KR102492055B1 - 장갑판용 세라믹 방탄재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 장갑판용 세라믹 방탄재에 관한 것으로, 특히 몸체의 상부와 하부로 적층되는 재료 및 각 세라믹 방탄재 사이의 간격을 일정하게 유지할 수 있도록 함과 동시에 접합재(접착제)가 세라믹 방탄재 사이로 쉽게 삽입될 수 있도록 함으로써, 탄환의 피탄 충격에너지 흡수로 장갑판의 피탄 파손 범위를 국소화하는 장갑판용 세라믹 방탄재에 관한 것이다. 구성은 장갑판용 세라믹 방탄재에 있어서, 방탄을 위한 몸체와; 상기 몸체의 상,하면으로 형성되고 접합제가 충분히 삽입될 수 있도록 반지름이 0.5mm ~ 1.5mm의 반구형태로 형성되는 복수 개의 상부돌기 및 하부돌기와; 상기 몸체의 측면으로 형성되고 높이가 0.5mm ~ 1.5mm가 이며, 반지름은 5mm ~ 35mm로 형성되는 측면돌기; 로 구성되고, 상기 세라믹 방탄재의 양측면으로는 섬유강화복합재가 접합재에 의해 접합형성되고, 상기 섬유강화복합재의 사방으로는 일체화 성형을 위한 별도의 금형 없이 세라믹 복합재 장갑판 형태로 두께 1mm ~ 3mm로 형성되는 알루미늄인 금속 케이스가 접합재에 의해 부가 접합 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

장갑판용 세라믹 방탄재{Ceramic bulletproof material for armour plates}
본 발명은 장갑판용 세라믹 방탄재에 관한 것으로, 특히 몸체의 상부와 하부로 적층되는 재료 및 각 세라믹 방탄재 사이의 간격을 일정하게 유지할 수 있도록 함과 동시에 접합재(접착제)가 세라믹 방탄재 사이로 쉽게 삽입될 수 있도록 함으로써, 탄환의 피탄 충격에너지 흡수로 장갑판의 피탄 파손 범위를 국소화하는 장갑판용 세라믹 방탄재에 관한 것이다.
일반적으로 장갑판은 화기에서 발사된 탄환이 선박, 잠수함, 항공기, 전투차량 등에 피탄 되었을 때 탄환이 관통되지 못하도록 방어하여 차량 내부의 승무원 및 중요 전장부품을 보호하는 기능을 수행하게 된다.
이러한 장갑판의 구조는 다수의 패널이 라미네이트(laminate) 되는 것으로서, 전방패널은 통상적으로 세라믹 방탄판을 구조적으로 지지하고 분출되는 파열된 잔여 탄환과 세라믹 방탄재를 포획하는 역할을 하며, 전방패널 뒤에 있는 세라믹 방탄재는 탄환을 파열과 분쇄 및 충격에너지를 흡수하는 역할을 하며, 세라믹 방탄판 후면에 위치한 충격흡수패널인 백킹 플레이트(backing plate) 또는 섬유패널은 세라믹 방탄판을 구조적으로 지지하고, 또한 잔여 탄환과 방탄재 부분을 포획하는 역할을 한다.
여기서, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 장갑판(100)은 섬유강화 복합재(110), 세라믹 방탄판(120), 섬유강화 복합재(130)로 구성되어 있다.
그리고, 상기 세라믹 방탄판(120)은 도 2에 도시된 바와 같이 다수 개의 세라믹 방탄재(121)가 가로방향 및 세로방향으로 접합,구성되어 있다.
또, 상기 세라믹 방탄재(121)는 육각형으로 제작되고 접합재(접착제)를 일일이 도포함으로써 평판 형태로 제작되며 탄환의 피탄충격에너지를 흡수하여 다중피탄을 방어하게 된다.
그러나, 종래의 세라믹 방탄재(121)는 상,하,좌,우로 다른 부재(재료)와 접합하기 위하여 표면에 접착제를 일일이 도포하여야 하기 때문에 작업 시간이 많이 걸리는 문제점이 있었다.
