ES2283701T3

ES2283701T3 - Capa de ceramica de proteccion balistica.

Info

Publication number: ES2283701T3
Application number: ES03027067T
Authority: ES
Inventors: Bodo Benitsch
Original assignee: SGL Carbon SE
Current assignee: SGL Carbon SE
Priority date: 2003-11-25
Filing date: 2003-11-25
Publication date: 2007-11-01
Anticipated expiration: 2023-11-25
Also published as: ATE358807T1; EP1536199A1; EP1536199B1; DE50306975D1; US20050217471A1

Abstract

Capa de protección balística (1) que contiene al menos un material cerámico, caracterizada porque el lado - vuelto hacia el origen del disparo - de la capa de protección balística (1) que contiene al menos un material cerámico presenta una superficie cerrada (2) y el lado - alejado del origen del disparo - de la capa de protección balística (1) que contiene un material cerámico presenta una superficie segmentada (3) que está compuesta de segmentos individuales (5) limitados por rendijas (4, 4''), siendo la profundidad (T) de las rendijas (4, 4'') entre los segmentos (5) al menos 0, 15 mm más pequeña que el espesor (D) de la capa (1).

Description

Capa cerámica de protección balística.

La invención concierne a una capa cerámica de protección balística para proteger personas y objetos, por ejemplo vehículos, contra disparos, especialmente disparos múltiples, y otras cargas mecánicas de ataque puntiforme, así como a un procedimiento para su fabricación.

En los sistemas de protección balística, aparte de un peso por unidad de superficie lo más pequeño posible y del poder de detención o destrucción del núcleo del proyectil, desempeña un papel importante sobre todo la capacidad de aguantar eventualmente incluso impactos estrechamente yuxtapuestos sin perforación de los mismos. Un material balístico clásico es el acero en formas de aleación específicas. Estas aleaciones siguen resistiendo disparos múltiples a distancias entre impactos de aproximadamente tres calibres. La mayor desventaja de tales sistemas es el peso por unidad de superficie, referido a la clase de resistencia balística, que es de, por ejemplo, aproximadamente 70 kg/m^{2} para la clase de disparo FB 7. Por el contrario, los materiales cerámicos presentan una mayor acción de protección balística (aproximadamente 35-45 kg/m^{2}), referido a la densidad y al peso por unidad de superficie. Sin embargo, a causa del comportamiento de fallos total y en una gran superficie de cerámicas monolíticas convencionales, estos blindajes de protección no resisten un disparo múltiple (multiimpacto) con una distancia entre impactos de aproximadamente tres calibres.

Una solución de este problema consiste en construir blindajes de protección a base de segmentos cerámicos discretos, las llamadas losetas, con dimensiones laterales del orden de magnitud de 100 mm x 100 mm a 20 mm x 20 mm. Al producirse un impacto, se destruye solamente la respectiva loseta alcanzada, mientras que el sistema circundante desacoplado por la rendija entre las losetas contiguas se mantiene ampliamente intacto. La superficie destruida corresponde a la extensión de la loseta alcanzada. Tales blindajes de protección compuestos de elementos de blindaje individuales de forma de losetas son conocidos, por ejemplo, por las solicitudes de patente DE 39 40 623 A1 y DE 198 34 393. El blindaje de protección según el documento DE 39 40 623 está constituido por elementos de blindaje individuales, preferiblemente losetas de cerámica, que están unidos por medio de un adhesivo con un substrato de protección, por ejemplo un material de alto módulo a base de fibras de aramida. La superficie del lado de origen del disparo en un elemento de blindaje según este estado de la técnica está construida en forma realzada hacia la dirección de llegada del proyectil y desciende hacia los bordes del elemento de blindaje. Por ejemplo, la superficie del lado de origen del disparo está configurada como un segmento de superficie esférica o como una superficie envolvente de pirámide o de cono. De este modo, un proyectil que alcance el elemento de blindaje es desviado lateralmente y agrandado en su superficie de impacto y se reduce la acción de perforación.

El documento WO 91/07632, que forma una base para el preámbulo de la reivindicación 1, revela un blindaje que comprende

(a): una capa de impacto dura constituida por al menos un cuerpo y preferiblemente varios cuerpos cerámicos que están configurados como losetas,

(b): medios compuestos de un material elástico que afianzan la capa de impacto dura en el borde, estando dispuestos estos medios alrededor del borde de la capa de impacto y estando unidos con dicha capa de impacto,

(c): medios compuestos de un material elástico para afianzar el (al menos uno) cuerpo cerámico, estando dispuestos estos medios alrededor del borde de cada uno de los cuerpos cerámicos que forman la capa de impacto dura, y formando una red unida compuesta de material elástico.

Los cuerpos cerámicos están fijados sobre una capa de respaldo que soporta a la capa de impacto y ofrece una protección balística adicional. Materiales adecuados para esta capa son metales y polímeros termoplásticos y duroplásticos, eventualmente reforzados con fibras.

