제9권 제1호 (통권 제12권) 분말야금기술회보 KOREANPOWDERMETALLURGYINSTITUTE I 이재성 Focus 분말야금산업의 혁신, 3D 프린팅 기술 이재성 (한양대학교 ERICA 재료화학공학과 교수) 1. 머리말 Contents FOCUS (이재성) 1~6 연구개발동향 (황병철) 7~13 연구개발동향 (류호진) 14~17 우수기술상 (대한소결금속 ) 18~19 우수기술상 (신한다이아몬드공업 ) 20~21 우수기술상 ( 아스플로) 22~23 기업소개 (하나에이엠티 ) 24~25 최근 스마트형 제조산업을 주도할 핵심 기술로 3D 프린팅 기술이 엄청난 변화와 발전을 이루고 있다. 이러한 현상은 금속분말을 사용한 3D 프린팅 제조기술의 발 전이 돌파구 역할을 하기 때문이다. 세계 경제계를 대변하는 Economist 에서도 3D 프린팅 기술이 새로운 혁신적인 산업용 제조 기술의 시대를 열고 있다 고 주목한 바 있다. 또한 The Wohlers Report 2017 도 21세기 제조산업의 핵심은 3D 프린팅 기술 이라고 강조하고 있다. 본고에서는 제조산업 중에서도 분말야금산업의 혁신을 주도하는 3D 프린팅 기술 에 대해 기술적, 산업경제적 그리고 국가산업정책적 관점에서 의미와 전망을 소개 하고자 한다. 본 내용은 산업자원통상부 산하기관에서 발행하는 이달의 신기술 지 (2017년 9월호)에 소개된 내용을 바탕으로 하였다. 관련기관소개 (고등기술연구원) 26~29 강습회 후기 (오승탁) 행사안내 (사무국) 30~31 32 2. 제조산업과 3D 프린팅 기술 적층 제조(Additive Manufacturing)로 표준화되고 있는 3D 프린팅 기술은 2차원 패 턴의 금속분말, 세라믹, 폴리머 소재를 적층가공해 3차원 제품을 제조하는 기술로 정의되며, 제조산업과 관련한 대표적 인 4가지 기술을 그림 1에서 볼 수 있다. 특히 3D 프린팅 기술은 디자인을 자유롭게 할 수 있어 특별한 생산도구 없이도 가 발행인 : 이창규 편집인 : 오승탁 발행처 : (사)한국분말야금학회 인쇄 : 2018년 12월 28일 발행 : 2018년 12월 28일 전화 : (02) 539-4603 팩스 : 0303-0947-4603 이메일 : kpmi@kpmi.or.kr 제 작 : 한림원 전 화 : (02)2273-4201 팩 스 : (02)2266-9083 (사)한국분말야금학회 서울시 강남구 테헤란로 7길 22 706(역삼동, 과학기술회관신관) URL : http:// 그림 1. 적층 방식의 3D 프린팅 기술 출처 : 3D 프린팅 전략기술 로드맵 보고서(2014. 12)
FOCUS 이재성 그림 2. 3D 프린팅시장규모전망출처 : Wohlers Report 2017 상모델의제품을제조할수있어제품수정을포함한개발의주기와비용을절감할수있다. 또한異種소재의연속적인적층가공이가능하여다양한수요분야의요구를충족할수있다. 그러나대량생산의제한성, 높은장비및소재가격, 낮은생산속도, 생산기술의신뢰성과재현성, 표준화와인증및인프라부족등이문제점으로제기되고있다. 3D 프린팅세계시장규모는연간 31% 씩성장해 2021년에는 260억달러규모로증가할것으로전망되고있다 ( 그림 2). 국가별로는미국이금속기반의항공, 기계제조산업을주축으로가장큰규모인 38% 를차지하고있다. 그림 3에서보는바와같이용도별로는산업기계-항공우주-자동차산업순으로나타나며, 기업현황을보면, 소수의전문기업이나글로벌기업이주도하는데전세계매출액의 48% 이상을상위 8개기업이이끌고있다. 현추세는장비, 소재, SW, 컨설팅등을종합적으로사업화하는토털솔루션을제공하는기업으로전환하고있다. 