KR20150040012A

KR20150040012A - 전자기 펄스 방호용 복합패널

Info

Publication number: KR20150040012A
Application number: KR20130118506A
Authority: KR
Inventors: 서진재
Original assignee: 서진재
Priority date: 2013-10-04
Filing date: 2013-10-04
Publication date: 2015-04-14

Abstract

본 발명은 전자기 펄스 방호용 복합패널에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상호 이격되는 두 장의 알루미늄 판재와, 상기 알루미늄 판재 중 어느 하나의 내측에 위치되는 강자성의 금속 박판과, 상기 금속 박판과 다른 하나의 알루미늄 판재 사이에 충진되는 폴리우레탄 단열재를 포함한다. 본 발명에 의하면, 저주파 자기장의 방호성능을 크게 향상시켜, 통신 쉘터에 대한 EMP 방호 요구성능을 충족시키면서도, 경량 구조를 가지며, 소재 간 전자기적 결합성, 기계적 내충격 강도 및 내구성이 우수하여 군부대에 사용하는 이동용 통신 쉘터에 적용이 가능한 장점이 있다.

Description

전자기 펄스 방호용 복합패널{ELECTROMAGNETIC PULSE PROTECTION PANEL}

본 발명은 전자기 펄스 방호용 복합패널에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강자성의 금속 박판을 이용하여 전자기 펄스(Electromagnetic Pulse) 공격에 대한 자기장의 방호성능을 향상시킨 전자기 펄스 방호용 복합패널에 관한 것이다.

통상, 전자파는 전기와 자기의 상호작용으로 발생하는 파장을 말하는 것으로, 우리 주변의 전기적 가정용품에서부터 문명이기에 이르는 정보통신 기기 등의 전자기적 모든 제품에서 자연적으로 발생한다.

이상과 같은 전자파는 그 세기에 따라 인체에 유해, 무해 논란이 끊이지 않고 제기되고 있어, 이를 차단하는 기술과 흡수하는 기술이 계속 연구 개발되고 있고, 이를 감지, 분석한 후, 각종 정보로 이용, 활용되고 있다.

자연적인 전자파에 의한 도청에 대해서는 1950년대 정보 기관에서 인식하기 시작한 것으로, 미국의 경우 상기 전자파에 의한 도청으로부터 자유로워지기 위한 기획 암호명으로 템페스트(TEMPEST)라는 용어를 사용하며, 해당 기술업무는 전자파의 방사량과 도청으로부터 안전함의 상세 표준을 의미하고, 정보 유출 방지 대책의 개념에서 상대방으로부터 정보를 입수, 도청하는 기술까지를 포함한 무선 도청방지 기술 및 도청, 감청 방어기술을 총칭하는 개념으로 알려져 있다.

따라서, 유무선의 음성, 영상 등 전자파 발생기기를 사용하는 개인, 기업, 공공단체, 기간산업 및 국가적 정보가 유출되어 상대방에게 이용되는 것을 방지해야 한다.

또한, 전자기 펄스(Electromagnetic Pulse : EMP)는 자연 또는 인위적으로 발생하는 큰 에너지를 말하는 것으로, 자연적인 EMP는 낙뢰를 들 수 있고, 인공적인 EMP는 핵폭탄이나 전자 폭탄의 폭발시 발생하는 강력한 에너지의 펄스를 들 수 있다.

이와 같이, 상기 EMP에 노출된 전자기기들은 큰 에너지 펄스의 영향에 의해 오동작 내지는 파손에 이르는 심각한 타격을 받을 수 있는바, 중요한 업무의 기능을 하는 전자기기에 대하여는 외부의 예상치 못한 상기 EMP로부터 보호하기 위한 수단을 강구해야 한다.

이러한 EMP에 대한 방호 기술은 공간의 어떤 부분을 전자기적 도체로 둘러싸고, 내부에 있는 인체나 전자기기 등에 외부로부터 전자기장의 영향이 미치지 않도록 하거나, 반대로 내부에서 발생한 전자기장의 영향이 외부에 미치지 않도록 하는 것을 말한다.

상기 EMP의 감쇠 원리는 크게 두 가지로 나뉘는데, 하나는 대기층과 방호 재료 간의 임피던스 부정합으로 인해 전자기 펄스가 재료의 표면에서 반사되어 생기는 반사손실(Reflection loss, R)이며, 다른 하나는 전자기 펄스가 방호 재료를 통과하면서 저항에 의해 열에너지로 변환되어 소멸하는 흡수손실(Absorption loss, A)이다.

