

Tanto a composição inicial quanto as fases obtidas após tratamentos térmicos são diferentes da composição proposta e das fases obtidas no presente invento. A fase cristalina preponderante na invenção é a safirina, mais dura e portanto mais propicia a bloquear projéteis do que a fase anortita descrita no documento de patente norte-americano. Além disso, o referido documento não menciona vitrocerâmicas transparentes. O pedido de patente publicado norte-americano US 20070281850 trata de um material vitrocerâmico de alta tenacidade, do mesmo sistema da presente invenção. A composição é objeto da rleivindicação 1 do referido documento. É citado que alguns constituintes podem ser adicionados para facilitar a obtenção do vidro, as quantias são de no máximo 5% em massa da soma de: BaO, MnO, FeO, CoO, ZnO, As203, Sb203, Na20 e K20. A fase cristalina principal é a cordierita. A fase cristalina secundária inclui titanatos como de magnésio, alumínio ou a combinação de ambos. A vitrocerâmica produzida pode incluir uma terceira fase, que ocupará não mais que 20% em volume do corpo. Esta fase pode ser anortita, enstatita e enstatita com alumínio. Esta terceira fase pode incluir também (adicionalmente, ou em substituição às citadas anteriormente) uma das seguintes fases cristalinas: forsterita, fluormica, norbergita, espinélio, safirina, mulita, entre outras. Tanto a composição inicial quanto as fases obtidas após tratamentos térmicos são diferentes daquela proposta e obtida no presente invento. Não há menção a vitrocerâmicas transparentes. A fase principal da vitrocerâmica objeto do documento publicado norte-americano é a cordierita. Já na invenção a fase cristalina principal é a safirina, que é mais dura e pode funcionar melhor para a proteção balística.

Os tratamentos térmicos (tanto de nucleação quanto de crescimento de cristais) empregados pelos autores são em temperaturas mais elevadas que os empregados na invenção. Isso acarreta um custo de produção maior. Não é relatada a obtenção de amostras transparentes. O material da invenção pode ser obtido na forma transparente, se aplicado o tratamento térmico adequado. O pedido de patente publicado norte-americano US 20090136702 A1 trata de um material laminado utilizado para proteção balística. O sistema de proteção consta de diversas (pelo menos duas) camadas para promover a proteção balística. Não houve o desenvolvihiento de nenhuma cerâmica ou vitrocerâmica com determinadas propriedades adequadas para proteção balística. O foco deste documento de patente é dirigido para interfaces de contato não planas entre as diversas camadas que formam o sistema de proteção.

Contrariamente ao sistema de proteção objeto do documento acima, que necessita de contato não planar entre as interfaces das placas que o constituem (exemplo: interfaces em zig-zag, senoidal, côncavo/convexo, etc.) para promover a proteção contra projéteis, o material objeto da invenção não necessita ser montado com interface não planar para promover a proteção balística. O pedido de patente publicado norte-americano U.S. 20110088541 A1 trata do uso de vidros anômalos (que se densificam com a aplicação de carga) como material de reforço a ser utilizado atrás de vitrocerâmicas em sistemas de proteção transparentes. O vidro de estrutura aberta em questão é um borossilicato. Tanto a composição inicial quanto as fases obtidas após tratamentos térmicos são diferentes da composição proposta e fases obtidas no presente invento.

Diferentemente do documento norte-americano acima, que consiste de um material vitrocerâmico com um reforço de vidro borossilicato, a vitrocerâmica da invenção tem a capacidade de bloquear o projétil incidente sem a necessidade de um vidro como reforço. Utilizando apenas uma manta de Kevlar® como reforço, o material qa invenção parou completamente um projétil de calibre 7,62 x 51 mm. O pedido publicado internacional WO 2003022767 A1 trata de uma vitrocerâmica transparente (Transply®)· para uso como viseiras protetoras, em janelas de prédios, portas de veículos de busca e janelas de aeronaves e veículos. O documento se refere a um novo processo de fabricação da vitrocerâmica Transarm®, da empresa Alstom. Este documento faz referência à publicação GB 2284655. Há uma tentativa de otimizar o processo de fabricação da vitrocerâmica apresentada no documento mais antigo através da diminuição da temperatura de cristalização ou do tempo empregado peste processo. A vitrocerâmica em processo tem vidro precursor de composição tratada no documento britânico de GB 2284655. Tanto a composição inicial quanto as fases obtidas após tratamentos térmicos são diferentes da composição proposta e fases obtidas no presente invento. No documento citado, a fase cristalina principal é o dissilicato de lítio, de dureza menor que a safirina, fase cristalina principal da vitrocerâmica da invenção. O pedido publicado internacional W02007136995 A1 trata de materiais vitrocerâmicos transparentes para uso em proteção balística. Nesta publicação é descrito um sistema laminado composto por uma vitrocerâmica ou vidro ligado a um material para dissipar energia cinética. A composição do vidro precursor da vitrocerâmica é escolhida dentre uma infinidade de óxidos. A composição inicial é diferente daquela proposta no presente invento.

