ITMI20072194A1 - Materiale di corazzatura e procedimento pe rla sua produzione - Google Patents

Description

Descrizione dell’invenzione industriale avente per titolo:

“Materiale di corazzatura e procedimento per la sua produzione”

Riassunto del trovato

L’invenzione riguarda la fornitura di corazzatura o blindatura che sia leggera e presenti una microstruttura più densa che sia migliorata rispetto a materiali ceramici compositi, A tal fine, è fornita una corazzatura contro elevati carichi dinamici ad impulsi, che comprende un materiale composito avente almeno due fasi, la prima fase formando una matrice per la seconda fase, la prima fase essendo costituita da un vetro o da una vetroceramica e la seconda fase essendo annegata e distribuita sotto forma di particelle e/o di fibre nella matrice formata dal materiale della prima fase.

(Figura 7)

Descrizione del trovato

L’invenzione riguarda in generale corazzature o blindature, in particolare corazzature contro elevati carichi impulsivi dinamici, basate su materiali vetrosi o materiali vetroceramici. Le corazzature o blindature sono generalmente realizzate come una struttura laminale avente un materiale duro, come un substrato o supporto. Tessuti di fibre aramidiche, reti di acciaio, o anche piastre di acciaio, ad esempio, sono impiegati in qualità del substrato. Queste corazzature sono usate, ad esempio, per protezione personale, ad esempio per un giubbetto antiproiettile, o per proteggere oggetti come veicoli e apparecchi volanti. È importante in tutti questi campi d’uso che le corazzature non abbiano a divenire eccessivamente pesanti e che al tempo stesso abbiano elevata resistenza meccanica.

Il brevetto statunitense US 4 473 653 A descrive una corazzatura avente una vetroceramica di alluminosilicato dì litio e la sua produzione. È pure noto proteggere apparecchi volanti, come ad esempio elicotteri, mediante corazzature contenenti carburo di boro. In generale, a tal fine è impiegata una ceramica contenente ossido di alluminio (Al203), carburo di silicio (SiC), carburo di boro (B4C) e boruro di titanio (TIB2). Questi materiali sono relativamente leggeri, ma sono anche estremamente costosi a causa della loro complicata produzione. Corazzature costituite da materiale ceramico composito sono pure descritte nel brevetto statunitense US 5 763 813 A.

Nel caso dei materiali ceramici a impieghi multipli, per corazzature o armature antibalistiche, ad esempio corazzature contro elevati carichi dinamici impulsivi, come ad esempio contro l’impatto di proiettili, sussiste il problema generale che la ceramica presenta ancora una certa porosità. I pori possono in questo caso costituire punti deboli, che favoriscono la propagazione di incrinature in seguito a impatto dì un proiettile. Particolarmente nel caso di materiali ceramici compositi, si verifica inoltre il problema che la matrice ceramica frequentemente non racchiude perfettamente l’ulteriore fase come, ad esempio, fibre annegate, poiché il materiale ceramico non è in grado di scorrere in seguito a sinterizzazione. Porosità aumentata può perciò verificarsi proprio con tali materiali ceramici. In aggiunta, molti materiali ceramici adatti per corazzature hanno un elevato peso. Così, la densità della ceramica di ossido di alluminio è di approssimativamente 4 g/cm<3>.

Perciò, lo scopo dell’invenzione è quello di fornire una corazzatura contro elevati carichi dinamici impulsivi, ad esempio contro bombardamento, che sia leggera e presenti una microstruttura più densa, e che sta migliorata rispetto a materiali ceramici compositi. Tale scopo è raggiunto in un modo sorprendentemente semplice dall’oggetto delle rivendicazioni indipendenti. Vantaggiosi perfezionamenti e sviluppi dell’invenzione sono specificati nelle rispettive rivendicazioni dipendenti.

L’invenzione fornisce così una corazzatura o corazza preferibilmente sagomata a piastra contro elevati carichi dinamici impulsivi, che comprende un materiale composito avente almeno due fasi, la prima fase formando una matrice per la seconda fase, e la prima fase essendo un vetro o una vetroceramica, la seconda fase essendo annegata e distribuita sotto forma di particelle e/o di fibre nella matrice formata dal materiale della prima fase. Tale corazzatura è prodotta miscelando fibre e/o particelle con materiale polverulento che forma vetro o vetroceramica, e la miscela essendo riscaldata in modo tale che dal materiale che forma vetro o vetroceramica è formata una fase di vetro o vetroceramica fluida suscettibile di scorrere, che riempie gli interspazi tra le fibre e/o le particelle in modo tale che, dopo raffreddamento, le fibre e/o particelle sono annegate-incapsulate e distribuite nella fase vetrosa o vetroceramica solidificata.

