KR19990044622A - 부서지기 쉬운 무연 총탄 및 총탄 제조 공정 - Google Patents

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KR19990044622A
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알.제이. 디에트리히
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Abstract

본 발명은 증가된 파열성(쉽게 파편화될 수 있는)을 가진 총탄, 이러한 총탄 제조방법 및 재료에 관계한다. 본 발명의 총탄은 필요한 수준의 파열성을 갖는 총탄을 획득하기 위해서 압축 및 소결되는 구리 또는 구리합금 분말(청동, 황동 및 분산물보강구리를 포함하여)로부터 제조된다. 본 발명의 실시예에서 파열성을 증가 또는 감소시키는 여러 첨가제를 총탄이 포함한다.

Description

부서지기 쉬운 무연 총탄 및 총탄 제조 공정
그러나, 납의 높은 독성과 증기를 발생시키는 경향은 공중 미립자를 생성하여 사격수의 건강에 치명적인 영향을 미친다. 사용되는 사정 영역이 광범위할수록, 납 잔여물이 증가하고, 결과적으로 납 증기 및 납 분말 오염 물질은 증가한다. 또, 바깥쪽 영역의 흙 속에 남겨진 납탄 잔여물은 오물과 오수 테이블로 걸러낼 수 있다. 안쪽 영역이 안전하게 작동하도록, 광범위하고 값비싼 공기 필터 시스템을 필요로하고, 내 영역 및 외 영역은 일정한 납의 제거를 필요로 한다. 상기 세척 작업은 장시간이 걸리고 비용이 많이 들며 반복적으로 실행되어야 한다. 따라서, 무연 총탄에 대한 요구가 증대되었다.
또, 사정 거리에 배치된 요원들은 사격 훈련 중 "백-스플래터(back-splatter)"를 일으킬 수 있는 가능성과 도비 가능성을 고려해야 한다. 상기 백-스플래터라는 용어는 총탄이 강철 타겟 또는 백스톱과 같은 강성 표면에 닿은 후에 사수 방향으로 되튀는 총탄 파편을 일컫는다. 도비는 발사 영역에서 개인, 장비 및 기타 구조물에 악영향을 끼친다. 도비는 어떤 매체로 인해 총탄이 빗나가는 충격에 의해 발생될 수 있다. 백-스플래터는 발사 라인 둘레의 사수, 훈련 요원 또는 주위 사람들에게 위험하다. 총탄이 직각으로 강성 표면에 닿을 때, 총탄은 쪼개지거나 변형될 것이다. 그러나, 총탄 질량에서 에너지가 발생하고 상기 질량 및 총탄의 에너지는 어떤 대상물에 가해져야 한다. 타겟 물질 또는 백스톱은 투과할 수 없으므로, 총탄은 사수의 방향으로 되튄다.
도비 및 백-스플래터의 위험을 최소화할 수 있는 해결책은 총탄의 부서지기 쉬운 성질을 최대화하는 것이다. 총탄이 여러 조각으로 분열되도록 디자인함으로써, 각 부분의 질량을 감소시킬 수 있고, 파편의 전체 파괴 에너지를 감소시킬 수 있다.
무독성 또는 부서지기 쉬운 총탄 또는 발사체를 만들기 위한 방법과 물질은 계속 개발되어왔고 공지되어 있다. 예를 들어 앤더슨의 미국 특허 제 5,442,989에서는, 깨지기 쉽고 사출 성형된 스테인레스 강 분말 또는 스테인레스 강과 2%의 흑연이 혼합된 순수 철 분말로 케이스를 만든 발사체를 설명했다. 상기 케이스는 텅스텐 또는 텅스텐 카아바이드와 같은 경금속으로 만들어진 투과 막대를 둘러싸고 있다. 상기 발사체는 주로 장갑차, 트럭, 건물, 선박등과 같은 타겟을 목표로 하는 20-35mm 대포를 위한 것이다. 상기 타겟에 닿았을 때, 케이스는 투과 막대가 타겟을 꿰뚫는 동안 높은 에너지를 가지고 모든 방향으로 튈 수 잇는 파편을 생성한다.
듀르포르트의 미국 특허 제 4,165,692는 단단한 표면에 대해 충격을 가했을 때 여러 파편으로 발사체가 쪼개지도록 유도하고 단층선을 만드는 날카로운 변부 가장자리 응력 상승부를 가지는 테이퍼 헬릭스에 의해 한정된, 공동이 있는 내부 챔버를 가지는 부서지기 쉬운 소결된 금속 케이스를 가지는 발사체를 나타낸다. 상기 케이스는 프레스된 후 소결된 철 분말로 만들어진다. 상기 발사체는 20mm 대포와 같은 구경이 큰 군사 장비를 위해 만들어졌다.
무라빅 등의 미국 특허 제 5,399,187에서는 텅스텐, 텅스텐 카아바이드, 텅스텐 철에서 선택된 한가지 이상의 고밀도 분말과, 주석, 아연, 철, 구리 및 플라스틱 매트릭스 물질에서 선택된 저밀도 성분으로 구성된 소결 복합물로 이루어진 무연 총탄을 기술한다. 상기 복합 분말은 프레스되고 소결된다. 고밀도 성분은 9g/cm 3 정도의 밀도를 가져야 한다.
