경량 고경도 세라믹스는 50여년전부터 장갑재료로 사용되고 있다. 최근에는 개인장갑에서부터 전투헬기 및 전차에 이르기까지 세라믹스를 채택한 다양한 무기체계가 개발되어 실제 사용되고 있다. 주로 사용되는 세라믹스로서는 경제성이 있고 방탄성능이 우수한 알루미나가 주축이다. 그러나 지금까지의 연구는 적용을 위한 경험적 연구가 주종을 이루고 있으며 운동에너지탄 관통자나 성형작약탄 제트의 고속충돌에 의한 재료의 파괴기구는 그 복잡성으로 인해 근본적이고 체계적인 연구는 거의 없는 실정이다. 방탄재료는 이와 같은 재료의 고속충돌 저항물성을 응용한 것이다. 세라믹을 방탄재료로 사용하기 위해서는 첫째, 고속충돌에 의해 발생한 shock wave를 감쇄시켜야 하며 둘째, 고속 인장 및 전단파를 감쇄시키고 동적 파괴응력이 강화되어야 하며 셋째, 고체 상태로 미세 분말화하여 고속으로 분산되어야 한다. 운동에너지탄 관통자나 성형작약탄 제트의 침투에 대응하는 재료는 탄자 전면에서 10^(-6)sec 범위에서 발생된 고속/고압의 충격파에 오랫동안 견디면서 탄자를 소진시켜야 한다. 따라서 ...
경량 고경도 세라믹스는 50여년전부터 장갑재료로 사용되고 있다. 최근에는 개인장갑에서부터 전투헬기 및 전차에 이르기까지 세라믹스를 채택한 다양한 무기체계가 개발되어 실제 사용되고 있다. 주로 사용되는 세라믹스로서는 경제성이 있고 방탄성능이 우수한 알루미나가 주축이다. 그러나 지금까지의 연구는 적용을 위한 경험적 연구가 주종을 이루고 있으며 운동에너지탄 관통자나 성형작약탄 제트의 고속충돌에 의한 재료의 파괴기구는 그 복잡성으로 인해 근본적이고 체계적인 연구는 거의 없는 실정이다. 방탄재료는 이와 같은 재료의 고속충돌 저항물성을 응용한 것이다. 세라믹을 방탄재료로 사용하기 위해서는 첫째, 고속충돌에 의해 발생한 shock wave를 감쇄시켜야 하며 둘째, 고속 인장 및 전단파를 감쇄시키고 동적 파괴응력이 강화되어야 하며 셋째, 고체 상태로 미세 분말화하여 고속으로 분산되어야 한다. 운동에너지탄 관통자나 성형작약탄 제트의 침투에 대응하는 재료는 탄자 전면에서 10^(-6)sec 범위에서 발생된 고속/고압의 충격파에 오랫동안 견디면서 탄자를 소진시켜야 한다. 따라서 압축강도가 높고 충격/압축에너지를 쉽게 소진시킬 수 있는 고인성의 경상(hard phase)이 필요하다. 한편 연속으로 침투하는 탄자를 교란시키기 위해서는 순간적인 압축-팽창률이 높은 상이 필요하다. 따라서 운동에너지탄 관통자와 성형작약탄 제트를 동시에 방호할 수 있는 재료는 경상과 유리질이 동시에 존재하여야 한다. 유리에 강도를 부여하기 위해 질소를 도입하여 질화유리를 제조한 결과, 모유리에 비해 경도와 압축강도가 각각 21%와 50% 증가하였으며, 고속충돌 저항물성은 30% 증가하였다. 유리 기지(matrix) 내에 경상을 갖는 복합재료를 제조하는 방법으로 모유리 자체를 결정화시켜 유리와 결정이 공존하는 결정화유리를 제조하는 방법과 유리 분말과 경상인 탄화규소를 혼합하여 유리-탄화규소 복합재료를 소결하는 방법을 선정하였다. 본 연구를 통하여 개발된 고강도 유리 및 이의 결정화유리는 우수한 방탄물성을 갖는 것으로 확인된 알루미나-실리카계 세라믹과 동등 이상의 고속충돌 저항물성을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. soda-lime-silicate계 유리 분말에 탄화규소를 강화상으로 첨가한 후 점성소결에 의해 유리-탄화규소 복합재료를 개발하였다. 5 wt%의 탄화규소를 첨가하였을 때, 460℃에서 3시간 유지하는 유리 재배열 과정과 665℃에서 1시간 유지하는 점성소결 공정을 통하여 최고 상대밀도 99.2%의 치밀한 시편을 얻을 수 있었다. 고속충돌 저항물성 측정을 위한 시편의 제조는 형상이 커짐에 따라 내부에 기공이 많이 존재하여 신뢰성 있는 데이터를 얻을 수는 없었으나, 고속충돌에 의한 관통 메커니즘과 몇몇 세라믹의 고속충돌 저항물성 측정결과로부터 유리-탄화규소 복합재료가 높은 저항물성을 갖을 것으로 기대되었다. 본 연구에서는 고속충돌에 의한 재료의 파괴기구로부터 유리상과 경상이 공존하는 복합재료의 개발로 고속충돌 저항물성을 응용한 고성능 세라믹 방탄소재의 체계적인 개발을 수행하고자 하였다.