Diversamente da convenzionali corazzature ceramiche, la presente corazzatura fornisce il vantaggio che interspazi tra le fibre e/o particelle dell’almeno un’ulteriore fase del materiale composito possono essere riempite sostanzialmente più efficacemente grazie alla scorrevolezza o fluidità del materiale formante vetro o vetroceramica, rispetto al caso della sinterizzazione di una ceramica. Il processo inventivo può essere chiamato sinterizzazione in fase liquida, poiché il vetro o la vetroceramica è perlomeno semifluido/a durante la sua cristallizzazione. Conseguentemente, è effettuato riempimento denso con una bassa frazione di pori tra le fibre e/o le particelle della seconda fase. In questo caso è possibile ottenere una densità del materiale composito superiore al 99% della densità teorica di un corpo non poroso con i componenti usati. Un sostanziale vantaggio dell’invenzione è, inoltre, che con i materiali compositi vetrosi o vetroceramici descritti, la densità del materiale può non di meno essere mantenuta inferiore a 3,5 g/cm<3>, anche quando sono impiegate particelle di acciaio o fibre di acciaio nella matrice di vetro o vetroceramica. Se sono impiegate particelle o fibre differenti da fibre di acciaio, ad esempio particelle di acciaio, la densità dei materiale può essere ridotta sostanzialmente in grado ancora maggiore. Conseguentemente, il materiale è superiore a molte corazzature ceramiche grazie al suo basso peso.

Una migliore connessione delle due fasi, ossia tra le fibre/partìcelle e la matrice di vetro o di vetroceramica, è ottenuta, in particolare, mediante la microstruttura più densa. Un’elevata tenacità a frattura contro elevati carichi meccanici dinamici, come si verifica in seguito a impatto da parte di un proiettile, è così ottenuta. La caratteristica comune di tutti gli sviluppi dell’invenzione come è descritto in seguito è, tra l’altro, che il materiale di corazzatura è realizzato additivamente dai suoi componenti individuali.

Per produrre le corazzature multifasi inventive, i componenti sono miscelati e la miscela viene sottoposta a trattamento termico. Specificatamente, vi sono molti differenti modi per produrre materiali multifasi contenenti vetro o vetroceramica. Una possibilità preferita è quella di produrre la corazzatura mediante compressione isostatica a caldo della miscela. La pressione esercitata sulla miscela durante la compressione isostatica a caldo favorisce il flusso del materiale vetroso. In uno sviluppo o perfezionamento di tale forma di realizzazione dell’invenzione, una porzione della miscela può essere sottoposta ad un processo di compressione a secco. Il corpo sagomato compresso può quindi essere finito mediante compressioni isostatiche in un ulteriore fase di fabbricazione. Alternativamente, è pure possìbile produrre in qualità di prodotto preliminare un corpo preliminare della miscela, o un “prepreg”, ed è possibile successivamente pressare uniassialmente a caldo il corpo preliminare.

In ciascun caso, un corpo preliminare può dapprima essere prodotto dalla miscela mediante compressione ìsostatica a freddo e successivamente essere sinterizzato mediante riscaldamento, ad esempio in un modo isostatico a caldo o sotto compressione a caldo uniassiale o anche senza pressione. Nel caso della compressione isostatica a freddo, a pressionì di almeno 500 atmosfere, preferibilmente almeno 200 atmosfere sono preferibilmente esercitate nella pressa sulla miscela, per ottenere una microstruttura quanto più densa possibile anche prima della sinterizzazione.

Come ulteriori fasi del materiale composito che sono miscelate con il materiale formante vetro o vetroceramica per produrre la corazzatura, è data particolare considerazione ai materiali seguenti:

fibre di carbonio, fibre dure, come fibre costituite da SiC (carburo dì silicio), Si3N4(nitruro di silicio), Al203(ossido di alluminio), Zr02(ossido di zirconio) nitruro di boro e/o mullite in qualità di componente principale, appropriatamente con miscele di Si, Ti, Zr, Al, 0, C, N, ad esempio fibre del tipo sialon (Si, Al, O, N), fibre di vetro, fibre metalliche come, in particolare, fibre di acciaio, particelle metalliche, particelle dure come, in particolare, particelle costituite nei summenzionati materiali di fibre dure. In modo particolarmente vantaggioso i summenzionati materiali possono pure essere combinati fra loro.

