Fórmula para fortalecer dramáticamente la armadura corporal

Traje de carburo de boroSegún las antiguas tradiciones, Genghis Khan instruyó a sus jinetes para que llevaran chalecos de seda debajo de su armadura, para protegerse mejor de un ataque de flechas durante la batalla. Desde la época de Khan, la armadura corporal ha evolucionado significativamente, la seda dio paso a materiales ultra-duros, que actúan como muros impenetrables contra muchos tipos de proyectil. Sin embargo, incluso estos pueden fallar, particularmente si son atacados por municiones de alta velocidad u otros objetos de movimiento rápido.

Los investigadores de la Universidad de Texas A y M han formulado una nueva receta que puede prevenir las debilidades de las protecciones modernas. Añadiendo una pequeña cantidad del elemento silicio al carburo de boro, un material comúnmente usado para hacer armaduras corporales, descubrieron que los blindajes resistentes a las balas podían hacerse considerablemente más resistentes a los impactos a 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 protecciones fabricadas con carburo de boro», dijo el Dr. Kelvin Xie, profesor adjunto del Departamento de Ciencia de Materiales e 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».

El carburo de boro, llamado «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 ligero que otros materiales empleados en blindajes como el carburo de silicio, lo que lo convierte en una opción ideal para los equipos de protección, en particular los chalecos balísticos.

A pesar de las muchas cualidades deseables del carburo de boro, su principal defecto es que un impacto a gran velocidad lo daña fácilmente.

«El carburo de boro es muy bueno para detener balas que vuelen a menos de 900 metros por segundo, por lo que puede bloquear las balas de la mayoría de las pistolas de forma bastante eficaz», dijo Xie. «Pero por encima de esta velocidad crítica, el carburo de boro pierde repentinamente su rendimiento balístico y su efectividad».

Los científicos saben que los choques de alta velocidad hacen que el carburo de boro sufra transformaciones de fase, un fenómeno en el que un material cambia su estructura interna de tal manera que se encuentra en dos o más estados físicos, como líquido y sólido, al mismo tiempo. Así, el impacto de la bala convierte el carburo de boro de un estado cristalino, en el que los átomos se ordenan sistemáticamente, a un estado similar al vidrio, con los átomos ordenados al azar. Este estado de vidrio debilita la integridad del material en el lugar 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 las grietas se propaguen», dijo Xie. «Así, cualquier daño local causado por el impacto de una bala viaja fácilmente a través del material y causa progresivamente más daño».

Trabajos anteriores, que emplearon simulaciones por ordenador, predecían que la adición de una pequeña cantidad de otro elemento, como el silicio, podía hacer que el carburo de boro fuera menos quebradizo. Xie y su grupo investigaron si al añadir una pequeña cantidad de silicio también se reducía la transformación de fase.

Para simular el impacto inicial de una bala de alta velocidad, los investigadores hicieron abolladuras bien controladas en muestras de carburo de boro con una punta de diamante, cuyo ancho era menor que el de un cabello humano. Luego, bajo un microscopio electrónico de alta potencia, observaron el daño microscópico que se formó a partir de los golpes. Encontraron 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 hendidura.

Aunque el silicio sirve bien para mejorar las propiedades del carburo de boro, Xie explicó que hay que hacer más experimentos para saber si otros elementos, como el litio y el aluminio, también podrían mejorar el rendimiento del carburo de boro.

En un futuro próximo, Xie predice que estos primos más fuertes del carburo de boro puro encontrarán otras aplicaciones no militares. Uno de esos usos es en los escudos nucleares. Dijo que el uso de un toque de silicio en el carburo de boro cambia el espacio entre los átomos y los espacios vacíos creados podrían ser buenos espacios para absorber la radiación dañina de los reactores nucleares.

«Al igual que en la cocina, donde un pequeño espolvoreo 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.

Fte. Defense Talks

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