경량 고경도 세라믹스는 50여년전부터 장갑재료로 사용되고 있다. 최근에는 개인장갑에서부터 전투헬기 및 전차에 이르기까지 세라믹스를 채택한 다양한 무기체계가 개발되어 실제 사용되고 있다. 주로 사용되는 세라믹스로서는 경제성이 있고 방탄성능이 우수한 알루미나가 주축이다. 그러나 지금까지의 연구는 적용을 위한 경험적 연구가 주종을 이루고 있으며 운동에너지탄 관통자나 성형작약탄 제트의 고속충돌에 의한 재료의 파괴기구는 그 복잡성으로 인해 근본적이고 체계적인 연구는 거의 없는 실정이다. 방탄재료는 이와 같은 재료의 고속충돌 저항물성을 응용한 것이다. 세라믹을 방탄재료로 사용하기 위해서는 첫째, 고속충돌에 의해 발생한 shock wave를 감쇄시켜야 하며 둘째, 고속 인장 및 전단파를 감쇄시키고 동적 파괴응력이 강화되어야 하며 셋째, 고체 상태로 미세 분말화하여 고속으로 분산되어야 한다. 운동에너지탄 관통자나 성형작약탄 제트의 침투에 대응하는 재료는 탄자 전면에서 10^(-6)sec 범위에서 발생된 고속/고압의 충격파에 오랫동안 견디면서 탄자를 소진시켜야 한다. 따라서 압축강도가 높고 충격/압축에너지를 쉽게 소진시킬 수 있는 고인성의 경상(hard phase)이 필요하다. 한편 연속으로 침투하는 탄자를 교란시키기 위해서는 순간적인 압축-팽창률이 높은 상이 필요하다. 따라서 운동에너지탄 관통자와 성형작약탄 제트를 동시에 방호할 수 있는 재료는 경상과 유리질이 동시에 존재하여야 한다. 유리에 강도를 부여하기 위해 질소를 도입하여 질화유리를 제조한 결과, 모유리에 비해 경도와 압축강도가 각각 21%와 50% 증가하였으며, 고속충돌 저항물성은 30% 증가하였다. 유리 기지(matrix) 내에 경상을 갖는 복합재료를 제조하는 방법으로 모유리 자체를 결정화시켜 유리와 결정이 공존하는 결정화유리를 제조하는 방법과 유리 분말과 경상인 탄화규소를 혼합하여 유리-탄화규소 복합재료를 소결하는 방법을 선정하였다. 본 연구를 통하여 개발된 고강도 유리 및 이의 결정화유리는 우수한 방탄물성을 갖는 것으로 확인된 알루미나-실리카계 세라믹과 동등 이상의 고속충돌 저항물성을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. soda-lime-silicate계 유리 분말에 탄화규소를 강화상으로 첨가한 후 점성소결에 의해 유리-탄화규소 복합재료를 개발하였다. 5 wt%의 탄화규소를 첨가하였을 때, 460℃에서 3시간 유지하는 유리 재배열 과정과 665℃에서 1시간 유지하는 점성소결 공정을 통하여 최고 상대밀도 99.2%의 치밀한 시편을 얻을 수 있었다. 고속충돌 저항물성 측정을 위한 시편의 제조는 형상이 커짐에 따라 내부에 기공이 많이 존재하여 신뢰성 있는 데이터를 얻을 수는 없었으나, 고속충돌에 의한 관통 메커니즘과 몇몇 세라믹의 고속충돌 저항물성 측정결과로부터 유리-탄화규소 복합재료가 높은 저항물성을 갖을 것으로 기대되었다. 본 연구에서는 고속충돌에 의한 재료의 파괴기구로부터 유리상과 경상이 공존하는 복합재료의 개발로 고속충돌 저항물성을 응용한 고성능 세라믹 방탄소재의 체계적인 개발을 수행하고자 하였다.
Ceramics have been used as armor materials over 50 years ago due to high strength with low density. Many weapon systems where ceramics are adopted have been developed and stationed in the field from the personal armor jacket to the fighter helicopters and newly developed tanks. The most widely used ...