산카라나라야난 등의 미국 특허 제 5,078,054에서는 2-5%의 흑연을 포함한 철 분말 또는 3-7%의 AI2O3를 포함한 철 분말로 형성된 몸체로 이루어진 부서지기 쉬운 발사체를 설명한다. 상기 분말은 다이에서 냉간 프레스 과정을 거치거나 등압 압축 성형 과정을 거친 후 소결 과정에 의해 빽빽히 굳혀진다.
베랑거 등의 미국 특허 제 5,237,930에서는 나일론 11과 나일론 12에서 선택된 열가소성 수지와 구리 미세분말의 혼합물로 구성된 부서지기 쉬운 총탄을 설명한다. 구리는 중량대비 약 93%까지 함유할 수 있다. 총탄은 사출 성형으로 만들어지고 약 5.7g/cm3의 밀도로 제한된다. 일반적으로 9mm의 총탄의 중량은 약 85그레인이다.
전술한 특허로는 종래의 총탄 밀도와 비슷한 밀도를 가지는 구리로 부서지기 쉬운 무연 총탄을 만들 수 없다. 본 발명의 목적은 잘 부서질 수 있는 무연 총탄을 제공하는 것인데, 이것은 도비와 백-스플래터의 위험을 최소화하면서 사수에게 파편과 납 가스가 닿을 수 있는 위험을 제거하였다. 본 발명의 또다른 목적은 저비용으로 상기 총탄을 만들 수 있는 공정 및 물질을 제공하는 것이다. 또다른 목적은, 총포의 반동과 발사 특성이 종래의 납 총탄의 특성과 가능한 한 비슷하도록 종래의 납탄과 유사한 중량을 가지는 총탄을 제공하는 것이다. 본 발명의 또다른 목적은 사정 거리의 오물, 오수 테이블로 걸러낼 납 잔여물을 감소시키는 것이다.
일반적으로 소형 군수품으로 총탄은 납 또는 납 합금으로 만들어져왔다. 총탄 재료로서 납을 사용하면 유리한 점은 비용을 절감할 수 있고 고밀도, 고연성의 탄알을 만들 수 있다는 것이다. 총탄의 중량에 의해 생성된 에너지는 현대식 반자동, 자동 무기의 적절한 기능, 공중 안정성과 총탄의 최종 효과에 중요하므로, 밀도가 높은 총탄을 만드는 것이 중요하다.
도 1 은 9mm 총탄의 측면도.
도 2 는 40 구경 총탄의 측면도.
도 3 은 부서지기 쉬운 총탄 테스트 기구를 나타낸 도면.
*부호 설명
1 ... 실린더형 몸체 2 ... 테이퍼 노우즈 부분
3 ... 노우즈(nose) 4 ... 베이스
본 발명은 쉽게 부서질 수 있고 분말 물질로 만들어진 총탄 및 상기 총탄의 제조 공정에 관한 것이다. 본 발명에 따른 총탄은 황동, 동과 분산 보강 구리 등을 포함한 구리 합금 분말 또는 구리로 만들어진다. 본 발명의 선호되는 실시예에서, 총탄은 부서지기 쉬운 성질을 증감시키는 다양한 첨가제를 포함할 수도 있다. 또, 본 발명은 자동화 과정으로 총탄을 대량 생산할 수 있는 간단하면서 비용이 저렴한 공정을 제공한다.
도면에 나타낸 본 발명의 실시예는 단지 예시에 불과한 것으로 본원 발명이 이 실시예에 국한되지는 않는다. 실제로 본원에서 기술된 물질과 공정을 이용해 만들 수 있는 총탄의 형태는 수백가지에 이른다. 또, 본 발명은 총탄 제조에 대한 보고서의 성격을 갖지 않으며 독자들은 본 발명을 실용화하기 위한 여러 가지 방법들과 총탄 제조에 대한 부가적이며 상세한 정보를 얻기 위해 이 분야에 관련된 알맞은 저술서를 참조할 수 있다.
도 1과 2에 나타낸 일반적인 총탄은 테이퍼 노우즈 부분(2)을 가지는 실린더형 몸체(1)를 포함한다. 상기 노우즈(3)의 팁은 다양한 형태를 가질 수 있다. 즉 그것은 도 2 에 나타난 것처럼 평평할 수도 있고 도 1 에 나타낸 것처럼 둥글 수도 있고 공기 역학상 개선시키기 위해 구형을 취할 수도 있다. 베이스(4)는 평평하거나 보우트 테일을 가지거나 다른 형태를 취할 수도 잇다.
구리는 본 발명의 총탄을 제조하는 가장 선호되는 물질이다. 구리는 무독성이며 납의 밀도 11.3g/cm3에 상응하는 8.96g/cm3의 높은 밀도를 가지는 물질이기 때문이다. 구리를 분말로 만드는 기술은 총탄을 부서지기 쉽도록 만들 수 있는 방법을 제시한다; 그렇지 않으면 금속은 아주 잡아늘이기 쉽고 과다 변형될 수 있으며 단단한 표면에 닿았을 때 도비할 수 있다. 본 발명의 총탄을 만드는 선호되는공정은 첫째 상기 분말을 알맞은 윤활제, 일반적으로 스테아르산염 또는 왁스와 혼합시킨 후 칩으로 분쇄하는 과정없이 부품의 처리를 허용하기에 충분한 강도를 가지는 부품을 생산하는 압력으로 다이 속에서 분말을 냉간 압축시킨다. 압축된 부품의 밀도는 다음 소결 처리 과정 동안 윤활제 증기가 배출되기에 충분한, 상호연결된 기공을 제공하도록 조절된다.
