김규설, 김진호, 피재환 증가하였다. 국내시장의수입산제품중중국산점유율은 81.7% 에이르고있으며, 이와같은수입산점유율증가는국내생활도자식기산업을위축시키고있다 년대비 2014년국내생활도자식기업체수는 1,225 개사로 35% 감소, 종업원수는 4,839 명으로 3

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동주 위
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1 전통세라믹고도화 생활도자식기산업동향및초고강도 생활도자식기개발현황 글 _ 김규설 1, 김진호 2, 피재환 2 1 행남자기, 2 한국세라믹기술원 1. 생활도자식기산업동향 1.1 생활도자식기제조기업현황국내생활도자식기생산업체는 ( 주 ) 행남자기와 ( 주 ) 한국도자기를중심으로 10여개의공장형기업 ( 대량생산 ) 과 5인이하의스튜디오형기업 ( 수공업 ) 이전국에 1,200여개이상이전국에분포하고있다. ( 주 ) 행남자기와 ( 주 ) 한국도자기가국내생활도자식기생산량의절반이상을차지하고있으며, 대부분요장중심의스튜디오형업체로구성되어있다. 생활도자식기업체는전국도자집산지를중심으로분포되어있으며, 경기도이천, 여주, 광주지역에 900여개의업체가집중되어있다. 수입산점유율증가에따른경쟁력약화를극복하기위하여생산공장의동남아시아이전및다양한제품의 토탈주방전문업체로변화를모색중에있다. ( 주 ) 행남자기, ( 주 ) 젠한국등은원료수급어려움및인건비상승에따른문제점을해결하기위하여동남아시아생산공장을중심으로국내점유율을높이고있다. 본차이나생활도자식기중심에서현대식라이프스타일을만족시키는다양한기능성제품을제작하여토탈주방전문업체로전환중이다. 1.2 국내생활도자식기시장동향국내생활도자식기산업의 2014년기준총생산액은 1,984억원, 수출액 580십만불 (640억원), 수입액은 2,435 십만불 (2,678억원) 이며, 수입산점유율은 57.4% 로 2012 년 42.7% 에비교하여크게증가하고있다. 2012년부터 2014년까지수출액은 35% 증가한반면수입액은 48% 로 Fig. 1. 국내생활도자식기산업현황및수출입현황 제 19 권제 2 호, 2016 년 6 월 23