Ceramics have been used as armor materials over 50 years ago due to high strength with low density. Many weapon systems where ceramics are adopted have been developed and stationed in the field from the personal armor jacket to the fighter helicopters and newly developed tanks. The most widely used ceramic is alumina. It has good protection capability and low manufacturing cost. The fracture mechanism of armor material is known to be very complicated. Therefore, there exists not many systematic research conducted on this area. The high velocity impact resistance of material is used to evaluate armor materials. For the ceramic, to be employed as an armor material, it has to meet the following conditions; First, it must have a large reduction capability of shock waves. Second, it must effectively reduce the high velocity longitudinal and shear waves, and strengthen the dynamic fracture stress. Finally, it must be easily transformed into comminuted granular powder and be spreaded out with high velocity. A material which withstands against a kinetic energy projectile or a shaped charge jet can bear the pressure of shock waves for at least 10^(-6) seconds and demolish the projectile head. Therefore, hard phase material with a high compressive strength is needed to eliminate a shock compressive energy. In order to disturb the continuously penetrating projectile, high rate of instantaneous compression-expansion is needed. In order to protect a kinetic energy projectile and a shaped charge jet, the armor material has to have a hard phase and a glass phase simultaneously. The nitrogen was introduced to parent glass to form a oxynitride glass for strengthen the glass. The hardness and compressive strength of oxynitride glass were increased up to 21% and 50%, respectively. The resistance property of oxynitride glass against high velocity copper jet was 30% higher than that of parent glass. Two different manufacturing methods were used to produce glass-composites; one is the crystallization of glass and the other is viscous flow sintering of glass-SiC composite. The high velocity impact resistance property of glasses and crystallized glasses developed during this research showed equal to or greater than that of alumina-silica ceramic which has an excellent ballistic property. The glass-SiC composite was developed by adding SiC powder as a reinforcing agent to soda-lime-silicate glass powder. The 99.2% of theoretical density was achieved when 5 wt% of SiC was added to glass powder by the following sintering conditions; the rearrangement at 460℃ for 3 hrs. and sintering at 665℃ for 1 hr.. The impact resistance property of glass-SiC composite could not be measured because of voids inside large size sample. It is expected that the glass-SiC composite is an excellent candidate material for armor application. In this research, a systematic research was made for the development of improved ceramic armor material where the glassy phase and hard phase exist simultaneously.
Ceramics have been used as armor materials over 50 years ago due to high strength with low density. Many weapon systems where ceramics are adopted have been developed and stationed in the field from the personal armor jacket to the fighter helicopters and newly developed tanks. The most widely used ceramic is alumina. It has good protection capability and low manufacturing cost. The fracture mechanism of armor material is known to be very complicated. Therefore, there exists not many systematic research conducted on this area. The high velocity impact resistance of material is used to evaluate armor materials. For the ceramic, to be employed as an armor material, it has to meet the following conditions; First, it must have a large reduction capability of shock waves. Second, it must effectively reduce the high velocity longitudinal and shear waves, and strengthen the dynamic fracture stress. Finally, it must be easily transformed into comminuted granular powder and be spreaded out with high velocity. A material which withstands against a kinetic energy projectile or a shaped charge jet can bear the pressure of shock waves for at least 10^(-6) seconds and demolish the projectile head. Therefore, hard phase material with a high compressive strength is needed to eliminate a shock compressive energy. In order to disturb the continuously penetrating projectile, high rate of instantaneous compression-expansion is needed. In order to protect a kinetic energy projectile and a shaped charge jet, the armor material has to have a hard phase and a glass phase simultaneously. The nitrogen was introduced to parent glass to form a oxynitride glass for strengthen the glass. The hardness and compressive strength of oxynitride glass were increased up to 21% and 50%, respectively. The resistance property of oxynitride glass against high velocity copper jet was 30% higher than that of parent glass. Two different manufacturing methods were used to produce glass-composites; one is the crystallization of glass and the other is viscous flow sintering of glass-SiC composite. The high velocity impact resistance property of glasses and crystallized glasses developed during this research showed equal to or greater than that of alumina-silica ceramic which has an excellent ballistic property. The glass-SiC composite was developed by adding SiC powder as a reinforcing agent to soda-lime-silicate glass powder. The 99.2% of theoretical density was achieved when 5 wt% of SiC was added to glass powder by the following sintering conditions; the rearrangement at 460℃ for 3 hrs. and sintering at 665℃ for 1 hr.. The impact resistance property of glass-SiC composite could not be measured because of voids inside large size sample. It is expected that the glass-SiC composite is an excellent candidate material for armor application. In this research, a systematic research was made for the development of improved ceramic armor material where the glassy phase and hard phase exist simultaneously.
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