그 후 총탄은 산화를 막기 위해서 보호 대기 속에서 가열함으로써 소결되는 것이 선호된다. 상기 소결 과정은 3가지 영역을 가지는 벨트 노에서 실행될 수 있다. "예열 영역"으로 불려지는 제 1 영역은 윤활제를 태워 제거하기에 충분한 온도, 즉 1000-1200°F로 설정된다. "고열" 영역으로 불려지는 제 2 영역은 소결 온도, 일반적으로 1500-1900°F로 설정되고, 정확한 온도는 필요한 물질 및 부서지기 쉬운 정도에 따라 달라질 수 있다. "냉간 영역"으로 불려지는 제 3 영역은 총탄이 보호 대기 속에서 실온으로 냉각되도록 허용하는 총탄을 둘러싼 워터 재킷을 가진다. 소결 시간은 벨트 속도를 제어함으로써 조절된다. 총탄은 밀도를 높이기 위해 소결 과정 수에 재압입되거나 주조된다. 이것은 보다 긴 예비 성형품을 사용하고 최종 총탄의 전체 크기를 동일하게 유지함으로써 좀더 중량이 많이 나가는 총탄을 생산할 수 있도록 허용한다.
7.5-8.5g/cm3, 선호적으로 8.0g/cm3의 밀도로 압축되고 1500-1900°F 선호적으로 1700°F로 소결된 구리 분말은 우수한 발사 특성과 부서지기 쉬운 성질을 가진다는 것을 알 수 있다. 저밀도, 낮은 소결 온도는 부서지기 쉬운 성질을 증대시키는 반면 고밀도 고온 소결 온도는 연성을 증대시킨다. 부서지기 쉬운 성질과 잡아늘이기 쉬운 성질 사이에 알맞은 균형이 유지되어야 한다. 총탄은 총의 총열에서 부서지지 않고 타겟까지 비상하지 않도록 발사 조작을 견디기에 충분한 연성을 가져야 한다. 총탄은 또한 충분히 부서지기 쉬운 성질을 가져서 단단한 표면에 닿았을 때 작은 조각으로 깨지도록 해야한다.
총탄을 사용하는 자에 따라서 다른 정도의 부서지기 쉬운 성질을 선호한다는 것을 알아야 한다. 어떤 사람들은 도비나 백-스플래터를 제거하고 스테인레스강 백스톱의 투과를 최소화하기 위해서 분말로 완전히 부서지는 것을 선호하는 반면에 또 어떤 사람들은 총탄이 발사된 무기를 확인하는 것을 돕도록 사정 표시를 유지하기에 충분히 큰 베이스 조각을 가질 필요가 있다. 또다른 사람들은 공중 미립자를 최소화하면서 도비 가능성을 최소화하기 위해서 분말보다 작은 조각으로 부서지는 것을 선호한다.
본 발명에 설명된 기술은 부서지기 쉬운 정도를 조절할 수 있다. 전술한 대로, 부서지기 쉬운 성질을 제어하는 한 가지 방법은 밀도, 소결 온도 및 소결 시간을 제어하는 것이다. 또다른 방법은 구리 분말에 첨가제를 사용하는 것이다. 여러 가지 성분 또는 합성물이 구리 분말에 첨가되어서 부서지기 쉬운 정도를 증감시킬 수 있고 백스톱의 손상 및 투과도를 감소시킬 수 있다. 상기 첨가제를 사용하면 구리 분말 물질을 제 2 비활성 상태로 만들 수 있으므로 소결 과정을 부분적으로 방해할 수 있어서 미립자 사이에 형성된 결합체는 무르게 된다. 첨가물로는Al2O3, SiO2, TiO2, MgO, MoO3와 같은 산화물이 있다. 이것은 분말 형태로 첨가될 수 있고 구리 분말과 혼합되거나, 내부 산화와 같은 공정에 의해 화학적으로 형성될 수 있다. 본 발명의 제 1 실시예는 내부 산화 공정에 의해 생성된 Al2O3분산 보강 구리(DSC)를 사용한다. 예시로 나타낸 것처럼, DSC 물질과 SiO2분말이 혼합된 구리로 우수한 발사 특성과 증가된 부서지기 쉬운 성질을 가지는 총탄을 제조할 수 있다. MoO3를 첨가하면 부서지기 쉬운 성질을 감소할 수 있다.
다른 첨가제로는 흑연, MoS2, MnS, CaF2등과 같은 고형질 윤활제가 있다. 예시로 나타낸 것처럼, 첨가제로서 흑연을 사용하여 만들어진 총탄은 우수한 발사 특성과 부서지기 쉬운 성질이 증가되고, MoS2를 첨가하면 부서지기 쉬운 성질을 감소시킬 수 있다.
또다른 첨가제로는 BN, SiN, AlN등과 같은 질소화물이 있다. 6각형 결정 구조(HBN)인 붕소 질소화물은 흑연과 유사한 기능을 가지고 고형질 윤활제로서 작용한다. 첨가제로서 HBN으로 만들어진 총탄은 우수한 발사 특성과 증가된 부서지기 쉬운 성질을 가진다.
