Según la tradición antigua, Genghis Khan instruyó a sus jinetes a usar chalecos de seda debajo de su armadura para protegerse mejor contra un ataque de flechas durante la batalla. Desde la época de Khan, la armadura corporal ha evolucionado significativamente: la seda ha dado paso a la ultra-materiales duros que actúan como muros impenetrables contra la mayoría de las municiones. Sin embargo, incluso esta armadura puede fallar, particularmente si es alcanzada por municiones de alta velocidad u otros objetos que se mueven rápidamente.
Los investigadores de la Universidad de Texas A&M han formulado una nueva receta que puede prevenir las debilidades en la armadura moderna. Al agregar una pequeña cantidad del elemento silicio al carburo de boro, un material comúnmente utilizado para fabricar armaduras corporales, descubrieron que es resistente a las balasel equipo podría hacerse sustancialmente más resistente a los impactos de alta velocidad.
"Durante los últimos 12 años, los investigadores han estado buscando formas de reducir el daño causado por el impacto de las balas de alta velocidad en las armaduras hechas con carburo de boro", dijo el Dr. Kelvin Xie, profesor asistente en el Departamento de Ciencia de Materialese Ingeniería. "Nuestro trabajo finalmente aborda esta necesidad insatisfecha y es un paso adelante en el diseño de una armadura corporal superior que protegerá contra armas de fuego aún más poderosas durante el combate".
Este estudio fue publicado en la edición de octubre de la revista Avances científicos .
El carburo de boro, denominado "diamante negro", es un material hecho por el hombre, que ocupa el segundo lugar por debajo de otro material sintético llamado nitruro de boro cúbico por su dureza. Sin embargo, a diferencia del nitruro de boro cúbico, el carburo de boro es más fácil de producir a gran escala.Además, el carburo de boro es más duro y liviano que otros materiales de blindaje como el carburo de silicio, lo que lo convierte en una opción ideal para equipos de protección, particularmente chalecos antibalas.
A pesar de las muchas cualidades deseables del carburo de boro, su principal déficit es que puede dañar muy rápidamente en caso de impacto a alta velocidad.
"El carburo de boro es realmente bueno para detener las balas que viajan por debajo de 900 metros por segundo, por lo que puede bloquear las balas de la mayoría de las pistolas con bastante eficacia", dijo Xie. "Pero por encima de esta velocidad crítica, el carburo de boro pierde repentinamente su rendimiento balístico y esno tan efectivo "
Los científicos saben que las sacudidas de alta velocidad hacen que el carburo de boro tenga transformaciones de fase, un fenómeno en el que un material cambia su estructura interna de modo que se encuentre en dos o más estados físicos, como líquido y sólido, al mismo tiempo.convierte el carburo de boro de un estado cristalino donde los átomos se ordenan sistemáticamente a un estado similar al vidrio donde los átomos están dispuestos al azar. Este estado similar al vidrio debilita la integridad del material en el sitio de contacto entre la bala y el carburo de boro.
"Cuando el carburo de boro sufre una transformación de fase, la fase vítrea crea una autopista para que se propaguen las grietas", dijo Xie. "Entonces, cualquier daño local causado por el impacto de una bala viaja fácilmente por todo el material y causa progresivamente más daño".
El trabajo anterior utilizando simulaciones por computadora predijo que agregar una pequeña cantidad de otro elemento, como el silicio, tenía el potencial de hacer que el carburo de boro fuera menos frágil. Xie y su grupo investigaron si agregar una pequeña cantidad de silicio también reducía la transformación de fase.
Para simular el impacto inicial de una bala de alta velocidad, los investigadores realizaron abolladuras bien controladas en muestras de carburo de boro con una punta de diamante, cuyo ancho es más pequeño que un cabello humano. Luego, bajo un microscopio electrónico de alta potencia,miró el daño microscópico que se formó a partir de los golpes.
Xie y sus colaboradores descubrieron que incluso con pequeñas cantidades de silicio, la extensión de la transformación de fase se redujo en un 30%, reduciendo notablemente el daño de la sangría.
Aunque el silicio sirve para mejorar las propiedades del carburo de boro, Xie explicó que se necesitan más experimentos para saber si otros elementos, como el litio y el aluminio, también podrían mejorar el rendimiento del carburo de boro.
En el futuro cercano, Xie predice que estos primos más fuertes de carburo de boro puro encontrarán otras aplicaciones no militares. Uno de esos usos es en escudos nucleares. Dijo que usar un toque de silicio en carburo de boro cambia la separación entre los átomos y los espacios vacíos creadospodrían ser buenos sitios para absorber la radiación dañina de los reactores nucleares.
"Al igual que en la cocina, donde una pequeña pizca de especias puede aumentar enormemente el sabor, al usar una pequeña cantidad de silicio podemos mejorar drásticamente las propiedades del carburo de boro y, en consecuencia, encontrar nuevas aplicaciones para estos materiales ultraduros", dijo Xie.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Texas A&M . Original escrito por Vandana Suresh. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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