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  • 기사등록 2020-07-03 13:21:29
  • 수정 2020-07-03 14:06:10
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고등기술연구원은 나노입자를 활용한 소재 관련 기술, 타이타늄 전략 금속 관련 기술, 전자제품 및 금속 관련 재활용 기술 등에서 강점을 보이는 비영리 전문연구기관이다. 특히 지난 2015년 융합소재공정팀으로 시작해 지난 2018년 센터로 신설된 고등기술연구원 융합소재연구센터는 이찬기 센터장을 중심으로 다양한 연구 분야에 두각을 나타내며 우수한 연구실적을 쏟아내고 있다. 이찬기 센터장은 융합소재공정팀의 팀장으로 큐슈대에서 물질이공학 전공으로 공학박사 학위를 받고 일본 산업기술종합연구소(AIST)에서 재직하던 중 2011년부터 고등기술연구원 수석연구원으로 옮기며 국내 소재 부품 개발을 위해 헌신하고 있다. 이에 본지는 창간 11주년을 맞이해 이찬기 고등기술연구원 융합소재연구센터 센터장과의 인터뷰를 통해 최근 진행하고 있는 타이타늄(Ti) 솔더 분말 및 고순도 타이타늄 정밀 제조장비 실증 과제에 대해 들어보는 자리를 마련했다.

“타이타늄 국산화 소재 자립 앞장”



■ 고등기술연구원 융합소재연구센터에 대한 소개를 부탁드린다


고등기술연구원은 산·학·연 연구 협력 복합체로서 산업기술 관련 연구개발, 선진기술의 도입·보급 및 중소기업에 대한 기술지원을 위해 1992년에 설립된 연구과제 중심(Project based System: PBS)의 비영리 연구기관이다.


그간 선도적 연구를 수행해온 석탄·폐기물·바이오매스 가스화 및 에너지화 기술, 폐자원 재활용 및 희소금속 회수기술뿐만 아니라, 미래 세대를 위한 수소 및 풍력발전기술, 4차 산업혁명 시대의 근간이 되는 IoT 기반 로봇 기술, FTS활용 초정밀 가공·측정·구동기술 등 다양한 연구 분야에 있어 기술 경쟁력을 보유하고 있다.


융합소재연구센터는 기술간 융·복합 연구를 전문적으로 진행하기 위해 2018년에 신설된 조직으로 기존에 수행하던 자원재활용, 금속 고순도화 및 분말, 나노입자 제조 기술을 이용해 산업적 활용 가치를 높이고, 에너지 효율 향상 방안에 기여하는 등 기술의 융복합화에 초점을 맞추고 새롭게 출범해 오늘에 이르렀다.


최근 차량의 경량화, 저탄소 사회, 신성장 동력 사업 등이 추진됨에 따라 이에 걸맞은 소재화 연구가 중요시 되는 가운데 융합소재연구센터에서도 기술의 융·복합화를 위한 연구 분야를 새롭게 개척하고 있다.


물리, 화학, 금속, 재료 등의 전문적 지식을 보유한 석·박사 연구개발 인력을 바탕으로 정부 및 민간 공동 연구를 통해 지속적인 연구개발 활동을 진행하고 있다.


■ 고순도 타이타늄 소재의 현재 우리나라 국산화 현황 및 국산화 중요성에 대해 듣고 싶다


‘꿈의 소재’로 불리고 있는 타이타늄은 경량화 금속 중 하나로 강도가 높고 내식성이 우수하여 항공, 국방, 자동차 및 방열 소재 등의 널리 사용되고 있는 기반 소재다.


또한 인체에 대한 무해성이 검증됨에 따라 인공관절, 임플란트와 같은 의료용 소재로도 활용되고 있다.


타이타늄 사용량 증가 및 수요산업의 지속적인 발전으로 인해 세계 타이타늄 시장은 2012년 250조원에서 2025년에는 600조원 이상으로 성장할 것으로 전망되고 있다.


