KR20000070539A - 파쇄성 분말상 철 발사체 - Google Patents

Abstract

냉간 압축된 분말상 철로 이루어진 파쇄성 발사체 및 그 제조 방법이 개시되어 있다. 본 발명의 발사체는 사격 훈련용으로 유용하다.

Description

파쇄성 분말상 철 발사체{FRANGIBLE POWDERED IRON PROJECTILES}

도탄(ricochet)의 위험을 줄이거나 없앨 수 있는 훈련용 탄약이 요구된다. 이러한 요구를 충족시키기 위해 과거에는 충돌 시에 작은 파편으로 해체되는 파쇄성 탄약이 사용되었다. 파쇄성 발사체는 사수, 부근의 다른 사람들 또는 장비를 손상시킬 수 있는 상당한 되튐(back splatter) 또는 도탄 현상없이 충돌시에 분해된다. 종래의 파쇄성 발사체는 대체로 납으로 제조되었다. 납의 사용은 공기 중에 남아 있는 납 입자들로 인한 바람직하지 못한 건강상의 위험을 일으킨다. 납 입자는 사수 및 부근의 사람들의 건강을 해칠뿐만 아니라 발사체의 분해시에 납 입자가 떨어지는 지면에 환경 문제를 일으킨다.

파쇄성의 무연(lead-free) 발사체의 요구에 대한 하나의 해결책은, 발명의 명칭이 "무연 파쇄성 발사체"이고 출원 계속 중인 미국 특허 출원 제08/755,963호에 개시된 바와 같이, 텅스텐과, 철과 구리의 군으로부터 선택된 적어도 하나의 다른 금속으로 구성된 금속 입자의 압축된 비소결 혼합물을 사용하는 것이었다. 그러나, 혼합 공정 및 텅스텐의 사용은 이와 같은 발사체의 제조 비용을 높인다.

본 발명은 냉간 압축된 철 입자로 구성된 파쇄성 발사체에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 사격 훈련용으로 사용되는 파쇄성 탄알에 관한 것이다.

본 발명의 발사체는 고가의 재료 및 가공을 사용하지 않고도 무연 파쇄성 발사체에 대한 요구를 충족시키며, 동일한 구경 및 치수의 납 발사체와 유사한 "느낌"을 생성하고 그 탄도 성질을 모방하며 소결되지 않는다. 비소결 발사체는 강도, 경도, 구조적 완전성 및 다른 기계적 성질을 향상시키기 위해 발사체를 일반적으로 소결시키는 기존의 금속 분말 기술과는 차이가 있다. 소결하지 않고 냉간 압축시키는 방법을 사용함으로써, 발사체는 목표 물체와의 충돌 시에 보다 완벽한 파쇄성을 특징으로 한다.

구체적으로, 본 발명은 냉간 압축된 철 분말로 이루어진 파쇄성 발사체를 제공한다. 양호한 실시예에서, 발사체는 금속 또는 중합체의 외피를 가지며, 가장 양호한 외피 재료는 구리이다.

본 발명의 파쇄성 발사체는 다음의 설명을 참조하여 더욱 잘 이해될 것이다. 발사체 및 발사체를 제조하는 방법 모두에 대해 설명하기로 한다. 당해 분야의 숙련자라면 잘 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 원리로부터 벗어나지 않고도 발사체 및 그 제조 방법을 변경 및 개조할 수 있다.

본 발명의 발사체는 냉간 압축된 철 분말로 구성된다. 냉간 압축은 통상적인 의미, 즉 압축이 가열없이 대체로 실온에서 수행되는 의미로 사용된다.