Note-se que o material apresentado nesta publiéação internacional necessita ser fundido em atmosfera controlada, podendo ainda ser feita í em prensagem isostática a quente. Esses processos encarecem muito o produto final. O material da invenção não necessita de tais processamentos.

Um dos exemplos citados pélo autor, a mistura dos óxidos constituintes é feita a úmido com meio de moagem, havendo posterior calcinação para eliminar qualquer resquício de umidade. O material é preparado, moído e fundido em forno com atmosfera de argônio com chama de gás hidrogênio/oxigênio. O material fundido é então vertido em gotas em um Container com água a 20°C. Deste processo originam-se as partículas que serão prensadas a quente para a fabricação das vitrocerâmicas. Esse processo é extremamente onerdso. O material da invenção tem mistura feita a seco, não necessita de processo de calcinação, é fundido em forno dè resistência super-kanthal com atmosfera não controlada e vertido em placa de metal, sendo resfriado ao ar. Um processo muito mais barato.

As temperaturas de tratamento térmico para cristalização das amostras vítreas são mais elevadas que as empregadas no vidro precursor do material da invenção. O pedido publicado internacional W02008130366 A1 trata de materiais vitrocerâmicos aplicados em proteção balística. Os componentes da vitrocerâmica em questão são: Si02 Al203, Li20, MgO, ZnO, Ti02, BaO, SrO, Zr02, As203, Sb203, Na2Q, K20, V205. As proporções dos constituintes variam conforme os exemplos citados. A fase cristalina presente é uma dentre as seguintes: β-quartzo, espinélio, soluções sólidas de espinélio e mulita. A composição inicial é diferente da do presente invento, as fases obtidas após tratamentos térmicos não são todas as mesmas. A fase principal ap presente inverto, a safirina, não está presente no material objeto deste documento internacional. A publicação internacional W02008130366 A1 não apresenta os tratamentos térmicos empregados para o desenvolvimento da microestrutura. Dentre todos os exemplos de formulação apresentados, sempre há óxido de arsênio, um elemento extremamente tóxico. O pedido publicado internacional W02009042877A1 trata de um material multicamada transparente para uso em proteção balística. O material compreende camadas de vidros, vitrocerâmicas e materiais poliméricos. A referida publicação não; apresentou o desenvolvimento de nenhuma nova vitrocerâmica. Há somente utilização de vitrocerâmicas de outras empresas (como Alstom e Schott) para construir o sistema de proteção descrito. Essas vitrocerâmicas têm como fase cristalina principal dissilicato de lítio ou alumino-silicato de lítio. Ambas apresentam dureza menor que a fase principal do invento objeto do presente pedido. O pedido publicado internacional WO2008145317A1 trata de um material vitrocerâmico para aplicação em sistemas de proteção balística. A composição da vitrocerâmica descrita na referida publicação internacional é, % em massa, Si02 (50-70), Al203 (15-25), Zr02 (0,5-5), Li20 (0,1-10), Ti02 (1-5). Podem estar presentes também, em quantidades menores (0-5%), uma diversidade de óxidos para nucleação, modificadores ou agentes de refino. A fase cristaliha presente após cristalização é a keatita, um aluminosilicato de lítio. Tanto a composição inicial quanto as fases obtidas após tratamentos térmicos são diferentes da com[Dosição proposta e fases obtidas no presente invento. A fase cristalina principal da vitrocerâmica tratada no documento acima é menos dura que a safirina, presente no material da invenção. As temperaturas de tratamento térmico para desenvolvimento da microestrutura não são abordadas no documento WO2008145317A1. O pedido publicado brasileiro BR9105637A trata de um material vitrocerâmico para uso como proteção balística. A composição do material descrito é em % em massa: MgO (10-16), B203 (0,5-3,5), Al203 (20-28), Si02 (44-58), agentes nucleantes (soma de Ti02 e Zr02) (8-13), dentre eles Ti02 (3-9) e Zr02 (3-7), cujas fases cristalinas presentes no material após tratamentos térmicos são: safirina, α-quartzo, estas duas são as fases cristalinas principais, e também espinélio, rutilo (fase polimórfica do Ti02), titanato de zircônio e zircônia. O material desenvolvido pela Requerente no decorrer das pesquisas que conduziram ao presente pedido possui fases semelhantes, como a safirina e o espinélio. No material obtido na presente invenção foi observado o β-quartzo (não o a, como relatado neste documento de patente brasileiro).

