BRPI0614776A2 - material blindado de vidro cerámico - Google Patents

Abstract

MATERIAL BLINDADO DE VIDRO CERáMICO A invenção se refere a um material blindado de vidro cerâmico, constituído (em % por peso com relação à, base áxida) de 5-33 de SiO~2~, 20-50 de A1~2~0~3~, 5-40 de MgO, 0- 15 de B~2~0~3~, 0,1-30 de Y~2~0~3~, Ln~2~O~3~, As~2~O~3~, Nb~2~O~5~ e/ou Sc~2~O~3, e 0-10 de P~2~0~5~.O material inventivo pode ser também reforçado com fibras inorgânicas de reforço em uma quantidade de 5-65% em peso, de preferência constituídas de C, SiO, Si~3~N~4~, Al~2~0~3~, ZrO~3~, ou Sialon. Dito material blindado é caracterizado pelo fato dele exibir um alto módulo de elasticidade e ser produzível a partir de vidro verde, sem o risco de cristalização prematura.

Description

MATERIAL BLINDADO DE VIDRO CERÂMICO

A invenção se refere a um material blindado parablindagens para proteção de pessoas ou instalações contraprojéteis em alta velocidade, estilhaços ou semelhantes.Tais blindagens encontram emprego como vestimentas à provade balas ou blindagens de veículos para automóveis,helicópteros, cabines de avião etc. à prova de tiro.

Materiais cerâmicos de blindagem são conhecidoshá muitos anos. Eles encontram aplicação especialmente emblindagens, nas quais se obtém um baixo peso, assim p. ex.em vestimentas à prova de balas e em blindagens paraautomóveis, aviões e helicópteros, aqui especialmente nacabine ou nos assentos e para partes funcionalmenteimportantes. Os primeiros materiais blindados de cerâmicaaté hoje empregados são constituídos de Al2O3, SiC, B4C,TiB2. Eles só podem ser produzidos, de acordo com processosmuito complexos de produção, p. ex., de acordo com a US2003/0110931 Al, por infiltração reativa de um pré-molde decarboneto de boro contendo carbono com silício derretido,sendo, por conseguinte, dispendiosos.

Por causa disso, é igualmente há tempos conhecidoutilizar vidro cerâmico como material blindado. Vidrocerâmico é fabricado há décadas, pelo fato de vidrosespeciais serem intencionalmente desvitrifiçados. Nadesvitrificação, chamada de ceramização, uma parte do vidroé especificamente convertido por um tratamento térmico emcristais, que se encontram em uma matriz da fase do vidroresidual. O tratamento térmico ocorre, normalmente, em duasetapas. Em uma primeira etapa, o vidro é aquecido duranteaté 24 horas a uma temperatura de nucleação, isto é, a umatemperatura, na qual núcleos de cristalização se formam demaneira especialmente boa no vidro. Essa temperatura denucleação se situa logo acima da temperatura detransformação Tg do vidro. Quando uma quantidade suficientede núcleos de cristalização é formada, a temperatura éainda mais elevada, até que ela entre na faixa, onde oscristais ou cristalitos (até 1017/cm3) são formados nosnúcleos de cristalização.

Um material blindado de vidro cerâmico dacomposição (em % em peso) de 78,5-84,5 de SiO2; 9,5-15 deLiO2; 1-6 de Al2O3; 1,5-4 de K2O, com TiO2, ZrO2 ou SnO2 comoformador de núcleos, é descrido na US 4 473 653.

A EP 0 390 773 Bl e a US 5.060.553 descrevem ummaterial blindado e composto, constituído de uma placafrontal de vidro cerâmico, visto na direção de impacto deum projétil, na qual é colada uma camada traseira deplástico reforçado com fibra. 0 material blindado ecomposto desta camada é caracterizado, de acordo com areivindicação de patente 1, por um tratamento térmico, quecorresponde ao método convencional acima citado parafabricação de vidro cerâmico. Os vidros cerâmicosmencionados na descrição são constituídos essencialmente(em % por peso) por 72 de SiO2, 10 de Li2O, 5 de ZnO, 7 deAl2O3; um segundo vidro cerâmico por 71 de SiO2, 12 de Li2O,13 de Al2O3; um terceiro vidro cerâmico por 3 6,5 de SiO2,33,2 de Al2O3, 17 de ZrO2, 13,1 de MgO, e um quarto vidrocerâmico por 48,8 de SiO2, 26,5 de Al2O3, 11,0 de TiO2, 8,4de MgO, 5,0 de Cao e 0,3 de Cr2O3. Os vidros cerâmicos atéentão convencionais do sistema SiO2-AlO3-MgO (sistema MAS)contêm, como fases de cristais primários, normalmenteenstatita, forsterita, cordierita. Como fases secundáriassão descritas também as fases de espinélio e safirina.Neste caso, o limite inferior do teor de SiO2 se situa a35% em peso, onde são comuns limites inferiores de SiO2, de40 ou 42-44% em peso.

