국내 연구진이 초소형 비드 제조용 고경도·고밀도 세라믹 마이크로입자 제조 기술을 개발을 하는데 성공했다.
한국재료연구원(KIMS)은 세라믹재료연구본부 기능세라믹연구실 민유호, 최종진 박사 연구팀이 함안 소재 ㈜쎄노텍과 공동연구를 통해 나노스케일의 지르코니아 초입자 조립제어기술을 개발했다고 28일 밝혔다.
연구팀은 이를 고경도, 고밀도, 고탄성계수를 지닌 초소형 세라믹 마이크로입자로 변환하는 기술도 함께 개발했다.
이번에 개발한 초입자 조립제어기술은 나노입자 콜로이드 서스펜션 분산 안정성(수 나노에서 마이크론 크기의 콜로이드 입자들이 주로 액체에 고르게 분산되는 안정적 상태)과 조립 속도를 동시에 제어해 구형도와 밀도가 매우 높은 초소형 세라믹 구형 조립체를 제조할 수 있는 기술로 주목받고 있다. 소결 공정을 제어해 구형도를 유지하면서도 세라믹 소재의 경도와 밀도, 탄성계수를 향상하는 특징을 가진다. 이 기술을 이용해 개발된 초소형 세라믹 마이크로입자는 현재까지 다양한 공정으로 제조된 이트리아 안정화 지르코니아(치과 분야) 세라믹 벌크 및 필름 소재와 비교해 가장 우수한 경도를 나타냈다. 구형도와 이론적 상대밀도는 각각 99%와 98% 이상이다. 앞으로 초소형 세라믹 비드(약 0.05~10㎜ 크기를 지닌 구형의 세라믹 소재) 제조 상용화 기술을 개발하게 되면, 현재 일본 업체가 독점하고 있는 30마이크로미터급(㎛) 이하의 초소형, 고경도 세라믹 비드 제조 기술을 국산화할 수 있을 것으로 기대된다. 나노 세라믹 분말 제조 및 공정의 핵심 기술인 세라믹 비드 분야 세계 시장은 2016년 기준 380만달러에서 연 평균 8%씩 급성장하고 있다. 세라믹 비드 시장 자체는 크지 않지만 최근 일본의 수출규제 사태와 같이 비드 수급이 중단될 경우, 이를 필요로 하는 적층세라믹콘덴서(MLCC), 2차전지 관련 부품 생산이 불가능해져 경제적 파급효과가 막대할 수 있다.
민유호 선임연구원은 “이번 연구결과는 고밀도·고경도·구형도가 높은 세라믹 마이크로입자 제조 기술을 확보한 것으로, 일본업체가 독점 중인 초소형 세라믹 비드 제조 상용화에 한 발자국 더 가까이 다가간 것으로 볼 수 있다”며 “대일의존도 탈피는 물론 다양한 산업 분야에 활용 가능하다는 점에서 향후 가치가 더욱 기대된다”고 했다. 이번 연구결과는 세계적인 학술지 에이씨에스 나노(ACS Nano)지에 5월 26일자로 온라인 게재됐으며, 연구팀은 앞으로 ㈜쎄노텍과 지속적인 공동연구를 통해 고밀도·고경도 세라믹 마이크로 입자 제조 원천기술을 더욱 심화 발전시켜 초소형 세라믹 비드 국산화를 위한 상용화 기술 개발을 진행할 예정이다
이은수기자 eunsu@gnnews.co.kr
초입자 엔지니어링을 통한 세라믹 마이크로입자 제조 모식도./제공=한국재료연구원