따라서지난수년간 3D시스템즈와같은대표적인기업이 28개의관련전문기업을합병한바있다. 최근 GE, 구글, HP, 아마존등도글로벌시장에진입했다. 향후큰성장이기대되는산업분야는의료, 바이오, 항공, 소비재, 자동차, 국방산업등이며이들분야의공통점은대부분금속 3D 프린팅기술을기반으로하고있다는점이다. 한편, 국내시장은아직미성숙단계임에도불구하고, 2015년한해 2230억원규모를기록하면서빠른속도로성장하고있다. 2014~2015년국내 3D 프린팅산업실태조사에따르면 2014~2019년 22.9% 의성장을나타낼것으로예측하고있다. 아직은제품시장이서비스시장에비해크지만, 3D 프린팅관련제품의경우외산의존도가높고제조서비스중심의선진국형서비스시장이활성화돼있지않아전체적으로성장이둔화돼있는상황이다. 산업활용분야를보면교육-공공- 전기전자-기계산업순이며, 용도별로는교육훈련-시제품제작-디자인검증-제품생산의순이다. 국내기업현황을살펴보면 2015년 208개이상으로증대했고, 이중 7년이내신생기업이 68% 를차지한다. 90% 정도가매출 10억원미만, 종사자 10명이내의소규모기업이다. 기술수준을보면미국의 66% 정도로 2.9년의격차를보이고있는것으로보고되고있다 (3D 프린팅산업실태조사, NIPA 2016). 그림 3. 3D 프린팅기술활용산업통계출처 : Wohlers Report 2017 3. 산업용 3D 프린팅기술의진화 3차원조형물을제조하기위해기존기술에서는중간재를대상으로필요한부분만남기고나머지재료를제거하거나 ( 절삭가공 ), 소재를용융시켜틀에주입해형상을만드는제조방법 ( 주조기술 ) 을사용했다. 이러한기존제조방식과달리선택된부분만반복적으로적층해 3차원조형물을만들어낼수있는 3D 프린팅기술은복잡한형상의구현이용이하고, 소재를절감하며디자인변경이용이하고다양한산업과연계융합이 2
이재성 FOCUS 가능하다. 이와같이 3D 프린팅기술이다양한산업분야로확장응용도하고미래시장에대응하기위해서는핵심요소기술에대한이해와접근전략이필요하다. 3D 프린팅기술이제조산업의핵심기술로주목을받으면서, 최근미국과독일의기업, 연구기관에서혁신적인성과가나타나고있다. 즉, 레이저나전자빔에의한용융방식의문제점 ( 제품의잔류응력으로인한변형, 느린생산속도, 거친표면상태, 다양한소재사용에대한제한성등 ) 이해결되고있는것이다. 최근보고된몇가지대표적인사례를보면흥미있는공통점이발견된다. 용융방식의기술문제를재료공학적관점에서출발해해결하고있다는사실이다. 즉, 분말야금기술이나세라믹공학기술의관점에서보면용융에의한응고과정을거치지않고도다양한조성의금속, 세라믹 3D 프린팅제품을제조할수있다. 분말야금분야전문기술자와연구자들은이미오래전부터 3D 구조의정교한금속제품을대량으로제조할수있는분말사출성형기술을제조기술로활용해왔다. 다양한소재가공기술을대량생산의경제성과제품형상의복잡성관점에서비교한자료 ( 그림 4) 에서알수있듯이, 분말사출성형기술은대량생산과복잡한성형의요구조건을충족하는최적기술로평가된다. 현재는생산속도나양적규모면에서낮지만제품의내부, 외부의 3차원성형가공을유일하게할수있는 binder jetting과 powder bed fusion (PBF) 기술은향후요소기술의발전에따라생산속도나규모가사출성형기술을추격할수있을것이며, 일부선진국기업연구소에서그러한성과가나타나고있다. 이에대한돌파구는전통적인분말야금, 세라믹, 주조기술의이론및실증사례로부터찾을수있다. 그림 5. Desktop Metal 의금속 3D 프린팅기술개발사례출처 : www.desktopmetal.com 이러한생각을구현한대표적인성공사례로, 2015 년등장이후 3D 프린팅업계에서벤처캐피털의가장큰관심을받은스타트업으로미국의 Desktop Metal을들수있다. 