급열.급랭에 강하고 고온서도 안전

우주항공.의료등 全산업 필수 소재

우주왕복선은 임무를 마치고 지구 궤도에 진입할 때 2000℃의 온도에 휩싸인다. 이런 초고열을 견디는 비밀은 파인세라믹으로 만든 초고온용 타일. 파인세라믹은 자동차와 항공기용 유리, 브레이크와 점화 플러그, 가스 센서, 콘덴서, 저항, 광통신용 섬유, 자기 테이프, 연료전지용 고체전해질, 수소저장체, 태양열 흡수체, 인공 치근, 심장회복기 등 전자 부품에서 환경, 의료용구까지 곳곳에 쓰인다. 파인세라믹의 쓰임새를 살펴보면 우리가 석기 시대를 살고 있는 것처럼 여겨질 정도다.

점토를 고온에서 구워 만든 것을 뜻하는 ‘케라모스(Ceramos)’에서 유래한 세라믹은 도자기, 유리, 시멘트, 내화물 등 종래의 요업 제품을 통칭하는 단어다. 파인세라믹이란 세라믹 물질을 배합.합성하거나 특정성분을 추가해 독자적인 특성을 극대화한 부품.소재를 뜻한다.

파인세라믹은 금속이나 고분자재료와 비교해 원자간 결합력이 강해 높은 강도와 경도를 자랑한다. 급열과 급랭에 강하고 고온도 잘 견딘다. 무기재료공학자들은 그래서 파인세라믹을 ‘마법의 돌’이라고 부른다. 파인세라믹은 용도에 따라 ▶전기.전자 세라믹 ▶생활.환경세라믹 ▶기계.구조 세라믹 ▶바이오 세라믹 등 크게 4종류로 구분된다. IT 분야에서 차지하는 비중은 대단히 높다. 휴대폰의 핵심부품 15개 중 LTCC 등 11개가 파인세라믹이다. 이밖에 디스플레이 부품의 55%, 무선통신부품의 70%가 파인세라믹이 차지하고 있다.

이제 파인세라믹은 초미세 나노기술과 접목되면서 다시 한번 진화하고 있다. 의학과 환경, 식품 등에서 수요도 늘어난다. 세라믹으로 만든 장기는 성형성 및 조작성이 나쁘고 가격이 높은 것이 단점이지만 내구성과 내화학성이 우수해 인공 뼈, 뼈 충진재, 치과 재료, 인공 관절 등에 들어간다. 자기공명영상(MRI)의 영상 선명도와 정확도를 보다 높이기 위해 나노 크기로 만든 파인세라믹이 조영제로 쓰인다.제약사들은 미립구 세라믹 입자를 이용한 약물 전달 시스템을 개발, 단 한번의 투여로 원하는 만큼 약효 수준을 유지하고 특정 환부에 약물을 집중시키도록 하고 있다. 머리카락 굵기 700분의 1 크기의 나노 세라믹에서 청색 레이저를 발진시켜 용량을 4배 이상 늘린 나노급 DVD와 같은 첨단 광학기기 개발도 추진되고 있다. 세계 각국의 자동차와 항공기 제조업체들은 질화규소가 들어간 세라믹스를 자동차 엔진이나 가스터빈 등에 이용해 획기적인 디자인의 제품을 개발하려 한다. 독일 벤츠는 파인세라믹을 이용, 금속보다 가볍고 1200℃의 고온에서도 냉각없이 쓸 수 있는 첨단 밸브를 개발하고 있다. 이를 적용해 엔진의 무게를 종전보다 3분의 1 가량 줄인 자동차도 만들려 하고 있다.

전문가들은 연료전지나 태양전지 등 친환경 에너지부터 에너지 소비가 적은 효율적인 자동차나 오염원을 제거하는 필터 등을 개발하는 데 파인세라믹이 약방의 감초처럼 쓰일 것으로 보고 있다.

우리나라의 파인세라믹 기술은 가공 공정 분야는 세계적 수준이지만 그밖의 분야는 선진국 수준에 크게 못 미치는 게 현실이다. 홍태의 요업기술원 미래전략사업부 책임연구원은 “현재 우리나라의 파인세라믹 공정기술 수준은 선진국의 70%, 핵심 원천 기술은 30% 수준으로 보고 있다”며 “기술 개발과 시설 장비 인프라 확충, 관련 인력 양성이라는 삼박자가 맞는 육성책을 써야 한다”고 했다.

이문환 기자(mhlee@heraldm.com)

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