KR20150027083A

KR20150027083A - 차폐용 탄화 규소로 제조된 제품

Info

Publication number: KR20150027083A
Application number: KR20147034632A
Authority: KR
Inventors: 질리스 로지퀘트; 에릭 조지
Original assignee: 생-고뱅 생트레 드 레체르체 에 데투드 유로삐엔; 상뜨르 나쇼날 드 라 러쉐르쉬 샹띠피끄
Priority date: 2012-06-15
Filing date: 2013-05-17
Publication date: 2015-03-11
Also published as: US20150152012A1; FR2991981A1; US9321691B2; CN104350354B; WO2013186453A1; CN104350354A; EP2861932A1; JP6240177B2; EP2861932B1; JP2015525196A; KR102016778B1

Abstract

탄화 규소 분말 및 소결 첨가제를 고상으로 소결함으로써 얻은 제품이 제공되며, 상기 제품은 98.5 % 초과의 상대 밀도를 가지고, 그레인의 형태로 존재하는 92 중량% 초과의 SiC, 2 중량% 미만의 원소 산소, 및 총 6 중량% 미만의 다른 원소를 포함하고, 상기 제품은 상기 그레인의 전체 수를 기준으로 SiC 그레인의 수의 10 % 초과가 3 초과의 신장 인자 F(F > 3)를 가지고, 신장 인자 F가 3 초과인 상기 그레인의 수의 50 % 초과가 3 ㎛ 초과의 폭을 가지고, 상기 제품 내의 다른 SiC 그레인이 1 ㎛ 초과 및 20 ㎛ 미만의 평균 등가 직경을 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

차폐용 탄화 규소로 제조된 제품{PRODUCT MADE FROM SILICON CARBIDE FOR SHIELDING}

본 발명은 특히 장갑(armor) 또는 장갑판(armor-plating) 부품에서의 방탄 특성을 위해 사용될 수 있는 탄화 규소에 기반한 치밀한 제품에 관한 것이다.

세라믹 재료는 장갑 또는 장갑판 시스템의 가장 중요한 구성성분 중 하나이다. 특히 탄화 규소 또는 SiC는 이러한 용도에 사용되는 세라믹 재료 중 하나이다.

따라서, 장갑차(armor-plated vehicle), 및 발사체로부터 군인을 보호할 수 있는 장갑 부품을 착용한 군인에게는 장갑판을 착용하는 것과 관련된 추가 중량이 필수적인 요소이다. 실제로, 추가 중량은 신속한 움직임에 장애가 될 수 있거나, 또는 군인에게 추가의 피로를 발생시킬 수 있다.

세라믹 재료, 예컨대 탄화 규소의 사용은 특히 상당한 중량 감소를 가능하게 한다.

따라서 장갑판으로서 사용되는 세라믹 제품을 계속적으로 개선할 필요가 있고, 이러한 개선은 특히 그의 방탄 성능으로 측정된다. 따라서 본 발명의 목적은 본 분야에서 현재 사용되는 제품과 상이하고 그의 성능이 개선되었으며, 특히 발사체의 관통 깊이가 더 작은 신규한 재료를 제안하는 것이다. 택한 선택에 따라, 본 기술분야의 재료에 대한 이 파라미터에서의 개선은 더 큰 저항과 이에 의해 장갑판을 통한 더 나은 안전 수준을 제공하거나, 또는 동일한 안전 수준, 즉 동일한 방탄 성능을 보유하면서 장갑판의 중량을 감소시키기 위해 그의 두께를 감소시키는 것을 가능하게 할 수 있다.

공지된 원리에 따르면, 장갑판(예를 들어 고상의 소결된 탄화 규소 재료, 예컨대 쌩-고벵(Saint-Gobain)사가 판매하는 헥솔로이(Hexoloy)^®SA(사이트 www.hexoloy.com에서 구할 수 있는 그의 데이터시트에서 그레인의 크기가 4 내지 10 ㎛이고 밀도가 3.10 g/㎤라고 명시함)로 구성됨)의 방탄 성능을 개선하기 위하여, 한편으로는 더 높은 밀도의 재료를 선호하고 다른 한편으로는 그레인의 평균 크기가 제한되는 미세구조를 선택하는 것이 보통이며, 이는 일반적으로 동일한 재료에 기반한 동일 제품에 대해서는 이 2 가지 기준의 종합적 작용이 가장 우수한 방탄 성능을 얻게 하기 때문인 것으로 알려져 있다.

출원인 회사는 이번에는 재료에서의 SiC 그레인의 크기를 증가시키면서 밀도를 증가시키는, 대안적인 그리고 원래의 방법을 따라왔다. 따라서 본 발명에 따른 그레인의 크기는 이러한 밀도에 대해서 설명된 적이 없는 수준에 도달한다. 기대와는 달리, 본 발명에 따른 제품의 방탄 성능은 헥솔로이^® SA보다 좋은 것으로 밝혀졌다.

WO 2007/126784의 실시예 29 및 34는 Al, AlN, C 및 B₄C 소결 첨가제를 사용하여 치밀화한 SiC 제품을 설명하고 있다.

이 공보의 26 쪽의 표 14에 기재된 데이터에 따르면, 이 실시예들에 따라 얻은 제품의 상대 밀도는 97.5 % 내지 98 %인 것으로 결정할 수 있다.

제1 측면에 따르면, 본 발명은 탄화 규소 분말 및 소결 첨가제의 고상 소결에 의해 얻은 제품에 관한 것이며, 상기 제품은 98.5 % 초과의 상대 밀도를 가지고

- 그레인 형태로 존재하는 92 중량% 초과의 SiC,

- 2 중량% 미만의 원소 산소,

- 총 6 중량% 미만의 다른 원소

를 포함하며,

상기 제품은

- 상기 그레인의 전체 수를 기준으로 SiC 그레인의 수의 10 % 초과가 3 초과의 신장 인자(elongation factor) F(F > 3)를 가지고,

- 신장 인자 F가 3 초과인 상기 그레인 수의 50 % 초과가 3 ㎛ 초과의 폭을 가지고,

- 상기 제품에서의 다른 SiC 그레인이 1 ㎛ 초과, 바람직하게는 4 ㎛ 초과, 또한 더는 5 ㎛ 초과 및 20 ㎛ 미만의 평균 등가 직경(equivalent diameter)을 갖는 것

을 특징으로 한다.

다음의 명칭 및 정의는 본 발명의 상기의 설명과 관련하여 주어진다:

신장된 일반적 형상의 비등방성 그레인의 "F" 또는 "신장 인자"는 준선을 따라 측정된 그의 길이 "L"과 그의 폭 "l"의 비이다. 따라서 본 발명에 따라 신장 인자는 비 F = L/l로 정의된다.

그레인의 길이 L는 상기 그레인의 일직선 준선을 따라 측정되고 그의 최장 길이에 해당한다.

폭 l은 상기 준선을 가로지르는(즉, 준선에 수직인) 모든 면에서 측정된 최장 폭으로서 정의된다.

그레인의 등가 직경은 상기 최장 길이에 수직인 방향으로 측정된, 그레인의 최장 길이와 그레인의 최장 폭의 합의 절반(half-sum)을 의미하는 것으로 이해된다.