O fator desvantajoso para vidros cerâmicos atéentão empregados como material blindado para blindagens édeles possuírem, em média, um módulo de elasticidade deapenas cerca de 130 GPa com reduzido módulo de elasticidadeespecífico (módulo de elasticidade / densidade).

Na WO 2004/031089 é descrito um vidro cerâmico dealta rigidez, à prova de rupturas, e seu emprego em discosde memória magnética, que possui um teor de 17-33% em pesode SiO2, 20-50% em peso de Al2O3, 8-40% em peso de MgO, 1-15% em peso de B2O3 e 0,1-30% em peso de Sc2O3, Y2O3 e/ouNb2O5. De acordo com a descrição e objeto de aplicação dosdois últimos documentos citados, não se pode assumir aadequação do material como material blindado. A DE 28 05764 descreve um processo de ceramização, bem como um vidrocerâmico contendo espinélio. Com relação à adequação aqualquer aplicação, não é feita nenhuma referência. A US5.284.806 mostra, que um vidro cerâmico reforçado comfibras é em si conhecido. Na verdade, a composição sediferencia nitidamente do presente vidro cerâmico.

A tarefa da presente invenção consiste, portanto,no fato de encontrar vidros cerâmicos adequados comomaterial blindado para blindagens, que possuam um altomódulo de elasticidade, uma alta ductilidade à fratura euma boa resistência à ruptura, e cujos vidros primitivossejam estáveis à desvitrificação e à cristalização duranteo alívio térmico de tensões, isto é, eles devem permanecerna fase de vidro até a formação de núcleos/ cristalizaçãopretendida.

Essa tarefa é solucionada pelo emprego de umvidro cerâmico como material blindado, onde o vidrocerâmico (em % por peso em base oxida) é constituído por:

5 - 33 de SiO220 - 50 de Al2O35 - 40 de MgO0 - 15 de B2O30,1 - 3 0 de Y2O3, Ln2O3, As2O3, Nb2O5 e/ou Sc2O3,

0 - 10 de P2O5Duas faixas de composições são especialmentepreferidas dentro desta faixa de composições:

Faixa de composições A:

5 - 33 de SiO225 - 4 0 de Al2O35 - 25 de MgO0,1 - 30 de Y2O3, Ln2O3, As2O3 e/ou Nb2O5

0 - 15 de B2O30,1 - 10 de P2O5

E a faixa de composições B:17 - 33 de SiO220 - 50 de Al2O38 - 40 de MgO0,1 - 30 de Y2O3, Sc2O3 e/ou Nb2O5

1 - 15 de B2O3

A quantidade mínima de SiO2 corresponde a 5% empeso, de modo particular a 10 % em peso, de preferência a15 % em peso para a composição A, onde, para a composiçãoΒ, 18 % em peso, de modo particular 19 % em peso, sãopreferidos. O limite superior corresponde normalmente a 33% em peso, onde 28 % em peso e, de modo particular, 25 % empeso são preferidos.

A quantidade mínima de MgO corresponde a 5 % empeso e, para a composição A, de preferência 8 % em peso e,de modo especialmente preferido, a 10 % em peso, enquantoque para a composição B, são inseridos de preferência pelomenos 10 % em peso e, de modo particular, 15 % em peso. Olimite superior para o teor de MgO se situa, para acomposição A, em 25 % em peso, enquanto que 20 % em pesosão preferidos, enquanto que, de outro modo, o limitesuperior se situa a 40 % em peso, onde 30 ou 25 % em pesoe, de modo particular, 20 % em peso são preferidos.

O teor máximo de Al2O3 corresponde a 50 % empeso, de modo particular a 40 % em peso, de preferência a38 % em peso e, para a composição B, pelo menos 30 % empeso é especialmente preferido. A quantidade mínima deAl2O3 corresponde a 25 % em peso.

Oxido de boro não precisa estar necessariamentepresente, porém o teor de B2O3 corresponde, de modoparticular, a 1 % em peso, de preferência a 2 % em peso e,especialmente preferido, a 3 % em peso, enquanto que olimite superior na composição, de acordo com a invenção, sesitua em no máximo 15 % em peso, normalmente em no máximo12 % em peso e, de preferência, em no máximo 10 ou nomáximo 9 % em peso.

