Sous la surface : exploration des matériaux de plaques de blindage rigides

Sep 05, 2023

Dans notre article précédent, nous avons examiné les évaluations des plaques de blindage rigides, explorant les « niveaux » de protection offerts par les plaques de blindage telles que définies par le NIJ et d'autres organismes de normalisation. Notre objectif était de fournir une compréhension plus claire des plaques de blindage dans ce contexte. Cependant, comme l'a révélé cet article précédent, ces « niveaux » sont arbitraires, avec de nombreuses plaques tombant en dessous, entre ou au-dessus d'eux (c'est-à-dire, chaque plaque avec un « plus » dans sa description. III+, IIIA+, IV+…).

Pour bien appréhender les performances d’une plaque de blindage, la simple connaissance de son niveau assigné ne suffit pas. Même une compréhension superficielle nécessite une certaine connaissance des matériaux utilisés dans la construction de cette plaque.

Dans cet esprit, donnons un aperçu des matériaux de plaques de blindage et de leurs caractéristiques de performance.

Trois matériaux céramiques sont couramment utilisés dans les plaques de blindage dur : l'alumine, le carbure de silicium et le carbure de bore.

Le tableau ci-dessous présente les propriétés moyennes des qualités commerciales pour chaque matériau, y compris AD85 et RBB4C comme variantes courantes :

Dans le tableau ci-dessus, la « performance » est évaluée sur la base du poids. Par exemple, le carbure de silicium (SiC) pressé à chaud et le carbure de bore lié par réaction (RBB4C) démontrent une efficacité comparable contre les menaces AP du noyau d'acier lorsque l'on considère des poids égaux. Cela signifie que nous comparons une dalle SiC de 8 mm d'épaisseur à une dalle RBB4C d'environ 9,3 mm d'épaisseur.

La question de savoir comment les propriétés mécaniques, telles que la dureté et la résistance à la compression, se traduisent en performances balistiques n’est toujours pas résolue. Nous le laisserons de côté pour le moment.

Alumine présente généralement le rapport performance/poids le plus faible en raison de sa densité élevée. Néanmoins, l'alumine est de loin le matériau de blindage céramique le plus répandu dans les plaques destinées aux marchés civils et policiers. En effet, il s’agit d’un matériau efficace et fiable, largement disponible, facile à façonner en formes complexes et, surtout, très abordable. En moyenne, le coût d'un fabricant pour une face de frappe en alumine de 10 × 12 pouces sur une plaque de niveau IV est d'environ 20 $. L'alumine présente également d'excellentes performances multi-impacts par rapport aux matériaux à base de SiC et de B4C, ce qui facilite considérablement la conformité aux spécifications telles que NIJ 0101.06 niveau III, où six tirs par plaque sont requis.

L'alumine est un matériau céramique rentable et largement utilisé qui permet d'obtenir des plaques fiables, quoique plus lourdes. Ces plaques présentent souvent de bonnes caractéristiques multi-impacts.

Carbure de silicium (SiC) offre l’équilibre le plus favorable entre prix et performances pour le plus large éventail de menaces. Il est considérablement plus léger que l'alumine et démontre des performances supérieures contre toutes les menaces. Bien qu'il soit légèrement plus lourd que le carbure de bore et soit légèrement moins performant contre les menaces à base de billes et de noyau d'acier, il compense par de meilleures performances multi-impacts et une efficacité considérablement améliorée contre les menaces à noyau de carbure de tungstène.

Les variantes SiC élargissent sa gamme d'applications. Par exemple : (1) Le SiC lié par réaction surpasse l'alumine contre toutes les menaces et n'est que légèrement plus cher que l'alumine d'une pureté de plus de 99 %. (2) Les nouveaux composites SiC-TiB2, tels qu'utilisés dans la plaque Adept Armor Colossus, rivalisent avec le B4C sur une base performance/poids contre les menaces liées au noyau en acier et surpassent facilement le B4C contre les menaces liées au noyau en carbure de tungstène. (3) Au cours des dernières années, les composites SiC-diamant ont suscité un intérêt considérable dans la recherche, qui pourraient offrir des performances encore améliorées.

En tant que matériau le plus performant à tous les niveaux, le SiC est devenu aujourd'hui le matériau préféré pour les plaques de qualité militaire AP, et devrait conserver cette position dans un avenir proche, en particulier avec l'émergence récente de composites céramiques hautes performances à base de SiC.

Pressé à chaud ou frittécarbure de bore (B4C) est un matériau de niche haut de gamme. Lorsqu’il s’agit de stopper les menaces liées aux noyaux d’acier, elle surpasse de loin toutes les autres options. Cependant, plusieurs inconvénients limitent son utilisation : (1) Les matières premières en carbure de bore sont coûteuses et difficiles à traiter. (2) Le carbure de bore est moins performant que les balles AP dotées d'un noyau en carbure de tungstène par rapport à des densités égales de SiC ou d'alumine haut de gamme en raison du problème d'amorphisation du carbure de bore. (3) Le carbure de bore présente un comportement semblable à celui du verre et exceptionnellement cassant lors de l'impact, ce qui entraîne les pires performances multi-impacts de sa catégorie. Pour ces raisons, il s'agit du matériau de frappe de choix pour les plaques militaires et de niveau IV ultra haut de gamme conçues pour arrêter les .30-06 APM2 ou les 7,62x54 mmR B32 API, mais il n'est pas fréquemment utilisé à d'autres fins.