그리고 상기 EMP의 방호는 전기장 방호와 자기장 방호로 구분된다. 상기 전기장 방호는 전기 전도성이 높은 금속재료를 이용하여 이루어지는데, 저주파 대역에서는 반사손실이 커서 높은 방호효과를 나타내며, 주파수가 증가함에 따라 반사손실이 줄어드는 반면 흡수손실이 증가하여 고주파 대역에서도 높은 방호효과를 갖는다. 반면, 상기 자기장 방호는 고투자율의 금속재료를 이용하여 이루어지는데, 고주파 대역에서는 높은 흡수손실로 인해 방호효과가 크나 저주파 대역에서는 반사손실과 흡수손실이 모두 작아 방호효과가 낮은 단점이 있다.

최근, 북한의 핵 실험과 군사적 도발 위협이 지속되고 있는 가운데, 유사시 핵무기, 전자기 펄스 폭탄 및 전자전 테러의 공격에 대비하기 위하여 구축되는 주요 군사시설에서는, 최대 50,000V/m 강도의 전자기 펄스를 효과적으로 방호할 수 있는 전자기 펄스 방호대책이 매우 중요하다. 그리고 이러한 군사시설의 EMP 방호대책뿐만 아니라 군 지휘통신망 운용을 위한 이동용 통신 쉘터(Shelter)의 EMP 방호성능 역시 매우 중요하다.

핵 폭발시 폭발압력, 열, 방사선과 더불어 발생하는 EMP와 북한이 개발하고 있다고 알려진 EMP 폭탄 및 특정 수단에 의한 전자전 테러 등으로부터 주요 군사시설을 방호하기 위해, 일반적으로 전기 전도성 있는 금속(주로 구리, 철, 알루미늄등)으로 방호등급에 따라 사무실의 육면을 완전히 밀폐하고 전자기적으로 상호 연결하여 EMP를 방호한다. 또한, 등록특허 10-0990828호의 "EMP 방호 캐비닛"과 같이 전도성 재질로 이루어진 육면의 철판을 연결 조립하여 별도의 캐비닛을 구성하여 중요 전자기기를 방호한다. 그리고 용도에 따라 방호시설의 표면에 박막의 형태로 금속을 증착하거나, 유기 바인더 수지나 일반섬유에 전도성 충전재로서 은(Ag), 구리(Cu) 또는 탄소섬유 등을 혼합한 페인트나 섬유를 사용하여 EMP를 방호한다. 그러나 이러한 EMP 방호는 전기장의 방호효과는 우수하나 저주파 자기장의 방호효과가 미흡한 단점이 있다.

또한, 최근에 전기·전자기기의 전자기 펄스 방호를 위한 제품의 전도성 충전재로 탄소나노튜브나 희토류 금속을 고분자에 분산시켜 만드는 전자기 펄스 방호재의 연구개발이 활발하게 진행되고 있지만, 주로 수 볼트(Volt) 강도의 전자기 펄스에 대해 상호간섭 방지와 인체에 미치는 영향을 줄이기 위하여 개발하는 방호재로써, 수만 볼트(Volt) 강도의 EMP 방호에 대해서는 한계가 있다.

한편, 이동용 통신 쉘터는 차량에 탑재되어 운용되므로 하중에 대한 제한을 받기 때문에, 주 방호벽으로 고정 시설물에 사용하는 두껍고 무거운 철판 대신에 얇고 가벼운 알루미늄과 폴리우레탄 계열의 단열재로 구성된 샌드위치 패널을 전자기 펄스 방호재로 사용하고 있다.

상기 이동용 통신 쉘터를 구성하는 얇고 가벼운 알루미늄과 폴리우레탄 계열의 단열재로 구성된 샌드위치 패널은, 전도성 있는 알루미늄으로 전기장에 대한 쉘터의 방호 요구성능을 충족시킬 수 있지만, 저주파 자기장 특히, 100KHz ~ 10MHz 대역에 대해서는 쉘터의 방호 요구성능을 만족시키기 어려운 단점이 있다.

따라서, 쉘터가 기본적으로 요구하는 기계적 특성을 유지하면서 경량 구조로 구성한 고강도 전자기 펄스에 대한 방호재 특히, 저주파 자기장의 방호성능이 우수한 제품의 개발이 절실히 필요한 실정이다.