A adição de um ou mais dos óxidos Y2O3, Ln2O3,As2O3, Sc2O3 e Nb2O5 melhora o processamento técnico dosvidros antes da ceramização, e torna especialmente rígido eresistente a quebras, o vidro cerâmico por eles produzido.

Além disso, ele propicia que os vidros sejam estáveis, comrelação à formação das fases cristalinas durante oresfriamento para alívio de tensões, isto é, antes daformação de núcleos pretendida, e assim sejam refrigeráveisaté o alívio de tensões. Com isto, existem sempre relaçõesconstantes antes da fase formadora de núcleos, assim que apreparação de um produto com propriedades constantes ereprodutíveis é visivelmente simplificada. Os óxidos destegrupo são representados com pelo menos 0,1 % em peso,normalmente com pelo menos 3 % em peso, de preferência compelo menos 10 % em peso, de modo especialmente preferidocom 12 % em peso no vidro cerâmico. O limite superior,desses óxidos corresponde a 30 % em peso, de preferência a28 % em peso, onde um limite superior especialmentepreferido é de 25 % em peso. Neste particular, asquantidades de cada um dos óxidos correspondem normalmentede 1 a 30 % em peso, de preferência, de 10-30 para Y2O3 e,de preferência, respectivamente de 0-20 % em peso paraLn2O3, NbO5 e ScO3. Com isso, a composição A, depreferência, não contém Sc2O3 e a composição B não contém,de preferência, Ln2O3.

Ln abrange, aqui, o grupo dos lantanídeos, demodo particular, La, Ce, Pr, Nd, Eu, Yb, Ho e Er.

A composição empregada, de acordo com a invenção,pode conter, como outros componentes, agentes de refinaçãoe fundentes convencionais, como Sb2O3, As2O3, SnO3, nasquantidades normais para estes fins. Assim, o limitesuperior corresponde, no máximo, a 5 % e, de preferência, a2 % de preferência respectivamente para Sb2O3 ou As2O3.Em uma modalidade preferida, o vidro cerâmico éconstituído de 0-12 % em peso, de preferência, de 0-10 % empeso de TiO2, de 0-10 % em peso de ZrO2, de 0-10 % em peso,de preferência, de 0-5 % em peso de CaO, de 0-10 % em peso,de preferência, de 0-5 % em peso de SrO, de 0-10 % em peso,de preferência, de 0-5 % em peso de BaO, de 0-20 % em peso,de preferência, de 0-10 % em peso de ZnO. Em outramodalidade preferida da invenção, a composição éconstituída de pelo menos 2 % em peso, de preferência, depelo menos 4 % em peso de TiO2 e de uma quantidade máxima,de preferência, de no máximo 12 % em peso e, de modoparticular, no máximo 10 % em peso. Na medida em que essesse encontrem realmente presentes, a quantidade mínima paraos demais óxidos citados ZrO2 e ZnO corresponde normalmenterespectivamente a 1 ou 2 % em peso e a quantidade máxima,respectivamente a 5 ou 8 % em peso.

O vidro cerâmico é, de preferência,essencialmente isento de óxidos alcalinos, como Li2O3, Na2O3e K2O, e contêm esses somente como impurezas arrastadas comos componentes residuais de fornada. Assim, 'essencialmenteisento de álcali' significa uma quantidade de, no máximo, 2% em peso, onde no máximo 0,5 % em peso são normais. Vidroscerâmicos preferidos possuem um teor alcalino inferior a0,5 % em peso.

Foi comprovado, que o vidro cerâmico pode conteraté 10 % em peso, normalmente menos de 5 % em peso deóxidos metálicos de transição, sem que, com isso, aspropriedades resultantes, como rigidez, resistência àruptura e relação de cristalização se alterem de modosignificativo. Óxidos metálicos de transição comuns, quepodem estar contidos no vidro ou no vidro cerâmico, deacordo com a invenção, compreendem os óxidos dos elementosFe, Co, Ni, Cr, Mn, Mo, V, Pt, Pd, Rh e W, sendo, de modoparticular, Mn2O2, Fe2O3, NiO, CoO, Cr2O3, V2O5, Mo2O3 e/ou WO3.

