ES2212446T3 - Blindaje protector. - Google Patents

Blindaje protector.

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ES2212446T3 ES99120390T ES99120390T ES2212446T3 ES 2212446 T3 ES2212446 T3 ES 2212446T3 ES 99120390 T ES99120390 T ES 99120390T ES 99120390 T ES99120390 T ES 99120390T ES 2212446 T3 ES2212446 T3 ES 2212446T3
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Abstract

Blindaje protector, de modo especial blindaje protector balístico de bajo peso, comprendiendo: - por lo menos un cuerpo conformado (10) de un material resistente a los disparos y - una estructura de soporte (20) para sostener juntos los cuerpos conformados (10) y para formar una estructura plana, caracterizado por el hecho de que el cuerpo conformado (10) consta de un material de fibra de carbono tejido, entrelazado, tricotado o similar que se transforma en carburo de silicio reforzado con fibras de carbono en un proceso de silicificación por infiltración.

Description

Blindaje protector.
El invento hace referencia a un blindaje protector según el preámbulo de la reivindicación 1, así como a un procedimiento para la fabricación de uno de tales blindajes protectores.
De modo especial el presente invento trata de un blindaje protector balístico de peso reducido.
La patente EP-0.045.134 A1 publica para este objeto materiales compuestos sólidos y densos que están fabricados con mezclas de silicio y carburo de silicio. Dichos materiales compuestos se caracterizan por el hecho de consistir en una matriz esencialmente homogénea de silicio y carburo de silicio en forma finamente distribuido. El porcentaje de carburo de silicio comporta del 40 al 60% en volumen mientras que el porcentaje de la envolvente de silicio está comprendido entre el 60 y el 40% en volumen. En primer lugar, el material compuesto se conforma como un cuerpo verde y a continuación se impregna con silicio fundido en presencia de carbono. El inconveniente al fabricar un material compuesto de esta manera es por un lado el elevado peso y la relativamente baja estabilidad e insuficiente resistencia a la fragmentación frente a los disparos. Por consiguiente, el material compuesto allí existente no es adecuado para una protección blindada ligera.
A través de la patente DE-3.426.457 C2 se conocen materiales laminados resistentes a los disparos a modo de formaciones planas protectoras ante disparos con un laminado textil para chalecos, placas, placas blindadas y similares contra disparos para la retención de disparos o similares de alta energía. Para que sean eficaces, con un peso lo más reducido posible, ante una serie de disparos efectuados juntos uno al otro, de modo especial disparos de núcleo duro con una elevada velocidad y por tanto con aportación de una alta energía, en el documento se propone colocar un primer material de unión entre una capa frontal metálica de cerámica y un laminado de aramida colocado debajo, cuya adherencia es por lo menos un 50% superior a la adherencia de un segundo aglomerante, que se coloca entre las capas del laminado. Para ello, la adherencia del primer aglomerante debe ser por lo menos de 60 N/5 cm. El material de unión con la más alta adherencia debe actuar cuando se aplican losetas de cerámica, de modo que las losetas destruidas también queden unidas con su masa restante a la capa superior de tejido de aramida. Las losetas colocadas no han de poder esencialmente desplazarse. Como consecuencia de la alta adherencia, este aglomerante también admite las fuerzas que aparecen en la destrucción de las losetas y las cede todas ellas a la estructura de unión del paquete protector de aramida. Por dicho motivo, el documento también propone colocar el aglomerante de alta adherencia en los resquicios existentes entre las losetas, para así reducir por un lado el roce entre los cantos de las losetas y por otro lado proporcionar una transferencia elástica de las fuerzas sin presión de las losetas sobre todo el paquete de losetas. El conocido blindaje es de fabricación muy costosa y sin embargo presenta un elevado peso superficial con un efecto protector insuficiente.
