▲ 원자력연구원 김현길 박사 연구팀이 개발한 ‘금속-SiC 하이브리드 복합소재 제조 3D 프린팅 기술’

국내 연구진이 3D프린팅 기술로 금속에 SiC(탄화규소) 소재를 적층해 내구성을 크게 향상시키는 기술을 개발하는데 성공했다.

한국원자력연구원(원장 직무대행 백원필)은 핵연료안전연구부 김현길 박사 연구팀이 금속과 SiC(탄화규소) 소재를 하이브리드화 할 수 있는 ‘금속-SiC(실리콘카바이드) 하이브리드 소재 제조 3D프린팅 기술’ 을 개발했다고 지난 24일 밝혔다.

SiC는 단단한 정도가 다이아몬드와 유사하고 1,500℃의 고온을 견딜 수 있으며, 열 전도성 또한 매우 높아 원자로 연료봉의 피복재 및 항공기·우주선 엔진, 고온의 건축 구조재 등에 널리 활용 중이다.

이에 SiC를 금속에 하이브리드화 하기 위해선 ‘빠르고 정확한 결합’이 요구되고 있는데, 기존 용해나 물리적 접합으로는 소재의 유기적 결합에 많은 비용과 시간이 소모되고 정확성은 매우 떨어지는 문제점이 있다.

이에 연구진은 DED(Directed focused deposition) 방식의 3D프린터로 지르코늄 합금 금속 핵연료 피복관에 SiC 입자들을 정밀하게 쌓아올림으로써 제품의 형상에 관계없이 원하는 부분에 필요한 양만큼 코팅했다. 이러한 코팅처리를 통해 탄생한 ‘금속-SiC 하이브리드 소재’는 기존 금속의 내구성에 SiC가 갖는 고열 안정성, 경도, 부식 및 마멸 저항성이 더해져 미래형 만능 소재로 주목받고 있다. 특히, 핵연료 피복관의 금속 소재인 지르코늄 합금의 내구성 보완 및 폭발위험 방지에 탁월할 것으로 기대를 모으고 있다.

연구팀은 혁지난 1월 중순 국내를 포함한 미국, 일본, 유럽 등에 특허 등록을 완료했으며 해당기술을 적용한 사고저항성 피복관 개발과 더불어 산업 전반에 적용할 수 있도록 기술 고도화에 박차를 가할 계획이다.

김현길 한국원자력연구원 박사는 “이번 기술을 통해 생산될 하이브리드 복합소재는 4차 산업시대에서 수요가 커질 것으로 예상되는 만큼 이와 관련한 에너지·환경, 우주 산업 등에 실질적으로 쓰일 수 있도록 기술력을 강화해 나갈 것”이라고 말했다.

한편 ‘금속-SiC 하이브리드 소재’를 포함한 복합소재 시장은 4차 산업 육성과 함께 지속적으 확대 중으로, 국내 시장규모로만 연 6,000억원, 세계시장의 경우 연 500억달러 규모에 달한다.