국내에서는 일본, 중국, 러시아, 미국 등에서 판재, 선재 등의 반제품의 원료를 수입해 가공하는 산업구조를 나타내고 있으며 최근에 몇몇 기업을 중심으로 스펀지 타이타늄을 활용해 제품을 생산하고 있다.


하지만 고순도 타이타늄의 경우 다수의 원천기술을 보유하고 있는 일본의 의존도가 높은 상황인데, 2019년 일본의 대한민국 수출규제 강화조치로 인해 전자통신 및 항공에 핵심소재인 고순도 타이타늄 수급에 어려움이 발생했으며, 특히 방산, 철강, 의료업계의 타격이 컸다.


타이타늄 국산화를 위해 정부에서는 지속해서 다양한 분야에 타이타늄 소재를 활용하기 위한 연구 개발을 지원하고 있으며, 특히 원천소재인 TiCl4 생산 공정 기술이 이루어진다면 향후 5년 이내에는 타이타늄 생산 강국으로 발돋움할 수 있는 계기가 될 것으로 예상된다.


■ 지난해 과제에 착수한 ‘솔더 분말 및 고순도 타이타늄 정밀 제조장비 실증 사업’의 내용에 대해 자세한 설명을 부탁드린다


글로벌 장비 시장은 2017년 4,455억달러로 연평균 3.4% 성장해 2024년에는 5,640억불에 이를 것으로 전망되고 있다.


국내 장비 산업은 수출 순위 기준으로 세계 6위국에 위치하고 있지만, 소재/부품 제조 장비의 경우 전방 산업의 각종 공정과 연계돼 있으나 기술력과 서비스가 우수한 해외 장비 및 부품을 선호하고 있는 실정이다.


이러한 측면에서 지난해 정부에서는 대일 의존도 탈피 및 소재·부품·장비 자립화·국산화를 위해 100개 이상의 핵심품목을 지정하고 해당 분야에 대한 지원을 대폭 강화했으며, 현재 고등기술연구원에서는 ‘솔더 분말 및 고순도 타이타늄 정밀 제조장비 실증’ 과제를 통해 10마이크로미터 이하의 솔더 분말과 고순도 타이타늄 소재 생산 장비의 국산화를 위해 기술개발을 진행하고 있다.


10마이크로미터 이하의 솔더 분말은 일본에서 전량 수입하고 있는 실정이며 하이엔드 전자제품의 성장과 함께 활용도가 높아지고 있다.


이러한 솔더 분말 생산의 국산화를 위해 200℃ 이상의 핫 가스를 활용한 가스분사식 솔더 분말 생산 장비를 개발하고 있다.


타이타늄 소재 생산 장비는 로드락 챔버(Load-lock chamber)를 활용해 타이타늄 부품 생산에 필요한 탈지-소결 공정을 하나의 장비로 처리하는 것이 핵심 기술이다.


반도체 공정에서 사용하는 로드락 챔버를 탈지-소결 공정의 버퍼영역으로 사용해 불순물 혼입 방지 및 생산 효율이 증가할 것으로 예상한다.



Ti 솔더 분말·정밀 제조장비 실증 과제 착수

3천억 이상 수입대체·장비 국산화 달성 기대



■ ‘솔더 분말 및 고순도 타이타늄 정밀 제조장비 실증 사업’의 주요 성과는 무엇이며, 향후 기대되는 내용은


전량 수입에 의존하던 솔더 분말의 국산화가 실현됨에 따라 약 100억원의 수입대체 효과가 나타나며, 매출은 50억원 이상 증가할 것으로 예상된다.


뿐만 아니라 가스분사식 솔더 분말 제조 장비를 통해 부가가치가 높은 타 금속 분말 생산이 가능하며, 3D 프린팅 및 분말 야금 분야의 적용과 진공 챔버 및 모니터링 장치 같은 자동화 설비를 추가함에 따라 고객의 니즈 충족 및 시장 확대가 가능할 것으로 예상된다.