전술한 첨가제는 혼합하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 첨가제로서 흑연과 SiO2로 만들어진 총탄은 우수한 발사 특성과 부서지기 쉬운 성질이 증가된다.
또, WC, SiC, TiC, NbC 등과 같은 탄화물과 TiB2,ZrB2, CaB6등의 붕소화물은 부서지기 쉬운 성질을 증가시키는데 사용될 수도 있다.
황동과 동 등과 같은 일반적인 합금 분말이 본 발명의 총탄을 만드는데 사용될 수도 있다. 상기 합금은 구리보다 더욱 단단하여서 고압 프레스될 필요가 있다. 동이 낮은 용융 단계를 생성하는 동안 황동은 기화에 의해 아연을 배출시키므로, 상기 합금에는 소결 온도가 낮아야 한다. 본 발명의 총탄에 대한 소결 온도로는 1500-1700°F가 선호된다. 구리를 위한 상기 첨가물은 부서지기 쉬운 성질을 증가시킬 필요가 있다면 황동과 동 분말에 대해 사용될 수도 있다. 구리화 아연 또는 구리와 주석 분말의 혼합물은 황동과 동 분말을 대신해 사용될 수 있다.
실시예
다음 실시예는 본 발명의 파열성 우연(lead-free) 총탄의 구체예를 보여준다.
실시예 1 : 에스시엠 메탈 프로덕츠 인코퍼레이티드(이후에 "SCM")에 의해 제조된 5개의 상이한 등급의 구리분말이 윤활제와 혼합된다. 이들은 다음 블렌드 번호를 할당받는다.
1) 99.75% 150RXM + 0.25% Acrawax C
2) 99.75% 150RXH + 0.25% Acrawax C
3) 99.75% 100RXM + 0.25% Acrawax C
4) 99.75% 100RXH + 0.25% Acrawax C
5) 99.75% FOS-WC + 0.25% Acrawax C
115 그레인(7.5g)의 분말 블렌드 샘플이 도 1 에 도시된 9㎜ 총탄을 만들기 위해서 다이에 압축(성형)된다. 이 총탄은 질소하에서 벨트로(belt furnace)에서 소결된다. 총탄의 밀도는 물침지기술을 사용하여 측정된다.
소결된 총탄은 델타 파열성 탄약 LLC(이후에 "델타")에 의해 9㎜ Luger 탄약의 범위내에 속도 및 압력을 생성하는 충분한 상업적 무연(smokeless)화약을 사용하는 9㎜ Luger(등록명)발사 카트리지에 장전된다. 탄약 1발분이 시험발사된다. 테스트 장치는 도 3 에 도시된다. 테스트 배럴, 9㎜ 피스톨 및 반자동층(5)에 사용된다. 총탄의 비행을 따라 종이 목격카드(6)를 배치시킴으로써 배럴 또는 비행에서 분산물의 부재가 측정된다. 파열성은 목재 수집상자(8)의 배면 단부에 총탄의 비행선에 수직으로 배치된 5/8인치 두께의 강철 백스톱(7)에 총탄이 충격을 줌으로써 측정된다. 총탄은 종이 목격카드로 덮힌 구멍을 통해 수집상자에 들어간다. 강철 플레이트에 대한 총탄의 충격으로 발생된 파편이 수집된다. 손상되지 않은 "베이스"는 제거되고 나머지 파편은 Tyler 14 메쉬(1190㎛)스크린에 걸러진다. 스크린 위에 수집된 성분(>1190㎛)은 "청크"로 표기되고 스크린을 통과하는 나머지 (<1190㎛)는 "분말"로 표기된다. 각 성분의 무게를 달고 수집된 총질량의 백분율로서 각 성분의 중량%가 계산된다. 본 발명의 여러 조성물을 파열성에 따라 등급을 매기기 위해서 가중인자가 3개의 성분에 대해 다음과 같이 할당된다 :
분 말 : 60% 또는 0.60
청 크 : 30% 또는 0.30
베이스 : 10% 또는 0.10
각 조성물에 대한 "스코어"가 각성분의 중량%를 가중인자로 곱하고 다음과 같이 3개의 숫자를 더함으로써 계산된다 :
스코어 = 0.60X분말중량% + 0.30X청크중량% + 0.1X베이스중량%
파열성 등급이 각 조성물에 대한 스코어를 기초로 하여 다음과 같이 정해진다 :
스코어 파열성 등급
< 15 1
16-25 2
26-35 3
36-45 4
> 45 5
등급 1 은 최저의 파열성을 나타내며 최고의 베이스중량%를 가지며 등급 5 는 최고의 파열성과 최고의 분말중량%를 가진다.
표 1 은 총탄에 대한 가공데이타 및 발사테스트 결과를 보여준다. 데이터는 8.2g/㎤ 이상의 밀도가 달성됨을 보여주며; 이것은 미국특허 5,237,930에 발표된 종류의 사출성형된 구리-나일론 총탄의 전형적인 밀도 5.7g/㎤와 비교된다. 더 높은 밀도는 전체크기를 변화시키지 않고 더 무거운 총탄이 제조될수 있게 한다 ; 사실상 앞서 기술된 구리-나일론형 80-85 그레인 총탄에 비교되는 도 1 에 모양이 도시된 120 그레인 총탄 제조가 가능하다. 따러서 이러한 총탄은 당해분야에 현재 사용되는 납총탄의 발사 특성과 유사하다.