특히 양호한 파쇄성을 제공하기 위해, 사용되는 철 입자가 냉간 압축되기 전에 특정 입경 분포를 갖는 것이 바람직하다. 최대 약 44 ㎛의 입자의 약 15 내지 25 중량 ％와, 약 44 내지 149 ㎛의 입경을 갖는 입자의 약 5 내지 70 중량 ％와, 약 149 내지 250 ㎛의 입경을 갖는 입자의 약 5 내지 15 중량 ％로 구성된 압축전 입경 분포를 갖는 것이 특히 바람직한 것을 알게 되었다. 보다 더 바람직하게는, 최대 약 44 ㎛의 입자의 약 22 중량 ％와, 약 44 내지 149 ㎛의 입경을 갖는 입자의 약 68 중량 ％와, 약 149 내지 250 ㎛의 입경을 갖는 입자의 약 10 중량 ％로 구성된 압축전 입경 분포를 갖는 것이다. 소정 입경 분포는 광학 측정 및 체질(sifting)을 포함한 다양한 종래의 방법을 통해 얻을 수 있다. 또한, 특정 입경 분포의 입자를 구입할 수 있다. 대표적인 제품이 호이게인스 코포레이션(Hoeganes Corp.)으로부터 앵커스틸(Anchorsteel) 1000 B로서 입수 가능하다.

전술한 입경 분포가 발사 전 및 중에 발사체를 보전하고 목표물과의 충돌 시에는 파쇄되게 하는 이점을 제공함을 알게 되었다. 입경 분포와 파쇄성 사이의 관계가 충분히 이해되지는 않았지만, 철 분말이 냉간 압축된 후의 입자들의 기계적인 상호결합에 의한 것으로 믿어진다.

본 발명의 발사체에는 양호하게는 외피가 구비된다. 외피 재료는 당해 분야에서 통상적으로 사용되는 것, 예를 들어, 금속 또는 중합체 재료로부터 선택될 수 있다. 알루미늄, 구리 및 아연을 포함한 금속이 사용될 수 있으며, 구리가 선호된다. 사용 가능한 중합체 재료는 폴리에틸렌과 폴리카보네이트를 포함하며, 저밀도 폴리에틸렌 재료가 선호된다.

본 발명의 발사체는 탄환 및 탄알을 포함한 다양한 형태를 가질 수 있지만, 양호하게는 화기에 사용되는 탄알로 형성된다. 탄알은 둥근 탄두부, 매끄러운 탄두부 또는 중공 탄두부를 포함한 다양한 프로파일의 탄두부를 가질 수 있다. 탄알 또는 외피는 정확성을 높이고 탄알의 편차를 감소시키는 구동 밴드(driving band)를 포함할 수 있다.

본 발명의 발사체는 소정의 입경 분포를 갖도록 소정 입경의 분말상 철이 혼합되어 혼합물을 형성하는 공정에 의해 제조될 수 있다. 분말상 철은 또한 양호하게는 윤활제와 혼합될 수 있다. 윤활제는 압축이 완료된 후에 주형으로부터 발사체를 제거하는 것을 돕는다. 윤활제가 첨가된다면, 이는 분말상 철 혼합물에 첨가될 수 있다. 양호한 윤활제는 스테아르산아연이다. 최대 약 1.0 중량 ％의 스테아르산아연이 압축 전에 철 분말에 첨가될 수 있다. 약 0.5 ％가 특히 바람직한 것을 알게 되었다.

그런 후에 혼합물은 발사체의 소정 형태를 제공하도록 설계된 다이 내에 위치된다. 탄환 및 탄알을 포함한 다양한 발사체가 본 발명에 따라 제조될 수 있다. 본 발명은 특히 탄알 제조, 특히 전방 단부가 후방 단부보다 작은 원주를 갖는 일반적으로 긴 형태를 갖는 것에 유용하다.

본 발명에 따르면, 철 분말의 혼합물은 약 344.7 내지 827.4 ㎫(50,000 내지 120,000 psi)의 압력에서 냉간 압축되며, 약 689.5 ㎫(100,000 psi)의 압력이 선호된다. 약 689.5 ㎫(100,000 psi)의 압력에서 압축하는 것은 발사 전 및 중의 발사체의 보전성과 목표물과의 충돌 시의 파쇄성을 가장 양호하게 제공한다. 압축 공정은 극히 짧은 체류 시간 동안 적어도 약 344.7 ㎫(50,000 psi)의 압력을 제공할 수 있는 임의의 기계적 프레스 상에서 수행될 수 있다. 현재 입수 가능한 기계 장치는 약 0.05 내지 1.5 초의 체류 시간으로 작동한다. 양호하게는, 종래의 회전다이얼식 프레스가 사용된다.