인자 F 및 등가 직경은 소결된 제품의 단면에 대하여 SEM(주사 전자 현미경)으로 찍은 이미지를 통상적으로 사용하여, 소결된 재료의 미세구조의 관찰로부터 통상적으로 결정된다. 이하의 실시예에서 상기 미세구조가 단면의 배향에 관계없이 실질적으로 동일하다는 것이 증명되었다.

액상 소결은 통상적인 정의에 따라, 소결 첨가제, 몇몇의 첨가제 또는 그 밖에 이러한 첨가제 중 일부, 또는 더는 소결되는 제품의 특정 불순물의 조합으로 형성된 상 중 적어도 하나가, 소결 열 처리 동안 그레인들의 재배열을 가능하게 하여 이들을 서로 접촉시키기에 충분한 양의 액상을 형성할 수 있는 소결을 의미하는 것으로 이해된다. 상기 경우의 잘 알려진 예의 하나는 특히 상 Y₃Al₅O₁₂이다.

반면에, 고상 소결은 소결을 가능하게 하는 첨가된 첨가제, 또는 그 밖에 이러한 첨가제 중 일부, 또는 더는 소결되는 제품의 불순물의 조합으로 형성된 상 중 어느 것도 그레인의 재배열을 가능하게 하여 이들을 서로 접촉시키기에 충분한 양의 액상을 형성할 수 없는 소결을 의미하는 것으로 이해된다. 이는 특히 소결 중에 액상이 생성되지 않는 경우이다. 고상 소결로 얻은 제품을 일반적으로 "고상 소결체"라고 칭한다. 따라서 본 발명에 따른 제품은 바람직하게는 불순물의 형태 외의 원소 이트륨 및 알루미늄을 함유하지 않는다. 특히, 0.05 중량% 미만의 이트륨 양이 바람직하다.

본 설명에서 흔히 더 간단하게는 "첨가제"로 칭하는 소결 첨가제는 소결 반응의 거동을 가능하게 하고/하거나 촉진하는 것으로 통상적으로 알려진 화합물을 의미하는 것으로 이해된다.

제품의 상대 밀도는 벌크 밀도를 절대 밀도로 나눈 비를 백분율로 나타낸 것을 의미하는 것으로 이해된다.

제품의 벌크 밀도는 본 발명의 의미 안에서, 제품의 중량을 상기 제품이 차지하는 부피로 나눈 비를 의미하는 것으로 이해된다.

제품의 절대 밀도는 본 발명의 의미 안에서, 실질적으로 밀폐 공극률이 남아있지 않은 분말도(fineness)로 밀링한 후의 상기 제품의 고체 중량을 밀링 후의 이 중량의 부피로 나눈 비를 의미하는 것으로 이해된다. 이는 헬륨 비중측정법으로 측정할 수 있다.

표현 "함유하는", "포함하는" 또는 "구성된"은 달리 나타내지 않는 한, "적어도 하나로 구성된"을 의미하는 것으로 이해된다.

달리 나타내지 않는 한, 본 설명에서 모든 백분율은 중량 백분율이다.

당연히 그리고 적절한 경우 다른 것과 조합될 수 있는 본 발명의 다양한 바람직한 실시양태를 하기에 설명한다:

- 상기 제품은 0.1 중량% 내지 4 중량%의 보론, 티타늄, 지르코늄 및 유리 탄소로부터 선택되는 하나 이상의 다른 원소, 및 총 2 중량% 미만의 다른 원소를 포함한다. 상기 다른 원소는 유리 탄소 및 탄화 규소와는 구별되는 다른 탄소계 상 및 불순물의 형태로 본질적으로 존재할 수 있다. 용어 "불순물"은 불가피한 구성성분을 의미하는 것으로 이해되며, 원료와 함께 의도치 않게 그리고 불가피하게 도입되거나 또는 이러한 구성성분과의 반응으로부터 생긴 것이다. 불순물은 필요한 구성성분이 아니고, 단지 용인되는 구성성분일 뿐이다. 이러한 불순물은 특히 SiC의 소결을 저해하는 것으로 바람직하게 못하게 알려진 실리카를 포함한다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서, 소결 동안 불순물을 제거하기 위하여 전 단계에서 SiC 분말 또는 더는 소결 첨가제를 세척함으로써, 및/또는 초기 혼합물에 탄소-함유 첨가제를 첨가함으로써 실리카 불순물을 제한할 수 있다.

상기에 언급한 소결 첨가제는 바람직하게는 단독으로서 또는 혼합물로서 탄소, 보론, 티타늄 및 지르코늄의 탄화물, 또는 지르코늄 및 티타늄의 붕화물로부터 선택되고, 예를 들면 단독으로서 또는 혼합물로서 B₄C, ZrB₂, TiC, TiB₂, 및 탄소(이러한 열거는 당연히 다른 것을 배제하지 않음) 및 또한 이러한 화합물의 공지된 전구체로부터 선택된다. 본 발명에 따르면, 구성성분의 전구체는 소결 동안 이러한 구성성분을 생성할 수 있는 화합물이다. 구성성분을 본 구성성분의 전구체의 "등가"량으로 대체하는 것은 얻어진 소결된 제품에서의 상기 구성성분의 양을 변경하는 것이 아니다.

- 원소 보론, 유리 탄소, 티타늄 및 지르코늄의 합 B+C_l+Ti+Zr은 0.1 중량% 초과, 바람직하게는 0.2 중량% 초과, 보다 바람직하게는 0.5 중량% 초과, 또는 0.75 중량% 초과이다.

- 원소 보론, 유리 탄소, 티타늄 및 지르코늄의 합은 4 중량% 미만, 바람직하게는 3.2 중량% 미만, 바람직하게는 3 중량% 미만, 보다 바람직하게는 2.5 중량% 미만, 또는 더는 2 중량% 미만, 또는 1.5 중량 % 미만, 또는 1 중량% 미만이다.

- 유리 탄소의 함량은 2.7 중량% 미만, 바람직하게는 2 중량% 미만, 바람직하게는 1.4 중량% 미만, 또는 1 중량% 미만, 또는 0.7 중량% 미만이다.

- 제1 바람직한 가능한 실시양태에 따르면, 제품은 보론 원소 및 유리 탄소를 다음의 비율로 포함한다:

- 보론 원소의 함량은 0.1 중량% 초과, 바람직하게는 0.15 중량% 초과이고,

- 보론 원소의 함량은 0.5 중량% 미만, 바람직하게는 0.4 중량% 미만, 또는 0.3 중량% 미만이고,

- 유리 탄소의 함량은 0.1 중량% 초과, 바람직하게는 0.3 중량% 초과, 바람직하게는 0.5 중량% 초과이고,

본 실시양태는 특히 고상 소결 첨가제로서 B₄C 및 탄소를 사용함으로써 생성될 수 있다.

- 제2 실시양태에 따르면, 제품은 보론 원소를 다음의 비율로 포함한다:

- 원소 산소의 함량은 0.5 중량% 미만, 바람직하게는 0.3 중량% 미만이다.

본 실시양태는 특히 고상 소결 첨가제로서 B₄C를 사용함으로써 생성될 수 있다.

