무기 및 장비에 세라믹 소재 적용
I. 장갑 보호 시스템의 세라믹 복합재
무기 및 장비 분야에서 세라믹 복합재는 독특한 물리적, 화학적 특성으로 인해 현대 장갑 방호 시스템의 핵심 소재 중 하나로 자리 잡았습니다. 높은 경도, 경량성, 그리고 뛰어난 내충격성 덕분에 육·해·공 전투 플랫폼의 방호 설계에서 중요한 위치를 차지하고 있습니다. 장갑차 방호 측면에서도 세라믹 복합재의 적용은 전투 차량의 생존성을 크게 향상시켰습니다. 기존 강철 장갑과 비교했을 때, 세라믹 복합재는 밀도가 낮아 장갑의 무게를 크게 줄이고 차량의 기동성을 향상시킬 수 있습니다.
예를 들어, 알루미나 또는 탄화규소 세라믹을 사용한 복합 장갑은 모스 경도계에서 9 이상의 경도를 가지고 있으며, 장갑 관통 발사체와 폭발성 발사체의 관통을 효과적으로 저항할 수 있습니다.
세라믹 소재는 내식성이 뛰어나 해양 환경에서 뛰어난 성능을 발휘하며, 사용 수명이 20년 이상으로 기존 금속 보호 소재보다 훨씬 깁니다.
군용 항공기 설계에서 세라믹 매트릭스 복합재는 동체와 날개의 전연과 같은 핵심 구성품의 장갑 보호에 사용됩니다.
2세. 미사일 및 로켓 엔진의 고온 내성 세라믹 부품
질화규소(시₃N₄)와 탄화규소(SiC) 세라믹은 1,600°C의 고온 환경에서도 400MPa 이상의 굽힘 강도를 유지할 수 있어 엔진의 고온 구성품에 이상적인 선택입니다.
미사일 엔진 분야에서 세라믹 매트릭스 복합재는 터빈 로터 블레이드와 연소실 라이너를 제조하는 데 성공적으로 사용되었습니다.
로켓 엔진의 추진 효율 향상은 첨단 세라믹 소재의 적용을 통해 직접적으로 이루어집니다. NASA는 2021년부터 2023년까지 수행된 일련의 시험을 통해 지르코니아 강화 알루미나(제타) 세라믹 노즐이 3000°C의 고온 가스 환경에서 탁월한 열충격 저항성을 보이며, 기존 금속 노즐보다 5~8배 더 긴 수명을 제공한다는 것을 확인했습니다.
3세. 방탄판 및 경량 장갑용 세라믹
방탄판 분야에서는 알루미나, 탄화규소, 질화규소가 주도하는 기술 노선이 형성되어 왔습니다. 성능 시험 데이터에 따르면, 세라믹 방탄판은 압축 강도, 인장 강도, 내충격성 측면에서 탁월한 성능을 보이며 다양한 구경의 탄환 공격을 효과적으로 견뎌낼 수 있습니다. 기존 금속 소재와 비교했을 때, 세라믹 방탄판은 상당한 경량화 이점을 가지고 있으며, 30%에서 50%에 달하는 무게 감소 효과를 제공하여 개별 병사들의 기동성과 지속 전투 능력을 크게 향상시킵니다.
경량 장갑 솔루션은 단일 기능 보호에서 다기능 통합으로 발전했습니다. 현재 군 장비에서는 세라믹 복합 장갑이 방호 성능 확보라는 전제 하에 장갑차의 총 중량을 15%에서 20%까지 줄이는 데 성공했습니다.