2 김규설, 김진호, 피재환 증가하였다. 국내시장의수입산제품중중국산점유율은 81.7% 에이르고있으며, 이와같은수입산점유율증가는국내생활도자식기산업을위축시키고있다 년대비 2014년국내생활도자식기업체수는 1,225 개사로 35% 감소, 종업원수는 4,839 명으로 31% 감소하였다. 1.3 세계생활도자식기시장현황생활도자식기세계시장은중국과동남아시아중심의저가형제품과선진국 (EU, 미국, 일본 ) 중심의고급형제품으로양분화가이루어고있다. 생활도자식기주요수출국가운데일본을제외한아시아권국가들은값싼노동력을바탕으로높은가격경쟁력을, 미국과 EU 국가들은제품경쟁력및브랜드가치를통한높은수출경쟁력을갖추고있다. 전세계생활도자식기수출은수출액기준으로중국이 55.4%, 독일, 프랑스, 영국, 이탈리아등 EU 국가가 20% 를차지하고있음. 반면에수출량기준으로는중국이 82.4%, EU 국가는 5% 미만이다. 저가형제품중심의중국생활도자식기수출단가는 kg당 0.91달러이나, 프랑스는 kg당 7.95달러로중국의 8배이상이다. - 중국시장내수중심의생활도자식기시장의특성에도불구하고중국은세계전체생산량의 52%, 수출량기준으로 82% 를차지하고있다. 저가형제품시장을점유하고있는중국생활도자식기수출단가는 kg당 0.91 달러인반면, 대한민국은 kg당 6.24 달러이다. 중국의경우최근인건비상승에따른생산단가증가로인하여기능성 고부가제품시장으로진출하고자노력중이다. 자본력을앞세운중국생활도자식기산업은기능성소재, 디지털융합설비구축등에대한투자를통하여생산능력과기술력에있어서빠른성장을하고있다. 2. 초고강도생활도자식기개발필요성최근에는식기의종류가다양화되면서고비중과취성의문제점을가지고있는도자기제품은플라스틱및금속제품등에시장을침식당하고있다. 뿐만아니라중국등 아시아권의저가수입품과유럽의고급도자기로인해우수한물리적특성을갖는새로운재료의개발및연구의필요성이절실히요구되고있다. 현재생산되고있는국내도자제식기의물성중꺽임강도값은약 85~140MPa 이며, 이러한강도값은 200~300MPa 에이르는유리세라믹스 (Glass ceramics) 제품인코렐 (Corelle) 제품과비교하면현저히낮은값이다. 이와같이도자세라믹스제품의 1차적해결과제는파괴강도 (Fracture strength) 증진에의한기계적성질을개선시켜야하는것이다. 우수한물리적특성을갖는자기의특성은두드리면금속음을내고, 기계적강도가높으며, 또한취성이개선된것이특징이다. 이러한특성을얻기위한방법에는일반적으로점토에경질재료 ( 알루미나, 지르코니아등 ) 등을첨가하는연구가진행중에있다. 하지만이러한경질재료는고온 (1450~1600 ) 에서소결되는물질이며, 첨가량이증가하면가소성을감소시켜성형능력을저하시킨다. 그래서저온소결에서도우수한물성을나타내는도자기를개발하기위해많은연구가진행중이다. 그중에서도대표적인것이일반적도자기조성물을개질하여저온에서뮬라이트를합성하는것이다. 섬유상뮬라이트는도자기의강도를향상시키는것으로알려져있으나저온에서뮬라이트를합성하는것은어려운점이많은것으로보고되고있다. 뮬라이트결정화를촉진시키는방법에는일반도자기조성물에알루미나를첨가하여 1350 이상에서장시간소성하여결정생성을하고있다. 이러한방법은고온에서장시간소성으로인해기술적, 비용적인어려움이있다. 즉일반도자기의소성온도인 1300 이하의저온에서뮬라이트결정화를촉진할수있는기술이요구되고있다. 3. 원료조성및배합기술개발 3.1 저온소성융제조성확보정량적목표치인 230MPa의강도를가진고강도자기를제조하기위해고강도원료가첨가된조성을개발하였다. 고강도원료는융점이높기때문에융점을감소시킬 24 세라미스트

융점감소에 대하여 여 저융점 물질을 첨가하였다. 저융점 물질로는 크게 세 평가하였다. 두 번째 저융점 물질로는 CaO가 주성분인 가지 계열로 분류된다.

3 CERAMIST 애자 산업 동향 및 전망 Fig. 2. Mullite(3Al2O3 2SiO2) 상태도 및 Mullite 미세조직 수 있는 융제물질이 첨가되어야 한다. 이에 본 연구에서 로 장석중에서도 카리장석(K2O)과 소다장석(Na2O)을 는 기존 도자기 소성온도와 유사한 저온소성을 하기위하 각각 첨가하여 장석의 첨가로 인하여 융점감소에 대하여 여 저융점 물질을 첨가하였다. 저융점 물질로는 크게 세 평가하였다. 두 번째 저융점 물질로는 CaO가 주성분인 가지 계열로 분류된다. 첫 번째 저융점 물질은 장석계열 석회석, 세 번째 저융점 물질은 MgO 성분의 활석을 첨가 Fig. 3. 가소제 첨가에 의한 도자기 원료의 개질 개념도 제19권 제2호, 2016년 6월 25

김규설, 김진호, 피재환 ((a) 저온소성, (b) Mullite 결정촉진, (c) 가소성향상, (d) 고강도화 ) Fig. 4. 강화자기개발프로세스 하여융제원료의종류와배합비에따른융점감소에대하여평가하였다. 3.2 Mullite 결정생성촉진강도를증가시키기위한방법으로고강도소성체내부에 Mullite 결정상을생성하여강도를증가시키는방법이있다.