- 제3 가능한 실시양태에 따르면, 제품은 유리 탄소를 다음의 비율로 포함한다:

본 실시양태는 특히 고상 소결 첨가제로서 탄소를 사용함으로써 생성될 수 있다.

- 제4 가능한 실시양태에 따르면, 제품은 티타늄 원소 및 유리 탄소를 다음의 비율로 포함한다:

- 티타늄 원소의 함량은 0.1 중량% 초과, 바람직하게는 0.15 중량% 초과이고,

- 티타늄 원소의 함량은 0.5 중량% 미만, 바람직하게는 0.4 중량% 미만, 또는 0.3 중량% 미만이고,

본 실시양태는 특히 고상 소결 첨가제로서 TiC 및 탄소를 사용함으로써 생성될 수 있다.

- 제5 가능한 실시양태에 따르면, 제품은 보론 및 티타늄 원소 및 유리 탄소를 다음의 비율로 포함한다:

- 보론과 티타늄 원소의 합 B+Ti는 0.1 중량% 초과, 바람직하게는 0.2 중량% 초과이고,

- 보론과 티타늄 원소의 합 B+Ti는 0.7 중량% 미만, 바람직하게는 0.6 중량% 미만, 또는 0.5 중량% 미만, 또는 0.4 중량% 미만이고,

본 실시양태는 특히 고상 소결 첨가제로서 TiB₂ 및 탄소를 사용함으로써 생성될 수 있다.

- 제6 가능한 실시양태에 따르면, 제품은 보론 및 지르코늄 원소 및 유리 탄소를 다음의 비율로 포함한다:

- 지르코늄과 보론 원소의 합 Zr+B는 0.1 중량% 초과, 바람직하게는 0.2 중량% 초과이고,

- 지르코늄과 보론 원소의 합은 0.7 중량% 미만, 바람직하게는 0.6 중량% 미만, 또는 0.5 중량% 미만, 또는 0.4 중량% 미만이고,

본 실시양태는 특히 고상 소결 첨가제로서 ZrB₂ 및 탄소를 사용함으로써 생성될 수 있다.

- 본 발명에 따른 소결된 제품은 99 % 초과, 바람직하게는 99.5 % 초과, 또는 더는 99.7 % 초과의 상대 밀도를 갖는다.

- 제품 내의 란탄 계열 원소, 악티늄 계열 원소 및 이트륨의 총합은 0.05 중량% 미만, 또는 0.04 중량% 미만, 또는 더는 0.03 중량% 미만이다. "란탄 계열" 원소는 원자 번호 57 내지 71을 갖는 원소 주기율표의 원소이다. "악티늄 계열" 원소는 원자 번호 89 내지 103을 갖는 원소 주기율표의 원소이다.

- 일 실시양태에서, 제품 내의 알루미늄 함량은 상기 제품의 중량에 대해 1000 ppm 미만, 또는 500 ppm 미만, 또는 300 ppm 미만이다. 이러한 실시양태에서, 상기 알루미늄 함량은 상기 제품의 중량에 대해 바람직하게는 50 ppm 초과, 또는 100 ppm 초과 또는 더는 200 ppm 초과이다.

- 3 초과의 신장 인자 F를 갖는 SiC 그레인의 수는 15 % 초과이고, 바람직하게는 18 % 초과이고, 보다 바람직하게는 20 % 초과이다.

- 3 초과의 신장 인자 F를 갖는 SiC 그레인의 수는 40 % 미만이고, 바람직하게는 35 % 미만이고, 또는 다르게는 30 % 미만이고, 또는 더는 25 % 미만이다.

- 4 초과의 신장 인자 F를 갖는 SiC 그레인의 수는 2 % 초과, 바람직하게는 4 % 초과이고, 바람직하게는 6 % 초과이고, 보다 바람직하게는 8 % 초과이다.

- 4 초과의 신장 인자 F를 갖는 SiC 그레인의 수는 15 % 미만이고, 보다 바람직하게는 12 % 미만이다.

- 5 초과의 신장 인자 F를 갖는 SiC 그레인의 수는 1 % 초과이거나, 또는 2 % 초과이다. 바람직하게는 이 수는 8 % 미만이다.

- 6 초과의 신장 인자 F를 갖는 SiC 그레인의 수는 7 % 미만이거나, 또는 6 % 미만이다.

- 8 초과의 신장 인자 F를 갖는 SiC 그레인의 수는 5 % 미만, 또는 3 % 미만, 또는 1 % 미만이다.

- 3 초과의 신장 인자 F를 갖는 각 그레인은 3 초과의 신장 인자 F를 갖는 하나 이상, 및 바람직하게는 2 개 이상의 다른 그레인과 접촉한다.

- 3 초과의 신장 인자를 갖는 그레인 수의 60 % 초과, 바람직하게는 70 % 초과, 바람직하게는 상기 그레인의 80 % 초과는 2 ㎛ 초과의 폭 l을 갖는다.

- 3 초과의 신장 인자를 갖는 그레인 수의 60 % 초과, 또는 상기 그레인의 65 % 초과는 3 ㎛ 초과의 폭 l을 갖는다.

- 3 초과의 신장 인자를 갖는 그레인 수의 20 % 초과, 바람직하게는 30 % 초과, 바람직하게는 상기 그레인의 40 % 초과는 4 ㎛ 초과의 폭 l을 갖는다.

- 3 초과의 신장 인자를 갖는 그레인 수의 10 % 초과, 바람직하게는 20 % 초과, 바람직하게는 상기 그레인의 30 % 초과는 5 ㎛ 초과의 폭 l을 갖는다.

- 상기 제품에서의 다른 SiC 그레인(즉, 인자 F가 3 미만인 그레인)의 수의 15 % 초과, 바람직하게는 20 % 초과, 또는 더는 25 % 초과는 2 초과의 신장 인자 F를 갖는다.

- 상기 다른 그레인은 2 ㎛ 초과, 또는 3 ㎛ 초과 또는 더는 5 ㎛ 초과의 평균 등가 직경을 갖는다. 보다 바람직하게는 상기 다른 그레인은 9 ㎛ 미만, 또는 7 ㎛ 미만의 평균 등가 직경을 갖는다.

- 본 발명에 따른 제품은 산소 함량이 15 중량% 초과이고 최장 길이가 50 ㎚ 이상인, 그레인들 사이의 중간 영역을 포함하지 않거나 또는 실질적으로 포함하지 않는다. 이러한 특징은 특히 본 발명에 따른 소결된 제품이 고상 소결에 의해 얻어진다는 것을 나타낸다. 예를 들어, 전자 현미경 이미지 상에서, 이러한 중간 영역은 포켓의 형태로 나타나고, 제품은 200 개의 그레인과 같은 SiC 그레인의 어셈블리에서 최대로 하나의 포켓 및 유리하게는 500 개의 그레인과 같은 SiC 그레인의 어셈블리에서 단일 포켓을 포함한다. 하나의 바람직한 실시양태에서, 제품은 어떤 포켓도 포함하지 않는다. 본 발명에 따른 제품 내에 이러한 포켓이 존재할 때, 산소 원소의 함량은 15 % 이하, 바람직하게는 12 % 이하이고, 바람직하게는 10 % 이하이고, 보다 바람직하게는 8 % 이하, 바람직하게는 5 % 이하이다.