KR 10-0990828 B1

다중벽탄소나노튜브를 활용하여 전자파 차단 콘크리트에 관한 기초연구(조병완, 김승규, 최지선, 정해용/ 한국방재학회, 2013년)

본 발명의 목적은, 전도성의 알루미늄 판재, 강자성의 금속 박판 및 단열재를 이용하여 복합패널을 구성함으로써, 전기장은 물론, 저주파 자기장에 대한 높은 방호 성능을 가지며, 우수한 기계적 강도와 내구성, 그리고 경량 구조를 갖는 전자기 펄스 방호용 복합패널을 제공하는 것이다.

또한, 강자성의 금속 박판을 열처리하여 사용함으로써, 투자율을 더욱 향상시켜 저주파 자기장에 대한 방호효율을 더욱 높이고, 방호패널의 기계적 특성에 대한 안정성을 증대시키는 것이다.

또한, 최대 50,000V/m 강도에 대한 전자기 펄스 방호 요구성능을 충족시킴으로써, 본 발명의 복합패널을 이용하여 쉘터를 구성할 시, 쉘터 내부의 인원 및 통신장비를 효과적으로 보호하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전자기 펄스 방호용 복합패널은, 상호 이격되는 두 장의 알루미늄 판재와, 상기 알루미늄 판재 중 어느 하나의 내측에 위치되는 강자성의 금속 박판과, 상기 금속 박판과 다른 하나의 알루미늄 판재 사이에 충진되는 폴리우레탄 단열재를 포함한다.

상기 강자성의 금속 박판은 코발트(Co), 니켈(Ni), 철(Fe), 니켈-코발트 합금, 니켈-철 합금(Permalloy), 니켈-철-몰리브덴 합금(Supermalloy) 및 니켈-철-구리 합금(Mu-metal) 중 어느 하나로 된다.

상기 강자성의 금속 박판은, 수소분위기에서 900~1,100℃의 온도로 2~3시간 동안 가열하고, 이를 4~5시간 동안 공냉하여서 된다.

상기 강자성의 금속 박판은 니켈-철-몰리브덴 합금으로, 상기 가열 및 공냉 후 금속 박판의 자기적 특성은, 초기 투자율이 30,000 H/m이고, 최대 투자율은 30,0000 H/m이며, 포화 자밀도는 7,600 G이고, 보자력은 Max. 0.02 Oe이다.

상기 알루미늄 판재는 0.5~1.0mm의 두께로 되고, 상기 강자성의 금속 박판은 0.1~0.5mm의 두께로 되며, 상기 폴리우레탄 단열재는 5~35mm의 두께로 된다.

본 발명에 의하면, 저주파 자기장의 방호성능을 크게 향상시켜, 통신 쉘터에 대한 EMP 방호 요구성능을 충족시키면서도, 경량 구조를 가지며, 소재 간 전자기적 결합성, 기계적 내충격 강도 및 내구성이 우수하여 군부대에 사용하는 이동용 통신 쉘터에 적용이 가능한 장점이 있다.

또한 전자기장에 대한 방호성능, 안정성 및 내구성이 우수한 EMP 방호패널의 생산이 가능하여 국방산업 발전에 기여할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 전자기 펄스 방호용 복합패널의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 의한 전자기 펄스 방호용 복합패널의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 전자기 펄스 방호용 복합패널의 전기장 방호원리를 나타낸 개략도이다.
도 4는 본발명에 의한 전자기 펄스 방호용 복합패널의 자기장 방호원리를 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명에 의한 전자기 펄스 방호용 복합패널을 이동용 통신 쉘터에 적용한 측면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 전자기 펄스 방호용 복합패널에 대한 실시예를 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명은 전자기 펄스를 방호하기 위한 목적의 복합패널을 제공하는 것으로, 특히 차량에 탑재되어 운용되는 이동용 장비의 전자기 펄스 방호를 목적으로 한다. 이러한 이동용 장비의 전자기 펄스 방호재는 하중에 대한 제한을 받기 때문에 경량의 방호재 사용이 필수적으로 요구되며, 소재 간 전자기적 결합성, 기계적 내충격 강도, 내구성 등에 문제가 없어야 한다.

또한, EMP 중 저주파수 대역(100KHz~20MHz)은 자기장 영역으로 자기파가 전기파를 무시할 정도로 우세하며, 고주파수 대역(20MHz~1GHz)에서는 전기장 영역으로 전기파가 자기파와 위상이 동일하고, 면에 수직인 평면파 형태로 지배하기 때문에 각 영역에서의 방호방법이 다르게 적용되어야 한다.

