Ti porto a capire perché la ceramica è diventata un nuovo materiale antiproiettile
Nell'immaginario collettivo, la ceramica è fragile. Basta una leggera goccia per frantumare all'istante un'antica porcellana di inestimabile valore. Ma sapevate che grazie alla tecnologia moderna, la ceramica si è trasformata e, grazie alle sue proprietà fisiche, può persino essere utilizzata come materiale antiproiettile, guadagnandosi la reputazione di una stella nascente nel campo dell'antiproiettile?
Immaginate questo: sul campo di battaglia, un proiettile minuscolo può infliggere danni fatali a un soldato, mentre una fragile ceramica può fermare un proiettile volante ad alta velocità. Da dove viene la sua "potenza"? Entriamo nel mondo della ceramica antiproiettile per scoprirlo.
☛ Elevata durezza, combinazione composita
Le ceramiche antiproiettile appartengono alla famiglia dei materiali inorganici non metallici. In senso stretto, non sono lo stesso tipo di materiale della porcellana utilizzata nella nostra vita quotidiana. Essendo un tipo di ceramica speciale, a differenza degli utensili in ceramica realizzati modellando l'argilla locale in grezzi e poi cuocendoli, le ceramiche antiproiettile richiedono una serie di processi complessi per la loro preparazione, tra cui la preparazione della polvere, lo stampaggio, la sinterizzazione ad alta temperatura, ecc. Sono il risultato del rapido sviluppo di tecnologie moderne come la chimica, la metallurgia e la scienza dei materiali.
Il motivo per cui le ceramiche antiproiettile possono fermare i proiettili è la loro durezza e resistenza estremamente elevate. Quando un proiettile colpisce ceramiche ad alta resistenza e durezza, si frantuma e ne causa la rottura. L'intero processo consuma la maggior parte dell'energia del proiettile e forma un cono di danno a forma di piramide rovesciata nel punto d'impatto. Questa è anche la tipica morfologia del danno delle ceramiche dopo essere state colpite da un proiettile.
Per migliorare la capacità della ceramica di resistere a impatti multipli, il pannello ceramico viene spesso rivestito con tessuti in fibra ad alta resistenza per impedire la propagazione di crepe causate dai colpi di proiettile. La combinazione di ceramiche ad alta resistenza e durezza con un supporto rigido costituisce la struttura di base delle moderne armature composite in ceramica.
☛ Battezzato dalla guerra, scudo di vita
Negli anni '60, gli elicotteri militari statunitensi e i loro equipaggi nelle giungle vietnamite venivano spesso attaccati e feriti da armi leggere terrestri. Per ridurre i danni in battaglia alle attrezzature e le perdite tra i membri dell'equipaggio, nel 1962 un'azienda aerospaziale americana sviluppò la prima corazza composita con una parte anteriore in ceramica dura. Incollava blocchi di ceramica di allumina a una robusta piastra posteriore in alluminio di circa 6 millimetri di spessore per resistere al fuoco di proiettili perforanti da 7,62 millimetri. Fu durante questo periodo che l'esercito statunitense fu pioniere nell'applicazione militare su larga scala della ceramica antiproiettile.
Per migliorare le capacità protettive, gli scienziati hanno avuto l'idea di trasformare la ceramica antiproiettile in piastre di inserimento da utilizzare in combinazione con giubbotti antiproiettile morbidi, simili agli specchietti protettivi per il cuore delle antiche armature. In questo modo, è possibile migliorare significativamente la protezione delle aree centrali del corpo umano, tenendo conto anche della mobilità di chi le indossa. Inizialmente, piccoli pezzi di ceramica venivano uniti per formare le piastre di inserimento. Con il progresso tecnologico, le persone hanno adottato sempre più spesso pezzi interi di ceramica per eliminare i punti deboli causati dagli spazi tra i piccoli pezzi di ceramica. Alcuni sono persino realizzati con superfici curve per adattarsi al corpo umano. Questo è anche lo stile di base delle attuali piastre di inserimento antiproiettile. Attualmente, la tecnologia di preparazione della ceramica antiproiettile è diventata sempre più matura, diventando uno scudo di vita per proteggere i soldati.
☛ La tecnologia potenzia e vengono effettuati ulteriori aggiornamenti
Dopo decenni di sviluppo, sono attualmente disponibili molti tipi di ceramiche antiproiettile ampiamente utilizzate, tra cui ossido di alluminio, carburo di silicio, carburo di boro, nitruro di silicio, boruro di titanio, ecc. Tra queste, le più comuni sono le ceramiche all'ossido di alluminio, al carburo di silicio e al carburo di boro. Con l'aggiornamento dei sistemi d'arma, le ceramiche monofasiche tradizionali non sono più in grado di soddisfare le reali esigenze militari, soprattutto perché i requisiti per le apparecchiature antiproiettile diventano sempre più elevati. Pertanto, le ceramiche antiproiettile hanno iniziato a svilupparsi in direzioni di diversificazione, compounding e funzionalizzazione.
Ceramica a grado funzionale. Attraverso la progettazione di microcomponenti, le prestazioni della ceramica subiscono cambiamenti regolari e continui. Ad esempio, nei sistemi compositi metallo/ceramica come il boruro di titanio con titanio metallico, così come l'ossido di alluminio, il carburo di silicio, il carburo di boro, il nitruro di silicio con alluminio metallico, si forma una variazione strutturale nella direzione dello spessore, garantendo che la ceramica antiproiettile passi da un'elevata durezza sulla superficie rivolta verso il proiettile a un'elevata tenacità sulla superficie posteriore. In questo modo, non solo soddisfa i requisiti di resistenza ai proiettili della corazza, ma ne migliora anche la capacità di resistere a impatti multipli, offrendo un vantaggio significativo nella protezione contro proiettili perforanti di piccolo e medio calibro.
Ceramiche composite nanostrutturate. Sulla base di ceramiche monofasiche, particelle disperse submicroniche o nanometriche vengono aggiunte per formare ceramiche composite. Ad esempio, carburo di silicio-nitruro di silicio-allumina, carburo di boro-carburo di silicio, ecc., possono migliorare la durezza, la tenacità e la resistenza delle ceramiche entro un certo intervallo. È stato segnalato che alcuni paesi stranieri stanno esplorando processi di sinterizzazione che legano insieme polveri su scala nanometrica, il che può ridurre la granulometria della ceramica a diverse decine di nanometri, migliorando così la durezza e la resistenza del materiale. Questa è una delle principali direzioni di sviluppo per le armature ceramiche avanzate in futuro.
Ceramiche trasparenti. Rappresentate da ossido di alluminio monocristallino (zaffiro), ossinitruro di alluminio e spinello di alluminato di magnesio, le ceramiche trasparenti possiedono elevata resistenza e durezza, oltre a eccellenti proprietà ottiche. Pertanto, possono sostituire il vetro antiproiettile e vengono applicate in equipaggiamento militare come maschere antiproiettile individuali, finestre di rilevamento missilistico, finestre di osservazione per veicoli e periscopi sottomarini. Poiché possono essere utilizzate per produrre componenti trasparenti di grandi dimensioni e di forma complessa a basso costo, queste ceramiche sono state indicate da molte potenze militari come uno dei principali materiali trasparenti fotofunzionali da sviluppare nel XXI secolo.
Attualmente, la ceramica è ampiamente utilizzata sia in ambito militare che in quello civile. Si può prevedere che l'antica storia di lance e scudi continuerà a dare vita a scontri spettacolari tra avversari potenti sui campi di battaglia del futuro.