En una forma de realización el lado -vuelto hacia el origen del disparo- de la capa constituida por cuerpos cerámicos individuales está provisto de una capa de cubierta que funciona como protección contra metralla y que está compuesta de materiales utilizables también para la fabricación de la capa de respaldo.

En el documento DE 198 34 393 se describe un elemento de placa constituido por un material cerámico para un dispositivo de protección balística que en al menos una de sus superficies superiores - es decir, en el lado vuelto hacia el origen del disparo o en el lado alejado del origen del disparo o en ambos lados - está provisto de cavidades individuales distanciadas una de otra por listones de material. Se consigue así una reducción del peso del blindaje de protección. Además, cuando las cavidades están dispuestas en el lado vuelto hacia el origen del disparo, el impulso del proyectil impactante es desviado en los listones de material sobresalientes y anulado en su mayor parte. Preferiblemente, las cavidades están dispuestas de modo que los listones remanentes formen una trama de rejilla.

Para garantizar un desacoplamiento de las destrucciones provocadas incluso en el caso de pequeñas distancias entre impactos, las losetas tienen que reducirse de tamaño de una manera correspondiente. Se incrementan así los costes de tales blindajes de protección. En particular, la fabricación de piezas normalizadas simple o múltiplemente curvadas a partir de losetas discretas es muy complicada, ya que cada loseta tiene que fabricarse con arreglo a su geometría individual.

Con la presente invención se proporciona una capa cerámica de protección balística que puede presentarse como una pieza normalizada de gran superficie, eventualmente curvada, y que aguanta un disparo múltiple con pequeña distancia entre impactos. Asimismo, la presente invención concierne a procedimientos para fabricar una capa de protección de esta clase.

La capa cerámica de protección balística según la invención presenta en el lado vuelto hacia el origen del disparo una superficie cerrada, mientras que la superficie alejada del origen del disparo se caracteriza por una segmentación que, partiendo de esta superficie, se extiende hasta el interior de la capa de protección, pero no atraviesa la capa hasta la superficie opuesta vuelta hacia el origen del disparo. La segmentación se establece por medio de procedimientos de eliminación de material o por medio de procedimientos de desalojamiento de material o bien por medio de elementos de mantenimiento de espacio. Como alternativa, se puede obtener una segmentación que parta de un lado y no atraviese la capa en todo su espesor produciendo en un proceso que se desarrolla a elevada temperatura dos capas sólidamente unidas una con otra, cuyos coeficientes de dilatación térmica sean diferentes, con lo que en la fase de enfriamiento subsiguiente se originan en la capa compuesta del material con el mayor coeficiente de dilatación unas fisuras que dividen esta capa en segmentos individuales, mientras que se mantiene desprovista de fisuras la capa adyacente compuesta del material con el menor coeficiente de dilatación.

Asimismo, se puede utilizar una formación de fisuras en un lado durante el secado para fabricar la capa de protección según la invención. Esta variante es posible tanto con una estructura de dos capas como con una estructura homogénea.

Aunque en lo que sigue se describe la capa de protección según la invención atendiendo principalmente al aspecto de su uso en la protección contra disparos, la invención no queda limitada a esta finalidad de uso. La capa de protección según la invención es adecuada también para aguantar otras cargas mecánicas de ataque puntiforme. Por tanto, en la descripción siguiente el término "disparo" ha de entenderse solamente como un ejemplo de tales cargas.

En la descripción detallada siguiente, en las reivindicaciones y en los dibujos se revelan otros detalles, ventajas y formas de realización de la invención.

Muestran en los dibujos:

La figura 1, una representación en perspectiva de una capa de protección según la invención, vista desde la dirección del disparo P,

La figura 2, una representación en perspectiva de la capa de protección según la invención, vista desde el lado alejado del origen del disparo,

La figura 3, una representación en perspectiva ampliada de una capa de protección de la invención según la figura 2, parcialmente rota, y

La figura 4, una representación ampliada en perspectiva de otra forma de realización de la capa de protección según la invención, parcialmente rota.

La capa de protección 1 de la invención según la reivindicación 1, representada en las figuras 1 a 4, tiene un espesor total de aproximadamente 5 a 150 mm. En el lado vuelto hacia el origen del disparo P la capa presenta una superficie cerrada 2, mientras que la superficie 3 alejada del origen del disparo se caracteriza por una segmentación que, partiendo de esta superficie, se extiende hacia el interior de la capa de protección 1, pero no atraviesa la superficie opuesta 2 vuelta hacia el origen del disparo. Esto quiere decir que la profundidad T de las rendijas 4, 4' entre los distintos segmentos 5 con los que está formado el lado 3 alejado del origen del disparo es más pequeña que el espesor D de la capa de protección 1. Para garantizar un funcionamiento y una estabilidad fiables de la capa de protección según la invención, la profundidad T de las rendijas 4, 4' entre los segmentos 5 deberá ser al menos 0,15 mm más pequeña que el espesor D de la capa completa, es decir que entre los fondos 6, 6' de las rendijas 4, 4' y la superficie 2 vuelta hacia el origen del disparo ha de quedar material con un espesor d de al menos 0,15 mm.