- 본 발명에 따른 제품 내의 산소 원소의 총 함량은 바람직하게는 1.6 중량% 미만, 바람직하게는 1.4 중량% 미만, 바람직하게는 1.2 중량% 미만, 바람직하게는 1 중량% 미만, 또는 0.7 중량% 미만, 또는 0.5 중량% 미만, 또는 더는 0.3 중량% 미만이다.

- SiC, 원소 산소, 보론, 티타늄, 지르코늄 및 유리 탄소 외의 원소는 1.5 중량% 미만, 또는 1.2 중량% 미만, 또는 1 중량% 미만 또는 0.8 중량% 미만, 또는 0.5 중량% 미만, 또는 0.3 중량% 미만, 또는 0.2 중량% 미만을 나타낸다. 일 실시양태에서, 상기 원소는 상기 설명한 의미 내의 불순물이다.

- 1 kg, HV1로 측정된 제품의 비커스 경도는 24 GPa 초과, 바람직하게는 26 GPa 초과이다.

- 제품의 인성은 2 MPa.m^1/2 초과이고, 바람직하게는 2.5 MPa.m^1/2 초과이다.

- 4H 폴리타입(polytype)의 형태로 제품 내에 존재하는 탄화 규소의 양은 탄화 규소 폴리타입 전체의 합을 기준으로 20 % 초과, 바람직하게는 30 % 초과, 바람직하게는 40 % 초과, 바람직하게는 50 % 초과, 또는 60 % 초과이다.

또한 본 발명은 장갑판 수단으로서 상술한 바와 같은 소결된 제품을 포함하는 장갑 또는 장갑판 부품에 관한 것이다.

이러한 물체는 본 발명에 따른 제품으로 제조된 파트, 특히

- 일반적으로는 모듈, 예컨대 판의 형태인 차량용 장갑 부품,

- 헬리콥터 의자,

- 군인의 헬멧,

- 군인의 가슴 보호대

를 포함하는, 발사체(예를 들어 총알, 포탄, 지뢰 또는 폭발물의 폭발시에 발사되는 부품, 예컨대 볼트, 못(또는 "사제폭발물(Improvized Explosive Device)" 즉 IED))에 대한 보호용 부품(특히 세라믹 장갑 또는 세라믹 장갑 부품)을 포함한다.

이 보호 부품은 "백킹(backing)"으로 칭하는 후면 상의 다른 재료, 일반적으로 연성 재료, 예컨대 섬유, 예를 들어 케블라(Kevlar)® 섬유 또는 유리 섬유, 또는 판 형태인 금속, 예컨대 알루미늄과 조합하여 세라믹으로 제조된 파트(본 발명에 따른 제품)로 통상적으로 구성된다.

충돌하면, 세라믹 재료는 분해된다. 세라믹 재료와 결합된 후면의 역할은 소성 변형에 의해 파편의 운동 에너지를 흡수하고 세라믹 판에 대한 특정 수준의 보유를 유지하는 것이다.

본 발명에 따른 제품은 특히 다음의 단계를 포함하는 고상 소결 공정에 의해 얻어질 수 있다:

a)

- 탄화 규소 입자의 분말,

- 고상 소결 첨가제의 분말

을 포함하는 출발 공급원료를 제조하는 단계

b) 출발 공급원료를 예비성형체(pre-form)의 형태로 쉐이핑하는 단계,

c) 상기 예비성형체를 고상 소결하여 본 발명에 따른 제품을 얻는 단계.

이러한 공정에서, 입자의 중앙 직경(median diameter)이 5 ㎛ 미만이고 바람직하게는 4 ㎛ 미만인 초기 탄화 규소 분말이 사용된다.

분말을 구성하는 입자들의 입자 중앙 직경(또는 중앙 "크기")은 본 발명의 의미 내에서, 입자 크기 분포의 평가에 의해 주어진다. 레이저 입자 크기 분석기는 3 ㎜ 이하의 크기를 측정가능하게 한다. 특히 분말의 입자의 어셈블리의 "중앙 직경" 또는 "중앙 크기"는 D₅₀퍼센타일, 즉 입자들을 부피가 동일한 제1 및 제2 집단으로 나눈 크기로 나타내고, 이 제1 및 제2 집단은 중앙 크기보다 각각 크거나 작은 크기를 갖는 입자만 포함한다.

본 발명에 따른 제품은 특히 상술한 바와 같은, 소결 첨가제가 단독으로 또는 혼합물로서 탄소, 보론, 티타늄 및 지르코늄의 탄화물 또는 지르코늄 및 티타늄의 붕화물로부터 선택되는 공정에 의해 얻어진다.

하나의 특히 바람직한 실시양태에서, 제품은 소결 첨가제가 탄화 보론과 탄소의 혼합물을 포함하는 또는 그로 구성된, 상술한 바와 같은 공정에 의해 얻어진다.

본 발명에 따른 소결된 제품을 얻을 수 있게 하는 공정에 관한 보다 구체적인 정보는 하기에서 주어진다:

초기에 사용되는 탄화 규소 분말은 상술한 범위에 일치하도록 그의 크기를 감소시키는 것이 필요할 수 있다. 이러한 크기 감소는 예를 들어 탄화 규소 볼과 함께 볼 밀 또는 자 밀(jar mill)을 사용하여 통상의 기술자에게 알려진 기술에 따라 밀링에 의해 일반적으로 달성된다.

바람직하게는, 사용되는 탄화 규소 분말의 중앙 크기는 임의로 밀링 후, 5 ㎛ 미만, 바람직하게는 4 ㎛ 미만, 바람직하게는 3 ㎛ 미만, 바람직하게는 2 ㎛ 미만, 바람직하게는 1.5 ㎛ 미만이다.

바람직하게는, 탄화 규소 분말은 2 중량% 미만, 바람직하게는 1.6 중량% 미만, 바람직하게는 1.4 중량% 미만, 바람직하게는 1.2 중량% 미만, 바람직하게는 1 중량% 미만, 또는 0.7 중량% 미만, 또는 0.5 중량% 미만, 또는 더는 0.3 중량% 미만의 산소 원소 함량을 갖는다. 일 실시양태에서, 탄화 규소 분말의 산소 원소의 함량은 예를 들어 산 세척과 같은 통상의 기술자에게 알려진 임의의 기술에 의해 사용 전에 감소될 수 있다.

본 발명의 하나의 본질적인 특징에 따르면, 고상 소결 첨가제의 양 및 그의 각각의 성질은 단계 c)에서의 소결이 고상 소결이도록 구성되고 선택된다.

고상 소결 첨가제의 양은 바람직하게는 출발 공급원료의 0.1 중량% 내지 4 중량%이다.

고상 소결 첨가제는 바람직하게는

- 보론, 티타늄 및 지르코늄의 화합물, 예컨대 탄화물, 예를 들면 B₄C 및 TiC, 붕화물, 예를 들면 ZrB₂ 및 TiB₂, 및 또한 상기 화합물들의 전구체, 및/또는

- 유리 탄소, 및 또한 유리 탄소의 전구체, 예컨대 페놀 수지

로부터 선택될 수 있다.