A través de la patente DE-2.943.680 A1 se conoce un elemento de blindaje de forma plana, que presenta una placa de un material duro que se quiebra a los disparos, en cuyo dorso va dispuesto un material inhibidor de los disparos. Como materiales inhibidores de los disparos se proponen tejidos especiales de fibra de aramida, que forman varias capas forjadas independientemente y tan sólo unidas debidamente entre sí. Este tejido protector tiene por objeto mantener como una construcción unida el material duro destruido o deformado por un disparo. Tampoco en este caso se consigue un suficiente efecto protector a pesar del elevado peso superficial.
A través de la patente DE-3.508.848 A1 se conoce un elemento de blindaje, que presenta una capa superior de placas de material duro de cerámica, dispuestas unas junto a otras en forma de mosaico. Esta capa superior va unida a un soporte dispuesto debajo, el cual representa una capa que admite de energía y tan solo esta conformada con la rigidez justa para soportar la unión con las placas de material duro. Al mismo tiempo, el soporte puede estar conformado como capa que admite energía, provista de poros relativamente bastos, para que, en caso de penetrar el disparo en la placa de blindaje, deba desplazar menos material. La reducida rigidez del soporte se completa con otro soporte de metal o de plástico. Un disparo que alcance el elemento de blindaje destruye las placas de material duro y queda frenado, junto con las placas de material duro, por una primera y segunda capa de soporte, de modo que estas dos capas de soporte se deforman. Un revestimiento resistente a los golpes une las placas de material duro con las capas de soporte y debe ofrecer una protección omnidireccional a la fragmentación. La construcción de este blindaje protector es relativamente cara, no obstante lo cual el efecto protector no es suficiente a pesar del elevado peso superficial.
Asimismo, la patente EP-0.376.794 A1 publica un material cerámico de varias capas, que presenta elementos sinterizados de cerámica, asociados por lo menos a una capa de un material compuesto con una estructura de refuerzo a modo de fibras en por lo menos una capa, de manera que hay una matriz cerámica dispuesta detrás de elementos sinterizados de cerámica. En este caso, la matriz cerámica consta de una unión tipo cerámica/cerámica, como por ejemplo SiC-SiC. Los elementos sinterizados de cerámica están fijados por medio de adhesivo a la matriz cerámica (CMC). El inconveniente de este material protector de cerámica vuelve a ser el alto peso superficie, junto con una efecto protector insuficiente.
Partiendo del antes citado estado actual de la técnica, el presente invento tiene por objeto presentar un blindaje protector, que puede fabricarse a un coste relativamente bajo y que sin embargo presenta un reducido peso superficial y un suficiente efecto protector.
Dicho objeto se consigue gracias al blindaje protector de acuerdo con la reivindicación 1. En la reivindicación 13 se describe un procedimiento para fabricar el blindaje protector.
El material aquí empleado se conoce, por ejemplo, a través de la patente DE-4.207.009. Un método especialmente ventajoso para la fabricación del material y de los correspondientes de materiales de este tipo, se describen en la patente, aún sin publicar, DE-19.850.468, a los cuales se hace aquí especial referencia a su manifestación global. El material se indica como S/SiC.
Una característica muy importante del blindaje C/SiC es que su tenacidad a la rotura y desgarre es muy superior, teniendo la misma dureza, en comparación con los materiales duros de cerámicas monolíticas empleados hasta ahora, como por ejemplo, óxido de aluminio, carburo de boro, carburo de silicio o nitruro de silicio. Gracias a esta elevada tenacidad al desgarre al recibir un disparo ya no se produce una completa destrucción de la capa de material duro de cerámica. A través de esta reducida destrucción del blindaje de C/SiC puede conseguirse nuevamente un efecto protector esencialmente mejor, tal como es el caso en cerámicas monolíticas hechas por medio de pulvimetalúrgica. Con el mismo efecto protector el blindaje C/SiC, que tiene ventajosamente una densidad del orden de 2 a 27 g/cm^{3} (según el contenido fibra/matriz), muestra un peso superficial esencialmente inferior a un blindaje de acero o cerámica convencional. Dicho peso superficial es inferior a 30 kg/m^{2}.