따라서, 본 발명의 전자기 펄스 방호용 복합패널은 종래 한가지 소재로 전자기 펄스를 방호했던 것과는 달리, 자기파와 전기파를 각각 다른 소재를 이용하여 방호함으로써 그 효과를 극대화시킨 것으로, 도 1 및 도 2의 본 발명에 따른 전자기 펄스 방호용 복합 패널의 사시도와 단면도에서 확인할 수 있는 바와 같이, 평면파 형태인 전기장은 알루미늄 판재(20)에 의해 방호되고, 자기장의 자기파는 알루미늄 판재(20)로 일부만이 방호되고, 나머지는 강자성(Ferromagnetism)의 금속 박판(10)에 의해 방호된다.

즉, 종래 전기장은 전도성의 금속에 의해 쉽게 방호되었지만, 100KHz~10MHz 대역의 저주파 자기장은 쉽게 방호되지 않아 문제가 되었는데, 본 발명에서는 고투자율(High permeability magnetic)을 갖는 강자성의 금속 박판(10)을 적용하여, 입사하는 자기장 방향으로 강한 자장을 형성함으로써 자기파의 흐름방향을 외부로 변경시키고, 히스테리시스(Hysteresis) 효과를 감소하게 하여 저항에 의한 흡수손실을 증가시킨 것이다.

종래와 같이, 철판만을 사용하여 쉘터를 구성할 경우, 경량구조를 갖지 못해 경량성이 요구되는 이동용 통신 쉘터에 적용이 어려울 뿐 아니라, 경량에 대한 제한조건으로 인하여 저주파 대역의 자기장 방호가 어려워 군부대에서 요구하는 방호성능을 달성할 수 없다는 단점이 있었으며, 알루미늄 판재와 단열재로 되는 샌드위치 패널을 이용하여 쉘터를 구성할 경우에도 저주파 대역에서의 자기장 방호가 어렵다는 단점이 있었다.

본 발명의 EMP 방호용 복합패널(A)은 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있도록, 강자성의 금속 박판(10)을 알루미늄 판재(20)의 내측에 구비시킴으로써, 저주파 대역의 자기장 방호성능을 향상시킨다는 점에 가장 큰 특징이 있다. 아울러, 상기 강자성의 금속 박판(10)을 열처리하여 사용할 경우, 투자율이 더욱 높아져 자기장 방호성능이 더 향상될 뿐 아니라, 금속 박판(10)의 물리적 특성에 대한 안정성이 증가하여 다양한 온도 조건에 장시간 노출하더라도 안정적인 내구성을 갖게 된다.

즉, 본 발명에 의한 전자기 펄스 방호용 복합패널(A)은 상호 이격되는 두 장의 알루미늄 판재(20)와, 상기 알루미늄 판재(20) 중 어느 하나의 내측에 위치되는 강자성의 금속 박판(10)과, 상기 금속 박판(10)과 다른 하나의 알루미늄 판재(20) 사이에 충진되는 폴리우레탄 단열재(30)를 포함함으로써, 전기장 및 자기장에 대한 우수한 방호성능은 물론, 기계적 강도, 내구성, 경량성 등이 모두 우수한 특성을 갖는다.

여기서, 상기 복합패널(A)의 최외측에 위치되는 알루미늄 판재(20)는 전도성의 소재로서, EMP 방호용 복합패널(A)에 전기 전도성을 부여하여 고주파 전기장의 방호 요구성능을 충족시키고, 저주파 자기장에 대한 기본적인 방호효과를 나타내면서, EMP 방호용 복합패널(A)에 기계적 강도와 내구성을 부여한다.

그리고 상기 알루미늄 판재(20) 중 어느 하나의 내측에 위치되는 강자성의 금속 박판(10)은 EMP 방호용 복합패널(A)에 자기적 특성을 부여하여 저주파 자기장의 방호효과를 향상시키는 것이다.

또한, 상기 강자성의 금속 박판(10)과 다른 하나의 알루미늄 판재(20) 사이에 충진되는 단열재(30)는, 본 발명의 복합패널(A)에 단열성능을 부여하고, 구조체의 강도보강을 위한 것으로, 기본적으로 EMP 방호성능과는 무관하다. 즉, 야외에서 주로 운용하는 쉘터의 특성상 외부의 기후변화가 많은데, 이에 대하여 내부에서 통신장비를 운용하는 인원과 전자장비를 보호하기 위한 것이다. 상기 단열재(30)로는 단열성능이 우수하면서 기계적 내충격 강도가 강하고, 하중이 가벼운 폴리우레탄 계열의 경질 단열재를 사용함이 바람직하나, 이를 반드시 제한하는 것은 아니다.