하나의 특히 바람직한 실시양태에서, 사용된 고상 소결 첨가제는 B₄C와 탄소의 혼합물이고, B₄C의 양은 출발 공급원료의 중량 백분율로서 0.1 % 초과, 바람직하게는 0.2 % 초과 및 0.7 % 미만, 바람직하게는 0.6 % 미만, 또는 0.5 % 미만, 또는 0.4 % 미만이고, 탄소의 양은 출발 공급원료의 중량 백분율로서 0.1 % 초과, 바람직하게는 0.3 % 초과, 보다 바람직하게는 0.6 % 초과 및 3 % 미만, 바람직하게는 2 % 미만, 바람직하게는 1.5 % 미만, 또는 1 % 미만, 또는 0.8 % 미만이다.

다른 가능한 실시양태에서, 사용된 고상 소결 첨가제는 출발 공급원료의 중량 백분율로서 0.1 % 초과, 바람직하게는 0.2 % 초과 및 0.7 % 미만, 바람직하게는 0.6 % 미만, 또는 0.5 % 미만, 또는 0.4 % 미만의 양인 B₄C이고, 출발 공급원료의 탄화 규소 분말의 원소 산소 함량은 0.3 % 미만이다.

다른 가능한 실시양태에서, 사용된 고상 소결 첨가제는 출발 공급원료의 중량 백분율로서 0.1 % 초과, 바람직하게는 0.3 % 초과, 보다 바람직하게는 0.6 % 초과 및 3 % 미만, 바람직하게는 2 % 미만, 바람직하게는 1.5 % 미만, 또는 1 % 미만, 또는 0.8 % 미만의 양인 탄소이다.

다른 가능한 실시양태에서, 사용된 고상 소결 첨가제는 TiC와 탄소의 혼합물이고, TiC의 양은 출발 공급원료의 중량 백분율로서 0.1 % 초과, 바람직하게는 0.2 % 초과 및 0.7 % 미만, 바람직하게는 0.6 % 미만, 또는 0.5 % 미만, 또는 0.4 % 미만이고, 탄소의 양은 출발 공급원료의 중량 백분율로서 0.1 % 초과, 바람직하게는 0.3 % 초과, 보다 바람직하게는 0.6 % 초과 및 3 % 미만, 바람직하게는 2 % 미만, 바람직하게는 1.5 % 미만, 또는 1 % 미만, 또는 0.8 % 미만이다.

다른 가능한 실시양태에서, 사용된 고상 소결 첨가제는 TiB₂와 탄소의 혼합물이고, TiB₂의 양은 출발 공급원료의 중량 백분율로서 0.1 % 초과, 바람직하게는 0.2 % 초과 및 0.7 % 미만, 바람직하게는 0.6 % 미만, 또는 0.5 % 미만, 또는 0.4 % 미만이고 탄소의 양은 출발 공급원료의 중량 백분율로서 0.1 % 초과, 바람직하게는 0.3 % 초과, 보다 바람직하게는 0.6 % 초과 및 3 % 미만, 바람직하게는 2 % 미만, 바람직하게는 1.5 % 미만, 또는 1 % 미만, 또는 0.8 % 미만이다.

다른 가능한 실시양태에서, 사용된 고상 소결 첨가제는 ZrB₂와 탄소의 혼합물이고, ZrB₂의 양은 출발 공급원료의 중량 백분율로서 0.1 % 초과, 바람직하게는 0.2 % 초과 및 0.7 % 미만, 바람직하게는 0.6 % 미만, 또는 0.5 % 미만, 또는 0.4 % 미만이고 탄소의 양은 출발 공급원료의 중량 백분율로서 0.1 % 초과, 바람직하게는 0.3 % 초과, 보다 바람직하게는 0.6 % 초과 및 3 % 미만, 바람직하게는 2 % 미만, 바람직하게는 1.5 % 미만, 또는 1 % 미만, 또는 0.8 % 미만이다.

일 실시양태에서, 출발 공급원료의 알루미늄 함량은 출발 공급원료의 중량에 대하여 1000 ppm 미만, 또는 500 ppm 미만, 또는 300 ppm 미만이다.

바람직하게는 사용된 고상 소결 첨가제의 분말의 중앙 크기는 탄화 규소 분말의 그레인의 중앙 크기의 1.2 배 미만, 바람직하게는 1.4 배 미만, 또는 1.6 배 미만, 또는 보다 더 바람직하게 탄화 규소 분말의 그레인의 중앙 크기의 1.8 배 미만이다.

일 실시양태에서 출발 공급원료는 결합제 및/또는 윤활제 및/또는 계면활성제를 함유한다.

일 실시양태에서, 출발 공급원료는 결합제를 함유하지 않는다.

혼합은 다양한 원소의 분포의 우수한 균일성을 얻도록 수행되고, 이러한 결과를 달성하기 위하여 혼합 시간을 구성할 수 있다.

바람직하게는, 혼합은 자 밀에서 수행되며, 혼합 시간은 15 시간 초과이다. 24 시간의 혼합 시간이 특히 적합하다.

혼합물이 얻어지면, 이는 예를 들면 쉐이핑될 과립을 얻기 위한 "동결 과립화(freeze granulation)"에 의해, 예를 들어 세라믹 예비성형체를 얻기 위하여 프레싱에 의해 무화되거나 또는 과립화될 수 있다. 다른 쉐이핑 기술, 예컨대 사출 성형 및 슬립 캐스팅을 사용할 수 있다.

쉐이핑 후에 예비성형체는 기계가공될 수 있다.

이어서 예비성형체는 소결된다. 바람직하게는 소결은 소결 동안 예비성형체에 가해진 압력의 존재 하에 수행된다. 핫 프레싱, 핫 이소탁틱 프레싱 또는 SPS(스파크 플라즈마 소결) 기술이 특히 적합하다. <파트가 일방향으로 프레싱된 후 소결되는 실시예에서의 균일성 참조>.

소결 온도는 1700 ℃ 초과, 바람직하게는 1800 ℃ 초과, 바람직하게는 1850 ℃ 초과, 또는 1950 ℃ 초과 및 2300 ℃ 미만, 또는 2200 ℃ 미만이다.

소결 동안 압력이 가해지는 경우, 이 압력은 10 MPa 초과, 바람직하게는 20 MPa 초과, 바람직하게는 35 MPa 초과 및 500 MPa 미만, 바람직하게는 300 MPa 미만, 또는 200 MPa 미만, 또는 100 MPa 미만, 또는 75 MPa 미만, 또는 55 MPa 미만이다.

고온 유지 시간은 특히 SPS에 의한 소결 동안 0일 수 있다. 바람직하게는 이 유지 시간은 0.5 분 초과, 바람직하게는 1 분 초과, 바람직하게는 2 분 초과, 바람직하게는 4 분 초과 및 60 분 미만, 바람직하게는 30 분 미만, 바람직하게는 20 분 미만, 바람직하게는 10 분 미만, 바람직하게는 6분 미만이다. 5 분의 소결 시간이 특히 적합하다.