Fibre di carbonio e fibre o particelle di carburo di silicio hanno coefficienti di dilazione termica relativamente bassi. Per ridurre le sollecitazioni interne nei materiale tra le fibre e/o le particelle e la matrice circostante, è particolarmente favorevole, nel caso di tali materiali della seconda fase, impiegare una matrice di vetro o vetroceramica con un basso coefficiente lineare di dilazione termica preferibilmente inferiore a 10*1 0<'6>/K.

Lo scopo e il cuore dell'invenzione è quello di fissare la natura a multifasi in modo adatto così da ottenere un’elevata tenacità a frattura e pertanto, da ultimo, una resistenza a bombardamento e/o un’elevata resistenza ad elevati carichi meccanici e dinamici. Se sono annegate particelle metalliche e/o fibre metalliche ciò è ottenuto mediante componenti alternativamente duttili e fragili. Nel caso di vetri e vetroceramiche rinforzate con fibre, l’elevata tenacità a frattura contro elevati carichi dinamici è ottenuta mediante un effetto di “pull-out” o di estrazione, che assorbe fortemente energia. Meccanismi elementari pertinenti nel materiale composito sono ad esempio deflessione delle incrinature, ramificazione delle incrinature, arresto delle incrinature e dissipazione di energia. Addizionalmente, a causa delle differenti velocità del suono nei materiali individuali del materiale composito, si verificano diffusione e dispersione dell’onda d’urto prodotta durante l’impatto, e pertanto l’onda d’urto viene indebolita.

Particolarmente adatti come particelle sono trucioli metallici preferibilmente aventi dimensioni sino ad una lunghezza di 1 cm, Questi trucioli metallici possono assorbire grandi quantità di energia cinetica mediante deformazione. Nel caso di fibre in qualità di componente della seconda fase, sono preferite dimensioni minori invece di fili. In particolare, possono essere impiegate fibre aventi diametri inferiori a 0,2 millimetri. Le fibre sottili possono così essere miscelate in numero maggiore. Ciò è vantaggioso per effettuare una distribuzione delle forze in un gran numero di direzioni differenti.

Le fibre possono essere fibre corte, lunghe e senza fine. Le fibre possono essere annegate o incapsulate in modo ordinato oppure disordinato. Vi sono, a vicenda, varie possibilità per disposizione di fibre ordinate, con fibre non metalliche, come ad esempio tessuti-tessuti, tessuti a maglia o tessuti non tessuti. Ad esempio è possibile impiegare tessuti a strati incrociati (tessuti a 0790°) o tessuti con angoli delle fibre di 07457907135°.

Le vetroceramiche sono generalmente distinte da elevati valori di base del modulo di elasticità, e sono perciò estremamente bene adatte per attuare corazzatura contro carichi impulsivi dinamici elevati. Tuttavia, si nota che le vetroceramiche, in forma cristallizzata, possono essere sinterizzate generalmente solamente con difficoltà, o anche non lo possono essere, in particolare quando sia impiegato il processo di sinterizzazione in fase liquida inventiva nel qual caso è previsto che il materiale formante vetroceramica sia liquido almeno per un certo tempo.

Tuttavia, tale problema può essere risolto, secondo un perfezionamento dell’invenzione, grazie al fatto che polvere di un vetro dì partenza per la vetroceramica viene impiegata in qualità di materiale formante vetroceramica, e una ceramizzazione del vetro di partenza si verifica durante il riscaldamento della miscela. Conseguentemente in questo caso, il vetro di partenza, che è pure chiamato vetro “verde” è dapprima formato quando la miscela viene riscaldata. Questo vetro verde può quindi scorrere negli interstizi tra le particelle e/o le fibre della seconda fase prima che abbia luogo completa ceramizzazione. Quando il materiale composito viene prodotto la temperatura è preferibilmente in modo tale che ceramizzazione almeno parziale del vetro verde abbia luogo durante il riscaldamento della miscela, ad esempio sotto compressione isostatica o uniassiale.

Nel caso di vetroceramiche come matrice, vi è pure l’idea, in particolare, di impiegare vetroceramiche differenti da vetroceramiche MAS (vetroceramiche di magnesio-alluminiosilicato). Vetroceramiche di Ca0-Al203-Si02o vetroceramiche di Mg0-Ca0-BaG-AI203-Si02sono sistemi dì materiali adatti per la matrice di vetroceramica rispetto alle summenzionate vetroceramiche di Mg0-Al203-Si02(vetroceramiche di MAS). Un ulteriore vetro o vetroceramiche particolarmente adatta per l’invenzione è rappresentata dalle vetroceramiche contenenti Mg-AI, che includono una fase spinello, preferibilmente spinelli a base di MgAI204. Queste cristalliti sono distinte da un elevato modulo di elasticità. A causa delle cristalliti aventi struttura a spinello, queste vetroceramiche si rilevano sorprendentemente particolarmente stabili contro elevati carichi dinamici impulsivi in unione con le particelle e/o fibre incorporate.