Além disso, o vidro cerâmico (além de MgO) podeconter os óxidos alcalino-terrosos CaO, SrO e BaO, comocomponentes estabilizadores. A soma desses três componentesdeve importar em até 20 % em peso, de modo particular até15 % em peso. Em uma modalidade preferida, a soma dessestrês óxidos alcalino-terrosos importa em pelo menos 1 % empeso, de preferência em pelo menos 2 % em peso, de modoespecialmente preferido em até 4 % em peso e, de modoparticular, em até 5 % em peso.

Desde que presentes, o teor dos óxidos TiO2 eZrO2 em uma modalidade preferida, de acordo com a invenção,corresponde a pelo menos 1 % em peso, de preferência a pelomenos 2 % em peso e, de preferência, no máximo a 13 % empeso, de modo particular, em no máximo 10 % em peso. 0vidro cerâmico pode ainda conter, além de TiO2 e ZrO2, P2O5em quantidades de até 10 % em peso, como formador decristais. Através da adição de P2O5 na parte superior destafaixa, P2O5 é também incorporado aos cristais formados. Depreferência, um teor de P2O5 inferior a 10 % em peso, demodo particular inferior a 5 % em peso, é desejado. Um teormínimo de 2 % em peso de P2O5 é preferido, caso P2O5 sejaadicionado.

No material blindado inventivo, os cristalitossão alojados em uma matriz vítrea e possuem um tamanho decerca de 20 nm a 3 μτη. De preferência, os tamanhos doscristalitos são de 50 a 500 nm. 0 teor da fase cristalinano material blindado corresponde de 3 0 a 8 0 % em volume,com as fases cristalinas primárias espinélio (MgO Al2O3) ,safirina (5MgO · 7A1203 · 9Si02) e possivelmente silicatosde Y (por exemplo, Y2Si2O7, Y2SiO5) , onde como fasesprimárias deve ser entendido, que as fases primáriascorrespondam a pelo menos cerca de 50 % das fasescristalinas.

As já boas propriedades absorvedoras de tirodesse vidro cerâmico são ainda mais melhoradas por umreforço de fibras, onde vantagens adicionais de custos sãoalcançáveis pela produtividade relativamente simples danova blindagem.

As fibras de reforço devem estar presentes em umaquantidade de 5 a 65 % em volume no material blindado. Naverdade, um reforço do vidro cerâmico ocorre também atravésda adição de fibras abaixo deste limite inferior, sendo,porém, em geral muito baixo seu efeito para uma melhoravisível das propriedades de uso da blindagem. Depreferência, os teores das fibras de reforço se situamentre 15 e 45 % em volume. Um teor superior a 65 % emvolume não deve ser excedido, já que, então, não pode maisser garantida uma misturação homogênea das fibras com amatriz de vidro (cerâmico). Além disso, a então apenasreduzida fase matricial de vidro (cerâmico) residual não seencontra mais na condição de preencher com segurança suafunção formadora, isto é, o confinamento da composição.

Como fibras de reforço são consideradas todas asfibras inorgânicas, que dispõem de uma alta tenacidade esão bem ancoráveis na matriz de vidro cerâmico. As fibrasdevem resistir a temperaturas de até cerca de 1.000 0C parao processo de sinterização, e não podem reagir com o vidrobásico e o vidro cerâmico, para não enfraquecer suaspropriedades de resistência.

Como fibras de reforço, são adequadas fibras decarbono, SiC, Si3N4, Al2O3, ZrO2 e/ou fibras do tipo SiAlON(Si, Al, O, Ν) , além de fibras de BN, TiC, além decerâmicas não-óxidas, bem como fibras revestidas com óxidoscerâmicos ou com metais. Especialmente preferidas sãofibras de carbono e carboneto de silício.

Nas fibras empregadas, trata-se de fibras curtas,longas e/ou contínuas. Fibras curtas possuem comprimentosde 50 μπι a 5 cm, de preferência de cerca de 10 a 30 mm,como fibras longas devem ser entendidas fibras até cerca de20 cm de comprimento, enquanto que fibras contínuas possuemum comprimento > 20 cm. São apropriadas, por exemplo,fibras de carbono ou fibras de cerâmica, como por exemplofibras de SiC. 0 diâmetro das fibras corresponde aqui a 4 -10 μιη para fibras de carbono, e de 8 - 15 μπι para fibras deSiC.

Fibras longas e/ou contínuas produzem umaelevação considerável da resistência contra fraturas etenacidade. Fibras curtas possuem uma forma de manuseiomais simples em termos técnicos de processo, elevam aeficiência econômica do processo de fabricação e sãosuficientes, quando uma elevação máxima da resistênciacontra fraturas e tenacidade não se faz necessária.