본 발명의 EMP 방호용 복합패널(A)은, 샌드위치 패널형태로서 그 제조방법은 이 기술이 속하는 분야에서 이미 충분히 공지되었으므로, 그에 대한 설명은 생략하며, 참고적으로 상기 알루미늄 판재(20)와 금속 박판(10) 간은 접착제를 이용하여 접착할 수 있다. 상기 접착제로는 시중에서 유통되는 내열 접착제, 에폭시 접착제, 록타이트(한국헨켈) 등을 사용할 수 있는 바, 이를 제한하지 않는다.

한편, 본 발명의 EMP 방호용 복합패널(A)의 전기장 방호원리는, 도 3에서와 같이, 입사하는 전기파를 임피던스 부정합(Impedance mismatching)에 의해 알루미늄 판재(20)에서 대부분 반사시키고, 일부 반사되지 않는 전기파는 알루미늄 판재(20)의 특성으로 저항에 의한 열에너지로 변환되어 흡수되고, 극소량의 EMP만이 투과되어 인체와 전자장비 등에 영향을 주는 것이다. 그리고 자기장의 방호 원리는, 도 4에서와 같이, 반사손실이 미흡하므로 고투자율 재료인 강자성의 금속 박판(10)을 사용하여 입사하는 자기장 방향으로 강한 자장이 형성되도록 함으로써, 자기파가 내부로 통과하지 못하고 금속 표면을 따라 흐르다가 방호 구조체 외부로 나가게 된다. 또한, 자성이 있는 금속 박판(10)의 히스테리시스 효과에 의한 손실을 최소화하여 일부 자기파가 저항에 의한 열에너지로 변환되어 흡수손실로 소멸하게 되며, 나머지 자기파는 알루미늄 패널(20)에 의한 2차적인 방호효과에 의해 군부대에서 요구하는 방호 성능을 충족시키는 것이다.

본 발명에서 자기장 방호의 가장 큰 역할을 하는 강자성의 금속 박판(10)으로는 코발트(Co), 니켈(Ni), 철(Fe), 니켈-코발트 합금, 니켈-철 합금(Permalloy), 니켈-철-몰리브덴 합금(Supermalloy) 및 니켈-철-구리 합금(Mu-metal) 중 어느 하나를 사용할 수 있으나, 특히, 니켈-철-몰리브덴 합금을 사용하는 것이 가장 바람직하다. 이는 상기 니켈-철-몰리브덴 합금이 투자율이 매우 우수하여 자기장의 방호 향상효과를 극대화할 수 있기 때문이다.

또한, 본 발명의 효과를 극대화하기 위해 필요에 따라 상기 강자성의 금속 박판(10)을 열처리하여 적용할 수 있는데, 금속 박판(10)을 열처리할 경우, 투자율이 더욱 높아져 자기장의 방호성능이 향상됨은 물론, 금속 박판(10)의 물리적 특성에 대한 안정성이 증가된다. 따라서 상기 열처리를 통해, 금속 박판(10)의 온도에 대한 저항성이 높아져 다양한 온도 조건에 장시간 노출되더라도 영향을 받지 않게 되며, 내구성이 우수해 지는 것이다. 상기 금속 박판(10)의 열처리 방법은 일반 열처리로의 수소분위기에서 900∼1,100℃의 온도로 2∼3시간 동안 가열하고, 4~5시간 동안 로내에서 공냉하는 것이다.

이때, 상기 열처리의 온도가 400℃가 되면 급격한 투자율의 증가를 보이기 시작하고, 1,100℃이상이 되면 금속 성분의 일부가 용해되기 시작하면서 서로 응집하는 현상이 발생하여, 금속 박판(10)의 자기적 특성이 저하되기 시작하므로, 반드시 900∼1,100℃의 온도에서 열처리한다. 그리고 상기 열처리 시간이 2시간 미만일 경우, 열처리 장치의 급격한 온도상승으로 인하여, 열처리로 내부의 금속 박판(10)과 시간 지연이 발생하므로 반응에 필요한 충분한 시간을 확보할 수 없고, 3시간을 초과하면 경제성이 떨어지므로, 2∼3시간 동안 가열한다. 상기 열처리는 일반 열처리로에서 하는 것이 바람직한데, 이는 금속 박판(10)의 내부 응력을 감소시켜 등방성(Isotropy)의 초기 투자율 향상을 위한 것이다. 상기 열처리를 자기장로에서 할 경우, 투자율 향상효과를 크게 할 수 있지만, 자기장 방향에 대한 일방성 특성을 지니게 되는 단점이 있다.