Vetroceramiche come, ad esempio, vetroceramiche cordieritiche che possono essere trattate per formare un materiale composito estremamente duro con la miscela di particelle dure. Particelle contenenti ossido di zirconio sono particolarmente adatte per tale vetroceramica. Fibre e/o componenti duttili come particelle metalliche sono particolarmente in questo caso adattati per migliorare la tenacità a frattura del materiale e in realtà duro, ma pure fragile.

La temperatura di processo massima nel riscaldamento della miscela per produrre il materiale di corazzatura è preferibilmente scelta con l’ausilio della temperatura di trattamento o un’altra caratteristica adatta del profilo dipendente dalla temperatura della viscosità del vetro usato. Ciò garantisce che la fusione di vetro possa scorrere sufficientemente bene nell'Interstìzio tra gli altri componenti in particolare le particelle e/o le fibre dell’ulteriore fase. In questo caso, 800°C possono già essere sufficienti come temperatura di trattamento per cosiddetti vetro a bassa Tg (vetri con una bassa temperatura di trasformazione inferiore a 560°C). Le temperature di trattamento superiori a 1200°C sono preferite per molti altri vetri tecnici. È preferito impiegare in qualità di temperatura di trattamento una temperatura per la quale la viscosità sia inferiore o uguale al punto di Littleton di η = 10<76>dPas-s.

Alternativamente o addizionalmente airimpiego di polvere di vetro per produrre la miscela con le fibre e/o le particelle, è pure possibile impiegare una miscela dei materiali di partenza per un vetro o una vetroceramica come materiale formante vetro o vetroceramica, e miscelarlo con le fibre e/o granuli. In questo caso, il vetro è quindi prodotto in seguito a riscaldamento della miscela alla temperatura richiesta per la produzione del vetro stesso. Vetri contenenti acido borico come, ad esempio e in particolare vetri borosilicatici, sono vetro particolarmente adatti per produrre la corazzatura inventiva, o la matrice di essa, per le fibre e/o particelle incorporate. L’elevata resistenza agli urti termici del vetro borosilicatico risulta vantaggioso rispetto alla resistenza ad elevati carichi dinamici come quelli che si verificano in seguito a impatto da parte di un proiettile. Polvere di vetro borosilicatico può essere in qualità di materiale formante vetro per produrre tale corazzatura. Alternativamente o addizionalmente, è pure possibile miscelare i materiali di partenza per vetro borosilicatico con le fibre e/o le particelle in modo tale che il vetro borosilicatico si formi dai materiali di partenza in seguito a riscaldamento della miscela. Campi preferiti di composizione di questi vetri in percentuale in peso su una base d’ossido sono 70-80% in peso di Si02, 7-13% in peso di B203J4-8% in peso di ossidi alcalini e 2-7% in peso di Al203. Questi vetri, che includono pure i vetri noti con le denominazioni commerciali di “Pyrex” e “Duran”, hanno un coefficiente di dilazione termica lineare nel campo di 3-5 * 10<'6>/K e una temperatura di transizione allo stato vetroso nel campo da 500°C a 60Q°C.

È pure possibile impiegare vetri alluminosilicatici in qualità di matrice. In questo caso sono preferiti vetri che presentano la seguente composizione in percentuale in peso su una base di ossidi: 50-55% in peso di Si02, 8-12% in peso di B203, 10-20% in peso di ossidi di metalli di alcalino-terrosi, e 20-25% in peso di Al203.

Inoltre, è pure considerato l’impiego di vetro silìcatico alcalino alcalino-terrosi per la matrice di vetro della prima fase della corazzatura. Composizioni preferite sono comprese nel campo di 74 ± 5% in peso di Si02, 16 ± 5% in peso di Na20, 10 ± 5% in peso di CaO. Questi vetri sono particolarmente favorevoli per costo e, tra l’altro, consentono pure la produzione economica di corazzature di grande area. Nuovamente, il coefficiente di dilatazione termica lineare è generalmente ancora inferiore a 10*10<‘6>/K.

Inoltre, è pure possibile impiegare vetro basaltico o un vetro di partenza per lana di roccia.