또, 상기 세라믹 방탄재(121)의 표면에 접착제가 균일하게 도포가 되지 않기 때문에 장갑판 전체의 접착 균일성이 떨어져 방탄성능이 불균일이 발생하게 되는 문제점이 있었다.
또한, 상기 세라믹 방탄재(121) 층에서 방탄재 간 면 접합으로 탄환의 피탄 충격에너지가 면간 전파를 통하여 효과적으로 저지되지 못하여 인접한 세라믹 방탄재로 빠르게 전파됨으로써 장갑판 파손 부위가 넓어지게 되어 연속적으로 발사되는 탄환에 대한 장갑판의 다중피탄 방호성능을 저하시키는 문제점이 있었다.
공개번호 제10-2012-0121959호 공개번호 제10-2018-0027339호
이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 세라믹 방탄재를 평판으로 용이하게 제작할 수 있도록 하며, 탄환의 피탄충격에너지 흡수로 장갑판의 피탄 파손 범위를 국소화하여 연속적으로 발사된 탄환의 다중피탄을 방호하도록 하는 장갑판용 세라믹 방탄재를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 장갑판용 세라믹 방탄재에 있어서, 방탄을 위한 몸체와; 상기 몸체의 상,하면으로 형성되고 접합제가 충분히 삽입될 수 있도록 반지름이 0.5mm ~ 1.5mm의 반구형태로 형성되는 복수 개의 상부돌기 및 하부돌기와; 상기 몸체의 측면으로 형성되고 높이가 0.5mm ~ 1.5mm가 이며, 반지름은 5mm ~ 35mm로 형성되는 측면돌기; 로 구성되고, 상기 세라믹 방탄재의 양측면으로는 섬유강화복합재가 접합재에 의해 접합형성되고, 상기 섬유강화복합재의 사방으로는 일체화 성형을 위한 별도의 금형 없이 세라믹 복합재 장갑판 형태로 두께 1mm ~ 3mm로 형성되는 알루미늄인 금속 케이스가 접합재에 의해 부가 접합 형성되는 것을 특징으로 한다.
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이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 세라믹 방탄재 몸체에 상부돌기와 하부돌기 및 측면돌기를 형성함으로써, 장갑판 내부에서 탄환의 관통을 저지함과 동시에 피탄충격에너지를 효율적으로 흡수하여 화기로부터 연속으로 발사된 탄환이 1차 피탄 지점으로부터 근접거리에 2차 피탄이 되었을 때 파손 범위를 최소화하여 장갑판의 방호성능을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 상부돌기와 하부돌기에 의해 다층구조로 구성되어 있는 장갑판의 재료들을 알루미늄 케이싱 안에서 1회의 접합공정으로 일체화 성형함으로써 공정의 단순화로 작업이 단순하고 시간이 단축되어 생산성을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 종래 장갑판의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 종래 세라믹 방탄판을 구성하는 세라믹 방탄재를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 장갑판용 세라믹 방탄재의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 세라믹 방탄재를 접합재(접착제)를 이용하여 상호 결합하는 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 세라믹 방탄재를 접합하여 세라믹 방탄패널을 형성한 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 세라믹 방탄재를 접합한 세라믹 방탄패널을 이용하여 장갑판을 구성하는 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6의 조립도이다.
도 8은 도 7의 요부 단면도이다.
이하, 본 발명에 따른 다중 피탄 방어기능을 갖는 장갑체의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 보다 구체적으로 설명한다.
여기서, 하기의 모든 도면에서 동일한 기능을 갖는 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 반복적인 설명은 생략하며, 아울러, 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이것은 고유의 통용되는 의미로 해석되어야 함을 명시한다.
도 3 내지, 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 세라믹 장갑판용 세라믹 방탄재(200)는 몸체(210)와 상부돌기(220) 및 하부돌기(230)와, 측면돌기(240)로 대별되어 이루어진다.
상기 몸체(210)는 다른 형태에 비해 굽힘이나 압축 및 충격에 강하도록 육각 기둥 형태로 형성되는 것이 바람직하다.
또, 상기 몸체(210)는 Al2O3, SiC, Si3N4, B4C 중 어느 하나의 소재로 형성(제작)되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 몸체(210)는 복수 개가 가로방향 및 세로방향으로 배열되어 접합재(접착제)(G)에 의해 상호 결합되어 패널(plate)로 제작될 수 있다.