Las dimensiones de los distintos segmentos 5 están situadas entre 5 mm x 5 mm y 250 mm x 250 mm, prefiriéndose segmentos con extensiones comprendidas entre 10 mm x 10 mm y 150 mm x 150 mm. Como ya se ha descrito, segmentos mayores son inadecuados para la protección contra disparos múltiples con pequeña distancia entre impactos, mientras que para segmentos más pequeños el coste de fabricación aumenta fuertemente. La anchura de las rendijas entre los distintos segmentos está situada entre unos pocos \mum cuando las rendijas se obtienen como fisuras a consecuencia de una dilatación térmica desigual o durante el secado, y en el rango de 1/10 mm cuando dichas rendijas se producen por medio de procedimientos de mecanización mecánica, pero dicha anchura no deberá sobrepasar
5 mm.

La invención no está ligada a una forma determinada de los segmentos 5. Los segmentos son, por ejemplo, cuadrados, rectangulares, de forma de paralelogramo, poligonales, de forma de nido de abeja, circulares o elípticos. Son posibles también formas libremente configuradas con contornos irregulares, por ejemplo en forma de serpentina, pero el coste de fabricación o los requisitos impuestos a las máquinas y herramientas empleadas para ello se incrementan en el caso de una conformación complicada.

La superficie segmentada de la capa de protección según la invención que queda alejada del origen del disparo descansa eventualmente sobre un substrato (el denominado "respaldo") que sirve para recoger fragmentos de proyectil (metralla, partes de proyectil) y para degradar la energía residual. La estructura y la fabricación de tales respaldos son conocidas en el mundo especializado. Materiales adecuados para la fabricación de tales respaldos son, por ejemplo, metal, tejido de aramida o material no tejido Dyneema.

Para el funcionamiento de la invención no es forzosamente necesario que la superficie cerrada no segmentada de la capa de protección según la invención esté expuesta directamente a la acción del disparo. La superficie de la capa de protección balística según la invención que queda vuelta hacia el origen del disparo está revestida eventualmente con una o varias capas adicionales, por ejemplo capas cerámicas. En principio, una capa exterior de esta clase puede fabricarse también con losetas individuales, pero no se prefiere esta variante a causa de las desventajas económicas mencionadas al principio.

Para el funcionamiento de la capa de protección según la invención es decisivo solamente que la superficie 2 de dicha capa de protección situada más próxima al origen del disparo (vuelta hacia el origen del disparo) no se presente ninguna segmentación, al contrario de lo que ocurre con la superficie trasera 3 de la capa de protección alejada del origen del disparo.

La capa de protección según la invención contiene al menos un material cerámico. La fabricación de tales materiales es conocida en el mundo especializado. Materiales adecuados para capas de protección según la invención son cerámicas oxídicas, como óxido de aluminio y óxido de circonio, y también cerámicas no oxídicas, como carburo de boro, nitruro de boro en una de las modificaciones de alta temperatura en forma de diamante, nitruro de silicio o carburo de silicio infiltrado con silicio (SiSiC). Especialmente adecuadas son cerámicas reforzadas con fibras, como óxido de aluminio reforzado con fibras de óxido de aluminio, carburo de silicio reforzado con fibras de carburo de silicio (SiC/SiC) o carburo de silicio reforzado con fibras de carbono (C/SiC). Se prefiere especialmente el carburo de silicio reforzado con fibras de carbono para la fabricación de las capas de protección según la invención, ya que durante la sinterización -en contraposición a la contracción del material durante la sinterización de cerámicas convencionales- se presentan tan sólo variaciones de forma relativamente pequeñas, de modo que se puede conseguir una alta fidelidad del contorno. Esto es especialmente ventajoso para la fabricación de piezas normalizadas de forma libre, por ejemplo piezas normalizadas curvadas.

En una variante de la capa de protección balística según la invención se rellenan las rendijas entre los segmentos con un metal y/o un plástico y/o un material cerámico. La composición del material contenido en las rendijas se diferencia aquí del material con el que están hechos los segmentos de tal manera que el material de relleno de las rendijas es diferente del material cuya proporción en la composición de los segmentos sobrepasa el 50% en volumen. Cuando los segmentos están constituidos, por ejemplo, por cerámica siliciada, ésta contiene entonces también silicio libre, pero en una proporción en volumen de menos del 50%. Por tanto, en una capa de protección según la invención compuesta de cerámica siliciada se pueden llenar completa o parcialmente con silicio metálico las rendijas existentes entre los distintos segmentos. "Parcialmente lleno" significa que las rendijas no están llenas en todo su volumen con el material correspondiente.

En la variante de la invención representada en las figuras 1 a 3 la capa de protección 1 según la invención está constituida homogéneamente por uno de los materiales antes citados y, partiendo de la superficie 3, es provista de una estructura segmentada por medio de uno de los procedimientos según la invención, no extendiéndose por todo el espesor de la capa 1 las rendijas 4, 4' existentes entre los distintos segmentos 5.