El blindaje C/SiC es hermético al gas y al líquido y no presenta ninguna porosidad. Asimismo, en comparación con los blindajes convencionales, presenta una notable resistencia a la corrosión y a los efectos atmosféricos. El blindaje resulta especialmente adecuado para proteger contra la munición de pequeño calibre, como municiones de pistolas y fusiles. En un efecto de detención de disparo para un calibre de 7,62 mmAP, el peso superficial específico es inferior a 30 kg/m^{2}. Al mismo tiempo se proporciona una protección a la fragmentación. Por consiguiente, este blindaje sirve tanto para la protección civil de personas, vehículos, etc. como también para el campo militar (tanques, helicópteros, etc.). La capa de cobertura de S/SiC sirve ventajosamente para usar en el blindaje de medios agresivos así como para el camuflaje de los equipos provistos con el blindaje. Gracias a un recubrimiento o compuesto adecuado de la capa externa de C/SiC puede conseguirse un efecto adicional para la protección contra la detección de infrarrojos y radares.
Ventajosamente, el cuerpo conformado de material C/SiC presenta en su costado exterior, que recibe los disparos, una más alta dureza, mientras que en su costado interior, el costado vuelto hacia la estructura posterior, tiene una menor dureza con una más alta capacidad de conformación y/o tenacidad a la rotura, lo cual refuerza notablemente el efecto protector. En tal caso, el cuerpo conformado se hace especialmente de manera que presenta una cantidad de fibras o fibras de refuerzo que varia desde su costado exterior a su costado interior, adaptada a su dureza y tenacidad de rotura. Esto significa que las propiedades importantes para el blindaje, tales como dureza, velocidad acústica y densidad, pueden conseguirse a través de variaciones en el contenido de fibras/matriz o fibras de refuerzo y la cantidad de SiC que reacciona en el equipamiento de fibras de carbono en función de la respectiva amenaza. Puede ajustarse la dureza, por ejemplo, entre 1000-2400 N/m^{2} y la velocidad de sonido entre 8000-11000 m/seg, gracias a la clase de fibras de refuerzo o a la cantidad de fibras aportadas en el cuerpo conformado de carbono, así como el parámetro de infiltración por medio de la silicificación.
Preferiblemente, la estructura de soporte se elige de cuerpos conformados de aramida, cuerpos conformados de GFK, cuerpos conformados de fibras de polietileno, cuerpos conformados de CFK o cuerpos conformados de metal.
La colocación de cuerpos conformados en la estructura de soporte se lleva a cabo ventajosamente por medio de un aglomerante, de modo especial y preferiblemente mediante poliuretano.
Ventajosamente, el cuerpo conformado de C/SiC está hecho de modo que tiene una dureza que va reduciéndose de fuera a dentro y una creciente capacidad de conformación y tenacidad a la rotura. Esto puede ocurrir de modo que el cuerpo conformado esté hecho por lo menos de dos cuerpos conformados de diferente dureza y tenacidad a la rotura colocados uno sobre el otro y, preferiblemente, pegados entre sí. Como alternativa, en ciertos casos, pero también adicionalmente (también en cada uno de los cuerpos conformados colocados unos sobre el otro), puede preverse una dureza y tenacidad a la rotura variable de manera esencialmente continua desde su costado exterior al interior, variando la cantidad de fibras y/o fibras de refuerzo para obtener un gradiente de C/SiC y material de unión.
El cuerpo conformado presenta una especie de contorno exterior, preferiblemente un contorno exterior rectangular o hexagonal, de modo que pueden colocarse otros cuerpos conformados yuxtapuestos, esencialmente de manera continua, para fabricar un blindaje esencialmente continuo de la capa exterior, que pueda adaptarse bien a cada forma de capa de colocación o a una construcción de soporte. Asimismo, los cuerpos conformados presentan ventajosamente contornos exteriores conformados, especialmente chaflanados o cóncavos o convexos, que pueden solaparse entre sí por los bordes de otros cuerpos conformados a fin de mejorar la penetrabilidad de la capa exterior. Preferiblemente los cuerpos conformados aplicados yuxtapuestos están unidos por sus bordes.
