세라믹이 새로운 방탄소재가 된 이유를 알려드립니다.
사람들의 생각에 도자기는 깨지기 쉽다는 것입니다. 값비싼 고대 도자기는 살짝만 떨어뜨려도 순식간에 산산이 조각날 수 있습니다. 하지만 현대 기술을 통해 도자기가 완전히 변모했고, 그 물리적 특성 덕분에 방탄 소재로도 활용될 수 있다는 사실을 알고 계셨나요? 덕분에 방탄 분야에서 떠오르는 신예라는 명성을 얻게 되었습니다.
상상해 보세요. 전장에서 작은 총알 하나가 병사에게 치명적인 상처를 입힐 수 있지만, 깨지기 쉬운 세라믹은 고속으로 날아오는 총알을 막을 수 있습니다. 그 으아아아(으)ㄹ ...
☛ 고경도, 복합조합
방탄 세라믹은 무기 비금속 재료군에 속합니다. 엄밀히 말하면, 일상생활에서 사용되는 도자기와는 다른 종류의 재료입니다. 특수 세라믹의 일종인 방탄 세라믹은 지역 점토를 사용하여 틀을 만들고 구워 만드는 도자기 도구와는 달리, 분말 제조, 성형, 고온 소결 등 일련의 복잡한 공정을 거쳐 제작됩니다. 화학, 야금, 재료 과학 등 현대 기술의 급속한 발전으로 탄생한 방탄 세라믹입니다.
방탄 세라믹이 총알을 막을 수 있는 이유는 매우 높은 경도와 강도를 가지고 있기 때문입니다. 총알이 고강도 고경도 세라믹에 맞으면 산산이 조각나 세라믹이 깨집니다. 이 모든 과정에서 총알의 에너지 대부분이 소모되어 충격 지점에 으아아아아 역피라미드" 모양의 손상 원뿔이 형성됩니다. 이는 총알에 맞은 후 세라믹이 일반적으로 받는 손상 형태이기도 합니다.
세라믹의 다중 충격 내구성을 강화하기 위해, 고강도 섬유 직물을 세라믹 패널에 코팅하여 총탄에 의한 균열 확산을 방지하는 경우가 많습니다. 고강도 및 경질 세라믹과 견고한 후면의 조합은 현대 세라믹 복합 장갑의 기본 구조를 형성합니다.
☛ 전쟁으로 세례를 받고 생명의 방패가 되셨네
1960년대 베트남 정글에서 미군 헬리콥터와 승무원들은 지상 경화기의 공격을 받아 부상을 입는 일이 잦았습니다. 전투 장비 손상과 승무원 사상자를 줄이기 위해 1962년, 한 미국 항공우주 회사가 단단한 세라믹 전면을 가진 최초의 복합 장갑을 개발했습니다. 이 장갑은 약 6mm 두께의 견고한 알루미늄 후면판에 알루미나 세라믹 블록을 접착하여 7.62mm 철갑탄의 공격을 견뎌냈습니다. 바로 이 시기에 미군은 방탄 세라믹의 대규모 군사적 적용을 개척했습니다.
보호 능력을 강화하기 위해 과학자들은 방탄 세라믹을 삽입판으로 제작하여 연성 방탄복과 함께 사용하는 아이디어를 생각해 냈습니다. 이는 고대 갑옷의 심장 보호 거울과 유사합니다. 이렇게 하면 착용자의 이동성을 고려하면서 인체 핵심 부위의 보호력을 크게 향상시킬 수 있습니다. 처음에는 작은 세라믹 조각들을 연결하여 삽입판을 만들었습니다. 기술의 발전으로 작은 세라믹 조각 사이의 틈으로 인한 약점을 제거하기 위해 세라믹 전체를 사용하는 경우가 점점 더 많아졌습니다. 일부는 인체에 맞게 곡면으로 제작되기도 합니다. 이는 현재 방탄 삽입판의 기본 형태이기도 합니다. 현재 방탄 세라믹 제조 기술은 점점 더 발전하여 군인을 보호하는 생명의 방패로 자리 잡고 있습니다.
☛ 기술은 힘을 실어주고, 더 많은 업그레이드가 이루어집니다.
수십 년간의 개발 끝에 현재 산화알루미늄, 탄화규소, 탄화붕소, 질화규소, 붕소티타늄 등 다양한 종류의 방탄 세라믹이 널리 사용되고 있습니다. 그중에서도 산화알루미늄, 탄화규소, 탄화붕소 세라믹이 가장 널리 사용됩니다. 무기 체계의 현대화로 인해, 특히 방탄 장비에 대한 요구가 점점 더 높아지면서 기존의 단상 세라믹은 더 이상 실제 군사적 요구를 충족할 수 없게 되었습니다. 따라서 방탄 세라믹은 다각화, 복합화, 그리고 기능화 방향으로 발전하기 시작했습니다.
기능적 등급 세라믹. 미세 부품 설계를 통해 세라믹의 성능은 규칙적이고 지속적인 변화를 겪습니다. 예를 들어, 금속 티타늄과 티타늄 붕화물, 산화알루미늄, 탄화규소, 탄화붕소, 질화규소와 금속 알루미늄을 혼합한 금속/세라믹 복합 시스템에서는 두께 방향으로 구조적 변화가 발생하여 방탄 세라믹이 탄착면의 높은 경도에서 후면의 높은 인성으로 전환됩니다. 이를 통해 방탄 세라믹은 장갑의 방탄 요건을 충족할 뿐만 아니라 다중 탄환 충격 저항력을 향상시켜 소구경 및 중구경 장갑 관통탄에 대한 방호에 상당한 이점을 제공합니다.
나노구조 복합 세라믹. 단일상 세라믹을 기반으로 서브미크론 또는 나노 크기의 분산 입자를 첨가하여 복합 세라믹을 형성합니다. 예를 들어, 탄화규소-질화규소-알루미나, 탄화붕소-탄화규소 등은 세라믹의 경도, 인성, 강도를 일정 범위 내에서 향상시킬 수 있습니다. 해외에서는 나노 크기의 분말을 결합하는 소결 공정을 연구하고 있으며, 이를 통해 세라믹 입자 크기를 수십 나노미터 수준으로 줄여 재료의 경도와 강도를 향상시킬 수 있다고 보고되었습니다. 이는 향후 첨단 세라믹 장갑의 주요 개발 방향입니다.
투명 세라믹. 단결정 산화알루미늄(사파이어), 알루미늄 산질화물, 마그네슘 알루미네이트 스피넬로 대표되는 투명 세라믹은 높은 강도와 경도, 그리고 우수한 광학적 특성을 가지고 있습니다. 따라서 방탄 유리를 대체할 수 있으며, 개인용 방탄 마스크, 미사일 탐지창, 차량 관측창, 잠수함 잠망경과 같은 군사 장비에 적용됩니다. 대형이고 복잡한 형상의 투명 부품을 저비용으로 제작할 수 있기 때문에, 이러한 세라믹은 여러 군사 강대국에서 21세기 개발의 핵심 광기능성 투명 소재 중 하나로 선정되었습니다.
현재 도자기는 군사 및 토목 기술 분야 모두에서 매우 널리 사용되고 있습니다. 창과 방패에 대한 고대 이야기는 앞으로도 계속되어 미래의 전장에서 강자들 간의 경이로운 대결을 펼칠 것으로 예상됩니다.