<시리즈> `96 부품산업 신조류 (13);페라이트자석

「보다 작고 가볍고 강력하게」. 경박단소형 세트개발은 구동 및 제어용도로 쓰이는 소형모터 제조기술에 상당히 좌우된다. 특히 DC전원을 副전원으로이용하는 소형 전기·전자제품은 모터의 성능에 따라 제품의 등급이 달라진다.

바로 이 모터의 성능을 좌우하는 중요한 요소중 하나가 회전력의 근원이되는 영구자석이다. 회전력(토르크)·회전속도()·소비전력 등 모터의 품질을 좌우하는 주요변수는 모두 자석의 특성과 밀접하게 관련되어 있는데 세트가 갈수록 작아지고 고급화되면서 고특성 영구자석이 속속 출현하고 있는 것도 이 때문이다.

일반적으로 DC모터용으로 사용되는 영구자석은 페라이트자석과 희토류자석으로 양분돼 있다. 과거만 해도 산화철을 이용하는 페라이트자석이 안정적인자기특성과 경제성을 바탕으로 압도적인 우세였으나 최근 정보통신기기의 등장으로 희토류자석이 서서히 세력을 확대하고 있는 추세다.

희토류자석이란 세계적으로 매장량이 아주 희귀한 원소들, 즉 사마륨(Sm)·네오디뮴(Nd)·프로세오디뮴(Pr) 등을 주 원료로 사용하는 영구자석으로철(Fe)을 핵심원료로 쓰는 페라이트자석에 비해 자기적 특성이 10∼20배 정도나 강해 차세대 자성재료로 각광을 받고 있다.

다만 문제는 희토류가 갖고 있는 취약한 경제성. 희토류원석 산지가 일부국가에 편중돼 있어 가격이 페라이트에 비해 수십배나 비싸고 수급마저 불안하다. 실제로 현재까지 인류가 개발한 자성재료중 가장 높은 자기특성을 지녔다는 Sm계 희토류자석은 부 재료인 코발트(Co)의 수급불안과 높은 가격때문에 빛도 못본 채 사장될 운명이다.

Sm계의 단점을 보완, 새롭게 주목받고 있는 자석이 Nd계 자석이다. Nd를주 원료로 철과 보론(B)을 혼합·사용하는 Nd자석은 경제성은 회복했으나 미국 GE社와 일본 스미토모社의 제조 및 물질 특허벽이 높아 적어도 2003년까지는 생산이 쉽지 않다. 여기에 세계 Nd원석 매장량의 90% 이상을 보유한 중국의 물량공세까지 가세한 실정이다.

기술적인 측면에서 볼때 Nd자석은 페라이트자석과는 비교가 안될 정도로높은 자기적 특성을 갖고 있는 반면 온도특성이 낮은 것이 치명적인 단점이다. 온도특성을 높이기 위한 연구가 활발하지만 아직 80 이상에서는 사용상의 문제가 많다. 때문에 자성재료업계는 가능한한 페라이트자석의 특성을 끌어올리는 데에 새로운 돌파구를 찾고 있다.

특히 주 원료인 산화철에다 스트론튬(Sr)이란 강자성체를 첨가한 Sr계 고특성 페라이트자석 개발이 세계적으로 본격화돼 페라이트자석의 한계에 도전하고 있다.

최근 국내에서 중기거점애로기술 개발과제로 잔류자속밀도 4천4백G(가우스), 보자력 3천4백(외레스텟)대의 이른바 「4434」 고특성 페라이트자석 개발을 추진중인 것도 같은 맥락이다.

동국합섬·쌍용양회·전자재료연구조합·산업과학기술연구소(RIST) 등이공동개발할 4434 페라이트자석은 현재 양산중인 페라이트자석의 특성을 몇차원은 높이는 것으로 DC모터의 경박단소화에 크게 기여, 현재 Nd자석을 사용하는 PC주변기기용 구동모터 등 정밀모터시장을 잠식하며 연간 1백억원의수입대체와 5백억원의 수출증대 효과가 기대된다.

전문가들은 『Nd자석의 특허가 오는 2003년 만료된다 해도 기득권을 가지고 있는 미국·일본·중국의 일부 업체를 제외하곤 경쟁력을 갖추기가 쉽지않을 것』이라며 『경제성과 안정적인 특성이 강점인 페라이트자석의 성능을대폭 끌어올린다면 Nd자석시장의 대체가 전혀 불가능한 것은 아니다』라고말했다.