Preferiblemente, antes de infiltrarlo con silicio, se da al material fibroso la forma del cuerpo conformado terminado. De este modo pueden fabricarse también formas complejas, con todas las escotaduras necesarias, los espesores de pared deseados, variaciones en los espesores de pared y tamaños. La fabricación del objeto verde no requiere utillajes de alto coste y resulta económica.
Para la fabricación del blindaje protector se mecanizan cuerpos conformados de carbono, en especial placas con refuerzos de fibras de carbono, en particular refuerzo de fibras cortas y/o fieltro y/o refuerzo de tejido, que presenten los deseados tamaños y formas.
Esta mecanización puede llevarse a cabo mediante técnicas de mecanización convencionales con arranque de viruta, de modo especial por medio de torneado, fresado o aserrado. Estos semifabricados de carbono reforzado con fibras de carbono (C/C) son calentados en un horno bajo exclusión de oxigeno, particularmente al vacío, a una temperatura de más de 1405ºC y se infiltran con silicio. Con un más amplio calentamiento el carbono de los cuerpos conformados reacciona con el silicio infiltrado, por lo menos parcialmente, para convertirse en carburo de silicio, de modo que (una vez fríos) los cuerpos conformados constan de carburo de silicio reforzado con fibras de carbono. Dichos cuerpos conformados forman placas protectoras a las balas, que se pegan por medio de un aglomerante, preferiblemente mediante poliuretano, sobre placas de aramida y/o placas de GFK y/o cuerpos conformados de fibras de polietileno y/o con placas de CFK y/o placas metálicas, que sirven como estructura de soporte.
Preferentemente, se pegan entre sí dos o más de tales cuerpos conformados de C/SiC de diferente dureza y tenacidad a la rotura, a fin de formar un cuerpo compuesto, que presente una tenacidad a la rotura (y una dureza cada vez menor) en el sentido de la estructura de soporte. Alternativa (o adicionalmente) puede ajustarse tanto el infiltrado con silicio como la densidad de las fibras de carbono de modo que exista una gradiente, que proporcione una más alta tenacidad a la rotura (menor dureza) en cada uno de los cuerpos conformados. De este modo el infiltrado con silicio puede llevarse a cabo mediante las siguientes fases del procedimiento:
-
Fabricar un aglomerante líquido o adhesivo que pueda endurecerse y dotarles con carbono;
-
Recubrir partículas o grupos de partículas de un polvo de silicio o granulado de silicio con aglomerante para fabricar silicio de cesión;
-
Formar el silicio de cesión correspondiente a las superficies del cuerpo verde consistiendo de carbono reforzado con fibras de carbono para fabricar cuerpos conformados de silicio de cesión;
-
Secar y endurecer los cuerpos conformados/silicio de cesión;
-
Colocar los cuerpos conformados/silicio de cesión sobre el cuerpo verde;
-
Calentar el cuerpo verde con los cuerpos conformados/silicio de cesión a las temperaturas que se funde el silicio y además hasta que el carbono reacciona con el silicio formando carburo de silicio.
-
Infiltrar el cuerpo verde con silicio de cesión, que fluye hacia abajo sobre el cuerpo verde desde los cuerpos conformados/silicio de cesión.
En este caso, la cantidad de silicio de cesión puede ajustarse de modo que no se consiga una completa silicificación del cuerpo verde. El proceso de silicificación se produce entonces inevitablemente de modo no homogéneo. También es posible realizar la infiltración del cuerpo verde con silicio de cesión de manera que el cuerpo verde esté colocado sobre un lecho (baño) de silicio de cesión, de manera que el silicio fundido ascienda en el cuerpo verde gracias al efecto capilar del mismo. También así puede conseguirse, de una manera relativamente sencilla, ajustar un determinado gradiente respecto a la penetración del silicio y la consiguiente reacción del carbono con el silicio, de modo que puede garantizarse el deseado aumento de la tenacidad a la rotura (reducción de la dureza) desde una superficie del cuerpo conformado a la otra.
A continuación se describen ejemplos de forma de realización del invento haciendo referencia a las ilustraciones.