2017년초까지 1억달러에가까운투자를구글, BMW, GE 등으로부터이끌어낸 Desktop Metal 의강력한힘은 MIT교수들과졸업생, 그리고산업계의최고전문가들 ( 특히분말야금, 세라믹분야 ) 로구성된팀파워에있다. Desktop Metal 개발기술의핵심은금속또는세라믹분말과바인더를혼합한피드스톡을 FDM 과같은방식으로적층하거나, 또는 single pass jetting이란기술을사용해 50 마이크론높이로분말을적층하면서동시에빠른속도로바인더를분사해출력물을조형하는것이다. 출력이완성되면급속가열및소결처리가가능한소결로를이용해바인더를제거하고, 소결처리를하여제품을완성하게된다 ( 그림 5). 흥미로운점은서포트가생성되는계면부위에세라믹이형제 그림 4. 생산기술별생산량과제품형상복잡도비교출처 : Injection Molding of Metals and Ceramics, MPIF, 1997, 301 그림 6. Fraunhofer-IKTS 에서 FFF 방식으로제조한 SiC/SiC 단섬유 3D 프린팅제품출처 : Allianz-Generative-Newsletter-1-17-pdf, www.generativ.fraunhofer.de 3
FOCUS 이재성 그림 7. Fraunhofer-IWU 에서 Laser Melting 과 Material Extrusion 방식으로제조한 Multimaterial(Steel-copper) 3D 프린팅제품출처 : Allianz-Generative-Newsletter-1-17-pdf, www.generativ.fraunhofer.de 를형성해손으로쉽게서포트를제거하는것이다. 대형제조장비의경우기존용융방식의 PBF 기술과비교해 100배빠른속도로출력할수있고, 표면상태나제품변형문제등을획기적으로개선했다는점이다. 3D 프린팅연구개발의효율성을극대화하기위해구성된 17개 Fraunhofer 연구소들의연합협력체제인 Fraunhofer Additive Manufacturing Alliance 의대표적인 3가지개발사례를보면독일드레스덴의 Fraunhofer 세라믹연구소 (IKTS) 에서도분말과바인더를결합한피드스톡을원료로 FDM 방식의 Fused Filament Fabrication 기술을개발해 SiC-복합소재제품을성공적으로제조했다 ( 그림 6). 이들이강조하는것은기존의세라믹사출성형용원료인세라믹분말-바인더피드스톡을 filament로가공해프린팅용피드스톡으로제조하는것이 R&D의핵심이라고밝혔다. 또한분말-바인더피드스톡을이용한 Material Extrusion과 Laser Beam Melting 방식을결합해 여러종류의소재를프린팅하는연구도 Fraunhofer 연구진의성과이다 < 그림 7>. 더불어 Fraunhofer 연구팀은디자인의중요성을강조하고있는데, Fraunhofer-IFAM은경주용자동차의조종간브래킷을최적설계해기존 Al제품의 16개조립제품을단일구조의 Ti-6Al-4V 출력물로제조했다. 이결과, 재료의밀도가증가했음에도전체무게를 35% 줄이는성과를얻었다 ( 그림 8). 이외에도디자인의중요성은자원, 에너지절감및탄소배출저감에도큰효과가있음을보고하고있다 ( 그림 9). 3D 프린팅기술이미래의강력한생산제조기술로진화하면서산업생태계의동반발전이필수적이다. 3D 프린팅산업생태계는소재, 장비, 서비스요소를직간 그림 8. Fraunhofer-IFAM에서 E-beam Melting 방식으로제조한 Ti-6Al-4V 기존에조립제조한 Al 제품 ( 왼쪽 ), 3D 프린팅제품 ( 오른쪽 ) 출처 : Allianz-Generative-Newsletter-1-17-pdf, www.generativ.fraunhofer.de 그림 9. Fraunhofer-EMI에서 SLM 방식으로제조한 Al 합금부품의자원소비에대한디자인효과비교출처 : Allianz-Generative-Newsletter-1-17-pdf, www.generativ.fraunhofer.de 4