Em relação ao pedido BR9105637A, a invenção contempla alguns constituintes também presentes no documento de batente brasileiro. Porém, o teor de magnésia (MgO) no material da invenção está abaixo do teor empregado pelo depositante do eferido pedidc. Este é um dos constituintes mais importantes da formulação do vidro. Dos outros constituintes, há interseção de parte dos seus teores, porém em nenhum caso essa interseção é total. Ainda, as faixas composic onais adotadas na invenção são mais estreitas que as propostas no pedido de patente brasileiro. Essa faixa composicional mais estreita propicia, juntamente com o tratamento térmico adequado, a obtenção de corpos transparentes. Esta característica, diferencial no material da invenção não foi alcançada pelo conceito da invenção objeto do pedido BR9105637A. O pedido brasileiro BR9105637A retrata uma série de tratamentos térmicos duplos que originam amostras opacas brancas. Para o material da invenção, tratamentos térmicos duplos geram amostras transparentes coloridas, o que é um avanço, pois possibilita a utilzação do material vitrocerâmico como viseiras protetoras, o que não é possível com amostras opacas.

Com relação às temperaturas de tratamento empregadas, as utilizadas na invenção são mais baixas que as reatadas no pedido brasileiro. O pedido brasileiro relata a fusão do vidro precursor na faixa de 1500-1650°C. Para o vidro precursor da invenção, a fusão pode ser feita na faixa de 1500-1580°C. O recozimento do vidro no pedido brasileiro BR9105637A é feito a 750°C, enquanto para o presente material o recozimento pode ser feito na faixa de 700-730°C.

No pedido brasileiro BR9105637A, a nucleação de cristais é feita na faixa entre 800-850°C, enquanto no material da invenjpão, a nucleação é feita na faixa de 650-780°C.

Com estas condições (escolha de uma faixa mais estreita de composição e temperaturas de tratamento mais baixas}, é possível obter, ao contrário do pedido brasileiro BR9105637A, corpos transparentes que possuem fases cristalinas muito semelhantes. O material da invenção possui fases safirina e espinélio, porém não possui fases com zircônio, ao contrário do material relatado no referido pedido brasileiro. A propriedade de transparência é totalmente ausente nos produtos resultantes da tecnologia objeto do pedido BR9105637A. Esta propriedade, que foi possível obter somente a partir das pesquisas da Requerente que deram origem ao presente pedido, permite a fabricação de vitrocerâmicas transparentes para armaduras de sacrifício e artigos com aplicações múltiplas como barreiras de proteção contra quaisquer artefatos de alta energia cinética, as vitrocerâmicas, a armadura de sacrifício e os artigos estando em conformidade com a norma brasileira ABNT NBR 15000 para o nível de proteção III.

Adicionalmente, o material da invenção apresenta o β-quartzo e não o α-quartzo, observado no material objeto do pedido BR9105637A. O pedido publicado brasileiro BR0806045-2 A2 trata de placas cerâmicas convexas e montagem das mesmas para formação do sistema de proteção balístico. O diferencial deste material desenvolvido em relação a placas cerâmicas tradicionais é justamente a nãoplanaridade da superfície. O material de que é feita esta placa cerâmica não é mencionado. Vantajosamente, o material da presente invenção dispensa a superfície convexa descrita no pedido brasileiro BR9105637A para promover a proteção balística.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO A composição vitrocerâmica da invenção compreende, em % em massa, A composição da Invenção, após tratamentos térmicos produz vitrocerâmicas com as seguintes fases: • Após tratamento térmico simples (% em massa): o Safirina - entre 48 e 51; o Quartzo - entre 26 e 27; o Rutilo (Ti02) - entre 8 e 9; o Espinélio - entre 0,1 e 1; e o Vidro residual - entre 14 e 18. • Após tratamento térmico duplo com temperatura de nucleação entre 650°C e 760°C (% em massa): o Safirina - entre 64 e 92; o Espinélio - entre 3 e 7; e o Vidro residual - entre 4 e 30 • Após tratamento térmico duplo com temperatura de nucleação entre 670 e 780°C (% em massa): o Safirina - entre 62 e 72; o Espinélio - entre 3 e 15; e o Vidro residual - entre 13 e 35. E a armadura de sacrifício para placas de proteção balística compreende placas de geometria variável preparadas çom a vitrocerâmica da invenção.