En una segunda variante, que se representa en la figura 4, la capa 1 según la invención está constituida por dos capas superpuestas A y B sólidamente unidas una con otra. La primera capa A está vuelta hacia el origen del disparo y la segunda capa B está alejada del origen del disparo. La capa A dispone, en su lado orientado hacia fuera y vuelto hacia el origen del disparo, de una superficie cerrada 2 sin segmentaciones ni rendijas, mientras que la superficie 3 de la capa B orientada hacia fuera y alejada del origen del disparo está segmentada. Las rendijas 4, 4' que limitan los distintos segmentos 5 se extienden como máximo a través de todo el espesor de la capa B hasta la capa límite con la capa A. Las capas A y B pueden diferenciarse en su composición.

Por ejemplo, la capa A, que está prevista para el lado vuelto hacia el origen del disparo, está constituida por una cerámica reforzada con fibras, mientras que la capa B, que está alejada del origen del disparo y que ha de ser provista de la segmentación, está constituida por un material fibroso sin refuerzo de fibras o con una menor proporción en volumen de fibras de refuerzo. En esta forma de realización la capa A vuelta hacia el origen del disparo contiene una proporción en volumen de hasta 60% de fibras de refuerzo, mientras que en la capa B alejada del origen del disparo la proporción en volumen de las fibras de refuerzo asciende como máximo a 45%. De manera especialmente preferida, la proporción en volumen de las fibras de refuerzo en la capa A está por debajo de 50% y en la capa B por debajo de 20%. La proporción en volumen del material cerámico en la capa B reforzada con fibras alejada del origen del disparo asciende a al menos 55%. Además del material cerámico formador de matriz y de las fibras de refuerzo, las formulaciones de material para ambas capas contienen eventualmente aglutinantes como resinas, preferiblemente aglutinantes pirolizables y eventualmente restos de metales libres formadores de carburos, por ejemplo cuando se trata de una cerámica siliciada.

En otra forma de realización la capa B prevista para el lado alejado del origen del disparo está constituida por un material con un coeficiente de dilatación térmica más alto que el del material con el que está construida la capa A prevista para el lado vuelto hacia el origen del disparo. Las capas con los diferentes coeficientes de dilatación térmica se producen en un proceso que se desarrolla a elevada temperatura. Al enfriarse después del tratamiento a elevada temperatura, por ejemplo después de la siliciación, se forman en la capa con el mayor coeficiente de dilatación unas fisuras que dividen esta capa en segmentos. Las fisuras se extienden como máximo a través del espesor total de la capa B hasta la superficie límite con la capa A, la cual a su vez se mantiene desprovista de fisuras y está prevista para el lado vuelto hacia el origen del disparo.

Por ejemplo, las capas A y B están constituidas por masas de moldeo carbonizables reforzadas con fibras de carbono, siendo el contenido de fibras en la capa A más alto que en la capa B. Si se infiltra a continuación con silicio líquido este cuerpo constituido por las capas A y B reforzadas en diferente medida con fibras, la conversión en carburo de silicio alcanza entonces grados diferentes en las capas A y B. Cuanto menor sea la proporción de fibras, tanto mayor será el grado de siliciación y de conversión en carburo de silicio. Las capas A y B siliciadas en grado distinto se diferencian en sus coeficientes de dilatación térmica. A causa del mayor grado de siliciación, la dilatación térmica de la capa B es mayor, de modo que al enfriarse ésta se forman fisuras que conducen a una segmentación de esta capa, mientras que la capa A se mantiene cerrada. La formación de fisuras se puede controlar de manera deliberada por medio del grado de siliciación o el grado de conversión.

El refuerzo con fibras de la matriz de cerámica puede obtenerse por medio de fibras cortas introducidas en la masa de moldeo en la cantidad deseada. Sin embargo, la capa vuelta hacia el origen del disparo puede ser reforzada también por medio de un tejido introducido en la matriz de cerámica, por ejemplo un tejido de fibras de carbono. Para el refuerzo con fibras de la capa a segmentar alejada del origen del disparo son adecuados fieltros de fibras de carbono o productos carbonizables (por ejemplo, placas de prespán) de fibras de celulosa. Estas fibras de celulosa se carbonizan también durante la carbonización de la masa de moldeo. Son practicables también una carbonización separada de los distintos materiales de las capas y su ensamble subsiguiente antes del tratamiento final a alta temperatura.

La segmentación de la capa según la invención se efectúa en una etapa intermedia adecuada del proceso de fabricación o como paso final del procedimiento.