이재성 FOCUS 그림 10. 3D 프린팅공장개념도출처 : World PM 2016, Hamburg, Dr. I. Uckelmann 강연자료 접적으로연결해대규모의 3D 프린팅생산요소와자원 의네트워크를통합하고, 이를통해전세계수요기업에토털솔루션을제공할것이다. 4차산업혁명시대제조산업의핵심생산기지로회자되는스마트형공장과같이최근 3D 프린팅산업의서비스사업을주도하는글로벌기업에서는 3D 프린팅산업생태계에기반한새로운개념의 3D 프린팅공장을제안하고있다 ( 그림 10). 이러한공장의워크플로 (work-flow) 는모델링, 머시닝, 모니터링의세단계로구분할수있는데, 이를지원하는 SW의운영체제확보가 3D 프린팅서비스사업의중요한과제이며, 새로운시장을창출할수있는영역이다 ( 그림 11). 4. 맺음말 3D 프린팅기술산업선도국들의성과로부터얻을수있는중요한메시지는 제조산업수요제품의특성에대한확고한목표를가지고창의적인발상으로, 관련기술분야와지속적인협업을통해서만 First Mover형 3D 프린팅산업을실현할수있다 는교훈이다. 이를위해앞서소개한독일의 Fraunhofer Additive Manufacturing Alliance를주목할필요가있다. 산업수요창출형 R&D 를목적으로하는독일의 Fraunhofer 연구협회는 3D 프린팅 R&D의효율성극대화를위해산하 70여개연구소중에서 3D 프린팅연구에관련된 17개연구소들의연합협력체제인 Fraunhofer Additive Manufacturing Alliance의네트워크를구축하고상호협력하고있다. 이러한독일의전통적인 R&D 시스템이창의적인 3D 프린팅개발성과를창출하는것이며, 이를기반으로세계최대의강소기업국가로발전해 Industrie 4.0 의 4차산업혁명시대를출범시킨것이다. 미국정부에서도제조산업의활성화를위해 AMI(Advanced Manufacturing Initiative) 를천명하고, Fraunhofer Alliance 방식의 3D 프린팅 R&D의협업시스템을도입한바있다. 이러한움직임은일본에서도진행되고있는데, 일본경제통산성 (METI) 이미래의 3D프린팅기술연구조합 (TRAFAM) 을설립하고기업-연구소-대학이함께장 그림 11. 3D 프린팅워크플로 5
FOCUS 이재성 비-소재-SW 분야의확고한산업수요창출형목표를설정해전력질주하고있다. 우리나라에서도최근수년간미래부와산업부를중심으로시장확대, 기술개발, 인프라강화및인력양성, 법제도기반조성등국가 3D 프린팅산업경쟁력강화를위한정책및발전전략을수립하고추진하는데많은노력을해왔다. 특히 2014년에는국가 3D 프린팅기술개발로드맵을수립하고, 향후산업수요및발전이예상되는 10대활용분야와 15대전략기술에대한지원을해오고있어이에따른가시적인성과가나타나고있다. 이러한그간의성과와노력을기반으로 2016년 12월에는정부부처합동으로구성된정보통신전략위원회에서 3D 프린팅산업진흥기본계획 2017~19 를마련하고, 2019년 3D 프린팅글로벌선도국가로의도약을목표로 4대전략과 12대정책과제를수립한바있다. 그러나정부의노력에도불구하고 3D 프린팅산업의글로벌환경은우리의상상을초월할정도로급변하고 있다. 금속기반 3D 프린팅기술의문제점도다양한돌파구기술로하나씩해결되고있다. 이제는한국형 3D 프린팅기술을기반으로제조산업이글로벌경쟁력을갖도록태어나고성장해야할때이다. 