Portanto,- a invenção provê composições precursoras de vitrocerâmicas à base do sistema MAS (Mg0.AI203.Si02) para obtenção de placas úteis como armadura de sacrifício para proteção balística. A invenção provê ainda composições precursoras em faixa composicional estreita que aliada a tratamento térmico a temperaturas de tratamento reduzidas em relação aos processos conhecidos permite a obtenção de vitrocerâmicas transparentes. A invenção provê também vitrocerâmicas obtidaé após tratamentos térmicos onde a fase predominante é a safirina. A invenção provê igualmente vitrocerâmicas orjde a fase safirina confere dureza aperfeiçoada ao material vitrocerâmifco, favorecendo a aplicação desejada como armadura de sacrifício para proteção balística. A invenção provê ainda a armadura de sacrifício para proteção balística que atende à norma ABNT NBR 15000 para o nível III de proteção. A invenção provê também vitrocerâmicas transparentes úteis na fabricação de armaduras de sacrifício empregadas como barreira onde a transparência, além da conformidade ao nível de proteção III da norma brasileira ABNT NBR 15000, seja uma condição necessária, como viseiras transparentes, janelas, incluindo janelas de veículos de transporte de valores e alambrados, sem estarem limitadas a estas. A invenção provê ainda artigos para proteção balística preparados pela ligação das placas de vitrocerâmica opaca ou transparente da invenção com um material de alta resistência à tração.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A Figura 1 anexa mostra esquematicamente uma proteção oaustica com a armadura de sacrifício constituída da placa cerâmica C, a base metálica Mea camada adesiva de epóxi A. O projétil é P. A Figura 2 anexa mostra os difratogramas de raios X de três vitrocerâmicas da formulação A. A Figura 3 anexa mostra os difratogramas de raios X de três vitrocerâmicas da formulação B. A FIGURA 4 anexa mostra fotografias de pacas para ensaio balístico a) vidro precursor; b) vitrocerâmica após tratamento térmico simples a 1000-1050°C por 80 minutos; c) vidro precursor e d) vitrocerâmica após tratamento térmico duplo (nucleação a 710-760°C por 1000 - 7.200 minutos seguido de crescimento de cristais a 800-900°C por 1-3h). A FIGURA 5 anexa compreende fotografias d^ um conjunto de placas de amostras para ensaio balístico. A FIGURA 6 anexa mostra uma fotografia de plaóa de vitrocerâmica após tratamento térmico simples após o corte da placa de aramida na dimensão 150x150 mm. A FIGURA 7 anexa mostra fotografias de placas de aramida após a incidência do projétil de calibre 7,62x51 mm. a) Placa Onde estava fixada a vitrocerâmica de composição A. b) Placa onde estava fixada a vitrocerâmica de composição B. c) Placa onde estava fixada a placa de carbeto de silício (controle).

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Um primeiro aspecto da presente invenção é, pois, as composições precursoras de vitrocerâmicas úteis como proteção balíbtica.

As composições da invenção compreendem, erb % em massa, os componentes listados na Tabela 1 abaixo.

Estes componentes formam as composiçõe$ precursoras das vitrocerâmicas da invenção. TABELA 1 Dentre as combinações possíveis foram sèlecionadas duas, denominadas a seguir no presente relatório e reivindicações como composições A e B.

Um segundo aspecto da invenção é o material vítroceràmico obtido a partir das composições precursoras. A obtenção das vitrocerâmicas da invenção é éfetuada por fusão das ditas composições precursoras seguida por tratartnento de alívio de tensões.

Inicialmente é efetuada a mistura dos óxidos constituintes a seco por 18 horas, utilizando meio de moagem de ágata. A fusão do vidro ocorre em temperaturas entre 1500°C e 1580°C durante intervalos de tempo de 15 minutos a 3h. É Utilizada rampa de aquecimento do forno onde ocorre a fusão de 5°C/mih a 20°C/min até a temperatura de fusão.