총탄은 총배럴 또는 비행에서 파괴되지 않는데 이것은 양호한 완전성을 나타낸다. 표 1 의 데이터는 구리분말로 제조된 총탄이 만족스러운 파열성을 가짐을 보인다. 150RXH등급의 구리는 다른 조사된 등급보다 높은 파열성을 가진다. 모든 총탄은 강철 백스톱에 대해 극히 작은 손상을 입혔다.
실시예 2 : 이 실시예는 산화물 첨가가 파열성에 미치는 효과를 보여준다. 구리분말 등급 150RXM이 비교재료로 사용되었고 모든 결과는 이러한 분말로 제조된 총탄에 비교되었다. 이들의 효과를 측정하기 위해서 분말에 산화물이 첨가되었다. 한 실험에서 FOS-WC 구리분말이 사용된다. SCM에 의해 제조된 GlidCop(등록명)분산물 보강 구리 AL-25(구리+0.5중량%Al2O3)등급 분말이 실험에 사용되었다. 다음 분말 블렌드가 제조되었다 :
6) 99.70% 150RXM + 0.05% SiO2+ 0.25% Acrawax C
7) 99.65% 150RXM + 0.10% SiO2+ 0.25% Acrawax C
8) 99.65% 150RXM + 0.10% MoO3+ 0.25% Acrawax C
9) 99.50% FOS-WC + 0.25% SiO2+ 0.25% Acrawax C
10) 99.75% AL-25 + 0.25% Acrawax C
총탄이 제조되고 실시예 1 과 같이 시험 발사되었다.
표 2 는 가공 및 발사테스트 데이터를 보여준다. 데이터는 SiO2의 첨가가 파열성을 증가시킴을 보여준다. 0.10% SiO2함유 블렌드 7 는 비교블렌드 1 보다 훨씬더 파열성인 총탄을 제조하며 블렌드 6 에서 0.05 SiO2의 첨가는 파열성에 큰 교과가 없음을 나타낸다. 블렌드 9 에서 0.25% SiO2의 첨가와 낮은 압축입력(낮은밀도) 및 낮은 소결온도의 조합은 너무 파열성인 총탄을 만드므로 목표를 때리기 이전에 파열한다. 더높은 다짐압력(더 높은 밀도)와 더 높은 소결온도는 발사를 견디는 충분한 일체성을 가진 총탄을 제조할수 있게 한다.
0.5% Al2O3함유 GlidCop AL-25(블렌드 10)는 발사를 견디며 목표를 때릴 때 파열하는 총탄을 만든다. 이 총탄은 블렌드 1 의 비교 총탄 보다 파열성이 작지만 이것은 GlidCop에 통상 사용되는 높은 소결온도 때문인 것으로 추정된다. GlidCop 총탄의 파열성은 소결온도를 낮추거나 밀도를 감소시킴으로써 증가될수 있다. 놀랍게도, MoO3의첨가 (블렌드 8)는 파열성을 크게 감소시켰고 파편에 분말이 발견되지 않았다. 소결온도에서 MoO3의 해리에 의해 발생된 높은 부분압이 구리원자의 증기 전달을 도와서 소결과정을 활성화시키고 더 강한 연성 결합을 일으키는 것이 가능하다.
실시예 3 : 이 실시예는 고체 윤활제의 파열성에 미치는 효과를 보여준다. 흑연과 MoS2가 고체 윤활제로 사용되었다. 다음 블렌드가 제조된다:
11) 99.70% 150RXM + 0.05% graphite + 0.25% Acrawax C
12) 99.65% 150RXM + 0.10% graphite + 0.25% Acrawax C
13) 99.50% FOS-WC + 0.25% graphite + 0.25% Acrawax C
14) 99.65% 150RXM + 0.10% MoS2+ 0.25% Acrawax C
총탄이 제조되고 실시예 1 과 같이 시험 발사되었다.
표 3 은 관련 가공 및 발사테스트 결과를 보여준다. 데이터는 0.05%흑연(블렌드 11)은 파열서을 변화시키지 않지만 0.10%흑연(블렌드 12)은 더 높은 스코어를 나타내듯이 파열성을 다소 증가시킨다. 그러나, 더 많은양의 흑연이 파열성을 크게 증가시키는데 필요하다. 블렌드 13 에서 FOS-WC분말에 0.25%흑연의 첨가는 너무 파열성이어서 배럴에서 파열되는 총탄을 만든다. 이것은 사용된 소결온도가 낮고 밀도가 작기 때문이다. 더 높은 밀도 및 소결온도는 발사를 견디는데 충분한 연성을 가진 총탄을 제조한다. 0.10% MoS2의 첨가(블렌드 14)는 파열성이 크게 감소된다는 점에서 MoO3를 첨가한것과 동일한 효과를 준다. 구리의 소결반응에 첨가제가 미치는 효과가 그 이유라고 추정된다.