최대 온도까지 상승 속도는 바람직하게는 10 ℃/분 초과, 또는 30 ℃/분 초과, 또는 50 ℃/분 초과, 또는 100 ℃/분 초과이다.

소성은 제어된 대기, 바람직하게는 진공 하에서 또는 아르곤 하에서 또는 질소 하에서 일어난다.

소결 사이클의 최대 온도에서의 온도 및/또는 유지 시간은 성형 인자 F > 3을 갖는 그레인의 존재 및 양을 결정한다.

소결 후 제품의 미세구조를 조정하기 위해 다음의 규칙이 구성될 수 있다: 신장된 형상의 그레인 수를 증가시키기 위해, 및/또는 그레인의 신장 인자를 증가시키기 위해 및/또는 신장된 형상의 그레인을 보충하는 그레인의 평균 등가 직경을 증가시키기 위해, 소결 사이클의 최대 온도가 증가되고/되거나 유지 시간이 증가된다.

다음의 실시예는 순수하게 예시로서 주어지며, 설명된 측면들 중 어느 것에서도 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.

실시예 1(비교용):

비교용 실시예 1의 제품은 쌩-고벵 세라믹스(Saint-Gobain Ceramics)사가 판매하는 헥솔로이^® SA 탄화 규소로 제조된 상용 제품이다. 이는 소결 첨가제로서 B₄C와 탄소를 사용하여 고상 소결에 의해 제조된다. 이는 일반적으로 발사체에 대한 보호용 장갑판 부품으로서의 설치에 사용된다.

실시예 2(본 발명에 따름):

본 발명에 따른 실시예 2의 제품은 다음의 방식으로 얻어졌다:

- 1876 g의 물,

- 산 세척 후 8.6 ㎡/g의 비표면적, 1.08 ㎛의 중앙 입자 크기, 0.27 중량%의 산소 원소 함량을 갖는 1927 g의 탄화 규소 분말(분말은 98 중량% 초과의 탄화 규소 입자를 포함함),

- 3.6 ㎛의 중앙 입자 크기 및 98 % 초과의 B₄C 함량을 갖는, 쌩-고벵 인더스트리얼 세라믹스(Saint-Gobain Industrial Ceramics)사가 판매하는 레퍼런스 노르비드 보론 카비드(Norbide Boron Carbide)®인 B₄C 탄화 보론 분말 5.9 g(B₄C 분말, 제1 소결 첨가제의 중량은 탄화 규소 분말 및 B₄C 분말의 총 중량의 0.3 %를 나타냄),

- 듀레즈(Durez)사가 판매하는 플리오펜(Plyophen) 43290® 페놀 수지 42.3 g(수지는 제2 소결 첨가제로 사용되는, 탄소의 전구체임),

- 바스프(BASF)사가 판매하는 카스타멘트(Castament) FS10® 0.79 g, 즉 탄화 규소 분말의 중량의 0.04 %

를 혼합함으로써 슬립(slip)을 제조했다.

고체 함량은 슬립의 중량의 50 %였다.

슬립의 pH를 암모늄 히드록시드를 첨가함으로써 11.5로 조정했다. 슬립 내로 결합제를 도입하지 않았다.

혼합은 자 밀에서 48 시간 동안, 실펩스(Cylpebs)로 수행했다.

이어서 슬립을 4 ㎝의 두께를 갖는 시트의 형태로, 스텐리스 강 트레이에서 주조했다. 이어서 이 시트를 8 ㎛/s의 고화 전방 속도(solidification front speed)로 동결했다.

동결 후, 얼음 결정을 400 μbar의 진공 하 및 -20 ℃의 온도에 동결 시트를 둠으로써 승화를 거쳐 제거했다. 이어서 형성된 응집체를 건조하기 위하여 온도를 40 ℃까지 증가시켰다.

3 내지 50 ㎛의 중앙 응집체 크기를 갖는 응집체 분말을 얻도록, 2 개의 이동하는 본체(디스크 및 링)를 내부에 포함하는 진동 보울이 있는, 소데미(Sodemi)사의 모델 CB220 밀에서, 얻어진 응집체를 밀링했다. 잔류 수분 함량은 0.6 %였다.

소결 후 80 ㎜의 직경 및 약 4 ㎜의 두께를 갖는 소결된 파트를 얻도록 응집체 분말을 SPS(스파크 플라즈마 소결 또는 플래시 소결) 다이 내로 도입했다.

SPS 단계는 다음과 같다:

- 온도를 50 ℃/분으로 2000 ℃의 온도까지 증가시키고,

- 온도를 2000 ℃에서 5 분간 유지하고,

- 온도를 50 ℃/분으로 제어된 냉각을 수행하여 600 ℃로 강하하고,

- 온도를 600 ℃로부터 상온으로 자유 냉각함으로써 강하시킨다.

온도 상승 사이클 및 온도 유지 동안 가해진 압력은 40 MPa이었다. 다이의 직경은 80 ㎜였다. 사용된 분말의 중량은 66 g이었다.

실시예 3(비교용):

비교용 실시예 3의 제품은 이번에는 액상 소결에 의해 얻었으며 SiC 그레인들 사이에, 원소 Y, Al, Si, 및 O를 본질적으로 포함하는 결정화된 형상의 이차 상을 포함하는 탄화 규소 제품이었다.

이는 다음의 공정에 따라 제조되었다:

- 2212 g의 물,

- 25 ㎡/g의 비표면적, 0.43 ㎛의 중앙 입자 크기, 1.7 중량%의 산소 원소 함량을 가지며 98 % 초과의 탄화 규소를 함유하는 2205 g의 스타크(Starck) UF25® 탄화 규소 분말,

- 0.18 ㎛의 중앙 입자 크기 및 99.5 % 초과의 Y₃Al₅O₁₂ 함량을 갖는 바이코우스키(Baikowski)사가 판매하는 245 g의 YAG(Y₃Al₅O₁₂) 분말(Y₃Al₅O₁₂ 분말의 총 중량은 전체 분말 중량(탄화 규소 + Y₃Al₅O₁₂)의 10 %를 나타냄),

- 바스프사가 판매하는 카스타멘트 FS10® 0.86 g, 즉 탄화 규소 분말의 중량의 0.039 %

를 혼합함으로써 슬립을 제조했다.

고체 함량은 슬립의 중량의 50 %였다. 슬립의 pH를 1M 소듐 히드록시드를 첨가함으로써 11.5로 조정했다.

슬립 내에 결합제를 도입하지 않았다.

혼합을 자 밀에서 24 시간 동안, 실펩스로 수행하였다.

이어서 슬립을 4 ㎝의 두께를 갖는 시트의 형태로, 스텐리스 강 트레이에서 주조했다. 이어서 이 시트를 8 ㎛/s의 고화 전방 속도로 동결했다.

동결 후, 얼음 결정을 400 μbar의 진공 하 및 -20 ℃의 온도에 동결 시트를 둠으로써 승화를 거쳐 제거했다. 이어서 형성된 응집체를 건조하기 위하여 온도를 40 ℃로 증가시켰다.