이와 같이, 상기 몸체(210)는 육각 기둥 형태로 형성됨에 따라 압축이나 충격에 강해 방호 성능 향상을 이룰 수 있다.
상기 상부돌기(220) 및 하부돌기(230)는 상기 몸체(210)의 상면과 하면(밑면)에 각각 복수 개가 형성된다.
상기 상부돌기(220)와 하부돌기(230)는 세라믹 방탄재(200)의 상하에 위치한 장갑판(300)의 구성 재료(섬유강화 복합재 또는 알루미늄)와의 일정한 간격을 유지하여 접합재(접착제)(G)의 장입을 쉽게 할 수 있게 한다.
또, 상기 상부돌기(220) 및 하부돌기(230)는 반구 형태로 형성되는 것이 바람직하다.
즉, 상기 상부돌기(220) 및 하부돌기(230)는 원기둥, 사각기둥, 기타 다각기둥과 같이 형성될 수도 있으나 반구 형태로 형성되어야 세라믹 방탄재(200)의 상부와 하부로 위치하는 장갑판의 구성재료와 접촉되는 부위의 면적이 최소화되고 접합재(G)가 가장 많은 면적으로 장입될 수 있다.
또한, 상기 상부돌기(220) 및 하부돌기(230)는 반구형태로 접합제가 충분히 삽입될 수 있도록 반지름이 0.5mm ~ 1.5mm로 형성되는 것이 바람직하다.
예컨대, 상기 상부돌기(220) 및 하부돌기(230)의 반지름이 0.5mm이하(미만)로 형성될 경우, 세라믹 방탄재(200)의 상부와 하부로 위치하는 장갑판의 구성재료와 접촉되는 부위의 면적을 최소화할 수 있으나, 접합력이 저하될 수 있다.
그리고, 상기 상부돌기(220) 및 하부돌기(230)의 반지름이 1.5mm이상으로 형성될 경우, 세라믹 방탄재(200)의 상부와 하부로 위치하는 장갑판(300)의 구성재료와 접합력은 높일 수 있으나 선접촉이 아닌 면접촉이 될 수 있어 접합재(G)가 고르게 삽입되지 않는 부위가 발생할 수 있다.
상기 측면돌기(240)는 상기 몸체(210)의 일부 측면에 복수 개가 형성되는 것이 바람직하다.
구체적으로, 상기 측면돌기(240)는 육각기둥 형태인 상기 몸체(210)의 6개 측면 중, 3개 면에 형성되는 것이 바람직하다.
즉, 상기 측면돌기(240)는 몸체(210)의 6개 측면 중, 격순 3개 면에만 형성되어야 다른 몸체(110)의 측면돌기(240)가 있는 면과 없는 면과의 접합시, 상호 다른 몸체(210)에 형성되는 각 측면돌기(240) 간의 간섭을 방지함과 동시에 균일한 접합과 벌집배열을 이룰 수 있다.
이와 같이, 상기 측면돌기(240)는 육각기둥 형태인 상기 몸체(210)의 6개 측면 중, 3개 면에 형성됨으로써, 상호 다른 몸체(210) 간 일정한 간격을 유지하여 접합재(접착제)(G)의 장입을 쉽게 이루도록 하고, 위협탄이 세라믹 방탄재(200)에 고속 충돌시 발생되는 피탄 충격에너지 전달을 최소화할 수 있다.
즉, 종래의 세라믹 방탄재는 세라믹 방탄재를 구성하는 상호 다른 몸체 간 면접촉에 의하여 피탄 충격에너지가 전달되나 본 발명에 따른 세라믹 방탄재(200)는 몸체(210)에 형성된 측면돌기(240)에 의해 선접촉으로 피탄충격에너지가 전달되기 때문이다.
뿐만 아니라, 상기 상부돌기(220)와 하부돌기(230) 및 측면돌기(240)에 의해 형성되는 공간(S)으로 충진되는 접합재(접착제)(G)에 의해 피탄충격에너지를 일부 흡수할 수 있다.