La estructura segmentada en la superficie alejada del origen del disparo se puede obtener, por ejemplo, por procedimientos de eliminación de material, como fresado, aserrado, amolado, erosionado, combustión, corte con rayo láser, corte con chorro de agua o similares. Por medio de uno de estos procedimientos se retira en el lado alejado del origen del disparo una cantidad de material correspondiente a la estructura segmentada deseada, de modo que quedan islas de material individuales -los segmentos 5-, entre las cuales se extienden estrechas rendijas 4, 4' de las que se ha eliminado el material. Estos procedimientos se aplican cuando ya se ha consolidado el cuerpo cerámico, es decir, por ejemplo, después del secado o después de la sinterización del cuerpo crudo.

Cuando la capa de protección según la invención deba fabricarse de una cerámica siliciada, se efectúa entonces la estructuración de eliminación de material antes o después de la siliciación. El material de partida aún no siliciado puede ser mecanizado más fácilmente y con medios más sencillos que el producto final siliciado. Sin embargo, una segmentación realizada antes de la siliciación adolece del inconveniente de que en la infiltración subsiguiente con silicio líquido se pueden llenar también de silicio, al menos parcialmente, las rendijas existentes entre los segmentos. Este inconveniente se evita cuando las rendijas se rellenan y bloquean durante la siliciación por medio de elementos de mantenimiento de espacio, por ejemplo materiales eliminables por lavado, los cuales se retiran después de la siliciación. Como alternativa, se estructura en un lado el producto siliciado terminado, por ejemplo por medio de erosión o corte con rayo láser.

Asimismo, se puede obtener una estructura segmentada según la invención por medio de procedimientos de desalojamiento de material, tales como estampación, impresión o embutición de la estructura segmentada en la superficie alejada del origen del disparo, por ejemplo por medio de un troquel o herramienta de prensado correspondientemente estructurados.

Otro procedimiento de desalojamiento de material adecuado para la fabricación de una estructura segmentada es el corte de separación en el que segmenta por incisionado la superficie alejada del origen del disparo.

Otro método para segmentar la superficie alejada del origen del disparo consiste en introducir elementos de mantenimiento de espacio en esta superficie cuando el material cerámico sea aún moldeable. Estos elementos de mantenimiento de espacio se incrustan, insertan o embuten, por ejemplo, en la superficie. Los elementos de mantenimiento de espacio se introducen en la superficie formando un dibujo tal que corresponda al trazado de las hendiduras entre los segmentos que se han de producir. Preferiblemente, se emplean elementos de mantenimiento de espacio en forma de listones que constituyen una rejilla, por ejemplo une rejilla ortogonal. Cuando el material ha adoptado un estado consolidado, se retiran nuevamente los elementos de mantenimiento de espacio dejando tras de sí unas cavidades en la superficie. Por ejemplo, se quitan los elementos de mantenimiento de espacio después de dejar que se seque el material cerámico. A continuación, se sinteriza el material cerámico. El proceso de sinterización está ligado a cierta contracción que depende, en su cuantía, de la composición del material cerámico. Se reduce así ventajosamente la anchura de las rendijas 4, 4'.

En una variante de este procedimiento los elementos de mantenimiento de espacio consisten en un material sacrificable, es decir un material soluble o descomponible térmica o químicamente, por ejemplo polimerizable o combustible, y estos elementos se retiran del material consolidado durante uno de los pasos subsiguientes del proceso de fabricación, por ejemplo un tratamiento térmico, o por tratamiento con un disolvente. Por ejemplo, se introducen en la superficie a segmentar unos elementos de mantenimiento de espacio compuestos de un material polimerizable sin casi dejar residuos, como polialcohol vinílico, poliacetato de vinilo, polimetacrilato de metilo o polimetilmetacrilimida. Estos elementos de mantenimiento de espacio se pirolizan durante la sinterización y dejan entonces tras de sí unas cavidades en la superficie. Como alternativa, se emplean elementos de mantenimiento de espacio que están constituidos por un material que se quema y elimina durante el tratamiento a alta temperatura.

Los procedimientos de segmentación que eliminan material, que desalojan material y que se basan en la utilización de elementos de mantenimiento de espacio pueden aplicarse tanto a la fabricación de capas de protección según la invención con estructura homogénea conforme a las figuras 1 a 3 como a la fabricación de capas de protección dobles según la figura 4. En capas de protección dobles se mecaniza con uno de los procedimientos antes citados la capa B que está prevista para el lado alejado del origen del disparo, con lo que se obtiene una estructura segmentada. Se puede aplicar otro método para dotar de una segmentación en un lado a capas de protección según la invención construidas como capas dobles cuando se puedan producir a elevada temperatura dos capas A y B pegadas una a otra con diferentes coeficientes de dilatación térmica. La capa A prevista para el lado vuelto hacia el origen del disparo tiene el coeficiente de dilatación térmica más pequeño. Si se enfría una capa de protección según la invención construida de esta manera después de un paso de tratamiento térmico, por ejemplo después de la sinterización o después de la siliciación, se forman entonces en la capa B compuesta del material con el coeficiente de dilatación más alto unas fisuras que dividen esta capa en segmentos. Las fisuras atraviesan la capa B como máximo hasta la superficie límite con la capa A, la cual a su vez se mantiene desprovista de fisuras gracias a su menor dilatación térmica. De esta manera, se obtiene una capa de protección balística según la invención cuya superficie vuelta hacia el origen del disparo está cerrada, mientras que la superficie alejada del origen del disparo está estructurada en segmentos individuales limitados por las fisuras.