4 김규설, 김진호, 피재환 ((a) 저온소성, (b) Mullite 결정촉진, (c) 가소성향상, (d) 고강도화 ) Fig. 4. 강화자기개발프로세스 하여융제원료의종류와배합비에따른융점감소에대하여평가하였다. 3.2 Mullite 결정생성촉진강도를증가시키기위한방법으로고강도소성체내부에 Mullite 결정상을생성하여강도를증가시키는방법이있다. 이에 Mullite 결정상을생성하기위하여고강도원료의배합기술을확보하고, 이에따른소성체를평가하여 Mullite 결정상의생성량을정량적으로분석하고자한다. 또한, Mullite 생성 (3Al2O3 2SiO2) 원료조성및이를배합하고저온소성에서 Mullite 결정생성을촉진하기위한소성조건을확립하고자하였다. 그림 2에뮬라이트상태도와미세조직을나타내고있다. 3.3 가소성향상고알루미나계비가소성물질이첨가된고강도조성소지는가소성이저하되기마련이다. 이에비가소성산화알 루미나, 카올린대체조성을개발하고가소성향상을위한무기가소제 ( 와목점토, 벤토나이트 ) 를추가로첨가하여무기가소제첨가에따른고강도소지의가소성향상및평가를하고자한다. 그림 3에가소제첨가에의한도자기원료의개질개념도를나타내고있다. 3.4 고강도화저융점원료의첨가로인하여융점을감소시키고저온에서 Mullite 결정을생성하여고강도조성을개발하고자한다. 여기에고알루미나계가소성물질을첨가하여저하된가소성을증가시켜최종고강도조성을개발하고자하였다. 3.5 고강도화식기물성평가 - 흡수율최종적으로고강도조성을결성하였다. 고강도계열은 26 세라미스트

5 애자산업동향및전망 H계열로 H1~H4계열로분류하였다. 다음은 H계열의흡수율을측정한결과를나타내었다. H1계열은알루미나, 도석, 카올린, 와목, 장석, 활석, 규석을첨가한계열이다. H1의흡수율은 0.07% 로낮은흡수율을나타내었다. H1은고융점물질과저융점물질이고루혼합되어있기때문에 0.1% 이하의흡수율이나타난것으로판단된다. H2는 H1계열에서와목과규석을제외한조성이다. H2 의흡수율은 0.1% 로측정되었다. H3은알루미나, 도석, 카올린, 장석, 활석, 규석이첨가된계열이다. H3의흡수율은 0.04% 로매우낮은흡수율로측정되었다. 이계열은 Al2O3와 SiO2 성분의함량이유사하며, 장석의함량을증가하였기때문에충분히치밀화되어흡수율이가장낮게나타난것으로판단된다. H4는 H1~H3의전체원료에지르콘 (ZrSiO4) 을추가로 2% 첨가한조성이다. H4 의흡수율은 0.14% 로 H계열중가장높게나타났지만타계열에비하여낮은흡수율이다. 이처럼최종고강도조성인 H계열은전체적으로 0.14% 미만의낮은흡수율을나타내어충분히치밀화가진행된것으로판단되어진다. - Mullite 결정생성정량분석 M계열의결정상분석을토대로 Mullite 결정상을정량분석하여다음그림에나타내었다. M1은 31.4% 의 Mullite가생성된것으로관찰되었다. 이는알루미나의함량이가장높은계열로 Mullite의함량이정량적목표인 25% 를초과하는것으로확인되었다. M2는 20% 의 Mullite가생성되어 M1보다다소낮은값을나타내었다. M3은 41.3% 의 Mullite가생성되어 M계열중가장높은 것으로확인되었다. M3은 MgO 성분의함량이낮고 SiO2와 Al2O3 성분의함량이높기때문에 Mullite를가장많이생성한것으로판단된다. M4는 27% Mullite 생성하여 M계열중 M2를제외한 M1, M3, M4 계열모두 Mullite 결정생성이촉진된것으로나타났다. - 강도최종적으로형성된고강도계열의강도를측정하여다음그림에나타내었다. H계열의강도값은 234~273MPa 범위에포함되는것으로나타났다. H계열의강도값은타계열의강도값과비교시매우높은강도값을나타내었다. 또한정량적목표치에해당하는 230MPa보다 16% 높은강도값을나타내었다. 이는흡수율과결정상분석결과에서이미언급했듯이고강도원료와저융점원료의조성확보로인하여 230MPa 이상의강도값이확보된것으로판단된다. 이중에서 H1의강도값은 242Mpa이고 H2의강도값은 234MPa, H3의강도값은 245MPa, H4 의강도값은 273MPa로측정되었다. H1, H2, H3은지르콘이첨가되지않은조성이지만 230~250MPa사이의강도값을나타내었다. 여기에추가로지르콘을첨가한 H4 는강도값이 270MPa 이상으로측정되어가장높은강도값을나타내었다. 이는강도값에크게기여할것이라고판단하여첨가한지르콘의첨가로인하여강도값이크게증가한것으로판단된다. 여기에지르콘의첨가량을증가시켜강도값을더크게증가시키고자하였지만, 융점이높은지르콘의특성으로인하여흡수율이증가되고치밀화가촉진되지않기때문에지르콘의첨가량은 2% Fig. 5. 고강도계열의흡수율 Fig. 6. Mullite 생성계열의 Mullite 정량분석 제 19 권제 2 호, 2016 년 6 월 27