또한, 상기 공냉은 강제냉각 방법을 사용하는데, 로내에서의 강제냉각 방법은 이미 이 기술이 속하는 분야에서 일반화된 것이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 그리고 상기 공냉 시간을 4~5시간으로 하는 것은, 공냉시간이 4시간 미만이면 충분한 냉각이 이루어지지 않고, 5시간을 초과하면 경제성이 떨어지기 때문이다.

상기와 같이 열처리한 금속 박판(10)은 자기적 특성이 크게 개선되는데, 예를 들면 니켈-철-몰리브덴 합금의 경우 열처리 후, 초기 투자율(H/m) : 30,000, 최대 투자율(H/m) : 300,000, 포화 자밀도(Gauss) : 7,600, 보자력(Oe) : Max. 0.02 의 매우 우수한 자기적 특성을 나타내게 된다.

한편, 본 발명의 EMP 방호용 복합패널(A)을 구성하는 알루미늄 판재(20)의 두께는, 쉘터를 구성할 때 박스형 구조체로서의 역할을 하기 위한 기계적 강도와 내구성, 그리고 하중의 영향을 검토하여 결정하는데, 바람직하게는 알루미늄 50계열의 0.5~1.0mm를 사용하며, 가장 바람직하게는 0.7mm를 사용하는 것이다.

그리고 어느 하나의 알루미늄 판재(20) 내측에 위치되는 강자성의 금속 박판(10)의 두께는, 자기장 방호의 요구성능, 하중의 제한으로 인한 경량성, 경제성을 고려하여 0.1~0.5mm의 것을 사용함이 바람직한데, 금속 박판(10)의 두께가 0.1mm보다 얇을 경우 방호성능의 저하와 기계적 내충격 강도 및 내구성이 불량하고, 0.5mm보다 두꺼울 경우 하중이 증가하여 탑재할 수 있는 차량이 제한되고 제조원가가 상승하는 단점이 있기 때문이다.

또한, 상기 다른 하나의 알루미늄 판재(20)와 강자성의 금속 박판(10) 사이에 충진되는 폴리우레탄 단열재(30)의 두께는, 단열성능의 최적화와 구조체의 강도 보강 그리고 하중을 고려하여 25~35mm의 것을 사용하는 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 30mm를 사용하는 것이다.

상기와 같이 구성되는 EMP 방호용 복합패널(A)은 도 6에서와 같이, 군부대에서 사용하는 이동용 방호 쉘터에 적용할 수 있는 것은 물론, 방호구조체의 어디에도 적용할 수 있다. 그리고 본 발명의 복합패널(A) 간의 연결방법은 종래의 샌드위치 패널을 이용하여 방호 쉘터를 구성하는 방법과 동일한 방법을 사용한다. 예를 들면 용접 등의 방법을 이용하거나 별도의 연결부재를 적용하여 연결하는 것도 가능한 바, 이에 대한 설명은 생략한다.

이하, 본 발명의 자기장 방호용으로 사용된 강자성의 금속 박판(10)에 이용되는 금속들의 기본특성을 살펴본다.

상기 코발트(Co)는 원자번호 27의 단단하고 엷은 푸른색을 띠는 은회색 금속으로, 철과 비슷한 광택이 나며 강자성을 지니고 있다. 코발트는 가열해도 잘 융해하지 않으며, 공기 중에 방치해도 표면에 녹이 슬 뿐 잘 부식되지 않는다. 철, 니켈과 함께 실온에서 강자성인 3가지 원소 중의 하나이다. 합금으로 주로 사용되며 자기성, 내열성, 내식성, 내마모성 등 기계적 특성이 뛰어나 고속도강, 영구자석 등의 재료에 사용되고 있다. 화학반응에서 산화촉매로 리튬전지에 사용되며, 유리, 도자기 등의 청색 안료로 사용되고 있다.

상기 니켈(Ni)은 원자번호 28의 은백색 광택을 지닌 금속으로, 전성과 연성은 철과 비슷하여 연마가공이 가능하고 강한 자성을 가진다. 전기 전도성은 구리의 14.9%이며, 공기 및 습기에 대해 철보다 안정하여 잘 산화되지 않는다. 천연 광석으로 산출되며, 니켈의 가장 큰 용도는 특수강에 첨가하는 것인데, 페로니켈 또는 니켈지금에 사용된다. 니켈도금은 아름다운 광택과 내식성을 지니고 있어 각종 도금 중에서도 가장 중요한 위치를 차지하고 있다. 전기통신기의 진공관 재료로써도 판 및 선의 형태로 널리 사용되며, 합금으로써 자성재료 및 전열재료로 사용된다.