Asimismo, en el proceso de secado del material cerámico para fabricar una capa de protección balística según la invención se puede utilizar una formación de fisuras que se presente solamente en una superficie de una capa de protección homogénea o solamente en una capa B de una capa de protección doble. La formación de fisuras en un lado es provocada, por ejemplo, por el hecho de que en el secado se caliente el cuerpo crudo más fuertemente desde un lado que desde el otro.

La capa de protección según la invención es adecuada para proteger personas, vehículos terrestres y aviones y otros objetos contra disparos incluso en el caso de disparos múltiples con pequeña distancia entre impactos, o bien contra otras clases de cargas mecánicas de ataque puntiforme. Otra aplicación de la capa de protección según la invención concierne a la protección de satélites contra destrucción mecánica.

Ejemplos de realización

Ejemplo 1

En un molde de fundición se introduce un sistema de listones de forma de rejilla. Éste se inmoviliza a una distancia de aproximadamente 1 mm por encima del fondo del molde. Los listones con los que está constituida la rejilla presentan entre ellos una distancia de aproximadamente 20 mm, tienen una altura de aproximadamente 20 mm y forman una rejilla ortogonal. La pared de los listones tiene un espesor de menos de 1 mm.

En un molde preparado de esta manera se vierte una masa cerámica sinterizable. Debido a la distancia entre la rejilla y el fondo del molde tiene lugar una nivelación espontánea de la masa líquida. Después del secado a una temperatura superior a 80ºC se pueden retirar los listones. El cuerpo crudo así obtenido presenta una superficie cerrada en un lado, mientras que la superficie opuesta presenta una segmentación con un dibujo correspondiente al sistema de listones.

Tales cuerpos crudos se pueden sinterizar de manera conocida. Debido a la contracción del material durante la sinterización se reduce de manera ventajosa la anchura de las rendijas -que han quedado tras la retirada del sistema de listones- hasta el intervalo de aproximadamente 0,1 a 0,3 mm.

Ejemplo 2

Se prepara y se llena el molde como en el ejemplo 1, pero el sistema de listones consiste en un material pirolizable sin dejar residuos que permanece inicialmente en el cuerpo crudo después del secado y que se piroliza completamente durante el proceso subsiguiente a alta temperatura, dejando entonces tras de si unas rendijas 4, 4' que abrazan a los segmentos 5.

\newpage

Ejemplo 3

Se carga en un molde una masa cerámica sinterizable y se seca ésta previamente para obtener un cuerpo crudo. A continuación, se efectúa una segmentación correspondiente por estampación de un dibujo, por ejemplo por medio de una herramienta de prensado o troquel estructurados en forma de rejilla, o por corte de separación. La segmentación así obtenida no atraviesa la superficie opuesta. Un cuerpo crudo así preparado es sinterizado de manera conocida.

Ejemplo 4

En un lado de un cuerpo poroso compuesto de carbono reforzado con fibras de carbono (C/C), con un espesor total de 8 mm, se hacen incisiones con un dispositivo de corte de modo que los cortes determinen un dibujo de forma de rejilla. La profundidad de los cortes asciende como máximo a 7,5 mm. Los cortes son más estrechos que 1 mm. Los cortes se realizaron ortogonalmente a una distancia de 20 mm de uno a otro.

A continuación, se dotaron los cortes con un relleno de nitruro de boro (modificación hexagonal), y en atmósfera inerte o bajo gas protector se infiltra con silicio líquido el cuerpo poroso compuesto de carbono reforzado con fibras de carbono (C/C). El relleno de nitruro de boro en las rendijas impide que éstas se llenen de silicio. En este sentido, el nitruro de boro actúa durante el proceso de siliciación como un elemento de mantenimiento de espacio que se retira a continuación mediante arrastre por lavado.

Después de una limpieza final estaba disponible una placa de C/SiC que presenta en un lado una superficie continua y que en el lado opuesto tiene una segmentación correspondiente.

Ejemplo 5

Se introduce en un molde una capa de aproximadamente 4 mm de altura compuesta de una masa de moldeo carbonizable reforzada con fibras con una proporción en volumen de 50% de fibras de carbono (capa A). Sobre esta capa se aplica una segunda capa (capa B) compuesta de una masa de moldeo carbonizable reforzada con fibras cortas con una proporción en volumen de fibras de carbono de 20%, y se prensan ambas capas una contra otra. Después del proceso de prensado, la primera capa (capa A) posee un espesor de aproximadamente 1 a 1,5 mm y la pieza prensada completa tiene una altura de aproximadamente 14 mm. Ésta es carbonizada seguidamente a alrededor de 900ºC.