Filamentos cristalinos, p. ex., de todos osmateriais, de WC, bem como de metais, acima enumerados comofibras, podem ser também empregados. Filamentos cristalinospossuem, em geral, comprimentos de 5 μπι a 500 pm, ediâmetros de 1 pm a 10 pm. Durante a fabricação dosmateriais blindados, eles permitem ser distribuídos demaneira especialmente simples e em teores volumétricosespecialmente altos na matriz de vidro cerâmico, sendo que,porém, a firmeza com eles alcançada não é tão alta, como nocaso dos materiais blindados reforçados com fibras curtas,longas e contínuas.

Pode ser vantajoso, se as fibras forem dotadas deum agente lubrificante inorgânico. O emprego dessas fibrasrevestidas conduz a um material especialmente resistente afraturas. No caso de fibras não-óxidas contendo carbono,isto ocorre devido ao fato de uma camada deslizanteextremamente fina com estrutura de grafita se formar nasuperfície das fibras, a qual, na presença de altas cargasmecânicas, faz com que parte da energia seja convertidapara a extração, alongamento e laceração das fibras (oassim chamado 'efeito extrator'). Isto leva a uma elevadaresiliência ou resistência contra fraturas e tenacidade. 0mesmo vale, de maneira análoga, também quando fibras óxidasforem empregadas, cuja superfície foi previamentecondicionada com um respectivo agente lubrificante paraaltas temperaturas, como, p. ex. , mica ou outros silicatosde revestimento.

As fibras podem ser, de preferência, dispostas nomaterial blindado. No caso de filamentos cristalinos efibras curtas com até cerca de 3 0 mm, esses sãodistribuídos de modo aleatório, isto é, as fibras não sãoalinhadas no material.

Porém, a composição de vidro cerâmico e fibrasfica mais sólida, quando as fibras estiverem alinhadas nacomposição. Assim, as fibras podem apresentar uma estruturaem camadas, na qual as fibras, em cada camada, se estendamem paralelo entre si, chamadas de 'fita', sendo que camadasadjacentes possuem, porém, eixos de fibra defasados a 90°ou a 45°. Tais disposições de camada são em si conhecidas,através da fabricação de elementos estruturais de plástico,reforçados com fibras.

Porém, as fibras de reforço também podem estarpresentes no material blindado, por exemplo, na forma de umtecido. De preferência, é usado um tecido têxtil na formade um não-tecido, malha ou feltro. 0 formato de uma malha éespecialmente preferido. Devido à sua constituição depontos, as malhas possibilitam também,, de modo particular,a obtenção de geometrias moldadas de forma complexa, o quepode ser vantajoso, p. ex., na blindagem de veículos.

Pode ser ainda vantajoso, quando o reforço naforma de um tecido têxtil não seja distribuídouniformemente no material blindado, porém se encontresomente no lado dianteiro e/ou traseiro do materialblindado, isto é, parcialmente assimétrico no materialblindado. No caso do reforço em ambos os lados do vidrocerâmico com o tecido têxtil ou com 'fitas', a camada devidro cerâmico não-reforçada, disposta de modo imprensadoentre as camadas das fibras de reforço, é então assimdizendo laminada. No caso do reforço em um dos lados, omaterial blindado se assemelha às composições até entãoutilizadas de uma placa de cerâmica com reforço aplicadopor detrás sobre as placas metálicas aderidas. No caso doreforço de fibras só estar presente como camada no materialde vidro cerâmico, de outro modo não reforçado, a camadadeverá possuir, de preferência, uma espessura de pelo menos10 % da espessura da camada do material blindado, em todocaso, porém, ser de pelo menos 1 mm, de preferênciasuperior a 2 mm. De preferência, a espessura da camada nãodeverá ser superior a 5 mm, já que acima disso a composiçãose torna muito pesada para blindagens leves.

A fabricação de um material blindado de cerâmicareforçado com fibras ocorre, em regra geral, com auxílio datecnologia da sinterização, onde um lote de fibras dereforço e pó do material matricial são sinterizados emconjunto, com aplicação de calor e possivelmente depressão. Visto que vidro cerâmico moido e pulverizado sópode ser sinterizado com dificuldade ou algumas vezessomente com resultados insatisfatórios, utiliza-se, depreferência, o vidro em pó não-ceramizado, bemsinterizável, como material de partida, e ceramiza-se amassa de sinter originada durante ou após a sinterização.

Com isso, se produz inicialmente um pó do vidro,o qual possui a mesma composição que o vidro cerâmico maistarde dele originado. Além das vantagens já citadas daspropriedades superiores de sinter em baixas temperaturas,tal procedimento possui também a vantagem, de que o vidropermite ser moído com mais facilidade em pó, do que o vidrocerâmico.