발사체가 냉간 압축에 의해 형성된 후에, 필요하다면 외피가 발사체 주위에 형성될 수 있다. 이와 같은 외피는 여러 가지 이유로 선호된다. 외피는 발사체의 분말상 철 재료를 총신으로부터 격리시킴으로써 총신의 내부면과 발사체의 철 분말 사이에 직접적인 접촉을 초래할 수 있는 총신의 선조(rifling)의 부식을 막는다. 또한 외피는 발사 전 및 중에 발사체에 추가적인 보전성을 제공할 뿐만 아니라 발사 시의 발사체의 탄도를 향상시킨다.

금속 외피의 경우, 외피는 산 또는 시안화물 전기 도금, 기계적 스웨이징(swaging), 분사 피막 및 화학 접착제를 포함한 임의의 수의 종래 공정에 의해 도포될 수 있다. 양호한 방법은 전기 도금이다.

도금 분야의 숙련자라면 잘 알 수 있는 바와 같이 다양한 전기 도금 기술이 본 발명에 사용될 수 있다. 일반적으로, 발사체는 먼저 산 세정에 의해 세척된 후에 최종 도금 전에 밀봉된다. 발사체는 최종 도금 전에 함침 실리콘 용액으로 또는 발사체를 구리, 니켈 또는 아연과 같은 금속 용액 내에 침지(dipping)시킴으로써 밀봉될 수 있다. 통상의 작업에서, 표면을 금속으로 밀봉할 때, 구리가 선호된다.

양호한 도금 방법에 있어서, 산 세정 후에 진공 함침(vacuum impregnation)이 수행된다. 이 함침공정은 성형된 발사체 코어를 대형 배치식 작업으로 실리콘계 재료 내에 주입하는 것을 필요로 한다. 침액 공정은 발사체의 표면 또는 그 부근에서 공극(void)을 채움으로써 발사체의 유공성을 감소시킨다. 이들 공극은 부식 및 도금 엉김을 일으킬 수 있는 불순물을 보유할 수 있다. 함침 공정은 또한 공극 내에 도금조 화학약품이 수집되는 것을 방지하는 막을 제공한다. 이와 같이 수집된 화학약품은 도금을 통해 베어나와 변색시키고 탄알의 치수를 변경할 수 있다.

발사체의 표면을 밀봉한 후에, 발사체를 외피 재료로 도금시켜 발사체 상에 소정 두께의 구리 또는 다른 도금 금속이 침착되게 한다. 양호하게는 다른 기술에 비해 보다 신속하고 보다 환경 친화적인, 시안화구리 도금과 같은 산 구리 도금이사용된다. 외피 형성 후에, 발사체는 통상의 기술을 사용하여 치수가 정해지며 카트리지로 제조될 수 있다.

냉간 압축된 분말상 철 발사체에 외피를 추가함으로써 얻어지는 보호 이점 외에도, 외피로 인해 추가되는 질량은 반자동 및 완전 자동 화기에 사용되었을 때 발사체의 기능 및 신뢰성을 보조한다. 이와 같은 화기는 작동 중에 건 슬라이드(gun slide)에 전달되는 충격이 가능한 적어야 하고, 외피에 의해 추가되는 질량(대략 5 내지 10 ％ 증가)은 이러한 화기에 본 발명의 발사체가 사용되기 위한 충분한 질량을 제공한다.

본 발명은 달리 표시되지 않았다면 비율 및 백분율이 중량으로 표시된 다음의 구체적인 예에 의해 보다 상세히 설명되어 있다.

실시예

철 분말은, 44 ㎛ 미만의 입경을 갖는 입자의 22 중량 ％와, 44 내지 149 ㎛의 입경을 갖는 입자의 68 중량 ％와, 149 내지 250 ㎛의 입경을 갖는 입자의 10 중량 ％로 이루어진 혼합물을 제공하도록 혼합된다. 혼합물은 0.5 중량 ％의 스테아르산아연을 더 포함한다. 혼합물은 실온에서 689.5 ㎫(100,000 psi)의 압력으로 압축되어 9 ㎜의 소형 화기 탄알로 형성된다. 산으로 세정하고, 니켈 용액에 침지시킨 후에 구리로 전기 도금함으로써 0.13 ㎜ (5 mils) 미만의 두께를 갖는 외부 외피를 제공하도록 구리 외피가 발사체에 도포된다.