3 내지 50 ㎛의 중앙 응집체 크기를 갖는 응집체 분말을 얻도록, 2 개의 이동하는 본체(디스크 및 링)를 내부에 포함하는 진동 보울이 있는, 소데미사의 모델 CB220 밀에서, 얻어진 응집체를 밀링했다. 잔류 수분 함량은 0.6 %였다.

80 × 80 × 12 ㎣의 치수를 갖는 예비성형체를 60 MPa의 압력에서 냉간 일방향 프레싱함으로써 얻었고, 이어서 소결된 파트를 얻도록 다음의 사이클로 아르곤 하에서 소결하였다:

- 온도를 800 ℃/h의 속도로 400 ℃로 증가시키고,

- 온도를 400 ℃/h의 속도로 400 ℃에서 1000 ℃로 증가시키고,

- 온도를 230 ℃/h의 속도로 1000 ℃에서 1775 ℃로 증가시키고,

- 온도를 100 ℃/h의 속도로 1775 ℃에서 1875 ℃로 증가시키고,

- 온도를 1875 ℃에서 0.5 시간 동안 유지하고,

- 온도를 자유 냉각함으로써 강하시킨다.

상기 실시예 1 내지 3에 따라 얻은 제품의 특징 및 특성은 다음의 기술에 따라 측정되었다:

벌크 밀도는 부력 원리에 따라 함침에 의해 측정되었다.

절대 밀도는 160 ㎛ 미만의 최대 크기를 갖는 밀링된 제품의 분말에 대하여 마이크로미어틱스(Micromeretics)^®의 아큐픽(AccuPyc) 1330 장치를 사용하여 헬륨 비중측정법으로 측정했다.

실시예 1 내지 3의 제품을 구성하는 재료의 미세구조를 상기 제품의 단면에 대해 종래의 주사 전자 현미경 기술에 따라 연구하였다.

보다 구체적으로, 샘플을 다음의 방식으로 제조했다:

- 다이아몬드 톱을 사용하여 재료의 단면을 만들고,

- 거울 품질이 얻어질 때까지 연마하고,

- 그레인 및 그레인 경계가 드러나도록 화학약품 공격(chemical attack)하고; 화학약품 공격은 15 분 동안 60 ml의 물, 17 g의 포타슘 헥사시아노페레이트 및 20 g의 포타슘 히드록시드의, 비점까지 올린 혼합물 내에 거울-품질로 연마된 샘플을 침지하는 것이다.

이러한 제조 후, 실시예 1 내지 3에 따른 샘플의 단면을 통상의 전자 현미경 기술에 따라 관찰했다.

첨부한 도 1 및 2는 주사 전자 현미경을 사용하여 관찰하면서 얻은 실시예 1 및 2에 따른 샘플 각각의 이미지의 도면이다. 이 사진에서 가시적인 중간 포켓이 없이 서로 직접 결합된 그레인들(10)의 어셈블리가 관찰되었다.

본 발명에 따라 그리고 첨부한 도 1 및 2로 나타낸 몇몇 이미지로부터, 각각의 그레인에 대해 상기에서 설명한 의미 내의 그레인(10)의 길이 L 및 폭 l 및 또한 상응하는 신장 인자 F를 결정했다. 본 발명에 따른 이미지(도 2에 나타냄) 상에서 이에 따라 분석된 그레인의 수는 약 1300 그레인이였다. 이 인자는 각 재료를 구성하는 SiC 그레인의 비등방성을 나타낸다.

본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 이미지의 처리를 가속화하기 위하여, 신장 인자의 측정은 물론 임의의 공지된 처리 소프트웨어, 예컨대 이미지제이(imageJ)® 소프트웨어에 의해 자동화될 수 있다. 예를 들어 출원인 회사는 이 소프트웨어에 의해 "피트 엘립스(Fit ellipse)" 기능을 사용하여 행해진 측정이 전자 현미경 이미지에 대해 직접 측정함으로써 얻은 것과 실질적으로 동일한 결과를 제공함을 증명했다.

제품의 산소 함량을 다음의 방법으로 측정했다: 160 ㎛ 미만의 크기로 밀링하고 건조하고 흑연 도가니 내에 넣은 제품을 LECO TC 436 DR 분석기에 넣고 헬륨 하에서 열 분해시켰다. 발생 가스를 교정된 적외선 검출기로 분석했다. 산소 함량을 CO 및 CO₂의 발생의 측정으로부터 결정했다.

제품의 유리 탄소 함량을 다음의 방법으로 측정했다:

- 160 ㎛ 미만의 크기로 밀링된, 제품의 샘플의 총 탄소 함량을 "저항로 기술" 방법에 의해 ANSI B74.15-1992 (R2007) 표준에 따라 측정했다. 이 함량을 CT1라고 한다.

- 160 ㎛ 미만의 크기로 밀링된, 제품의 샘플의 산소 함량을 상술한 방법에 따라 측정했다. 이 함량을 O1이라고 한다.

- 160 ㎛ 미만의 크기로 밀링된, 제품의 샘플을 샘플의 중량 흡수(weight uptake)에 필요한 유지 시간 동안 750 ℃의 온도로 공기 중에서 열 처리했다. 샘플을 중량 흡수가 관찰될 때 즉시 노에서 제거했다. 상기 샘플에 대해서, "저항로 기술" 방법에 의해 ANSI B74.15-1992 표준에 따라 총 탄소 함량을 측정했고 산소 함량을 상술한 방법에 따라 측정했으며, 이들을 각각 CT2 및 O2라고 한다.

- 양 O2-O1은 750 ℃로 공기 중에서 열처리하는 동안 SiC의 산화에서 발생한 산소의 양이다. 이 산소량을 다음의 식에 의해 탄소의 등가량 CT3으로 변환했다: CT3 = 12×(O2-O1)/32.

- 제품의 유리 탄소 함량 C₁은 다음의 식에 의해 주어진다: C₁ = CT1-CT2-CT3.

제품 내의 보론 함량은 250 ℃에서 포타슘 카르보네이트에 의해 제품을 분해한 후의 삼출액(leachate)에 대해 통상적으로 ICP-MS(유도 결합 플라즈마 질량 분광)를 사용하여 정량적 분석함으로써 측정하였다.

제품 내 다른 원소의 함량은 리튬 테트라보레이트로 제품을 공격한 후 얻은 비즈(beads)에 대해 x-선 형광분석하여 결정했다.

제품 내에 4H 폴리타입으로서 존재하는 탄화 규소의 양을 리트벨트 정제(Rietveld refinement)를 사용하여 x-선 회절에 의해 결정했다. 본 발명에 따른 실시예 2의 제품 내에 4H 폴리타입으로서 존재하는 탄화 규소의 양은 측정된 모든 탄화 규소 폴리타입의 합을 기준으로 58 %이었고, 나머지는 6H 폴리타입을 본질적으로 포함한다.