En las mismas:
La figura 1 es una primera forma de realización preferida del invento, vista en sección parcial;
La figura 2 es una segunda forma de realización del invento en una representación similar a la de la figura 1, para explicar diferentes posibilidad para la conformación de los bordes; y
La figura 3 es una tercera forma de realización para explicar una construcción de varias capas o no homogénea.
En la siguiente descripción se utilizan los mismos números de referencia para piezas iguales o equivalentes.
La forma de realización del blindaje protector representado en la figura 1 comprende los cuerpos conformados 10, fabricados según el procedimiento arriba descrito, que están pegados por medio de una película adhesiva 13 sobre una estructura de soporte 20. Los bordes 14 de los cuerpos conformados limítrofes 10 se mantiene juntos por medio de películas adhesivas 12. Sobre la superficie superior (en el costado que recibe los disparos) hay una película adhesiva elástica 11.
En la figura 2 aparecen diversas formas de bordes 14, 15 ó 16, que de nuevo sirven para formar estructuras planas (14, 16) o para formar estructuras curvadas (15). Pueden preverse multitud de estructuras de esta clase, para la fabricación de cuyas estructuras son adecuados los blindajes protectores y el procedimiento de acuerdo con el invento, puesto que los cuerpos verdes consisten únicamente de carbono y por tanto pueden conformarse muy fácilmente con herramientas convencionales (especialmente con arranque de viruta). También es posible no fabricar cuerpos conformados planos 10 (tal como aparecen en las ilustraciones), sino también curvados a voluntad mediante la correspondiente fabricación de las piezas en bruto reforzadas con fibras de carbono.
La forma de realización del invento representada en la figura 3 se diferencia de las formas de realización de las figuras 1 y 2 por el hecho de que los cuerpos conformados 10 están divididos en un cuerpo conformado superior 10 y un cuerpo conformado inferior 10', los cuales presentan respectivamente diferentes contenidos de fibras. El cuerpo conformado superior 10 tiene sobre el costado que recibe los disparos un reducido contenido de fibras y por tanto una mayor dureza que el cuerpo conformado inferior 10', que a su vez vuelve a poseer una alta tenacidad a la rotura. La unión entre los cuerpos conformados superior e inferior puede realizarse por medio de una capa de adhesivo. También es posible apilar ambos cuerpos conformados 10 y 10' aplicando una capa intermedia de silicio y después del correspondiente calentamiento en un horno al vacío por encima de la temperatura de fusión del silicio conseguir que, por decirlo de algún modo, se suelden entre sí. Finalmente, también es posible (sin embargo apenas representable en los dibujos) fabricar los cuerpos conformados de manera que tengan un contenido de fibras que varíe gradualmente con la profundidad (en dirección a la estructura de soporte 20) con un aumento de la tenacidad a la rotura y una reducción de la dureza.
Lista de referencias
10 Cuerpo conformado C/SiC
11 Película adhesiva elástica
12 Película adhesiva
13 Película adhesiva
14-16 Borde
20 Estructura de soporte

Claims (17)

1. Blindaje protector, de modo especial blindaje protector balístico de bajo peso, comprendiendo:
- por lo menos un cuerpo conformado (10) de un material resistente a los disparos y
- una estructura de soporte (20) para sostener juntos los cuerpos conformados (10) y para formar una estructura plana,
caracterizado por el hecho de que el cuerpo conformado (10) consta de un material de fibra de carbono tejido, entrelazado, tricotado o similar que se transforma en carburo de silicio reforzado con fibras de carbono en un proceso de silicificación por infiltración.
2. Blindaje protector de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el cuerpo conformado (10) presenta en su costado exterior, que recibe los disparos, una mayor dureza y en su costado interior, vuelto a la estructura de soporte, una menor dureza con una superior capacidad de deformación y/o tenacidad a la rotura.
3. Blindaje protector de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el cuerpo conformado presenta una cantidad de fibras y/o fibras de refuerzo, adecuada a su dureza y tenacidad a la rotura, que varía desde su costado exterior a su costado interior.
