17일 연구현장 온라인 브리핑 진행
한국재료연구원(KIMS·원장 이정환)은 지난 17일 '소부장 자립화 연구성과 연구현장 온라인 브리핑'을 열고 소재·부품·장비(소부장) 3개 분야 대표 기술자립 성과를 발표했다.
우리나라 소부장 연구개발 대표 기관으로서 지난 2019년 7월 일본의 수출 규제 이후 소부장 자립화와 소재강국 실현을 목표로 추진해 온 성과물이다.
KIMS는 지난해 기계연 부설 재료연구소에서 원으로 승격했다. 현재 국내외 소재 분야 연구역량 결집과 산·학·연 협력 구심점 역할을 수행하고 있다.
소재 분야 대표 자립화 성과는 '전기차 배터리 열관리용 방열 세라믹 신소재 개발'이다.
열관리 방열 소재는 정보전자 부품의 고성능 발현과 내구성 확보에 필수여서 그 수요는 지속적으로 증가세다.
KIMS는 고열전도성 저가 산화물 소재에 대한 수요기업의 요구를 반영하는데 초점을 맞춰 연구를 진행했다. 그 결과 기존 상용 산화물 소재인 알루미나(Al₂O₃, 열전도도:20~30W/mK)와 비슷한 가격에 열전도도는 우수한 산화마그네슘(MgO, 열전도도:40~60W/mK) 신소재 개발에 성공했다.
신소재 열전도도는 상용 알루미나 대비 약 2배 높아 조만간 상용 알루미나 소재를 대체할 것으로 예상된다.
KIMS는 전기차 배터리 패키지용 방열 세라믹 필러를 비롯해 다양한 응용 분야로 적용을 확대해 나갈 계획이다. 신소재 상용화를 위해 연구소기업 설립도 진행하고 있다.
'대형(1m급) 타이타늄(Ti) 합금 블레이드 제조기술 국산화'는 부품 분야 대표 자립화 성과다. 이전까지 전량 수입해 온 타이타늄 블레이드를 국산화해 국내 발전터빈 산업 경쟁력을 강화했다는 점에서 의미가 크다.
발전용 터빈의 대용량 고효율화는 증기 및 연소온도와 압력에 달렸다. 이를 위해서는 발전터빈 블레이드 대형화가 필수다.
기업이 요구하는 스팀터빈 최후단 블레이드(LSB) 길이는 40인치 이상이다. 국내외 발전터빈 기업은 대형 블레이드 제조에 있어 중량 절감과 효율 향상을 위해 기존 철-크롬(Fe-Cr) 합금을 고강도 타이타늄 합금으로 대체해 나가려 하고 있다.
하지만 국내 발전기업의 기술과 관련 인프라는 여전히 부족하고, 현재까지 발전터빈용 타이타늄 블레이드는 전량 수입에 의존하고 있는 상황이다.
KIMS는 기업과 협업해 상용합금 대비 인장강도는 13% 높고 충격 특성도 더 우수한 국산 1m급 타이타늄합금 블레이드 개발에 성공했다. 개발에 이어 관련 기술을 기업에 이전하고, 잉곳→빌릿→형단조→후열처리→가공까지 타이타늄 블레이드 국산화 밸류체인을 구축하고 있다.
장비 분야 대표 자립화 성과는 '선형이온빔 표면처리 장비 및 소재 표면처리 기술 개발'이다.
표면처리산업과 기술은 주로 유기용매를 사용하기 때문에 정화시설 설치가 필수고 유출 시 환경오염에 대한 우려도 높았다. 친환경, 탄소중립 등 지속가능한 기술개발이 화두가 되고 있는 가운데 뿌리산업의 하나인 표면처리도 예외는 아니다.
가스를 높은 전압을 이용해 이온화한 후 방출하는 선형이온빔 장비와 기술은 아르곤, 산소 등 무해 가스를 사용하면서 넓은 폭의 표면처리를 할 수 있다는 것이 장점이다. 1960년대 항공 우주용 추력기의 이온 엔진 기술을 표면처리에 적용하면서 선형이온빔 기술개발이 시작됐고 이후 다양한 형태로 발전을 거듭했다.
KIMS가 개발한 선형이온빔 장비는 보다 섬세한 표면처리를 요구하는 트렌드를 반영해 수십 마이크로미터 두께의 필터 섬유 비손상 표면처리까지 가능하다.
선형이온빔 표면처리 기술은 세라믹·금속·고분자 등 이종소재 간 밀착력을 향상시킬 수 있어 방열판, 연성동박적층판(FCCL) 등에 유용하다. 방역용 항균·항바이러스 필터 소재, 자동차 부품용 고경도 박막, 디스플레이용 저반사 필름 등 다양한 분야에 폭넓게 활용할 수 있다.
창원=임동식기자 dslim@etnews.com