상기 철(Fe)은 원자번호 26의 알루미늄 다음으로 많이 존재하는 전이금속으로, 전성과 연성이 풍부하고 세 가지의 동소체가 존재한다. 융해된 철을 910℃ 이하로 냉각하면, 체심입방체 구조가 되면서 알파(α)철(Ferrite, 페라이트)로 전환되고, 큐리점 770℃를 지나면서 자성을 띠게 된다. 상온에서 강한 자성을 지닌 알파철 동소체로 존재한다. 상온에서는 공기 중에서 변화하지 않지만 습기가 있으면 녹이 슨다. 철은 값이 비교적 저렴하고 성형이 쉬우며, 다른 금속과 합금이 잘 되므로 건축물의 골재, 기계, 선박, 각종 가정용구, 자동차의 몸체와 엔진에 사용되는 등 산업 전반과 생활용품에 널리 사용되고 있다.

상기 니켈-코발트 합금은 주로 70~80% 니켈, 20~30% 코발트로 이루어진 합금이며, 니켈은 황색을 코발트는 청색을 띄고 있다. 이것들을 합금하면 완전히 진백의 광택을 가진 합금이 된다. 이 합금은 비싸지만, 이것을 강철 또는 구리 위에 도금을 하면 니켈과 코발트가 번갈아 석출되어 은백색의 아름다운 표면이 된다. 거기에 니켈 단독의 것보다 단단하고, 내식성도 크다. 장식용으로 코발트 2~5%를 함유한 합금 도금이 위생금구, 수도구 등에 사용되고 있으며, 니켈 전주에 비해 고온에서의 기계적 성질이 향상된 금형전주 및 자성 박막용으로도 사용되고 있다.

상기 니켈-철 합금(Permalloy)은 니켈 78.5% 및 철 21.5%의 이원합금을 말하는데, 원래 이는 고투자율을 갖는 합금의 상품명이었다. 현재에는 이를 개량한 니켈 75~90%, 니켈 30~50% 등 여러 종류가 있으며, 니켈(80%)-철(20%)의 합금으로 구성된 퍼멀로이(Permalloy)와 니켈(75%)-철(20%)-구리(5%)의 합금으로 구성된 뮤 메탈(Mu-metal)의 투자율이 높아 자기장 방호재로 사용되고 있다. 또한, 최근에는 니켈(75~80%)-철(15~20%)-몰리브덴(2~5%)의 합금으로 구성된 슈퍼멀로이(Supermalloy)가 개발되어 있다. 이와 같이, 상기 퍼멀로이, 슈퍼멀로이 및 뮤 메탈은 우수한 자기적 성질을 가지므로 각종 변압기의 철심, 고주파용 코어(core), 센서, 필터 및 자기헤드의 재료로 많이 사용된다.

이하에서는, 본 발명에 의한 전자기 펄스 방호용 복합패널(A)이 자기적 특성을 향상시켜 방호성능이 우수하다는 것을 구체적인 실시예를 들어 설명한다.

(실시예 1)

0.1mm 두께의 니켈-철-몰리브덴 합금을 일반로의 수소분위기에서 1,050℃의 온도로 2시간 30분 동안 가열하고, 이를 4시간 동안 로내에서 송풍기를 이용하여 공냉(강제냉각)하였다. 그리고 이를 접착제를 이용하여 투명 아크릴에 부착하였다.

(실시예 2)

0.1mm 두께의 니켈-철-몰리브덴 합금을 접착제를 이용하여 투명 아크릴에 부착하였다.

(비교예 1)

0.6mm 두께의 알루미늄 판재 두 장을 준비하고, 상기 두 장의 알루미늄 판재 사이에 폴리우레탄 경질 단열재를 30mm의 두께로 충진하여 샌드위치 패널을 제작하였다.

(비교예 2)

3mm 두께의 일반 철판을 가로 60cm, 세로 60cm 크기의 시험편으로 제작하였다.

그리고 상기 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2의 자기장 방호율을 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 이때, EMP 자기장 방호율 측정방법은 IEEE STD 299, MIL-DTL-83528C에 의거하여, 가로 60cm, 세로 60cm 크기의 패널로 제작한 시험편을 루프 안테나, 신호 발생기, RF 증폭기, EMC 분석기 등을 이용하여, 0.6m 거리에서 주파수 100KHz~20MHz의 범위를 측정하였다.

방호율 계산식은 A/m 단위의 SH = 20 log 10 H₁/H₂ 이며, H₁은 기준 레벨 측정시 측정된 값이고, H₂는 방호 대상이 있을 때 측정된 값이다. 그러므로 방호율 20dB는 입사된 전자기 펄스를 90.0% 방호한다는 의미이다.