지난수년간우리정부가투자하고지원해온 3D 프린팅기술기반이이러한바람을이룰수있는훌륭한인프라이다. 구슬이서말이라도꿰어야보배 이듯, 비즈니스모델이있는산업수요제품을대상으로 3D 프린팅의산업데이터, 수집공유및활용, 기반기술연계, 통합기술개발, 시제작 시험평가및신뢰성검증을일괄적으로수행할수있는융합플랫폼구축이절실하며, 여기에는이미정부와지자체가투자해온많은인프라가중심역할을할것이다. 더불어이러한인프라의구성요소가수직적이아니라수평적인협력시스템으로작동해야함을잊지말아야할것이다. 이를통해한국형 3D 프린팅기술과산업을창출하고발전시킬수있는강력한리더십의컨트롤타워역할을해낼수있을것이다. 6
황병철 연구개발동향 수소에너지인프라구축을위한소재기술 황병철 ( 서울과학기술대학교신소재공학과 ) 1. 서론수소는반도체및철강산업의기초소재로부터일반연료, 수소자동차, 연료전지등현재의에너지시스템에서사용되는거의모든분야에적용될가능성을지니고있으며, 자원고갈, 환경파괴등기존화석에너지체제의한계를극복할대안으로각광받고있다. 2015년개최된파리기후협약으로부터신기후체제가적용됨에따라청정에너지개발이새로운과제로떠오른상황에서석유중심경제체제가무공해, 무한에너지인수소를중심으로한경제체제로전환되는수소경제가강력한대안으로제시되고있다. 한편수소는매우친환경적이기때문에궁극적인대체에너지원또는에너지매체로꼽히고있으나수소에너지의실용화를앞당기기위해서는수소의생산, 수송, 저장등과관련된소재기술이필수적으로뒷받침되어야한다 ( 그림 1). 특히신재생에너지나원자력발전을이용한수소생산과수소자동차의저장에관련된소재기술은온실가스저감을통해지속가능한성장을이루고기술자립도를높이기위한핵심적인기술로평가된다. 일반적으로소재기술은기반기술로서국가산업경쟁력의척도이며, 새로운고성능소재의개발은항공우주, 방위, 에너지등첨단산업으로의파급효과도매우크다. 세계소재산업은국제경쟁의격화에따라과거다수기업에의한생산및경쟁체제에서기술력을 보유한소수독점기업간의상호협력체제로전환되고있으며, 선도기업을중심으로기술, 생산, 판매등전영역에걸쳐국제화또는글로벌화전략이강화되고있다. 그러나소재기술개발은장기간의고비용때문에국내기업의경우기술개발투자를주저하고있으며, 연구역량도부족해지는악순환이계속되고있는실정이다. 따라서본보고서에서는수소에너지와관련된소재기술을생산, 수송, 저장관점으로나누어정리함으로써향후수소에너지인프라 (infrastructure) 구축에응용될수있는소재기술의방향과전략을검토해보고자하였다. 2. 생산관련소재기술수소의생산에관련된소재기술은수소를제조하는방법과공정조건에따라다양한물성범위의소재가요구된다. 수소는자연상태에서다른원소와결합하여광범위하게존재하는원소이기때문에천연가스, 물, 바이오매스, 석탄등다양한물질로부터분리추출이가능하며, 이과정에서다양한에너지원 ( 풍력, 태양력, 석탄, 천연가스, 원자력등 ) 이사용될수있다는특징이있다. 전세계적으로연간생산되는수소는 7,000억 NM 3 ( 국내생산량은 80억 NM 3 ) 이며, 이것은 600 백만대이상의연료전지자동차에사용할수있는양이다. 수소생산에사용되는원료로는천연가스가약 그림 1. 수소의생산, 수송, 저장, 이용에대한개념도 ( 출처 : Kawasaki Heavy Industries, 2015) 7