Se il proiettile colpisce la corazzatura, la sua energia cinetica viene dissipata quando esso penetra nel materiale della corazza. L’effetto della corazzatura o blindatura può perciò essere migliorato prevedendo che la sua microstruttura abbia a variare nella direzione lungo la direzione da cui il proiettile impatta, ossia generalmente in una direzione perpendicolare al lato esposto della corazzatura. In particolare è pure vantaggiosamente possibile che la densità, la composizione o le dimensioni delle fibre e/o delle particelle abbiano a variare lungo questa direzione. In questo caso, per densità variabile si intende variazione delia densità delle particelle e/o delle fibre. Così, la corazzatura può avere una struttura sagomata a piastra, le fibre o particelle essendo disposte con densità variabile perpendicolarmente ad una superficie laterale della corazzatura sagomata a piastra.

Una frazione volumetrica preferita della seconda fase, ossia la frazione volumetrica delle fibre e/o delle particelle incorporate nella matrice è nel campo da 10 a 70% in volume.

Una corazzatura inventiva contro elevati carichi impulsivi dinamici è particolarmente adatta per l’impiego in un dispositivo per la protezione personale in particolare per indumenti corazzati o blindati come giubbetti corazzati per la corazzatura di veicoli ed apparecchi volanti. Un desiderio comune di un basso peso è comune in tali applicazioni. In particolare, le corazzature ceramiche contenenti carburo di boro, leggere ma estremamente costose, possono essere qui sostituite dall’invenzione.

Inoltre, è pure possibile che una pluralità di differenti materiali compositi inventivi, aventi una matrice di vetroceramiche preferibilmente fibre e/o particelle distribuite in entrambi i materiali abbiano ad essere disposti uno sull’altro per produrre un materiale composito particolarmente efficace. Ad esempio, due materiali compositi sagomati a piastra inventivi possono essere sovrapposti l’uno sull’altro. Ciò può essere attuato direttamente oppure con l'ausilio di un materiale intermedio. Virtualmente qualsiasi sagoma desiderata del materiale composito può essere prodotta mediante il procedimento di produzione inventivo mediante sinterizzazione in fase liquida di una miscela avente un materiale, formante vetro o vetroceramica, e fibre e/o particelle.

Un effetto sinergico particolare può essere prodotto se sono impiegate fibre e/o particelle metalliche come componente della seconda fase. Grazie alla loro duttilità, i componenti metallici non solo agiscono fortemente per assorbire energia ma possono pure accelerare il procedimento di produzione. In questo caso, specificatamente, la miscela con il materiale polverulento, che forma una matrice di vetro o vetroceramica, per essere riscaldato induttivamente, le fibre e/o particelle metalliche essendo riscaldate mediante il campo elettromagnetico del riscaldamento ad induzione, e fornendo in uscita il calore al materiale circostante. Poiché energia è in questo modo introdotta direttamente ne! volume della miscela, il riscaldamento può essere attuato assai rapidamente e, inoltre, in modo assai omogeneo.

L’invenzione sarà spiegata più dettagliatamente in seguito con l’ausilio di forme di realizzazione esemplificative con riferimento ai disegni acclusi, in cui i medesimi numeri di riferimento si riferiscono alle medesime parti o a parti simili, in cui:

le figure da 1 a 3 illustrano fasi di produzione per un materiale dì corazzatura composito,

la figura 4 illustra corazzatura con una distribuzione variabile del materiale composito,

la figura 5 illustra un materiale composito rinforzato con un tessuto,

la figura 6 illustra un materiale composito avente due materiali compositi, e

la figura 7 illustra un esempio di corazzatura contro elevati carichi dinamici impulsivi sotto forma di un giubbetto antiproiettile.

Le figure da 1 a 3 mostrano fasi di produzione per corazzatura contro elevati carichi dinamici impulsivi con l’ausilio di un materiate composito contenente almeno due fasi, la prima fase formando una matrice per la seconda fase, e la prima fase essendo un vetro o una vetroceramica, e la seconda fase essendo annegata e distribuita sotto forma di particelle e/o fibre nelle matrice formata dal materiale delia prima fase. Come è illustrato schematicamente con l’ausilio delle figure da 1 a 3, la produzione è basata sul fatto che fibre e/o particelle sono miscelate con materiale polverulento che forma vetro o vetroceramica, e la miscela è riscaldata in modo tale che sia formata dal materiale che forma vetro o vetroceramica una fase di vetro o vetroceramica fluida riempiente gli interspazi tra le fibre e/o particelle in modo tale che, dopo raffreddamento, le fibre e/o le particelle siano annegate e distribuite nella fase di vetro o vetroceramica solidificata.