Após a fusão, é utilizado tratamento térmico de alívio de tensões em temperaturas entre 7G0°C e 750°C por tempos entre 40 e 80 minutos. É utilizada rampa de subida da temperatura do forno de 1 a 10°C/min até a temperatura do tratamento de alívio de tensões. Após o tempo de tratamento ser completo, a temperatura é deixadã arrefecer até a ambiente numa taxa de 1 a 5°C/min.

Sob outro aspecto, a invenção contempla, atrávés de diferentes tratamentos térmicos, a obtenção de vitrocerâmicas opacas.

Assim, o tratamento térmico que origina anhostras opacas é realizado em temperaturas entre 950°C e 1050°C, por tempos que variam entre 10 e 500 minutos. É utilizada rampa de aquecimento de 5 a 20°C/min até a temperatura de tratamento térmico, e rampa de resfriamento (após tratamento térmico) de 1 a 5°C/min até temperatura ambiente. A dureza de materiais vitrocerâmicos após esta série de tratamentos térmicos pode atingir 10 GPa. O incremento no valor da tenacidade pode atingir 50% em relação ao vidro precursor.

Ainda sob um outro aspecto, a invenção contémpla, através de diferentes tratamentos térmicos, a obtenção dle vitrocerâmicas transparentes. O tratamento térmico que origina amostras transparentes é realizado em duas etapas. Na primeira etapa, de nuc eação, a placa do vidro precursor é tratada termicamente em temperaturas entre 650°C e 780°C, por tempos que variam entre 10 minutos e 5 dias, com tempo médio entre 350-450 minutos. É utilizada rampa de aquecimento de 5 a 20°C/min até a temperatura do primeiro tratamento térmico.

Numa segunda etapa, a placa é então tratada em temperaturas entre 800°C a 1000°C, por tempos que variam entre 1 e 3 horas. É utilizada rampa de aquecimento de 5 a 20°C/min atq a temperatura do segundo tratamento térmico.

Após o segundo tratamento térmico, o material resultante é resfriado em forno com rampa de resfriamento de 1 a 5°C/min até temperatura ambiente. A dureza de materiais vitrocerâmicos após esta série de tratamentos térmicos pode atingir 10 GPa. O incremento no valor da tenacidade pode atingir 50% em relação ao vidro precursor. A identificação das fases presentes nas amostras que apresentaram os melhores resultados de propriedades mecânicas é éfetuada através de análises de raios X. A geometria das amostras é de cilindros de cerca de 10 mm de diâmetro e 5 a 10 mm de altura. A Figura 2 apresenta os difratogramas dap amostras após tratamentos térmicos simples e duplos para materiais vitrocerâmicos obtidos por tratamento da composição precursora A.

Conforme a Figura 2, a 1a vitrocerâmica (curva 1) foi obtida por tratamento simples entre 950-1050°C por 10 a 500 minutos. As outras duas vitrocerâmicas foram obtidas por tratamento duplo em diferentes temperaturas de nucleação, a saber, entre 740-780°C (curva 2) e entre 670-730°C (curva 3) com subsequente crescimento de cristais a uma temperatura entre 900-1000°C por 1-3h. O tratamento simples, curva 1 da Figura 2, se deátina à obtenção de amostras opacas.

Os tratamentos duplos, curvas 2 e 3 da Figura 2, são efetuados com a etapa de nucleação indicada na Figura (740°C-780°C ou 670-730°C) com subsequente crescimento de cristais a 900-1000°C por 1 a 3h. Este tratamento se destina à obtenção de amostras transparentes. A fase cristalina majoritária presente após os tratamentos em questão foi Safirina (7Mg0.9AI203.3Si02).

Observa-se que, para tratamentos térmicos duplos, os picos de cristalização são menos intensos e mais largos que os picos apresentados no difratograma da amostra após tratamento térmico simples. O que está de acordo com o esperado, já que os tratamentos térmicos duplos certamente geram cristais menores que nas amostras obtidas por tratamento térmico simples. Nestes difratogramas é difícil separar os picos das fases Safirina e espinélio (Mg0.AI203), pois os picqs destas fases são muito próximos e o alargamento observado é uma dificuldade extra na resolução dos mesmos.

Ainda, nota-se que as fases presentes após tratámentos simples e duplos não são todas as mesmas. Após o tratamento Simples, curva 1 da Figura 2, há a presença de quartzo (fase polimórfica da sílica) e rutilo (Ti02), que não estão presentes quando é efetuado tratamento térmico duplo.