더 나아가 솔더페이스트 관련 업체와의 협업을 통해 반도체, 전자부품 산업으로의 시장 확대와 솔더 분말의 완제품 판매를 통해 해외 높은 진입 장벽을 극복하고자 한다.


타이타늄 제조장비는 고품위 의료용 부품 생산이 가능하도록 개발하고 있으며, 이는 약 3,000억원 이상의 수입대체 효과를 발휘하게 된다.


뿐만 아니라 고순도 타이타늄 부품의 경우, 국내에 개발하는 업체가 전무하기 때문에 해외 선진 경쟁사의 제품을 대체할 수 있게 된다.


또한 국산화 및 상용화 확대 적용을 통해 기타 고정밀 타이타늄 부품에 대한 해외 의존도를 감소시킬 수 있으며, 세계 시장 진출로 인한 경제적 이득과 관련 산업의 발전을 이룰 수 있을 것으로 예상된다.


본 타이타늄 생산 장비는 탈지-소결 일괄 공정으로 처리함에 따라 생산능력이 5배가량 증가할 것으로 기대된다.


더 나아가 관련 부품 소재업체와의 협업으로 전자부품산업으로의 진입을 통해 잠재 시장을 개척하고자 한다.


■ 고순도 타이타늄 소재 이외에도 진행하고 있는 기타 중요 소재 연구에 대해서도 소개를 부탁드린다


텅스텐(W), 탄탈럼(Ta)과 같은 고융점 금속의 대부분은 재료 가공이 어려워 금속 분말 및 가공품의 형태로 수입 되고 있는 실정이다.


뿐만 아니라 반도체, 디스플레이, 항공, 플랜트 등 고강도, 경량화, 고내식성을 요구하는 산업이 발전함에 따라 핵심 소재로 사용되고 있다.


최근 그 수요 또한 증가하고 있으며 다양한 기술개발이 요구됨에 따라 본 센터에서는 해당 금속의 분말화 및 합성과 관련된 연구를 진행하고 있다.


플라즈마를 활용해 구형의 텅스텐 나노 분말 제조 및 수소화-탈수소화를 활용한 탄탈럼 분말 제조와 같이 건식법을 이용한 분말 제조 기술을 보유하고 있다.


대부분의 고융점 금속은 금속 분말뿐만 아니라 화합물의 형태로도 많이 사용된다.


대표적으로 이산화타이타늄의 경우 화장품, 도료, 촉매의 원료로 많이 사용되며 국내의 많은 기관에서는 이를 생산하기 위한 연구를 진행하고 있다.


따라서 본 센터에서도 효율적인 이산화타이타늄 수급 및 품질 향상을 위한 연구의 일환으로 일메나이트로부터 나노 이산화타이타늄의 합성 및 습식 공정을 이용한 이산화타이타늄 제조 연구를 진행하고 있다.


마지막으로 나노입자 합성 및 표면 코팅제어 기술이다.


최근 디스플레이용 소재 구현 기술이 발전하면서 QLED 및 OLED에 대한 관심이 증가하고 있다.


특히 QLED에 사용되는 나노입자(양자점)의 경우, 수명이 길고 색 재현율이 높아 차세대 디스플레이로 주목받고 있다.


따라서 저희 센터에서는 연속식 미세 유체 반응기술을 이용해 고품위 양자점 합성 기술을 개발하고 있다.


■ 마지막으로 신소재경제신문 독자들에게 한 말씀 부탁드린다


고등기술연구원 융합소재연구센터에서는 기존의 재활용연구 뿐만 아니라 저탄소 사회와 4차 산업 혁명이라는 시대적 흐름을 선도하기 위해서 기능성/금속 소재, 에너지 소재와 같은 연구에 초점을 두고 기술을 개발하고 있다.


앞으로도 다양한 소재 및 산업 적용기술 개발 분야의 일류 조직이 될 수 있도록 노력할 계획이다.


저희는 다양한 전문 인력을 바탕으로 정부, 기업, 대학교 등과 같이 산학연 협동 과제를 전문적으로 수행하고 있으니 많은 관심 가져주시기 바란다.


감사합니다.

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