Come è rappresentato in figura 1, sono dapprima fornite le componenti impiegate per la miscela. Nel caso dell’esempio rappresentato, questi sono polvere di vetro con particelle di vetro 3, particelle dure 5, particelle metalliche 7 e fibre 9. Vetro borosilicatico polverizzato, ad esempio, può essere impiegato come polvere di vetro. Analogamente, un vetro verde polverizzato per una vetroceramica, ad esempio una vetroceramica di cordierite, o una soluzione solida ad alto tenore di quarzo, o vetroceramica formante cristalliti con struttura a spinello possono essere qui impiegati. Le particelle 8 e le fibre 9 dure possono rispettivamente contenere SiC, Si3N4, Al203, Zr02, nitruro di boro e/o munite in qualità di componenti principali. Alternativamente 0 in aggiunta a fibre dure, è pure possibile impiegare fibre metalliche come, in particolare, fibre di acciaio e/o fibre di carbonio. Le fibre sono preferibilmente sottili con diametri di a! massimo 0,2 millimetri. Inoltre, le particelle metalliche 7 possono essere presenti sotto forma di chip o trucioli, preferibilmente con dimensioni di sino ad una lunghezza di 1 cm.

Come è illustrato in figura 2, i componenti illustrati in figura 1 sono successivamente miscelati e compressi in una pressa tra due semistampi di compressione 13, 15 in un modo isostatico a freddo per formare un corpo preliminare 11. Questo corpo sagomato 11 è successivamente riscaldato oltre la temperatura di rammollimento Tgdel vetro in maniera tale che il vetro diviene fluido e riempie le intercapedini o discontinuità rimanenti tra le particelle 5, 7 e le fibre 9. Se impiegato un vetro di partenza o vetro verde di una vetroceramica, il riscaldamento, è preferibilmente condotto in maniera tale che abbia pure a verificarsi ceramizzazione del vetro.

La miscela delle particelle metalliche 7 in questo caso consente di eseguire il riscaldamento per via induttiva mediante una bobina di induzione 19 circondante lo stampo di compressione, li campo elettromagnetico alternato riscalda le particelle metalliche 7 direttamente mediante correnti indotte nelle particelle stesse. Le particelle metalliche cedono il loro calore al materiale circostante in modo tale che sono ottenuti una rapida compensazione della temperatura e riscaldamento omogeneo. Indipendentemente dal procedimento di compressione, è generalmente preferito impiegare per il riscaldamento induttivo correnti di alta o media frequenza per eccitare la bobina di induzione 19 con frequenze nel campo da 5 a 500 kHz.

Il materiale composito piastriforme risultante 2 della corazzatura 1 è illustrato in figura 3. Scorrimento del vetro produce una matrice di vetro o vetroceramica 20 in cui le particelle 5, 7, 9 sono annegate distribuite.

La matrice di vetro o vetroceramica 20 è estremamente dura, ma anche fragile. La durezza del materiale è ulteriormente aumentata localmente mediante le particelle dure incorporate. Queste particelle hanno un effetto distruttivo su un proiettile impattante. In aggiunta, grazie alla loro duttilità, le particelle metalliche 7 agiscono in modo da assorbire energia e distribuire le forze trasferite dal proiettile sul materiale. Da ultimo, le fibre 9 aumentano la tenacità a frattura con riferimento agli elevati carichi di impatto dinamici in seguito all’impatto del proiettile.

Una variante dell’esempio rappresentato in figura 3 è illustrata in figura 4. Nel caso di questa variante, le particelle 5, 7 e le fibre 9 non sono, come con l’esempio rappresentato in figura 3, distribuito in modo omogeneo attraverso il volume del materiale composito piastriforme della corazzatura 1 con lati 21 , 22. Piuttosto le fibre 9 e/o le particelle 5, 7 presenta una densità variabile in una direzione perpendicolare ad un lato esposto della corazzatura. Il lato esposto, ossia la superficie che è rivolta verso l’esterno nel caso della corazzatura e su cui un proiettile quindi impatta net caso di un bombardamento può, ad esempio, essere il lato 21 nel caso della corazzatura 1 rappresentata in figura 4. Come è possibile osservare da figura 4, la densità delle particelle 5, 7 aumenta muovendosi dal lato 21 al lato 22, mentre la densità delle fibre 9 aumenta lungo questa direzione in modo tale che la massima concentrazione di fibre è presente nella regione del iato 22 ossia il lato posteriore, ad esempio. Se un proiettile colpisce il lato 21, allora le particelle dure 5 nella matrice di vetro o vetroceramica dura 20 agiscono per distruggere il proiettile, mentre le particelle metalliche duttili 7 operano per assorbire energia per deformazione.