Após refinamento dos difratogramas de raio X por Rietveld, obtêm-se as quantidades de fases: • Após tratamento térmico simDles (% em massa): o Safirina - 51 o Quartzo - 27; o Rutilo (Ti02) - 8; e o Vidro residual - 14 • Após tratamento térmico duplo com temperatura de nucleacão entre 670°C e 780°C (% em massa): o Safirina - entre 62 e 72; o Espinélio - 3 e 15; e o Vidro residual - 13 e 35 Note-se que não foram observados o titanato de alumínio e magnésio e titanato de magnésio no refinamento, apesar de o mesmo aparecer nas análises de raio X. Portanto é provável que a porcentagem de vidro residual seja menor do que o valor mostrado acima. A Figura 3 apresenta os difratogramas das amostras vitrocerâmicas da formulação B após tratamentos térmicos simples e duplos. A Figura 3 mostra os Difratogramas de raios X das três vitrocerâmicas da formulação B que apresentaram os melhores resultados de propriedades mecânicas.

Conforme a Figura 3, a 1a vitrocerâmica (curvai) foi obtida por tratamento térmico simples a temperaturas entre 950-1050°C por 200-450 minutos. As outras duas vitrocerâmicas foram obtidas por tratamento duplo em diferentes temperaturas de nucleação entre 710-760°C (curva 2) e entre 650-700°C (curva 3) com subsequente crescimento de cristais a 800-900°C por 1-3h.

Verifica-se, a partir dos dados da Figura 3, que estão presentes as mesmas fases que ocorreram após os tratamentos térmicos para a formulação A.

Após refinamento dos difratogramas de raio X pbr Rietveld, tem-se as quantidades de fases: • Após tratamento térmico simples (massa%): o Safirina - 48; o Quartzo - 26; o Rutilo (Ti02) - 9; o Espinéiio - 0,1; e o Vidro residual - 18 • Após tratamento térmico duplo onde à temperatura de nucleação empregada foi entre 650-760°C (% em massa): o Safirina - entre 64 e 92; o Espinéiio - entre 3 e 7; e o Vidro residual - entre 4 e 30.

Note-se que não foi observado o titanato de aluntiínio e magnésio e titanato de magnésio no refinamento, apesar de apareçer nas análises de raio X. Portanto é provável que a porcentagem de \/idro residual seja menor do que o valor mostrado acima.

Ainda um outro aspecto da invenção é a armadura de sacrifício confeccionada com as vitrocerâmicas da invenção. A armadura de sacrifício é obtida a partir de vitrócerâmicas opacas ou vitrócerâmicas transparentes e está ligada a material de alta resistência à tração opaco ou transparente, como citado a seguir.

Alternativamente, as vitrócerâmicas transparentes a serem utilizadas como armadura de sacrifício são ligadas a materiais também transparentes, formando barreiras protetoras contra o impacto de qualquer artefato de alta energia cinética, os materiais transparentes sendo selecionados dentre plásticos de engenharia, em aplicações incluindo viseiras, janelas de edifícios e de veículos que necessitem de proteção contra projéteis disparados com armas de fogo ou qualquer artefato de alta energia cinética, incluindo veículos de transporte de valores, alambrados e quaisquer aplicações onde a transparência, além da conformidade ao nível de proteção III da norma brasileira ABNT NBR 15000, seja necessária.

Ainda um outro aspecto da invenção é o artigo de manufatura obtido pela ligação das vitrócerâmicas opacas ou transparentes com o material de alta resistência à tração.

As vitrócerâmicas opacas aqui desenvolvidas, pára serem aplicadas como escudo balístico, devem ser ligadas a um material de alta resistência à tração, que terá pòr finalidade parar definixivamente o projétil e também os fragmentos cerâmicos gerados após a incidência do mesmo. Este material de alta resistência à tração pode ser, mas não está limitado a, uma chapa metálica (o metal sendo selecionado dentre o ou os metais mais adequados) ou polímero de alta resistência, como por exemplo, sem estar limitado a este, fibras de aramida (como por exemplo, mas sem estar limitado a este, o Kevlar®, da DuPont ou Twaron®. da Teiiin), ou ainda materiais poliméricos reforçados com fibras.

As vitrócerâmicas transparentes aqui desenvolvidas também necessitam ser ligadas a material de alta resistência à tração. Se o interesse for a fabricação de escudos balísticos onde ai transparência não é necessária, as vitrocerâmicas transparentes podem ser ligadas a materiais de alta resistência não transparentes, dando origem a conjunto de proteção não transparente.

