표면 아래: 단단한 장갑판 재료 탐색

May 26, 2023

이전 게시물에서 우리는 NIJ 및 기타 표준 설정 조직에서 정의한 방탄복 플레이트가 제공하는 보호 "수준"을 탐색하면서 견고한 갑옷 플레이트 등급을 조사했습니다. 우리의 목표는 이러한 맥락에서 장갑판에 대한 보다 명확한 이해를 제공하는 것이었습니다. 그러나 이전 게시물에서 밝혔듯이 이러한 "레벨"은 임의적이며 많은 플레이트가 그 아래, 사이 또는 위에 위치합니다(즉, 설명에 "플러스"가 있는 모든 플레이트. III+, IIIA+, IV+…).

장갑판의 성능 특성을 제대로 파악하려면 해당 장갑판의 레벨을 아는 것만으로는 충분하지 않습니다. 피상적인 이해라도 해당 판의 구성에 사용된 재료에 대한 어느 정도의 지식이 필요합니다.

이를 염두에 두고 장갑판 재료와 그 성능 특성에 대한 개요를 제공하겠습니다.

단단한 장갑판에는 알루미나, 탄화규소, 탄화붕소 등 세 가지 세라믹 재료가 일반적으로 사용됩니다.

아래 표는 일반적인 변형인 AD85 및 RBB4C를 포함하여 각 재료에 대한 상용 등급의 ​​평균 특성을 나타냅니다.

위 표에서 '성능'은 가중치 기준으로 평가됩니다. 예를 들어, 열간 압착 탄화규소(SiC)와 반응 결합 탄화붕소(RBB4C)는 동일한 가중치를 고려할 때 강철 코어 AP 위협에 대해 비슷한 효율성을 보여줍니다. 이는 8mm 두께의 SiC 타일을 ~9.3mm 두께의 RBB4C 타일과 비교하고 있음을 의미합니다.

경도 및 압축 강도와 같은 기계적 특성이 어떻게 탄도 성능으로 변환되는지에 대한 문제는 여전히 해결되지 않았습니다. 당분간은 따로 남겨두겠습니다.

알루미나 일반적으로 밀도가 높기 때문에 무게 대비 성능 비율이 가장 낮습니다. 그럼에도 불구하고, 알루미나는 민간 및 법 집행 시장용 플레이트에서 가장 널리 사용되는 세라믹 갑옷 재료입니다. 이는 널리 이용 가능하고, 복잡한 형태로 쉽게 성형할 수 있으며, 가장 중요한 것은 가격이 매우 저렴하고 효율적이고 신뢰할 수 있는 소재이기 때문입니다. 평균적으로 레벨 IV 플레이트의 10×12인치 알루미나 타격면에 대한 제조업체 비용은 약 $20입니다. 또한 알루미나는 SiC 및 B4C 기반 재료에 비해 뛰어난 다중 적중 성능을 나타내므로 플레이트당 6번의 샷이 필요한 NIJ 0101.06 레벨 III과 같은 사양을 준수하는 데 크게 도움이 됩니다.

알루미나는 비용 효율적이고 널리 사용되는 세라믹 재료로, 비록 무겁기는 하지만 신뢰할 수 있는 플레이트를 만듭니다. 이 플레이트는 종종 좋은 다중 적중 특성을 나타냅니다.

실리콘 카바이드 (SiC)는 가장 광범위한 위협에 걸쳐 가격과 성능의 가장 유리한 균형을 제공합니다. 알루미나에 비해 상당히 가볍고 모든 위협에 대해 뛰어난 성능을 발휘합니다. 붕소 카바이드보다 약간 무겁고 볼 및 강철 코어 위협에 대해 성능이 약간 떨어지지만 더 나은 다중 적중 성능과 텅스텐 카바이드 코어 위협에 대해 크게 향상된 효율성으로 보상합니다.

SiC 변형은 응용 범위를 확장합니다. 예: (1) 반응 결합 SiC는 모든 위협에 대해 알루미나보다 성능이 뛰어나며 순도 99% 이상의 알루미나보다 약간 더 비쌉니다. (2) Adept Armor Colossus 플레이트에 사용된 새로운 SiC-TiB2 복합재는 강철 코어 위협에 대해 무게 대비 성능 기준으로 B4C와 경쟁하며 텅스텐 카바이드 코어 위협에 대해서는 B4C를 쉽게 능가합니다. (3) 지난 몇 년 동안 더욱 향상된 성능을 제공할 수 있는 SiC-다이아몬드 복합재에 대한 상당한 연구 관심이 있었습니다.

다재다능한 최고의 성능을 자랑하는 SiC는 오늘날 군용 등급 AP 등급 플레이트에 선호되는 소재가 되었으며, 특히 최근 고성능 SiC 기반 세라믹 복합재가 등장함에 따라 가까운 미래에도 이러한 위치를 유지해야 합니다.

핫 프레싱 또는 소결붕소 탄화물 (B4C)는 고급 틈새 소재입니다. 핵심 위협을 차단하는 데 있어 다른 모든 옵션보다 훨씬 뛰어난 성능을 발휘합니다. 그러나 사용을 제한하는 몇 가지 단점이 있습니다. (1) 붕소 탄화물 원료는 비용이 많이 들고 가공이 어렵습니다. (2) 붕소 탄화물은 탄화 붕소 비정질화 문제로 인해 동일한 밀도의 SiC 또는 고급 알루미나에 비해 텅스텐 탄화물 코어가 있는 AP 탄환에 비해 성능이 저하됩니다. (3) 탄화붕소는 유리와 같은 성질을 가지며 충격 시 매우 취약한 특성을 나타내어 동급 최악의 다단타 성능을 발휘합니다. 이러한 이유로 초고급 레벨 IV 및 .30-06 APM2 또는 7.62x54mmR B32 API를 차단하도록 설계된 군용 플레이트에 선택되는 타격면 재료이지만 다른 목적으로는 자주 사용되지 않습니다.