연구개발동향 황병철 그림 2. 수소생산을위한공급원료, 에너지원, 기술발전경로 ( 출처 : DOE, 2009) 50%, 원유약 30%, 석탄과물등으로이루어져있다. 대부분의수소는사용되는지점에서생산되고있으며, 생산된수소의약 50% 는암모니아합성에사용되고약 30% 는원유정제에이용되고있다. 수소에너지의실용화를위해서는무엇보다도값싼수소제조기술이개발되어야하는데, 화석연료가아닌물로부터수소를제조하는것이여러가지측면에서바람직하며, 수소는그자체로서암모니아합성이나정유정제등에다량으로사용되는기초화학제품으로서충분한수요가예상되므로에너지원의확보측면에서매우중요하다. 현재까지수소는주로석유나천연가스의열분해나다른화학과정의부산물로얻어진다. 그러나화석연료의부존성과편재성에의한국가간긴장과지구환경오염등의심각한문제때문에장차궁극적인수소제조기술은태양광, 수력, 풍력과같은대 체에너지나생물학적또는열화학적방법, 전기분해등을이용하여물로부터수소를제조하는방향으로연구가진행되고있다. 그림 2와그림 3은시기별로공급원료, 에너지원, 기술성격에따른수소생산방식과기술발전경로를보여준다. 구체적으로물을분해하여수소를제조하는대표적인방법으로는생물학적방법, 광화학적방법, 전기분해, 직접열분해및열화학적방법이있다. 전기분해의경우고전적인기술로이미실용화되어있으나, 전기분해법을제외한다른기술들은아직연구단계에있다. 생물학적수소생산기술은사용되는원료물질에따라물, 유기물, 가스로크게구분되며, 미생물의다양한메커니즘에따라여러가지기술이알려져있다. 태양광을이용하여물을직접광분해하여얻어지는수소는전기에너지나열에너지에비해저장이용이하 그림 3. 수소생산을위한다양한접근법예시 : 기술, 규모, 시기 ( 출처 : US DOE, 2014) 8
황병철 연구개발동향 표 1. 황 - 요오도열화학법공정조건와이에적합한후보소재 ( 출처 : Materials for the Hydrogen Economy, 2007) 기때문에에너지저장문제를크게해결할수있다. 또한수소는연소시물을생성하기때문에연소에따르는공해가없으며, 물로부터얻어지기때문에자원이무한하고열에너지를얻거나연료전지로부터전기에너지를얻는등다른형태의에너지로쉽게전환이가능하다. 열화학적인수소제조법의경우초고온가스냉각원자로 (HTGR, high temperature gas-cooled nuclear reactors) 이나태양열반응기등을이용할수있는데, 현재일부상용화또는실증단계에있다. 그러나기본적으로는사이클이복잡하지않아야하고, 반응참여물질도독성이적어야하며, 산화 / 환원이반복되어야하므로내구성이있어야한다는점은미결과제이다. 최근많이연구되는금속산화물의산화 / 환원반응을이용하는열화학사이클은 2단계정도로비교적단순하며재료에대한기술이발전함에따라가능성이높은기술로평가되나, 이의상업화가능성을입증할만한연속수소생산공정이확립되어있지않다. 또한국내환경에적합한고온의열원도개발해야한다는문제가남아있다. 이러한측면에서최근원자력에너지가수소생산에적합한에너지원으로주목받고있다. 실제로한국원자력연구소에서는원자력발전폐열을이용하는수소제조관련연구를, 한국에너지연구원에서는 열화학법에의한수소제조기술 연구를수행한바있다. 이전산업자원부는대체에너지개발기술사업의바이오매스이용기술로서미래에너지기술분야에바이오매 스로부터의생물학적수소생산기술을지원한바있으며, 과학기술부에서는국가기술정책사업의일환으로태양광을이용하여물로부터수소를생산하는생물학적, 광촉매, 열화학적기술등의수소생산원천기술개발을추진한바있다. 초고온가스냉각원자로로부터얻을수있는고온열을활용하여수소를생산할수있는주요기술로물분해공정 (water splitting processes) 을들수있는데, 이에는고온전기분해법, 열화학법, 열화학-전기하이브리드법의 3 가지방식이있다. 일본의원자력연구소 (JAERI) 에서는 30MW 급의 HTGR을보유하고있는데, 기존경수로의 35% 열효율에비하여 70% 까지효율을높일수있는것으로보고있다. 황-요오도열화학법은오직물만을외부에서공급받아수소와산소를생산하는폐사이클로, 폐기물이발생하지않는장점이있다. 45% 의높은효율과수소를생산할수있으며, 고온의열에너지를요구하는황산분해반응, 물을이용해황산과요오드화수소 (HI) 를생산하는분젠 (Bunsen) 반응, 그리고요오드화수소를분해해수소를생산하는공정으로구성된다. 공정에따라다양한내식및내열, 극심한화학적환경에요구되는후보소재들이표 1에나와있다. 그러나이들은대부분고가의소재들로서, 원자로를이용해미래에필요한수소를값싸게대량으로생산하기위해서는가격경쟁력을고려한새로운고내열 / 고내식소재의기술개발이시급하다고할수있다. 최근한국원자력연구원에서는 9