6 김규설, 김진호, 피재환 Fig. 7. 고강도계열의강도이내로첨가하게되었다. H4계열에서장석의첨가량을 10% 첨가한이유는지르콘의융점을감소시키기위함이고, 여기에와목을 5% 첨가한이유는비가소성물질인알루미나와지르콘으로인하여성형성이저하되기때문에와목과장석을첨가하였다. 이처럼최종적인고강도조성계열에서는모두 230MPa이상의강도값을가진소성체를제조하였다. 3.6 결론및기대효과 - 결론융제물질은장석 (K2O, Na2O), 석회석 (CaO), 활석 (MgO) 을선정하여첨가하였다. 흡수율은 0.1% 를넘지않는범위에해당하는것으로나타나이는융제원료의첨가로인하여치밀화가촉진되었기때문으로판단된다. 1,260 에서소성한후소성체들의결정상을정량적으로분석한결과 Mullite 결정생성량은전체적으로 20% 를초과하는것으로나타났다. 이에강도값도동반증가하는것으로나타났다. 저온에서치밀화를촉진시키고 Mullite 결정을생성한것이강도값을증가시킨원인으로판단된다. 비가소성물질이혼합되어있는고강도자기원료는고강도소지의가소성을저하시키게된다. 이에저하되는가소성을향상시키기위하여알루미나함량이포함되어있는점토계열원료를사용하고, 판상형태의무기가소제를첨가하여가소성이증가됨을확인하였다. 최종적으로선정된고강도조성의원료배합비는 4가지로구분하였다. 이렇게제조된고강도조성소성체의전체적인강도값은 234~273MPa 범위에포함하는것으로나타났다. 도자기제품의취약점인고비중과취성을개선하기위하여고강도화뿐만아니라, 경량화에대한연구도활발하게진행되고있다. - 기대효과고온, 고알루미나함량의구조세라믹용알루미나소재와도자기에함유된저온, 저알루미나소재의중간영역즉, 저온에서소결이가능하면서강도가강한, 가소성원료의사용이용이한범위를찾아고강도도자기소재로이용가능하다. 도자시장의가장큰비중을차지하고있는도자식기시장의새로운수입창출을늘리고, 동시에도자식기의생활화, 세계화를실현할수있는지속가능한비즈니스기반환경을제공할것이다. 꺽임강도개선으로인한도자식기의경량화로항공기용기내식기, 실버용식기, 타일등의수요증대가기대된다. 건축자재, 위생도기, 인테리어소품등의다양한분야에서적용가능하다. 4. 국내생활도자식기전망생활밀착형제품인생활도자식기는각국의내수시장변화에민감하게영향을받는데, 1인가구급증및친환 Table 1. 고강도조성원료배합비 조성 Al 2 O 3 T도석 N.K W.C I장석 TalC SiO 2 ZrSiO 4 H H H H 세라미스트

애자산업동향및전망 경 감성디자인중심의고품위제품개발에대한수요가증가하고있다. 감성소비의증가로우수한디자인에대한수요증가및웰빙도자식기에제품에대한관심도고조되고있다. 특히 1인가구증가에따라생활도자식기제품형태에대한변화요구가급증하고있다.