En la siliciación subsiguiente las masas de moldeo de las dos capas se convierten en carburo de silicio en grado diferente debido a su contenido diferente de fibras. La masa de moldeo con el mayor contenido de fibras, cuyo grado de conversión es menor, forma una capa cerrada A que está prevista para el lado vuelto hacia el origen del disparo.

A causa del mayor coeficiente de dilatación térmica del material más siliciado en la capa B se produce en esta capa durante el enfriamiento la formación de unas fisuras que se propagan transversalmente a través de esta capa hasta la superficie límite con la capa A. La superficie de la capa B segmentada por el dibujo de fisuras está prevista para el lado alejado del origen del disparo.

Ejemplo 6

Como se describe en el ejemplo 5, se produce una capa de protección constituida por dos capas de cerámica A y B reforzadas con fibras de carbono y dotadas de un grado de siliciación diferente, si bien la matriz en la primera capa (capa A) no está reforzada con fibras cortas, sino que un tejido de fibras de carbono.

Ejemplo 7

Como se describe en el ejemplo 5, se produce una capa de protección constituida por dos capas de cerámica A y B reforzadas con fibras de carbono y dotadas de un grado de siliciación diferente, si bien en la segunda capa (capa B) se presentan las fibras en forma de un fieltro compuesto de fibras de carbono.

Ejemplo 8

Como se describe en el ejemplo 5, se produce una capa de protección constituida por dos capas de cerámica A y B reforzadas con fibras de carbono y dotadas de un grado de siliciación diferente. Sin embargo, la masa de moldeo empleada para la fabricación de la capa B no contiene fibras de carbono, sino fibras de celulosa que se carbonizan también durante la carbonización de la masa de moldeo.

Ejemplo 9

Se fabrica un cuerpo moldeado a partir de serrín y un aglutinante polimerizable y se endurece dicho cuerpo. En este cuerpo moldeado se practican cortes de sierra dispuestos ortogonalmente a una distancia de 15 mm uno de otro con una anchura del corte de aproximadamente 0,5 mm (anchura de la hoja de la sierra) de tal manera que la profundidad del corte sea aproximadamente 2 mm más pequeña que el espesor de la pieza normalizada. Por tanto, no se perfora el lado alejado de la hoja de la sierra.

En la pirólisis subsiguiente se presenta una contracción del volumen de aproximadamente 50%. Las medidas de las rendijas del aserrado varían entonces también hasta aproximadamente un 50% de su anchura original. Estas anchuras de rendija reducidas se conservan durante la siliciación subsiguiente.

Lista de símbolos de referencia

1: Capa de protección balística

2: Superficie vuelta hacia el origen del disparo

3: Superficie alejada del origen del disparo

4, 4': Rendijas entre los segmentos

5: Segmentos

6, 6': Fondos de las rendijas 4, 4'

A: Capa vuelta hacia el origen el disparo

B: Capa alejada del origen del disparo

P: Disparo

T: Profundidad de las rendijas 4, 4'

D: Espesor total de la capa de protección 1

d: Espesor restante de la capa no segmentada.

Claims

1. Capa de protección balística (1) que contiene al menos un material cerámico, caracterizada porque el lado -vuelto hacia el origen del disparo- de la capa de protección balística (1) que contiene al menos un material cerámico presenta una superficie cerrada (2) y el lado -alejado del origen del disparo- de la capa de protección balística (1) que contiene un material cerámico presenta una superficie segmentada (3) que está compuesta de segmentos individuales (5) limitados por rendijas (4, 4'), siendo la profundidad (T) de las rendijas (4, 4') entre los segmentos (5) al menos 0,15 mm más pequeña que el espesor (D) de la capa (1).

2. Capa de protección balística (1) según la reivindicación 1, caracterizada porque los segmentos (5) son cuadrados, rectangulares, de forma de paralelogramo, poligonales, de forma de nido de abeja, circulares o elípticos o presentan contornos de forma de serpentina.

3. Capa de protección balística (1) según la reivindicación 1, caracterizada porque las rendijas (4, 4') entre los segmentos (5) están total o parcialmente llenas de un metal, un plástico y/o un material cerámico, y el material que llena las rendijas (4, 4') es diferente del material del que están hechos los segmentos (5) hasta al menos un 50% de su volumen.

4. Capa de protección balística (1) según la reivindicación 1, caracterizada porque la superficie segmentada (3) alejada del origen del disparo descansa sobre un substrato de protección y/o la superficie no segmentada (2) está provista de una capa de cubierta.

5. Capa de protección balística (1) según la reivindicación 1, caracterizada porque contiene al menos un material cerámico de la clase de las cerámicas no oxídicas.

6. Capa de protección balística (1) según la reivindicación 1, caracterizada porque contiene al menos un material cerámico de la clase de las cerámicas oxídicas.

7. Capa de protección balística (1) según la reivindicación 1, caracterizada porque contiene al menos uno de los materiales óxido de aluminio, óxido de circonio, carburo de boro, carburo de silicio, carburo de silicio infiltrado con silicio, modificaciones de nitruro de boro a alta temperatura en forma de diamante o nitruro de silicio.