실시예 4 : 이 실시예는 산화물과 고체윤활제의 조합된 첨가효과를 설명한다. 두 개의 상이한 함량의 SiO2를 사용하여 블렌드가 제조되고 150RXM분말에 흑연이 첨가된다. 블렌드는 다음과 같이 AL-25에 흑연을 첨가하여 제조된다 :
15) 99.70% 150RXM + 0.025% SiO2+ 0.025% Graphite + 0.25% Acrawax C
16) 99.65% 150RXM + 0.05% SiO2+ 0.05% Graphite + 0.25% Acrawax C
17) 99.50% AL-25 + 0.25% graphite + 0.25% Acrawax C
총탄이 제조되고 실시예 1 처럼 테스트 발사된다.
표 4 는 관련 가공 및 발사테스트 데이터를 보여준다. 데이터는 흑연과 SiO2의 조합된 첨가가 동일한 수준으로 성분중 하나를 첨가하는것과 유사한 효과를 줌을 보여준다. 0.05%(블렌드 15)는 파열성에 큰 효과를 주지 않으며 0.10%(블렌드 10)는 상당한 효과를 미친다. GlidCop AL-25에 0.25흑연의 첨가(블렌드 17)는 발사를 견디기에 충분한 연성을 가지지만 블렌드 10의 단순한 AL-25보다 더 높은 파열성을 가지는 총탄을 제조한다.
실시예 5 : 이 실시예는 질화물 첨가가 파열성에 미치는 효과를 설명한다. 육각 붕소 질화물(HBN)을 첨가하여 블렌드가 다음과 같이 제조된다.
18) 99.65% 150RXM + 0.10% HBN + 0.25% Acrawax C
총탄이 제조되고 실시예 1과 같이 테스트된다.
표 5 는 관련 가공 및 발사테스트 데이터를 보여준다. HBN은 질화물일 뿐만 아니라 육간 미소판이 서로에 대해 용이하게 미끄러진다는 점에서 흑연과 유사한 결정구조를 가진다. 그러므로, 이것은 고체 윤활제로서 사용된다. 파열성 데이터는 HBN 첨가가 동일수준의 흑연 첨가와 동일한 효과를 냄을 보여준다. 0.10%첨거(블렌드 18)시 파열성은 다소 증가하지만 파열성에 큰 효과를 주기위해서는 더 많은 양의 첨가가 필요하다. 입방체형 붕소 질화물(CBN)을 포함한 다른 질화물도 사용될수 있지만 CBN은 마모성이 너무크다.
실시예 6 : 이 실시예는 구리합금 분말이 본 발명에 따른 총탄 제조에 사용될수 있음을 보여준다. 70:30황동(구리:아연)분말과 90:10청동(구리:주석)분말이 사용된다. 다음 블렌드가 제조된다:
19) 99.75% 70:30 Brass + 0.25% Acrawax C
20) 99.75% 90:10 Bronze + 0.25% Acrawax C
총탄이 제조되고 실시예 1과 같이 시험발사된다.
표 6 은 관련 가공 및 시험발사 데이터를 보여주며, 70:30황동 분말은 150RXM보다 단단하고 더 낮은 밀도를 제공함을 보여준다. 황동과 청동은 사용된 소결온도에 민감하다. 두 경우에 1500˚F의 소결온도(블렌드 19A와 20A)는 너무 파열성이어서 목표를 때리기 이전에 파열하고 완전히 분말이 되는 총탄을 생성시킨다. 1600˚F에서 황동(블렌드 19B)은 목표를 때리기 전에 약간 파열하지만 여전히 꽤 파열성이다. 청동(블렌드 20B)은 이 온도에서 꽤 연성이어서 꽤 낮은 파열성을 가진다. 1700˚F에서 황동(블렌드 19C)총탄은 발사를 견디며 150RXM총탄과 유사한 파열성을 가진다. 70:30 황동 총탄에 대한 최상의 소결온도는 1600-1700˚F이고 90:10청동 총탄의 최상의 소결온도는 1500-1600˚F이다. 다른 황동 및 청동 조성물은 상이한 소결온도를 필요로 한다. 또한, 위에서 언급된 첨가제나 다른 첨가제가 사용된다면 다른 소결온도 또는 압축조건을 필요로 한다.
본 발명은 블렌드 조성, 소결온도 및 다짐압력 및 총탄 제조기술에 있어서 여러 가지 변형이 본 발명의 범위내에서 가능하다.
