일본 독점 초소형 세라믹 비드 국산화 한발짝 가까이

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 초소형 비드 제조용 고경도·고밀도 세라믹 마이크로입자 제조 기술을 개발했다. 앞으로 상용화 기술까지 이어지면 일본 업체가 독점하고 있는 30마이크로미터급 이하의 초소형, 고경도 세라믹 비드 제조 기술을 국산화할 수 있을 전망이다.

한국재료연구원의 민유호 박사(왼쪽)와 최종진 박사(오른쪽).(사진=한국재료연구원)

한국재료연구원은 민유호, 최종진 세라믹재료연구본부 기능세라믹연구실 박사 연구팀이 쎄노텍과 공동연구를 통해 나노스케일의 지르코니아 초입자 조립제어기술을 개발했다고 26일 밝혔다.

이번에 개발한 초입자 조립제어기술은 나노입자 콜로이드 서스펜션 분산 안정성과 조립 속도를 동시에 제어해, 구형도와 밀도가 높은 초소형 세라믹 구형 조립체를 만들 수 있는 기술이다. 이 기술로 만든 초소형 세라믹 마이크로입자는 이트리아 안정화 지르코니아 세라믹 벌크나 필름 소재와 비교해 우수한 경도를 나타냈다. 구형도와 이론적 상대밀도는 각각 99%와 98% 이상을 기록했다.

세라믹 비드는 약 0.05~10마이크로미터 크기를 지닌 구형의 세라믹 소재이다. 기존 세라믹 비드 제조 공정으로 30마이크로미터급 이하의 초소형 세라믹 비드를 만드는 데에는 기술적인 한계가 있었다. 작게 만들어야 하고, 세라믹 비드 자체의 고경도, 고밀도 특성도 있어야 한다. 외형적으로 정밀한 크기 조절과 높은 구형도를 갖도록 하는 것도 중요하다.

연구팀은 초입자 엔지니어링 기술을 바탕으로 구형도와 밀도가 높은 초소형 세라믹 조립체도 만들었다. 소결 공정을 제어해 경도와 탄성계수가 좋아진 세라믹 마이크로입자로 바꿨다. 개발된 마이크로입자의 경도는 약 27기가파스칼로 같은 조성의 다른 공정으로 개발된 소재와 비교해 가장 우수한 값을 나타냈다. 탄성계수도 210기가파스칼로 조사됐다.

세라믹 비드 시장 자체는 크지 않지만 일본의 수출규제 사태와 같이 비드 수급이 중단되면 이를 필요로 하는 적층세라믹콘덴서나 이차전지 관련 부품 생산이 불가능하다는 점에서 국산화가 필요하다.

민유호 박사는 “고밀도·고경도·구형도가 높은 세라믹 마이크로입자 제조 기술을 확보해 일본업체가 독점하는 초소형 세라믹 비드 제조 상용화에 다가섰다”며 “대일의존도를 탈피하고, 다양한 산업 분야에서 활용할 수 있다”고 말했다.

연구결과는 국제 학술지 ‘에이씨에스 나노(ACS Nano)’에 지난 26일자로 온라인 게재됐다.