Applicazione di materiali ceramici in armi ed equipaggiamenti
I. Compositi ceramici nei sistemi di protezione corazzati
Nel campo delle armi e degli equipaggiamenti, i compositi ceramici sono diventati uno dei materiali fondamentali per i moderni sistemi di protezione corazzati grazie alle loro proprietà fisiche e chimiche uniche. La loro elevata durezza, la leggerezza e l'eccellente resistenza agli urti hanno permesso loro di occupare un posto di rilievo nella progettazione protettiva di piattaforme da combattimento terrestri, marittime e aeree. In termini di protezione dei veicoli corazzati, l'applicazione di compositi ceramici ha migliorato significativamente la capacità di sopravvivenza dei veicoli da combattimento. Rispetto alle tradizionali corazze in acciaio, i compositi ceramici hanno una densità inferiore, il che può ridurre notevolmente il peso della corazza e migliorare la mobilità del veicolo.
Ad esempio, un'armatura composita realizzata con ceramiche di allumina o carburo di silicio ha una durezza superiore a 9 sulla scala di Mohs e può resistere efficacemente alla penetrazione di proiettili perforanti e proiettili esplosivi.
La resistenza alla corrosione dei materiali ceramici consente loro di funzionare in modo eccellente in ambienti marini, con una durata di oltre 20 anni, molto più lunga di quella dei tradizionali materiali protettivi metallici.
Nella progettazione di aerei militari, i compositi a matrice ceramica vengono utilizzati per la protezione di componenti chiave come la fusoliera e i bordi d'attacco delle ali.
II. Componenti ceramici resistenti alle alte temperature nei missili e nei motori a razzo
Le ceramiche di nitruro di silicio (Si₃N₄) e carburo di silicio (SiC) possono comunque mantenere una resistenza alla flessione di oltre 400 MPa in un ambiente ad alta temperatura di 1.600 °C, una proprietà che le rende scelte ideali per i componenti ad alta temperatura dei motori.
Nelle applicazioni dei motori missilistici, i compositi a matrice ceramica sono stati utilizzati con successo per realizzare pale del rotore della turbina e rivestimenti della camera di combustione.
Il miglioramento dell'efficienza propulsiva dei motori a razzo beneficia direttamente dell'applicazione di materiali ceramici avanzati. In una serie di test condotti tra il 2021 e il 2023, la NASA ha confermato che gli ugelli ceramici in allumina rinforzata con zirconia (ZTA) presentano un'eccellente resistenza agli shock termici in un ambiente gassoso ad alta temperatura di 3000 °C, con una durata da 5 a 8 volte superiore a quella degli ugelli metallici tradizionali.
III. Ceramica per piastre antiproiettile e armature leggere
Nel campo delle piastre antiproiettile, si è sviluppata una tecnologia dominata da allumina, carburo di silicio e nitruro di silicio. Secondo i dati dei test prestazionali, le piastre antiproiettile in ceramica presentano prestazioni eccezionali in termini di resistenza alla compressione, alla trazione e all'impatto, e possono resistere efficacemente agli attacchi di proiettili di vario calibro. Rispetto ai tradizionali materiali metallici, le piastre antiproiettile in ceramica presentano un significativo vantaggio in termini di leggerezza, con una riduzione di peso compresa tra il 30% e il 50%, che migliora significativamente la mobilità e la capacità di combattimento prolungata dei singoli soldati.
Le soluzioni di blindatura leggera si sono evolute da una protezione monofunzionale a un'integrazione multifunzionale. Nelle attuali attrezzature militari, con la premessa di garantire prestazioni protettive, le blindature in composito ceramico hanno ridotto con successo il peso totale dei veicoli blindati dal 15% al 20%.