9㎜ 총탄 가공 및 테스트 결과
블랜드번호 몰드압력(ksi) 소결온도(˚F) 총탄의 밀도(g/㎤) 1190㎛미만의 분산물 1190㎛이상의 분말(중량%) 청크(중량%) 베이스(중량%) 스코어 등급 파열성등급
1A1B2A2B345 80888088808068 1700170017001700170017001500 8.268.238.298.298.248.208.02 없음없음없음없음없음없음없음 12.66.817.015.81.49.55.4 19.127.257.053.232.428.423.3 68.366.026.131.066.262.171.3 20193029172017 2233222
9㎜ 총탄 가공 및 테스트 결과
블랜드번호 몰드압력(ksi) 소결온도(˚F) 총탄의 밀도(g/㎤) 1190㎛미만의 분산물 1190㎛이상의 분말(중량%) 청크(중량%) 베이스(중량%) 스코어 등급 파열성등급
678910 8080806864 17001700170015001860 8.238.238.277.928.30 없음없음없음있음없음 10.414.10.459.65.4 20.250.718.229.833.6 69.435.181.410.661.0 1927144619 23152
9㎜ 총탄 가공 및 테스트 결과
블랜드번호 몰드압력(ksi) 소결온도(˚F) 총탄의 밀도(g/㎤) 1190㎛미만의 분산물 1190㎛이상의 분말(중량%) 청크(중량%) 베이스(중량%) 스코어 등급 파열성등급
11121314 80806480 1700170015001700 8.258.238.028.40 없음없음있음없음 8.711.053.40.8 19.538.734.420.5 71.850.312.278.7 18234414 2241
9㎜ 총탄 가공 및 테스트 결과
블랜드번호 몰드압력(ksi) 소결온도(˚F) 총탄의 밀도(g/㎤) 1190㎛미만의 분산물 1190㎛이상의 분말(중량%) 청크(중량%) 베이스(중량%) 스코어 등급 파열성등급
151617 808064 170017001860 8.268.208.28 없음없음없음 12158.7 215374.2 673217.0 202829 233
9㎜ 총탄 가공 및 테스트 결과
블랜드번호 몰드압력(ksi) 소결온도(˚F) 총탄의 밀도(g/㎤) 1190㎛미만의 분산물 1190㎛이상의 분말(중량%) 청크(중량%) 베이스(중량%) 스코어 등급 파열성등급
18 80 1700 8.21 없음 18 30 52 20 2
9㎜ 총탄 가공 및 테스트 결과
블랜드번호 몰드압력(ksi) 소결온도(˚F) 총탄의 밀도(g/㎤) 1190㎛미만의 분산물 1190㎛이상의 분말(중량%) 청크(중량%) 베이스(중량%) 스코어 등급 파열성등급
19A19B19C20A20B 8896888888 15001600170015001600 7.687.767.888.248.32 있음있음없음있음없음 79262800 2169602027 0538073 5437235416 54251

Claims (50)

  1. 목표에 충돌시 파편화 될 수 있는 총탄을 제조하기 위해서 구리 또는 구리합금 분말을 다이에서 압축하고 소결시킴으로써 제조되는 구리 또는 구리합금 분말을 포함하는 파열성 총탄.
  2. 제 1 항에 있어서, 총탄이 무연(lead-free) 총탄임을 특징으로 하는 총탄.
  3. 제 1 항에 있어서, 분말이 산화물 첨가제를 포함함을 특징으로 하는 총탄.
  4. 제 3 항에 있어서, 산화물 첨가제가 SiO2, Al2O3, TiO2, MgO, MoO3또는 이의 조합에서 선택됨을 특징으로 하는 총탄.
  5. 제 4 항에 있어서, 산화물 첨가제가 SiO2, Al2O3, TiO2, MgO 또는 이의 조합이며 산화물 첨가제의 양은 0.05 내지 1 중량%임을 특징으로 하는 총탄.
  6. 제 4 항에 있어서, 분말이 0.05 내지 0.50 중량%의 MoO3를 포함함을 특징으로 하는 총탄.
  7. 제 1 항에 있어서, 분말이 분산물 보강 구리분말임을 특징으로 하는 총탄.
  8. 제 7 항에 있어서, 분산물 보강 구리분말이 구리합금과 Si, Al, Ti 또는 Mg에서 선택된 반응원소의 희석 고체용액을 내부 산화시켜 제조됨을 특징으로 하는 총탄.
  9. 제 1 항에 있어서, 분말이 고체 윤활제 첨가제를 포함함을 특징으로 하는 총탄.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 고체 윤활제 첨가제가 흑연, MoS2, MnS, CaF2또는 이의 조합에서 선택됨을 특징으로 하는 총탄.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 고체 윤활제 첨가제가 흑연, MnS, CaF2또는 이의 조합에서 선택되며 상기 고체 윤활제 첨가제의 양이 0.05 내지 1.0중량%임을 특징으로 하는 총탄.
  12. 제 10 항에 있어서, 분말이 0.05 내지 0.50중량%의 MoS2를 포함함을 특징으로 하는 총탄.
  13. 제 1 항에 있어서, 분말이 질화물 첨가제를 포함함을 특징으로 하는 총탄.
  14. 제 13 항에 있어서, 질화물 첨가제가 HBN, SiN, AlN 또는 이의 조합에서 선택되며 질화물 첨가제의 양은 0.05 내지 1.0중량%임을 특징으로 하는 총탄.
  15. 제 1 항에 있어서, 분말이 산화물 첨가제와 고체 윤활제 첨가제를 포함함을 특징으로 하는 총탄.
  16. 제 15 항에 있어서, 산화물 첨가제가 SiO2, Al2O3, TiO2또는 MgO에서 선택되며 고체 윤활제 첨가제가 흑연, MnS, 또는 CaF2에서 선택되며 산화물과 고체윤활제 첨가제의 조합된 양이 0.05 내지 1.0중량%임을 특징으로 하는 총탄.
  17. 제 1 항에 있어서, 분말이 탄화물 첨가제를 포함함을 특징으로 하는 총탄.
  18. 제 17 항에 있어서, 탄화물 첨가제가 WC, SiC, TiC, NbC 또는 이의 조합에서 선택되며 탄화물 첨가제의 양은 0.05 내지 1.0중량%임을 특징으로 하는 총탄.
  19. 제 1 항에 있어서, 분말이 붕소화물 첨가제를 포함함을 특징으로 하는 총탄.