8. Capa de protección balística según la reivindicación 1, caracterizada porque contiene al menos un material cerámico de la clase de las cerámicas reforzadas con fibras.

9. Capa de protección balística según la reivindicación 8, caracterizada porque la cerámica reforzada con fibras es uno de los materiales consistentes en carburo de silicio reforzado con fibras de carbono, carburo de silicio reforzado con fibras de carburo de silicio u óxido de aluminio reforzado con fibras de óxido de aluminio.

10. Capa de protección balística (1) según la reivindicación 1, caracterizada porque la capa está constituida por dos capas de materiales cerámicos sólidamente unidas una con otra, de las que la primera capa (A) está vuelta hacia el origen del disparo y la segunda capa (B) está alejada del origen del disparo, la capa (A) dispone de una superficie cerrada (2) en su lado orientado hacia fuera y vuelto hacia el origen del disparo, y la capa (B) presenta en su superficie (3) orientada hacia fuera y alejada del origen del disparo una estructura de segmentos que está compuesta por segmentos individuales (5) limitados por rendijas (4, 4').

11. Capa de protección balística (1) según la reivindicación 10, caracterizada porque la capa (A) vuelta hacia el origen del disparo contiene una cerámica reforzada con fibras.

12. Capa de protección balística (1) según la reivindicación 10, caracterizada porque ambas capas (A) y (B) contienen cerámicas reforzadas con fibras, siendo la proporción en volumen de las fibras en la composición de la capa (A) mayor que en la de la capa (B), ascendiendo la proporción en volumen de las fibras en la capa (A) a lo sumo a un 60% y ascendiendo la proporción en volumen del material cerámico en la capa (B) a al menos un 55%.

13. Capa de protección balística (1) según la reivindicación 10, caracterizada porque la capa (A) vuelta hacia el origen del disparo está compuesta de un material cuyo coeficiente de dilatación térmica es más pequeño que el del material del cual está hecha la capa (B) alejada del origen del disparo.

14. Capa de protección balística (1) según la reivindicación 10, caracterizada porque las capas (A) y (B) están compuestas de carburo de silicio reforzado con fibras de carbono (C/SiC), siendo la proporción en volumen de las fibras de carbono en la composición de las capas mayor en la capa (A) que en la capa (B) y presentando la capa (B) un contenido de carburo de silicio más alto que el de la capa (A).

15. Capa de protección balística (1) según la reivindicación 14, caracterizada porque la capa (A) contiene un tejido de fibras de carbono y/o la capa (B) contiene un fieltro de fibras de carbono o un producto obtenido por carbonización de fibras de celulosa.

16. Procedimiento para fabricar una capa de protección balística (1) según una de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque en una etapa intermedia del proceso de fabricación o en un paso subsiguiente del proceso se producen las rendijas (4, 4') entre los segmentos (5) de la superficie (3) por medio de un procedimiento de eliminación de material.

17. Procedimiento para fabricar una capa de protección balística (1) según una de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque en una etapa intermedia del proceso de fabricación o en un paso subsiguiente del proceso se producen las hendiduras (4, 4') mediante cortes de separación realizados en la superficie (3).

18. Procedimiento para fabricar una capa de protección balística (1) según una de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque se estampan, imprimen o embuten las rendijas (4, 4') en la superficie (3).

19. Procedimiento para fabricar una capa de protección balística (1) según una de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque en los sitios de la superficie (3) a segmentar en los que deben producirse rendijas (4, 4') se insertan, embuten o incrustan elementos de mantenimiento de espacio en el material cerámico aún moldeable, se consolida el material cerámico y se retiran los elementos de mantenimiento de espacio.

20. Procedimiento según la reivindicación 19, caracterizado porque los elementos de mantenimiento de espacio se componen de un material sacrificable y estos elementos de mantenimiento de espacio se retiran del material cerámico consolidado mediante combustión, pirólisis, descomposición química o térmica o disolución de este material sacrificable.

21. Procedimiento para fabricar una capa de protección balística según la reivindicación 1, caracterizado porque se genera la estructura segmentada mediante la formación de fisuras en un lado durante el secado del cuerpo crudo.

22. Procedimiento para fabricar una capa de protección balística (1) según la reivindicación 13 por unión de dos capas (A) y (B) de materiales cerámicos con coeficientes de dilatación térmica diferentes, teniendo el material de la capa (B) un coeficiente de dilatación térmica más alto que el material de la capa (A), en un proceso que se desarrolla a elevada temperatura, caracterizado porque se enfría seguidamente la capa de protección balística (1) después de la unión de las capas (A) y (B), formándose en la capa (B) unas fisuras que segmentan esta capa.

23. Uso de una capa de protección balística según una de las reivindicaciones 1 a 15 para la protección de personas, vehículos terrestres o aviones u otros objetos contra disparos o cargas puntiformes.

24. Uso de una capa de protección balística según una de las reivindicaciones 1 a 15 para la protección de satélites contra destrucción mecánica.