발사체는 적당한 폭발성 장약에 의해 카트리지로 제조되고 발사 시의 파쇄성에 대해 시험되었다. 충돌 시에 탄알은 1 내지 2 그레인 미만의 미세한 철 분말로 분쇄되었다. 구리 외피 또한 분쇄되었으나, 그 파편은 탄알이 발사된 총신을 식별할 수 있을만큼 크다.

Claims (18)

1. 냉간 압축된 철 분말로 구성된 파쇄성 화기 발사체.
2. 제1항에 있어서, 철 분말은 냉간 압축 전에 최대 약 44 ㎛의 입자의 약 15 내지 25 중량 ％와, 약 44 내지 149 ㎛의 입경을 갖는 입자의 약 5 내지 70 중량 ％와, 약 149 내지 250 ㎛의 입경을 갖는 입자의 약 5 내지 15 중량 ％로 이루어진 입경 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 발사체.
3. 제2항에 있어서, 철 분말은 냉간 압축 전에 최대 약 44 ㎛의 입자의 약 22 중량 ％와, 약 44 내지 149 ㎛의 입경을 갖는 입자의 약 68 중량 ％와, 약 149 내지 250 ㎛의 입경을 갖는 입자의 약 10 중량 ％로 이루어진 입경 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 발사체.
4. 제1항에 있어서, 최대 약 1,0 중량 ％의 스테아르산아연을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발사체.
5. 제1항에 있어서, 탄알의 형상인 것을 특징으로 하는 발사체.
6. 제5항에 있어서, 탄알은 외피를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발사체.
7. 제6항에 있어서, 외피는 완전히 탄알을 캡슐화하는 것을 특징으로 하는 발사체.
8. 제5항에 있어서, 외피는 금속 및 중합체로부터 선택된 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 발사체.
9. 제8항에 있어서, 외피는 알루미늄, 구리, 아연, 폴리에틸렌 및 폴리카보네이트로 구성된 군으로부터 선택된 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 발사체.
10. 제9항에 있어서, 외피는 구리로 구성된 것을 특징으로 하는 발사체.
11. 냉간 압축된 철 발사체를 제조하는 방법에 있어서,

    (가) 분말상 철 입자를 혼합하는 단계와,

    (나) 소정의 최종 형태의 발사체를 형성하도록 분말상 철 입자를 주형 내에서 냉간 압축하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제11항에 있어서, 분말상 철 입자는, 냉간 압축 전에 최대 약 44 ㎛의 입자의 약 15 내지 25 중량 ％와, 약 44 내지 149 ㎛의 입경을 갖는 입자의 약 5 내지 70 중량 ％와, 약 149 내지 250 ㎛의 입경을 갖는 입자의 약 5 내지 15 중량 ％로 이루어진 입경 분포를 형성하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제11항에 있어서, 분말상 철 입자는, 냉간 압축 전에 최대 약 44 ㎛의 입자의 약 22 중량 ％와, 약 44 내지 149 ㎛의 입경을 갖는 입자의 약 68 중량 ％와, 약 149 내지 250 ㎛의 입경을 갖는 입자의 약 10 중량 ％로 이루어진 입경 분포를 형성하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제11항에 있어서, 혼합 단계는 분말상 철 입자에 윤활제를 혼합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
15. 제14항에 있어서, 윤활제는 스테아르산아연으로 구성된 것을 특징으로 하는 방법.
16. 제11항에 있어서, 냉간 압축 단계 후에 발사체에 외피를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
17. 제16항에 있어서, 외피 형성 단계는 발사체를 구리로 도금하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
18. 제17항에 있어서, 외피 형성 단계는 구리로 도금하기 전에 발사체를 실리콘계 재료에 진공 함침하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.