In aggiunta, grazie alla differente densità della matrice 20 delle particelle 5, 7, la conseguente onda d’urto è dispersa sulle particelle in modo tale che l’onda d’urto impatta il lato posteriore 22 con intensità ridotta. Le fibre 9, che sono annegate sul lato posteriore con una densità delle particelle più alta, aumentano la tenacità a frattura in questa zona e consentono ai seguenti carichi utensili lungo il lato posteriore di essere assorbiti. Ciò impedisce al materiale composito di lacerarsi in pezzi, cosa questa che determinerebbe il passaggio del proiettile.

Ancora un altro sviluppo o perfezionamento è illustrato, in figura 5, in cui le fibre 9 sono annegate nella matrice del materiale composito 2 sotto forma di un tessuto di fibre dure 90. A tal fine, lo stampo di compressione per produrre il corpo iniziale del materiale composito può essere riempito parzialmente con il materiale polverizzato 3 formante vetro o vetroceramica, il tessuto 90 può essere inserito, e lo stampo di compressione può quindi essere ulteriormente riempito con materiale 3 formante vetro o vetroceramica. Particelle dure 5 e/o particelle metalliche 7 possono, a loro volta, essere miscelate con il materiale 3 formante vetro o vetroceramica. Piastre di vetro o vetroceramica sono per altro generalmente prodotte mediante laminazione, nel caso di una vetroceramica mediante laminazione di una piastra di vetro verde che è successivamente ceramizzata. Sono così ottenuti corpi sagomati a piastra con superfici piatte.

La figura 6 illustra un materiale composito per corazzatura avente due piastre posizionate l’una sull’altra e costituite da vari materiali compositi inventivi 200 e 201. Ad esempio, i materiali compositi 200 e 201 possono rispettivamente presentare vari materiali di vetro e/o vetroceramica. Alternativamente o in aggiunta, i materiali possono differire relativamente alla dimensione e/o alla composizione e/o ai materiali delle particelle e/o delle fibre annegate o incapsulate. I due materiali compositi possono essere vantaggiosamente essere fusi direttamente l’uno sull’altro. A tal fine, ad esempio, può essere prodotto un corpo preliminare che presenta strati corrispondentemente differenti ad esempio strati con materiali differenti formanti vetro o vetroceramica. Questo corpo preliminare può essere quindi convertito mediante sinterizzazione in fase liquida nel materiale composito, o in questo caso in un complesso avente una pluralità di materiali compositi. In aggiunta, è facile posare almeno due materiali compositi individualmente prodotti 200, 201 uno sull’altro e tenerli assieme mediante un adatto supporto o substrato.

La figura 7 illustra un esempio di corazzatura contro elevati carichi dinamici impulsivi con l'ausilio del materiale composito inventivo è sotto forma di un giubbetto antiproiettili 35.

Il materiale tessile 37 del giubbetto 35 serve come substrato per piastre del materiale composito 2 che possono, ad esempio, essere cucite tra due strati tessili. Le piastre cucite, non visibili dall’esterno, del materiale composito sono illustrate da linee tratteggiate in figura 9. Tessuti di aramide o tessuto di “uHDPE (polietilene dì densità ultra-alta), ad esempio, possono essere tenuti in considerazione come materiale di substrato tessile.

Risulterà evidente al tecnico del ramo che l’invenzione non è limitata alle forme di realizzazione esemplificative precedentemente descritte. In particolare, le caratteristiche individuali delle forme di realizzazione esemplificative possono pure essere combinate fra loro in una varietà di modi.

Claims (30)