실시예 1, 2 및 비교예 1, 2의 자기장 방호율(단위 : dB)

구분	실시예 1	실시예 2	비교예 1	비교예 2
150K Hz	≥24	≥17	≥39	≥45
1M Hz	≥38	≥29	≥52	≥57
14M Hz	≥50	≥40	≥60	≥64

표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 1과 실시예 2의 시험결과로 열처리한 니켈-철-몰리브덴 합금 박판의 경우, 열처리하지 않은 박판과 비교하여 자기장에 대한 전자기 펄스 방호율이 향상됨을 알 수 있었다. 특히 실시예 1의 경우에는, 자기장 방호율은 24dB(93.7% 방호) 이상으로 우수한 특성을 나타내고 있음을 알 수 있었다.

표 2는 상기의 방호율이 우수한 실시예 1을 복합패널로 제작한 후에 IEEE STD 299, MIL-DTL-83528C에 따라서 100KHz~1GHz 범위의 주파수 대역에서 EMP 방호율을 측정한 시험결과를 나타낸 것이다.

상기 복합패널을 제작할 시, 0.6mm의 알루미늄 판재 두 장 중 한 장의 내측에 실시예 1의 금속 박판을 접착제로 접착한 후, 알루미늄 판재 두 장 사이의 이격된 공간에 경질 폴리우레탄 단열재를 30mm의 두께로 충진시켰다.

실시예 1을 이용한 복합패널의 방호율(단위 : dB)

구분	실시예 1을 이용한 복합패널	비교예 1	비고
150K Hz	≥63	≥39	자기장
1M Hz	≥70	≥52
14M Hz	≥80	≥60
100M Hz	≥80	≥60	전기장
400M Hz	≥80	≥60
1G Hz	≥80	≥60

상기 표 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 종래 사용하던 비교예 1의 패널은 150KHz에서 방호율 40dB 이하이나 본 발명의 전자기 펄스 방호용 복합패널은 150KHz에서 방호율 60dB 이상으로 크게 향상되어, 군부대에서 사용하는 통신용 쉘터에 대한 전자기 펄스 방호 요구성능에 충족됨을 알 수 있었다. 또한, 고주파 전기장에서도 기존 패널에 비해 전자기 펄스 방호성능이 크게 향상됨을 알 수 있었다. 또한 기계적 내충격 강도와 내구성도 양호하여 사용하는데 문제점이 없음을 확인하였다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

10 : 강자성의 금속 박판 20: 알루미늄 판재
30: 폴리우레탄 단열재

Claims

상호 이격되는 두 장의 알루미늄 판재(20)와,
상기 알루미늄 판재 중 어느 하나의 내측에 위치되는 강자성의 금속 박판(10)과,
상기 금속 박판(10)과 다른 하나의 알루미늄 판재(20) 사이에 충진되는 폴리우레탄 단열재(30)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자기 펄스 방호용 복합패널.
제 1항에 있어서,
상기 강자성의 금속 박판(10)은 코발트(Co), 니켈(Ni), 철(Fe), 니켈-코발트 합금, 니켈-철 합금(Permalloy), 니켈-철-몰리브덴 합금(Supermalloy) 및 니켈-철-구리 합금(Mu-metal) 중 어느 하나로 되는 것을 특징으로 하는 전자기 펄스 방호용 복합패널.
제 2항에 있어서,
상기 강자성의 금속 박판(10)은,
수소분위기에서 900~1,100℃의 온도로 2~3시간 동안 가열하고, 이를 4~5시간 동안 공냉하여서 되는 것을 특징으로 하는 전자기 펄스 방호용 복합패널.
제 3항에 있어서,
상기 강자성의 금속 박판(10)은 니켈-철-몰리브덴 합금으로,
상기 가열 및 공냉 후 금속 박판(10)의 자기적 특성은, 초기 투자율이 30,000 H/m이고, 최대 투자율은 300,000 H/m이며, 포화 자밀도는 7,600 G이고, 보자력은 Max. 0.02 Oe인 것을 특징으로 하는 전자기 펄스 방호용 복합패널.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 알루미늄 판재(20)는 0.5~1.0mm의 두께로 되고,
상기 강자성의 금속 박판(10)은 0.1~0.5mm의 두께로 되며,
상기 폴리우레탄 단열재(30)는 5~35mm의 두께로 되는 것을 특징으로 하는 전자기 펄스 방호용 복합패널.