구체적으로, 상기 측면돌기(240)는 몸체(210)와 몸체(210) 간의 접합시, 각 측면돌기(240)로 인해 공간(S)을 형성함으로써, 각 몸체(210)와의 사이에 형성되는 공간(S)에 충전되는 접합재(접착제)(G)의 두께를 두껍게 함과 동시에 고르게 형성되도록 하여 접합력 향상과 세라믹 방탄재(200) 간의 면접촉을 선접촉으로 형성시킴으로써 피탄충격에너지 전파 경로를 좁혀 피탄충격에너지 전파를 저지할 수 있다.
상기 측면돌기(240)는 호 형태로 형성되는 것이 바람직하다.
이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 측면돌기(240)가 원, 사각, 기타 다각과 같은 형태로 형성될 수 있음에도 불구하고, 호 형태로 형성하는 것은 상기 측면돌기(240)가 상부돌기(220) 및 하부돌기(230)와 같이 원 형태로 형성시키기 위해서는 세라믹 방탄재 제작 방법에 있어서 일축 가압성형 방법이 아닌 다른 방법으로 제작 또는 가공하여야 하므로 제작비가 상승하는 단점이 있다.
또, 사각 또는 기타 다각 형태로 형성될 경우 세라믹 방탄재(200) 간 선접촉이 아닌 면접촉으로 형성되기 때문에 접합재가 삽입되지 않는 부위가 발생할 수 있으며, 끝부분이 뾰족한 삼각, 오각 등의 다각형 형태는 취급 시 끝부분의 파손 우려가 있으므로 호 형태로 형성되는 것이 가장 안정적으로 성능을 발휘할 수 있다.
또한, 상기 측면돌기(240)는 높이가 0.5mm ~ 1.5mm이며, 반지름은 5mm ~ 35mm로 형성되는 것이 바람직하다.
즉, 상기 측면돌기(240)의 높이가 0.5mm이하(미만)로 형성되거나, 몸체(210)와 몸체(210)의 접합시 상기 측면돌기(240)에 의해 형성되는 공간(S)으로 접합재(접착제)(G)가 부족하여 피탄충격에너지의 흡수력이 저하됨과 동시에 접합력이 저하될 수 있다.
그리고, 상기 측면돌기(240)의 높이가 1.5mm 이상으로 형성될 경우, 몸체(210)와 몸체(210)의 접합시 상기 측면돌기(240)에 의해 형성되는 공간(S)으로 과도한 접합재(접착제)(G)가 투입되어 피탄충격에너지의 흡수력과 접합력은 높일 수 있으나, 필요 이상으로 접합재의 소비와 비용 증가를 유발할 수 있다.
또, 상기 측면돌기(240)의 반지름이 5mm이하(미만)로 형성될 경우 크기가 작아 취급 시 파손 우려와 제작의 어려움이 있으며, 35mm 이상으로 형성될 경우, 곡면이 커짐으로써 선접촉 형성에 의한 에너지 전파 효과가 감소할 수 있다.
이와 같은 구성의 상기 세라믹 방탄재(200)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 복수 개가 접합재(접착제)(G)에 의해 상호 접착되어 세라믹 방탄패널(310)을 형성하게 된다.
또한, 본 발명에 따른 세라믹 방탄재(200)에 의해 형성된 세라믹 방탄패널(310)은 양측면으로 섬유강화복합재(320)가 접합재(접착제)(G)에 의해 접합형성되고, 상기 섬유강화복합재(320)의 사방으로는 금속 케이스(330)가 접합재(G)에 의해 접합되어 장갑판(300)을 형성하게 된다.
상기 금속 케이스(330)는 알루미늄이고, 일체화 성형을 위한 별도의 금형 없이 장갑판 형태로 형성된다.
여기서, 상기 금속 케이스(330)는 두께 1mm ~ 3mm로 형성되는 것이 바람직하다.
즉, 상기 금속 케이스(330)의 소재(재질)는 중량 절감을 위하여 가벼운 소재인 알루미늄으로 사용하는 것이 유리하며, 도 6 내지 도 8과 같이 금속 케이스(330)를 상자 형태로 제작하고 세라믹 방탄패널(310), 섬유강화 복합재(320) 등을 삽입 후 접합재(G)를 장입하여 오븐 또는 오토클레이브 성형방법으로 일체화 성형하는 것으로써 금속 케이스(330)가 접합을 위한 금형의 역할을 하게 된다.