  20. 제 19 항에 있어서, 붕소화물 첨가제가 TiB2, ZrB2, CaB6또는 이의 조합에서 선택되고 붕소화물 첨가제의 양은 0.05 내지 1.0중량%임을 특징으로 하는 총탄.
  21. 제 1 항에 있어서, 분말이 5 내지 40중량%의 아연을 함유한 예비합금된 황동임을 특징으로 하는 총탄.
  22. 제 1 항에 있어서, 분말이 5 내지 40중량%의 아연분말과 구리분말의 혼합물임을 특징으로 하는 총탄.
  23. 제 1 항에 있어서, 분말이 2 내지 20중량%의 주석을 함유한 예비합금된 청동임을 특징으로 하는 총탄.
  24. 제 1 항에 있어서, 분말이 구리분말과 2 내지 20중량%의 주석분말의 혼합물임을 특징으로 하는 총탄.
  25. 청구항 1 의 총탄을 포함한 탄약.
  26. 목표와 충돌시 파편화할 수 있는 총탄을 제조하기 위해서 구리 또는 구리합금 분말을 다이에서 압축하고 소결하는 단계를 포함하는 파열성 총탄제조방법.
  27. 제 26 항에 있어서, 소결이 10 내지 120분간 1500 내지 1900℉의 온도에서 보호대기 하에서 수행됨을 특징으로 하는 방법.
  28. 제 26 항에 있어서, 분말의 압축이 50 내지 120ksi의 압력에서 수행됨을 특징으로 하는 방법.
  29. 제 28 항에 있어서, 압축이 10 내지 100ksi의 압력에서 수행됨을 특징으로 하는 방법.
  30. 제 27 항에 있어서, 분말이 구리일 때 소결온도는 1600 내지 1800℉이고 분말이 황동일 때 소결온도는 1600 내지 1700℉이고 분말이 청동일 때 소결온도는 1500 내지 1600℉임을 특징으로 하는 방법.
  31. 제 27 항에 있어서, 보호대기가 질소, 질소와 수소의 혼합물, 또는 연소된 탄화수소의 반응생성물임을 특징으로 하는 방법.
  32. 제 27 항에 있어서, 소결시간이 15 내지 45분임을 특징으로 하는 방법.
  33. 제 26 항에 있어서, 소결단계 이후에 총탄이 재압축됨을 특징으로 하는 방법.
  34. 제 33 항에 있어서, 재압축 이후에 총탄이 재소결됨을 특징으로 하는 방법.
  35. 파열성 물품 제조에 유용한 구리 또는 구리 합금분말로서 상기 분말은 구리분말과 산화물, 고체윤활제, 질화물, 탄화물, 붕소화물 또는 이의 조합에서 선택된 첨가제를 포함하는 분말.
  36. 제 35 항에 있어서, 첨가제의 양이 분말의 0.05 내지 1.0중량%임을 특징으로 하는 분말.
  37. 제 35 항에 있어서, 첨가제가 SiO2, Al2O3, TiO2, MgO, MoO3또는 이의 조합에서 선택됨을 특징으로 하는 분말.
  38. 제 37 항에 있어서, 산화물 첨가제의 양이 분말의 0.05 내지 1.0중량%임을 특징으로 하는 분말.
  39. 제 35 항에 있어서, 첨가제가 흑연, MoS2, MnS, CaF2, 또는 이의 조합에서 선택된 고체 윤활제임을 특징으로 하는 분말.
  40. 제 39 항에 있어서, 고체 윤활제 첨가제의 양이 분말의 0.05 내지 1.0중량%임을 특징으로 하는 분말.
  41. 제 35 항에 있어서, 첨가제가 HBN, SiN, AlN 또는 이의 조합에서 선택된 질화물임을 특징으로 하는 분말.
  42. 제 41 항에 있어서, 질화물 첨가제의 양이 분말의 0.05 내지 1.0중량%임을 특징으로 하는 분말.
  43. 제 35 항에 있어서, 첨가제가 WC, SiC, TiC, NbC 또는 이의 조합에서 선택된 탄화물임을 특징으로 하는 분말.
  44. 제 43 항에 있어서, 탄화물 첨가제의 양이 분말의 0.05 내지 1.0중량%임을 특징으로 하는 분말.
  45. 제 35 항에 있어서, 첨가제가 TiB2, ZrB2, CaB6또는 이의 조합에서 선택된 붕소화물임을 특징으로 하는 분말.
  46. 제 45 항에 있어서, 붕소화물 첨가제의 양이 분말의 0.05 내지 1.0중량%임을 특징으로 하는 분말.
  47. 제 35 항에 있어서, 첨가제가 산화물과 고체 윤활제의 조합임을 특징으로 하는 분말.
  48. 제 47 항에 있어서, 산화물 첨가제가 SiO2, Al2O3, TiO2또는 MgO에서 선택되며 고체 첨가제는 흑연, MnS, CaF2또는 이의 조합에서 선택되며 산화물과 고체 윤활제 첨가제의 조합된 양은 0.05 내지 1.0중량%임을 특징으로 하는 분말.
  49. 제 35 항에 있어서, 5 내지 40중량%의 아연분말을 더욱 포함하는 분말.
  50. 제 35 항에 있어서, 2 내지 20중량%의 주석분말을 더욱 포함하는 분말.
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