발사체에 의한 관통에 대한 저항성은 하기에 설명하는 "관통 깊이 시험"에 의해 측정되었다:

알루미늄 2024로 제조되었으며 넓은 면들 중 하나에 시험될 탄화 규소 파트의 치수를 갖는 하우징 즉, 본 발명에 따른 제품에 대해 80 ㎜의 직경 및 4 ㎜의 깊이를 갖는 하우징 및 비교용 실시예 1 및 3의 제품에 대해 60 ㎜ × 60 ㎜의 단면 및 4 ㎜의 깊이를 갖는 하우징을 갖는, 150 × 150 × 60 ㎣의 치수를 갖는 파트가 "백킹"을 구성한다. 하우징과 시험될 탄화 규소 파트 사이에 최대 0.5 ㎜의 갭이 존재한다.

치수로 기계가공 후, 시험될 탄화 규소 파트는 록타이트(Loctite) 접착제를 사용하여 하우징에 접착적으로 결합된다.

이어서 어셈블리는, 탄화 텅스텐 코어로 구성되고 상기 어셈블리로부터 15 m의 거리에서 930 m/s의 속도로 발사된 AP8 7.62 × 51 mm의 뾰족한 발사체에 충돌되며, 상기 발사체는 실질적으로 수직으로 탄화 규소 파트에 충돌하도록 발사된다.

충돌 후, 알루미늄 "백킹" 내로의 발사체의 관통 깊이를 깊이 게이지로 측정했다.

실시예 1 내지 3에 따라 얻은 제품에 대해 얻은 처리 및 측정의 주요 특징을 하기 표 1에 기재했다:

표 1에 기재된 데이터가 나타내는 바와 같이, 4 mm의 두께를 갖는 탄화 규소 장갑판으로 보호된 알루미늄 2024 백킹 내로의 AP8 7.62 ×51 총알의 관통은 비교용 실시예의 제품에 대해서는 17.1 ㎜이었고, 본 발명에 따른 제품에 대해서는 12.3 mm 밖에 되지 않았으며, 즉 백킹으로의 관통은 28 % 감소했다.

또한 비교용 실시예 3에 따른 소결된 제품은 본 발명에 따른 소결된 제품(실시예 2)보다 훨씬 나쁜 내충격성을 갖는 것으로 나타났다. 이러한 차이는 탄화 규소의 액상 소결로 설명될 수 있으며, 이는 얻어진 소결된 제품 내에서 그레인 경계에 제2 상을 발생시키고, 제2 상의 존재는 발사체의 충돌에 대한 소결된 재료의 저항에 불리한 것으로 나타난다.

물론 본 발명은 실시예로서 제공되는, 설명하고 나타낸 실시양태에 제한되지 않는다. 특히, 설명한 다양한 실시양태들의 조합 또한 본 발명의 범위 내에 있다.

탄화 규소에 기반한 소결된 제품의 형상 또는 치수에 의해 본 발명이 제한되지 않는다.

Claims

탄화 규소 분말 및 소결 첨가제의 고상 소결에 의해 얻어지며, 98.5 % 초과의 상대 밀도를 가지고,
- 그레인의 형태로 존재하는 92 중량% 초과의 SiC,
- 2 중량% 미만의 원소 산소,
- 총 6 중량% 미만의 다른 원소
를 포함하고,
- 그레인의 전체 수를 기준으로 SiC 그레인의 수의 10 % 초과가 3 초과의 신장 인자(elongation factor) F(F > 3)를 가지고,
- 신장 인자 F가 3 초과인 상기 그레인의 수의 50 % 초과가 3 ㎛ 초과의 폭을 가지고,
- 제품 내의 다른 SiC 그레인이 1 ㎛ 초과 및 20 ㎛ 미만의 평균 등가 직경을 가지며, 6 초과의 신장 인자 F를 갖는 SiC 그레인의 수가 7 % 미만인 것
을 특징으로 하는, 제품.
제1항에 있어서, 0.1 중량% 내지 4 중량%의 보론, 티타늄, 지르코늄 및 유리 탄소로부터 선택되는 하나 이상의 다른 원소 및 총 2 중량% 미만의 다른 원소를 포함하는 제품.
제1항 또는 제2항에 있어서, 원소 보론, 유리 탄소, 티타늄 및 지르코늄의 중량에 의한 합계가 0.2 중량% 내지 3.2 중량%인, 제품.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 원소 보론, 유리 탄소, 티타늄 및 지르코늄의 중량에 의한 합계가 2 중량% 미만인, 제품.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 소결 첨가제가 단독으로서 또는 혼합물로서 탄소, 보론, 티타늄 및 지르코늄의 탄화물, 또는 지르코늄 및 티타늄의 붕화물로부터 선택되는, 제품.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 0.1 중량% 내지 0.5 중량%의 보론 및 0.1 중량% 내지 2.7 중량%의 유리 탄소를 포함하는 소결된 제품.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 소결 첨가제가 탄화 보론과 탄소의 혼합물을 포함하거나 또는 이들로 구성되는, 제품.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 99 % 초과의 상대 밀도를 갖는 소결된 제품.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 제품 내의 란탄 계열 원소, 악티늄 계열 원소 및 이트륨의 총 합계가 0.05 중량% 미만인, 소결된 제품.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 알루미늄 함량이 상기 제품의 중량에 대하여 1000 ppm 미만 및 50 ppm 초과인, 소결된 제품.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 3 초과의 신장 인자 F를 갖는 SiC 그레인의 수가 15 % 초과 및 40 % 미만이고 바람직하게는 18 % 초과 및 35 % 미만인, 제품.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 3 초과의 신장 인자 F를 갖는 SiC 그레인의 수의 60 % 초과가 3 ㎛ 초과의 폭을 갖는, 제품.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 4 초과의 신장 인자 F를 갖는 SiC 그레인의 수가 2 % 초과이고 바람직하게는 15 % 미만인, 제품.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 5 초과의 신장 인자 F를 갖는 SiC 그레인의 수가 1 % 초과이고 바람직하게는 8 % 미만인, 제품.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 8 초과의 신장 인자 F를 갖는 SiC 그레인의 수가 1 % 미만인, 제품.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 3 초과의 신장 인자 F를 갖는 각 그레인이, 3 초과의 신장 인자 F를 갖는 하나 이상 및 바람직하게는 2 개 이상의 다른 그레인과 접촉하는, 제품.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 3 초과의 신장 인자 F를 갖는 그레인의 20 % 초과 및 바람직하게는 30 % 초과가 추가적으로 4 ㎛ 초과의 폭을 갖는, 제품.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제품 내의 상기 다른 SiC 그레인의 수의 15 % 초과, 바람직하게는 20 % 초과가 2 초과의 신장 인자 F를 갖는, 제품.
제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제품 내의 다른 SiC 그레인이 2 ㎛ 초과 및 바람직하게는 9 ㎛ 미만의 평균 등가 직경을 갖는, 제품
제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제품 내의 다른 SiC 그레인이 4 ㎛ 초과의 평균 등가 직경, 바람직하게는 5 ㎛ 초과의 평균 등가 직경을 갖는, 제품.
제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 산소 함량이 15 중량% 초과이고 최장 길이가 50 ㎚ 이상인, 그레인들 간의 중간 영역을 포함하지 않거나 또는 실질적으로 포함하지 않는, 제품.
제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 산소 원소의 총 함량이 1 중량% 미만인, 제품.
장갑판 수단으로서 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항의 소결된 제품을 포함하는 장갑 또는 장갑판 부품.