O vidro em pó é, então, quer misturado com as fibrasde reforço, o que é considerado principalmente no empregode filamentos cristalinos e fibras curtas, quer os poros deum tecido têxtil de fibras de reforço são cheios com ovidro em pó.A misturação de vidro em pó e fibras de reforçopode ocorrer a seco, porém o vidro em pó encontra, depreferência, aplicação como suspensão em água, depreferência com uma quantidade de um aglomerante. 0 vidroem pó possui, neste caso, uma densidade média de partículasd50 de 5 pm a 60 μτη, de preferência de 8 pm a 35 pm. Empresença de tamanhos de partículas abaixo de 5 pm, oscustos para a fabricação do vidro em pó se elevamfortemente, e seu manuseio é dificultado, sem que ocorramainda vantagens adicionais no emprego do pó, sendo que, comtamanhos de partículas acima de 60 pm, se torna difícilobter misturas homogêneas e composições com poros livresnas etapas subseqüentes do processo.

Para a fabricação da suspensão, agentes deauxílio à suspensão (desfloculantes) podem ser aindaempregados, conforme eles são, em si, conhecidos através daindústria cerâmica para estabilização da argila líquida,por exemplo, polímeros aniônicos com baixo número demoléculas, de modo particular, poliacrilatos de sódio.

As suspensões podem ainda conter agentesaglomerantes, para conceder firmeza à massa formada brutaapós sua secagem (Prepreg), a fim de que ela possa sermanuseada. Tais agentes aglomerantes são igualmente em siconhecidos. Caso o agente de auxílio à suspensão não assumapor si só a função de agente aglomerante, pode ocorrer, porexemplo, a adição de uma aglomerante de látex de dextrinaou semelhante.

A suspensão deve possuir um teor especialmentealto de matéria sólida (vidro em pó) e, ao mesmo tempo, umaviscosidade possivelmente baixa, a fim de encher, de formapossivelmente completa, os poros do tecido têxtil dasfibras de reforço, ou para possibilitar, por misturação comfibras curtas e/ou filamentos cristalinos, uma altaquantidade de fibras (quantidade de filamentoscristalinos), sem grande tensão mecânica das fibras.

O material blindado serve para fabricação deblindagens. Para este fim, ele é normalmente processado comoutros materiais em uma blindagem. Desta forma, o materialblindado é, por exemplo, fixado na forma de azulejos,lâminas ou esferas sobre ou dentro de um tecido de fibrasde alta tenacidade, como fibras de aramida e semelhantes. Omaterial blindado pode ser também unido, na parte traseira,com placas metálicas, como alumínio, aço ou titânio, ou sercolado com materiais compostos, como plásticos reforçadoscom fibras. As possibilidades de combinação com outrosmateriais já são em si conhecidas, através do emprego dosmateriais cerâmicos conhecidos, e fazem parte doconhecimento das pessoas versadas na técnica.

A fabricação dos tecidos têxteis acima citados érealizada com processos convencionais da indústria têxtilou da indústria de papéis. Eles são em si conhecidos, e nãofazem parte do objeto dessa invenção. Neste sentido, umadescrição mais detalhada dos mesmos é dispensada.

Com a citada arquitetura de fibras, um Prepreg êproduzido, de acordo com dimensionamento correspondente.Como Prepreg é entendida uma disposição não-comprimida deuma pluralidade de fibras depositadas, dotadas de materialmatricial, encontradas parcialmente em mútuo contato; comisso, um maior número de tecidos têxteis pode ser tambémdepositado de modo sobreposto. 0 Prepreg apresenta ainda umalto teor de poros e possui de 10 a 80 % da densidade doproduto final.

Na fabricação de Prepregs por meio de umasuspensão de vidro em pó, o tecido têxtil é impregnado emuma fôrma porosa com a suspensão. A água da suspensão éremovida através das paredes da fôrma porosa, o Prepregúmido é retirado da fôrma e seco.

Após a secagem, o Prepreg é a seguir compactadopor aplicação de pressão e calor. Isto pode ocorrer porprensagem a quente, onde pressão e temperatura sãoadequadas à temperatura de fusão da respectiva matriz. Demodo característico, a temperatura escolhida é maior que1.000 °C, e a pressão, maior que 5MPa. Nestas condições deprocesso, todo o vidro é derretido, ou um processo desinterização é conduzido, assim que no último caso, pode sefalar de um processo de sinterização sob pressão.