세계경제불황과부의양극화현상에따라생활도자식기시장은저가형제품시장및차별화된고부가제품시장의양극화가더욱심화될것으로예측된다. 선진국 (EU, 미국, 일본 ) 주도의고부가제품시장과중국, 동남아시아의저가제품시장으로양분화되고있다. 기능성소재및차별화된디자인중심의고부가제품시장에서선진국의경쟁이심화될것으로예측된다.

첨단전자산업 ( 생활가전, LED, 스마트폰등 ) 과의융합, 한식문화세계화와의융합, 친환경 기능성요구에부응한첨단기술과의융합이필요하고여기에대한지원이절실하다고하겠다.

7 애자산업동향및전망 경 감성디자인중심의고품위제품개발에대한수요가증가하고있다. 감성소비의증가로우수한디자인에대한수요증가및웰빙도자식기에제품에대한관심도고조되고있다. 특히 1인가구증가에따라생활도자식기제품형태에대한변화요구가급증하고있다. 생활도자식기는웰빙제품이라는인식으로시장의수요가꾸준히증가하고있지만, 고강도 고경도및경량화에대한시장의요구를만족시키는것이필수적이다. 유럽고급브랜드의 OEM 생산을할정도의우수한국내제조공정기술과더불어소재기술이이루어지면시장점유율확대가가능하리라판단된다. 세계경제불황과부의양극화현상에따라생활도자식기시장은저가형제품시장및차별화된고부가제품시장의양극화가더욱심화될것으로예측된다. 선진국 (EU, 미국, 일본 ) 주도의고부가제품시장과중국, 동남아시아의저가제품시장으로양분화되고있다. 기능성소재및차별화된디자인중심의고부가제품시장에서선진국의경쟁이심화될것으로예측된다. 타주력산업대비높은경제적파급효과를갖는생활도자식기산업은경제성장과고용창출을견인하는국가선도산업이다. 국내시장에서의수입산점유율감소를통한고용환경개선및전후방산업성장에크게기여할것으로기대된다. 생활도자식기산업은첨단기술 (IT, NT, BT) 과예술의융합을통한신규시장창출이기대된다. 첨단전자산업 ( 생활가전, LED, 스마트폰등 ) 과의융합, 한식문화세계화와의융합, 친환경 기능성요구에부응한첨단기술과의융합이필요하고여기에대한지원이절실하다고하겠다. 김규설 김진호 1986 년전남대학교무기재료공학과 ( 학사 ) 년 ( 주 ) 행남자기기술연구소 년 ( 주 ) 모디공장장 현재 ( 주 ) 행남자기기술이사 1995 년 KAIST 재료공학과학사졸업 2004 년 KAIST 신소재공학과박사졸업 2004 년삼성종합기술원에너지그룹책임연구원 2009 년 현재한국세라믹기술원도자세라믹센터책임연구원 피재환 년 Tottori University( 일 ) 연구공학과석 / 박사졸업 현재한국세라믹기술원책임연구원 제 19 권제 2 호, 2016 년 6 월 29

2010 산업원천기술로드맵요약보고서 - 화학공정소재

2010 산업원천기술로드맵요약보고서 - 화학공정소재 - 2010. 7 본요약보고서는한국산업기술진흥원주관으 로수립되고있는 2010 년도산업원천기술로 드맵의일부내용을발췌한것입니다. 산업원천기술로드맵전체내용을담은 2010 산업원천기술로드맵보고서 는오는 8월한국산업기술진흥원홈페이지 (www.kiat.or.kr) 를통해공개될예정입니다. 목 차 Ⅰ. 화학공정소재산업의정의및범위