연구개발동향 황병철 미국정부가추진하고있는차세대원자로사업에원자력수소생산을위한관련기술을수출하기로하였는데, 950 o C 부근의고온과고부식환경에서운전되는초고온가스로의공정열교환기기표면에이온빔처리를해내부식성을획기적으로향상시킨기술이그대표적인사례로알려져있다. 3. 수송관련소재기술수소에너지수송은크게 1) 실린더및트럭, 2) 파이프라인, 3) 생산지소비등세가지방식으로나눌수있다. 실린더및트럭을통한수송의경우주로철강으로만들어진실린더에담긴수소는소규모단위로수송되므로운송이용이하고, 대부분개인이약한달간사용할수있는소량의수소 (0.5~50 kg) 를응축기체의형태로실린더에담아수송판매된다. 이때실린더의크기는크게 K(200) 또는 K(300) 실린더라고불리는두가지형태로구분된다. 이밖에보다대용량 (50 kg 이상 ) 의수소수송을위해서는튜브, 트레일러또는액체탱크트럭이사용되는것이보편적이며, 이경우각트레일러나탱크트럭에따라담을수있는수소량이다양해질수있다. 둘째로파이프라인을이용한수소수송은주로소비 그림 4. 수소파이프라인모습과 (3,600 psi Source Pressure, 300 psi Pressure Drop 조건 ) 크기추정 ( 출처 : Wikipedia, 2018) 지가수소에너지생산시설과인접하여있고, 파이프라인연결비용이사용량대비비용효율성측면에서높을때주로사용되는방법이다 ( 그림 4). 그러나수소파이프라인건설에드는비용은 1마일당약 100만달러로매우비싼편이다. 2006년과 2009년조사결과미국내대부분의수소파이프라인은텍사스와루이지애나등두지역에밀집되어있는것으로나타났다. 이는대부분의산업용수소가석유정제에사용되며이두지역이미국석유정제산업의중심지라는사실에기인한것으로생각된다. 대량생산된수소를생산지에서사용지까지효율적으로장거리수송하기위해서는라인파이프와같은고정식저장시설이나구조물이필요하다. 이들은수소와의접촉시수소가원자형태로재료의표면에쉽게흡착되거나해리된후내부로확산되어기계적성질이저하될수있다. 이는 수소취성 (hydrogen embrittlement) 이라일컫는현상으로파괴에대한민감성이커지는것이다. 구체적으로수소는재료의인장강도, 연신율, 파괴인성등의파괴저항성을감소시키며, 피로균열전파를가속화시키고, 파괴형태를변화시킨다. 특히일반적인환경의정적하중에서파손되지않는구조물의경우에도수소의작용으로인해시간에의존하여균열이전파되는지연파괴 (delayed fracture) 가일어날수있다. 이러한측면에서수소는재료를열화시키는성질, 대기를통한급격한누수, 빠른확산거동, 높은부양성과가연성등으로인해오늘날흔히사용되고있는연료들과는크게다른특성을가진다. 마지막으로생산지소비의경우필요한수소에너지를자급자족하는경우를말한다. 최근소규모수소에너지생산시설을갖추는데드는비용이대폭낮아짐으로써가능해졌다. 아직까지이와같은자급자족형수소에너지시장은매우작지만지속적으로성장하고있다. 실제로수소에너지의생산과수송은또한집중형생산과분산형생산으로도분류할수있는데, 집중형생산의경우현재미국내 4개의산업용가스생산기업이미국수소에너지시장의대부분을점유하고있으며, 이들이생산하는수소는대부분대규모수증기촉매개질공정을거쳐생산된것이다. 이와같이집중형생산방식으로생산된수소는그판매지역이나수송비용, 수송유형 ( 기체 / 액체 ), 순도등에따라가격이매우다양할수있으며, 평균 23,623 kg/ 월이상을소비하는소비자들의경우집중형생산보다는생산지소비또는분산형생산을선택하는경향이높다. 10