0 corpo bruto, assim produzido, consideravelmenteisento de poros, constituído de fibras de reforço e matrizde vidro, e então ainda ceramizado, isto é, a matriz devidro é convertida em uma matriz de vidro cerâmico.

A conversão da fase de vidro em vidro cerâmicoocorre através de método convencional, há décadasconhecido. No emprego de fibras de reforço sensíveis àoxidação, da mesma forma que na sinterização, a presença deoxigênio deve ser descartada.

A fase de vidro é convertida por um tratamentotérmico, em temperaturas acima de Tg, no vidro cerâmicocorrespondente. Nisso, a temperatura de conversão e aformação das fases cristalinas é determinada por meio demétodos em si conhecidos, como, p. ex., por uma curva depermanência gerada por análise térmica diferencial (DTA).

Inicialmente, o corpo bruto é aquecido na, assimchamada, temperatura formadora de núcleos, na qual núcleosde cristalização são formados no vidro. Para isso, osvidros são aquecidos normalmente a uma temperatura de cercade 5 - 50 °C acima da Tgi de preferência, de 10 - 30 °Cacima da Tg, até que tenha se formado uma quantidadesuficiente de cristalitos primários. A temperatura normalde transição ao vidro desses vidros corresponde de 700 a850 °C.

O tempo de permanência para formação doscristalitos primários ou dos núcleos de cristalizaçãodepende das propriedades desejadas e corresponde,normalmente a, pelo menos, 0,5 horas, de preferência a pelomenos 1 hora, onde pelo menos 1,5 horas são especialmentepreferidas. Como tempo máximo, são previstos normalmente 3dias, onde 2 dias e, de modo particular, 1 dia sãopreferidos como duração máxima para formação dos núcleoscristalinos primários. Na maioria dos casos, uma duração de2-12 horas é suficiente.

Após a quantidade desejada de núcleos decristalização ter sido formada, o aquecimento é efetuado emuma temperatura mais elevada, na qual as fases de cristaisprimários são precipitadas. Essa temperatura se situanormalmente a pelo menos 20 °C, de preferência a pelo menos50 °C, acima da temperatura de formação dos cristalitosprimários. Em casos especiais, foi comprovado servantajoso, após a precipitação das fases de cristaisprimários (cristais secundários), de modo particularespinélio e safirina, elevar-se uma vez mais a temperatura,para assim precipitar outras fases cristalinas, como p. ex.pirocloros, pirossilicatos, xenotimio e/ou rutílio, bemcomo suas misturas, da fase de vidro residual permanecenteentre os cristais primários e/ou secundários.

Já que o corpo básico é prensado a quente paracompactação, os processos formadores de núcleos e/ou decristalização necessários podem ocorrer de modo simultâneocom a compactação através da prensagem a quente. Através deuma condução correspondente do processo de aquecimento, aceramização ocorre no local, isto é, de modo especialmenterápido e econômico.

Outro modo de fabricação vantajoso, que não partedo vidro em pó, consiste no fato de amolecer termicamente.uma placa de vidro a partir de vidro bruto e, então,incorporar sob pressão um tecido têxtil de fibras dereforço, por exemplo, por laminação na superfície do vidro.Tal procedimento é extremamente econômico, sendo facilitadoespecialmente pelo fato do vidro de partida para o vidrocerâmico descrito possuir uma menor formação de núcleos ecristalização indesejados, do que os vidros de partida comoutras composições.

0 material blindado serve para fabricação dasblindagens. Para este fim, ele é normalmente processado emconjunto com outros materiais, formando uma blindagem.Assim, por exemplo, o material blindado é fixado na formade azulejos, lâminas ou esferas sobre ou no interior de umtecido de fibras de alta resistência, como fibras dearamida ou semelhantes. 0 material blindado pode ser tambémunido no lado traseiro com placas metálicas, como alumínio,aço ou titânio, ou ser aderido com materiais compostos,como plásticos reforçados com fibra. As possibilidades decombinação com outros materiais já são em si conhecidasatravés do emprego dos materiais de cerâmica conhecidos, epertencem ao escopo de conhecimento das pessoas versadas natécnica.

Como vantagem especial do material blindado, deacordo com a invenção, deve ser, porém, ressaltado, que ovidro verde formador do vidro cerâmico, conforme já falado,é insensível a uma formação espontânea e indesejada denúcleos de cristalização. Esta propriedade permite, demaneira especialmente simples, proceder termicamente aoalívio de tensões do vidro verde antes da ceramização, econduzi-lo para sua temperatura de amolecimento e, então,deformá-lo em uma fôrma final desejada. Essa fôrma final é,então, ceramizada, podendo-se produzir materiais blindadosa partir dela, cujos materiais são especialmente adequadosao emprego planejado, por exemplo, coletes de corpo,carrocerias de veículos e semelhantes.

