방탄판에는 세라믹을 사용하나요? (1)

사람들은 일반적으로 세라믹이 깨지기 쉽다고 생각합니다. 하지만 현대 기술 가공을 거치면서 세라믹은 '변신'하여 특히 다양한 분야에서 단단하고 강도가 높은 새로운 소재로 거듭났습니다.방탄특수한 물리적 성질을 지닌 소재 중에서 세라믹은 특히 두각을 나타내며, 매우 인기 있는 방탄 소재로 떠오르고 있습니다.

① 그방탄세라믹 재료의 원리

방탄복의 기본 원리는 발사체의 에너지를 흡수하여 속도를 줄이고 무력화하는 것입니다. 금속과 같은 대부분의 전통적인 공학 재료는 구조물의 소성 변형을 통해 에너지를 흡수하는 반면, 세라믹 재료는 미세 파쇄 과정을 통해 에너지를 흡수합니다.

방탄 세라믹의 에너지 흡수 과정은 크게 세 단계로 나눌 수 있습니다.

(1) 초기 충격 단계: 발사체가 세라믹 표면에 충돌하여 탄두가 무뎌지고 세라믹 표면에서 작고 단단한 파편이 형성되는 과정에서 에너지를 흡수합니다.

(2) 침식 단계: 무뎌진 발사체는 파편화된 영역을 계속 침식하여 세라믹 파편의 연속적인 층을 형성합니다.

(3) 변형, 균열 및 파괴 단계: 마지막으로 세라믹에 인장 응력이 발생하여 파손됩니다. 이어서 뒷판이 변형되고 남은 모든 에너지는 뒷판 재료의 변형에 의해 흡수됩니다. 발사체가 세라믹에 충돌하는 과정에서 발사체와 세라믹 모두 손상됩니다.

②방탄 세라믹의 재료 특성에 대한 요구 사항

세라믹 자체의 취성 때문에, 발사체와의 충돌 시 소성 변형보다는 파괴가 더 쉽게 일어납니다. 인장 하중이 작용할 경우, 파괴는 기공이나 결정립계와 같은 불균일한 영역에서 먼저 발생합니다. 따라서 미세 응력 집중을 최소화하기 위해서는 방탄 세라믹은 낮은 기공률(이론 밀도의 최대 99%)과 미세한 결정립 구조를 갖춘 고품질 소재여야 합니다.

재료의 특성과 방탄 성능에 미치는 영향

탄화규소 세라믹은 밀도가 비교적 낮고 경도가 높아 비용 효율적인 구조용 세라믹이기 때문에 중국에서 가장 널리 사용되는 방탄 세라믹입니다.
탄화붕소 세라믹은 이들 세라믹 중에서 밀도가 가장 낮고 경도가 가장 높지만, 동시에 고온 고압 소결과 같은 가공 기술에 대한 요구 조건도 매우 높아 세 가지 세라믹 중에서 비용이 가장 높습니다.