Caso se deseje um conjunto transparente, para aplicação por exemplo, mas não somente, em viseiras, janelas diversas, alambrados em estádios ou ginásios, entre outras, o material a ser empregado deve ser, por exemplo, mas não somente, placas de policarbonato, poliacrílico (neste grupo incluso o acrílico, poli-(metil metacrilato), acrílicos modificados e outros do tipo), poliamidas, polioléfinas, poliésteres, poliuretanos (termofixos ou termoplásticos) ou uma combinação entre esses tipos em qualquer proporção.

As vitrocerâmicas transparentes se aplicam também, além de todas as aplicações mencionadas para as vitrocerâmicas opacas, para confecção de viseiras protetoras contra o impacto de qualquer artefato de alta energia cinética.

Outro tipo de barreira transparente são alambrados em estãdios de futebol ou ginásios de esportes.

Ainda uma outra utilização é para a confecção de janelas de edifícios e de veículos que necessitem de proteção contra projéteis disparados com armas de fogo ou qualquer artefato de alta energia cinética, incluindo veículos de transporte de valores.

Um artigo de manufatura é obtido pela ligação da placa vitrocerâmica que serve como armadura de sacrifício e o material de alta resistência à tração.

Ainda um outro aspecto da invenção é pois o artigo de manufatura assim obtido.

Em uma modalidade da invenção, o artigo de manufatura é opaco.

Em uma modalidade alternativa o artigo de manufatura é transparente. A ligação entre a placa vitrocerâmica, seja elã transparente ou opaca, e o material de alta resistência à tração pode ser feita utilizando-se, por exemplo, mas não somente, adesivos poli preta nos, adesivos polibutil vinil, resinas termofixas, resinas curáveis com raios UV, adesivos acrílicos, quaisquer combinações dos anteriores. São preparadas placas para testes balísticos cõm os materiais da invenção, estes sendo comparados a materiais de contitole.

Para a formulação A, foi fabricada placa vitrocerâmica cujo tratamento térmico simples é reproduzido a 1045°G oor 80 minutos, gerando valor de dureza de 9,1 ±0,1 GPa e incremento de tenacidade Kc de 57 ± 5%. Vide Figura 4b), enquanto a Figura 4a) ilustra o vidro precursor.

Para a formulação B, foi fabricada placa i/itrocerâmica cujo tratamento térmico duplo é reproduzido com etapa de nucleação a 733°C por 2880 minutos (2 dias) seguido por crescimento (|1e cristais por 180 minutos a 900°C, gerando valor de dureza de 9,24 ± 0,01 GPa e incremento de tenacidade Kc de 54 ± 5%. Vide Figura 4d), enquanto a Figura 4c) ilustra o vidro precursor.

Essas duas placas bem como uma terceira amostra de carbeto de silício utilizado para proteção balística fabricado pela Saint-Gobain são afixadas em uma placa de Kevlar®, com a utilização de resina epóxi. O material balístico da Saint-Gobain é comercialmente conhecido como Hexoloy®, e possui dureza de 2800 HK (100g de carda aplicada), K/C de 4,6 Mpa.m1/2 e densidade de 3,13 g/cm3; dados disponíveis em ♦ http://www.hexoloy.com/product-applications/armor. A Figura 5 apresenta o conjunto montado. A placa de aramida foi então cortada em quadros de 150x150 mm, para ensaiar as amostras individualmente. A Figura 6 mostra a placa de vitrocerâmica após tratamento térmico simples, após o corte da placa de aramida.

Um disparo com projétil de calibre 7,62x51 mm é efetuado em cada amostra. A Figura 7 apresenta as placas de aramida após a incidência dos projéteis. A primeira amostra ensaiada é a de vitrocerâmica da invenção resultante de tratamento térmico simples - composição A da invenção. O projétil incidiu a placa com velocidade de 839 m/s e não penetrou a placa de aramida. Vide Figura 7a). A segunda amostra ensaiada foi a placa de vitrocerâmica da invenção com tratamento térmico duplo - composição B da invenção. O projétil incidiu a placa com velocidade de 843 m/s e também não houve penetração da placa de aramida. Vide Figura 7b).

Por fim, ensaiou-se a placa de carbeto de silício Çomo controle. Vide Figura 7c. O projétil incidiu a placa com velocidade dê 845 m/s e houve penetração parcial da placa de aramida. Neste últinqo caso, porém, o projétil não incidiu a amostra no seu centro, ao contrádio do ocorrido para as placas de vitrocerâmica da invenção. A bala acertou oróxima à aresta do hexágono. Este fato foi um fator agravante para a pênetração parcial.