Exemplos 1 a 4

Diferentes vidros foram derretidos e convertidosem vidro cerâmico por um processo em si conhecido. Acomposição (em % por peso em bases óxidas) , temperatura eduração da formação de núcleos, temperatura(s) e duração dacristalização, bem como o módulo de elasticidade, adensidade, o módulo específico de elasticidade (módulo deelasticidade / densidade) , bem como também o valor Klc(resistência a fraturas) para o Exemplo 1, são apresentadosna Tabela 1 a seguir.

Exemplos 5 a 7

Diferentes compostos reforçados com fibras foramproduzidos. A composição e dados físicos são apresentadosna Tabela 2.

Tabela 1

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Tabela 2

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Claims (13)

1. Emprego de um vidro cerâmico como materialblindado, CARACTERIZADO pelo fato dele ser constituído (em% por peso com relação à base óxida) de:-5-33 de SiO2,-20-50 de Al2O3,-5-40 de MgO,-0-15 de B2O3,-0,1-3 0 de Y2O3, Ln2O3, As2O3, Nb2O5 e/ou Sc2O3, e-0-10 de P2O5.

2. Emprego de um vidro cerâmico, de acordo com areivindicação 1, CARACTERI ZADO pelo fato dele serconstituído (em % por peso com relação à base óxida) de:-5-33 de SiO2,-20-40 de Al2O3,-5-25 de MgO,-0,1-30 de Y2O3, Ln2O3, As2O3, e/ou Nb2O5,-0-15 de B2O3, e-0,1-10 de P2O5.

3. Emprego de um vidro cerâmico, de acordo com areivindicação 1, CARACTERI ZADO pelo fato dele serconstituído (em % por peso com relação à base óxida) de:-17-33 de SiO2,-20-50 de Al2O3,-8-40 de MgO,-0,1-30 de Y2O3, Sc2O3 e/ou Nb2O5 e-1-15 de B2O3.

4. Emprego de um vidro cerâmico, de acordo comqualquer uma das reivindicações 1, 2 ou 3, CARACTERIZADOpelo fato dele possuir um teor alcalino inferior a 2% empeso.

5. Emprego de um vidro cerâmico, de acordo comqualquer uma das reivindicações 1, 2, 3 ou 4, CARACTERIZADOpelo fato dele ser constituído de óxidos metálicos detransição na quantidade de até 10% em peso.

6. Emprego de um vidro cerâmico, de acordo com areivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato dos óxidosmetálicos de transição serem MnO2, Fe2O3, NiO, CoO, Cr2O3,V2O5, MoO3, WO3.

7. Emprego de um vidro cerâmico, de acordo comqualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5 ou 6,CARACTERIZADO pelo fato dele ser constituído de até 12% empeso, de modo particular, de 2 a 10% em peso de TiO2, deaté 10% em peso, de modo particular, de 1 a 8% em peso deZrO2, e/ou de até 10% em peso, de modo particular, de 1 a 8% em peso de ZnO.

8. Emprego de um vidro cerâmico, de acordo comqualquer uma das reivindicações 1 ou 2, CARACTERIZADO pelofato dele ser respectivamente constituído de até 5% em pesode CaO, SrO e/ou BaO.

9. Emprego de um vidro cerâmico, de acordo comqualquer uma das reivindicações 1, 2 ou 3, CARACTERIZADOpelo fato dele ser respectivamente constituído de até 10%em peso de CaO, SrO e/ou BaO.

10. Emprego de um vidro cerâmico, de acordo comqualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ou 9, CARACTERIZADO pelo fato dele possuir um teor de fasecristalina de 30 a 80 % em volume.

11. Emprego de um vidro cerâmico, de acordo comqualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9ou 10, CARACTERIZADO pelo fato dele ser reforçado comfibras inorgânicas.

12. Emprego de um vidro cerâmico, de acordo com areivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato das fibrasinorgânicas de reforço ser constituídas de carbono, SiC,Si3N4, Al2O3, ZrO2 e/ou fibras de tipo Sialon (Si, Al, O, N).

13. Emprego de um vidro cerâmico, de acordo com areivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato da quantidadede fibras no vidro cerâmico 5 ser constituída de até 65% emvolume.