1. Rivendicazioni 1. Corazzatura contro elevati carichi dinamici impulsivi, comprendente un materiale composito avente almeno due fasi, la prima fase formando una matrice della seconda fase, e la prima fase essendo un vetro o una vetroceramica, e la seconda fase essendo annegata e distribuita sotto forma di particelle e/o di fibre nella matrice formata dal materiale della prima fase.
2. 2. Corazzatura secondo la rivendicazione precedente, in cui una seconda fase comprende almeno uno dei materiali seguenti: - fibre di carbonio, - fibre dì vetro, - fibre dure come fibre con SiC, Si3N4, Al203, Zr02, nitruro di boro e/o mullite come componenti principali, - fibre di acciaio, - particelle metalliche, - particelle dure come particelle con SiC, Si3N4, Al203, Zr02, nitruro dì boro e/o mullite come componenti principali.
3. 3. Corazzatura secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui le fibre e/o le particelle presentano una densità e/o una composizione e/o una dimensione variabiti in una direzione perpendicolare ad un lato esposto della corazzatura.
4. 4. Corazzatura secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui la corazzatura è di struttura sagomata a piastra e le fibre o particelle sono disposte con densità variabile perpendicolarmente ad una superficie laterale della corazzatura sagomata a piastra.
5. 5. Corazzatura secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui la seconda fase comprende almeno una disposizione parzialmente ordinate di fibre non metalliche, in particolare un tessuto-tessuto, tessuto a maglia o un tessuto non-tessuto.
6. 6. Corazzatura secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui la prima fase comprende una vetroceramica di Ca0-Al203-Si02o una vetroceramica di Mg0-Ca0-Ba0-Al203-Si02.
7. 7. Corazzatura secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui la prima fase contiene una vetroceramica contenente Mg-AI con una fase a spinello.
8. 8. Corazzatura secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui la prima fase comprende un vetro borosilicatico.
9. 9. Corazzatura secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui la prima fase comprende un vetro ailuminosilicatico.
10. 10. Corazzatura secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui la prima fase comprende un vetro silicatico alcalino-alcalino terroso.
11. 11. Corazzatura secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui la seconda fase ha una frazione volumetrica nel campo dal 10 al 70% in volume.
12. 12. Corazzatura secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui il materiale composito presenta una densità superiore al 99% della densità teorica di un corpo non poroso.
13. 13. Corazzatura secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui il materiale composito presenta una densità inferiore a 3,5 g/cm<3>.
14. 14. Corazzatura secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui la seconda fase comprende particelle sotto forma di trucioli metallici, preferibilmente con dimensioni di sino ad una lunghezza di 1 cm.
15. 15. Corazzatura secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui la seconda fase comprende fibre con diametri inferiori a 0,2 millimetri.
16. 16. Corazzatura secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui almeno due materiali composti differenti aventi una matrice di vetro o vetroceramiche e fibre e/o particelle distribuite in essa sono disposte runa sull’altra.
17. 17. Procedimento per produrre corazzatura contro elevati carichi dinamici impulsivi, in cui fibre e/o particelle sono miscelate con materiale polverulento che forma una matrice di vetro o vetroceramica, e la miscela è riscaldata in modo tale che dal materiale che forma una matrice di vetro o vetroceramica è formata una fase di vetro o vetroceramica fluida che riempie interspazi tra le fibre e/o le particelle in modo tale che, dopo raffreddamento, le fibre e/o le particelle sono annegate e distribuite nella fase di vetro o vetroceramica solidificata.
18. 18. Procedimento secondo la rivendicazione precedente, in cui la corazzatura è prodotta mediante compressione isostatica a caldo della miscela.
19. 19. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui è prodotto un corpo preliminare della miscela e i! corpo preliminare è successivamente uniassialmente compresso a caldo.
20. 20. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui dalla miscela viene prodotto un corpo preliminare mediante compressione isostatica a caldo e detto corpo preliminare viene successivamente sinterizzato mediante riscaldamento.
21. 21. Procedimento secondo una delle due rivendicazioni precedenti, in cui polvere di un vetro di partenza per vetroceramica è impiegata come materiale formante una matrice di vetro o una matrice di vetroceramica, e in cui una ceramizzazione del vetro di partenza ha luogo durante il riscaldamento della miscela.
22. 22. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui è prodotta una matrice di vetro borosilicatico.
23. 23. Procedimento secondo una delie rivendicazioni precedenti, in cui è prodotta una matrice di vetro alluminosilicatico.
24. 24. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui è prodotta una matrice di vetro silicato alcalino alcalino-terroso.
25. 25. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui una miscela dei materiali di partenza per un vetro o una vetroceramica è impiegata come materiale formante una matrice di vetro o vetroceramiche ed essendo miscelata con le fibre e/o con granuli.
26. 26. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui particelle dure sono miscelate con materiale polverulento, che forma una matrice di vetro o di vetroceramica.
27. 27. Procedimento secondo la rivendicazione precedente, in cui particelle di ossido di zirconio sono miscelate con materiale polverulento, che forma una matrice di vetro o di vetroceramica.
28. 28. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui fibre di vetro e/o fibre dure e/o fibre di carbonio sono miscelate con il materiale polverulento che forma una matrice di vetro o di vetroceramica.
29. 29. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui le fibre e/o le particelle metalliche sono miscelate con il materiale polverulento che forma una matrice di vetro o di vetroceramica, e la miscela viene induttivamente riscaldata, le fibre e/o le particelle metalliche essendo riscaldate mediante il campo elettromagnetico del riscaldamento ad induzione, e cedendo il calore al materiale circostante.
30. 30. Impiego della corazzatura secondo una delle rivendicazioni precedenti, in un dispositivo di protezione personale, in particolare un indumento corazzato, o per la corazzatura di veicoli o apparecchi volanti.