또, 상기 금속 케이스(330)의 두께를 1mm ~ 3mm로 형성해야 상자형태로 제작 시 용접 및 절곡 방법 적용을 용이하게 하며, 상기 금속 케이스(330)의 두께가 1mm이하(미만)로 형성될 경우 용접 방법 적용이 난해하고, 3mm 이상으로 형성될 경우, 절곡에 의한 절곡부 모서리의 곡면이 커지게 되어 내부에 장입되는 세라믹 방탄패널(310), 섬유강화 복합재(320)의 측면으로 접합재(G)가 다량 장입됨으로써 접합력이 저하되게 된다.
상기 접합재(접착제)(G)는 열가소성 수지, 열경화성 수지, 고무, 일라스토머와 같은 고분자 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 접합재(접착제)(G)를 열가소성 수지, 열경화성 수지, 고무, 일라스토머와 같은 고분자 재료로 구성해야 오븐 또는 오토클레이브 방법으로 접합이 가능하다.
즉, 본 발명에 따른 접합재(G)를 고분자 재료로 이용함으로써 세라믹 복합재 장갑판의 평판 형상을 구조적으로 유지하며, 위협요소인 탄환이 장갑판에 충돌되었을 때 피탄충격에너지를 효율적으로 흡수할 수 있는 것이다.
예컨대, 상기 접합재(G)가 고분자 재료가 아닌 금속 또는 세라믹 재료를 사용할 경우 고분자 재료보다 강도가 높음으로써 충격에너지 전파를 용이하게 하므로 피탄충격에너지를 효율적으로 흡수하기 어렵다.
도 6 내지 도 7에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 세라믹 방탄패널(310)를 이용하여 복합 장갑판(300)을 제작할 경우 알루미늄 케이싱(330)에 섬유강화 복합재(320), 세라믹 방탄패널(310)를 장입 후 접합재(G)를 넣어 일체화 접합을 한 번에 함으로써 작업시간 단축이 가능하다.
이것은 상기 세라믹 방탄재(200)의 상부돌기(220)와 하부돌기(230) 및 측면돌기(240)로 인하여 접합재(G)가 장입될 수 있는 공간(S)이 존재하기 때문이다.
또한, 본 발명은 상기 세라믹 방탄재(200)를 구비하는 장갑판(300)을 더 제공할 수 있다.
이러한 구성의 본 발명은 화기로부터 연속적으로 발사되는 탄환을 저지하여 파손범위를 최소화되도록 함으로써, 방어는 물론 충격흡수를 이루게 된다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 균등한 타 실시 예로의 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
200 : 세라믹 방탄재 210 : 몸체
220 : 상부돌기 230 : 하부돌기
240 : 측면돌기 S : 공간
G : 접합재(접착제) 300 : 장갑판
310 : 세라믹 방탄패널 320 : 섬유강화복합패널
330 : 금속 케이스

Claims (10)

  1. 장갑판용 세라믹 방탄재에 있어서,
    방탄을 위한 몸체와;
    상기 몸체의 상,하면으로 형성되고 접합제가 충분히 삽입될 수 있도록 반지름이 0.5mm ~ 1.5mm의 반구형태로 형성되는 복수 개의 상부돌기 및 하부돌기와;
    상기 몸체의 측면으로 형성되고 높이가 0.5mm ~ 1.5mm가 이며, 반지름은 5mm ~ 35mm로 형성되는 측면돌기; 로 구성되고
    상기 세라믹 방탄재의 양측면으로는 섬유강화복합재가 접합재에 의해 접합형성되고, 상기 섬유강화복합재의 사방으로는 일체화 성형을 위한 별도의 금형 없이 세라믹 복합재 장갑판 형태로 두께 1mm ~ 3mm로 형성되는 알루미늄인 금속 케이스가 접합재에 의해 부가 접합 형성되는 것을 특징으로 하는 장갑판용 세라믹 방탄재.
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