4. Blindaje protector de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el cuerpo conformado (10) consta de por lo menos dos cuerpos conformados (10, 10') colocados uno sobre el otro, y ventajosamente pegados entre sí, de diferente dureza y tenacidad a la rotura.
5. Blindaje protector de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el cuerpo conformado presenta una dureza y tenacidad a la rotura que varía de manera esencialmente continua desde su costado exterior a su costado interior.
6. Blindaje protector de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que la estructura de soporte se elige de cuerpos conformados de aramida, cuerpos conformados de GFK, cuerpos conformados de fibras de polietileno, cuerpos conformados de CFK, cuerpos conformados de metal.
7. Blindaje protector de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el cuerpo conformado (10) se adhiere a la estructura de soporte (20) por medio de un aglomerante (13), preferiblemente por medio de poliuretano.
8. Blindaje protector de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el cuerpo conformado (10) tiene un contorno externo hecho preferiblemente a modo de un rectángulo o un hexágono de modo que el contorno exterior permite la colocación de otros cuerpos conformados (10) esencialmente de manera continua.
9. Blindaje protector de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado por el hecho de que el cuerpo conformado (10) está hecho de modo que presenta especialmente contornos externos o bordes (14, 15, 16) chaflanados o cóncavos o convexos que pueden yuxtaponerse con los bordes (14, 15, 16) de otros cuerpos conformados (10) hechos de la forma correspondiente.
10. Blindaje protector de acuerdo con una de las reivindicaciones 8 ó 9, caracterizado por el hecho de que los cuerpos conformados (10) yuxtapuestos entre sí están pegados (película adhesiva 12) uno al otro por sus bordes (14, 15, 16).
11. Blindaje protector de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que se da al material en fibras la forma del cuerpo conformado terminado antes de infiltrarlo con silicio.
12. Blindaje protector de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el cuerpo conformado tiene una densidad de 2 a 2,7 g/cm^{3}.
13. Procedimiento para la fabricación de un blindaje protector que comprende las fases:
-
Fabricar por lo menso un cuerpo verde de carbono reforzado con fibras de carbono, que por lo menos es parcialmente poroso, de modo que las fibras constan especialmente de un material fibroso de carbono de tejido, tejido de punto, género de punto o similar;
-
Formar el silicio de cesión correspondiente a las superficies del cuerpo verde consistiendo de carbono reforzado con fibras de carbono para fabricar cuerpos conformados de silicio de cesión;
-
Calentar el cuerpo verde en un horno cerrado al oxígeno, de modo especial al vacío, a temperaturas de más de 1405ºC;
-
Infiltrar el cuerpo verde con silicio líquido;
-
Calentar más el cuerpo verde con silicio infiltrado hasta que el silicio haya reaccionado por lo menos parcialmente con el carbono;
-
Enfriar el cuerpo conformado y pegarlo sobre una estructura de soporte.
14. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado por las otras fases de proceso siguientes:
-
Fabricar un aglomerante líquido o adhesivo que pueda endurecerse y dotarse con carbono;
-
Recubrir partículas o grupos de partículas de un polvo de silicio o granulado de silicio con aglomerante para fabricar silicio de cesión;
-
Aportar el silicio de cesión sobre el cuerpo verde, antes de colocarlo en el horno para calentarlo.
15. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado por el hecho de que el silicio de cesión es conformado y en determinados casos secado y/o endurecido antes de aportarlo sobre el cuerpo verde.
16. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado por el hecho de que el cuerpo verde se coloca en un baño de silicio para infiltrarlo con silicio de tal modo que dicho silicio asciende en el cuerpo verde con motivo de la capilaridad.
17. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado por el hecho de que el silicio se aplica de tal modo o se interrumpe prematuramente el proceso de infiltración o silicificación que se obtiene una estructura vertical no homogénea.
ES99120390T 1998-10-14 1999-10-13 Blindaje protector. Expired - Lifetime ES2212446T3 (es)

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DE19850468 1998-11-02
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