Os ensaios descritos acima indicam que as placas de vitrocerâmicas produzidas a partir das composições da invenção estão aptas a atender à norma ABNT NBR 15000 para o níveil III de proteção.

Claims (19)

1. Composições vitrocerâmicas para armadura de sacrifício de proteção balística, caracterizadas por compreenderem, em % em massa,

2. Composições de acordo com a reivindicação 1, caracterizadas por as placas de vidro precursor serem tratadas termicamente em uma etapa a temperaturas entre 950°C e 1050°C por tempos entre 10 e 500 minutos para produzir vitrocerâmicas opacas.

3. Composições de acordo com a reivindicação 1, caracterizadas por as placas de vidro precursor serem tratadas termicamente em duas etapas, a primeira etapa, de nucleação, em temperaturas entre 650°C e 780°C, por tempos entre 10 minutos e 5 dias e a segunda etapa, em temperaturas entre 800°C a 1000°C por tempos entre 1 e 3 horas para produzir vitrocerâmicas transparentes.

4. Vitrocerâmicas obtidas a partir das composições de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizadas por compreenderem, em % em massa, para o tratamento térmico em uma etapa, as fases: a. Safirina entre 48 e 51; b. Quartzo entre 26 e 27; c. Rutilo (Ti02) entre 8 e 9; d. Espinélio entre 0,1 e 1; e e. Vidro residual entre 14 e 18.

5. Vitrocerâmicas de acordo com a reivindicação 4, caracterizadas por serem opacas.

6. Vitrocerâmicas de acordo com a reivindicação 4, caracterizadas por atingirem dureza de 10 GPa.

7. Vitrocerâmicas de acordo com a reivindicação 4, caracterizadas por atingirem incremento no valor da tenacidade de 50% em relação ao vidro precursor.

8. Vitrocerâmicas de acordo com as reivindicações 3 e 4, caracterizadas por compreenderem, em % em massa, para o tratamento térmico em duas etapas, para temperaturas de nucleação entre 670°C e 780°C (% em massa): a. Safirina - entre 62 e 72 b. Espinélio-entre 3 e 15 e c. Vidro residual - entre 13 e 35.

9. Vitrocerâmicas de acordo com as reivindicações 3 e 4, caracterizadas por compreenderem, em % em massa, para o tratamento térmico em duas etapas, para temperaturas de nucleação entre 650-760°C (% em massa): a. Safirina - entre 64 e 92; b. Espinélio - entre 3 e 7; e c. Vidro residual - entre 4 e 30.

10. Vitrocerâmicas de acordo com as reivindicações 8 e 9, caracterizadas por serem transparentes.

11. Vitrocerâmicas de acordo com as reivindicações 8 e 9, caracterizadas por atingirem dureza de 10 GPa.

12. Vitrocerâmicas de acordo com as reivindicações 8 e 9, caracterizadas por atingirem incremento no valor da tenacidade de 50% em relação ao vidro precursor.

13. Armadura de sacrifício para proteção balística, caracterizada por compreender uma placa confeccionada a partir das vitrocerâmicas de acordo com as reivindicações 4 a 12.

14. Armadura de sacrifício de acordo com a reivindicação 13, caracterizada por atender aos requisitos da dorma ABNT NBR 15000 para o nível III de proteção.

15. Armadura de sacrifício de acordo com as reivindicações 13 e 14, caracterizada por compreender uma vitrocerâmica opaca ou transparente ligada a um material de alta resistência à tração.

16. Armadura de sacrifício de acordo com as reivindicações 13 e 14, caracterizada alternativamente por a vitrocerâmica transparente ser ligada a um plástico de engenharia também transparente selecionado dentre placas de policarbonato, poliacrílico selecionado dentre o acrílico, poli-(metil metacrilato) e acrlílicos modificados, poliamidas, poliolefinas, poliésteres, poliuretarlios termofixos ou termoplásticos ou uma combinação entre esses tipos em qualquer proporção.

17. Armadura de sacrifício de acordo com a reivindicação 16, caracterizada por compreender uma viseira.

18. Armadura de sacrifício de acordo com a reivindicação 16, caracterizada por compreender uma janela.

19. Armadura de sacrifício de acordo com a reivindicação 16, caracterizada por compreender um alambrado.