황병철 연구개발동향 현재대량의수소기체나액체를장거리수송하기위 한라인파이프의제조에는탄소강이나합금강등의철강소재가널리사용되고있다. 이미몇몇가스및석유회사에서는특정한재료와환경, 구조적인조건하에서수소가스의보관과운송을위한구조용재료로서철강소재를성공적으로적용한바있으며, 아직까지별다른문제없이잘운영되고있는실정이다. 4. 저장관련소재기술수소저장은에너지매개체로서수소를효율적으로사용하기위한핵심적인기술로기체, 액체, 고체의다양한형태로저장될수있다. 수소저장기술의대표적인예로들수있는수소자동차의경우수소를가스상태로탱크에고압축 (350 내지 700 기압 ) 하거나액화수소형태로저장하는방법이있지만, 기체상태는부피도크고폭발위험성을안고있으며, 액체상태를유지하기위해서는극저온 ( 영하 253 o C) 이요구되는등의문제점이있다. 이로인해최근에는안정성의우려가필요없는고체형태로수소를저장하기위해수소화합물을이용하거나다공성나노구조를가진물질표면에분자형태로약하게흡착시키는연구가많이진행되고있다. 그림 5는다양한형태의수소저장법과이에따른저장밀도를보여준다. 또한저장기술은응용분야에따라고정식과이동식으로분류할수있는데, 고정식의경우대량의수소를기체나액체로저장하며, 그장치나구조물의제조에는수소수소용라인파이프와마찬가지로탄소강이나합금강등의철강소재가일반적으로많이사용된다. 이는철강이다른금속소재에비해가격이저렴하고, 성형과 용접이비교적쉬울뿐만아니라합금화, 공정, 열처리를통해폭넓은범위의물성을가질수있기때문이다. 그러나미래의수소경제시대를예상해제안되고있는수소에너지인프라측면에서볼때, 지금까지의경험적인지식을벗어나보다가혹한조건에서운영가능한저장용기나라인파이프가필요할수도있다. 예를들어수소수송이나저장시현재산업적으로운영되고있는가스나석유의수송과저장압력을뛰어넘는고압력과액체상태로의저장을위한극저온에서보다우수한강도와파괴인성, 수소취화저항성등이요구될수있다. 실제로수소에너지수송과저장용철강소재의경우다른재료들과마찬가지로수소취성에민감하며, 고강도화될수록 ( 특히 1.0 GPa 이상 ) 그저항성이급격히감소되고, 인성도저하되는것으로알려져있다. 현재극저온에서의기계적성질 ( 강도, 파괴인성등 ) 이나수소취성에대한신뢰성있는데이터와평가기술은체계화되어있지않으며, 특히수소와의반응에의한기계적성질의변화와취성기구에대한연구는매우미흡한편이다. 따라서다양한외부환경과파괴역학적변수를고려해철강재료와구조물의극저온인성을향상시키고, 수소취화민감성을조절하거나억제시키는연구가시급한실정이다. 일반적으로재료의부식과수소취성은그미세조직학적특성과변화에밀접하게관계되는데, 특히내부계면과해당결함에서일어나는편석과확산과정에크게의존한다. P나 S와같은용질불순물의결정립계편석은계면의결합력을약화시키는것으로알려져있지만, 그과정에서수소와의상호작용이나역할에대해서는아직도의문이남아있다. 또한계면편석이결정립 그림 5. 다양한형태의수소저장법과이에따른저장밀도 ( 출처 : IJHE 2017) 11
연구개발동향 황병철 계의본질에미치는영향에대해서는명확하게알려져있지않다. 재료의미세조직내에서수소의확산과결합은수소취성과부식을조절하는핵심적인인자이다. 따라서파괴에민감한내부결함과계면들의연결성을최소화시킬수있는최적의미세조직학적설계는이를극복하는하나의방안이될수있다. 특히결정립계는빠른확산경로를제공할수있기때문에입계확산에대한기구와활성화장벽에대한보다깊은이해가필요하다. 이를위해서는보다정교한이론및모델링, 실험적인연구를결합한통합적인접근법이요구된다. 한편수소에너지의이용에필수적인안전하고도효과적인수소저장시스템을개발하기위해세계각국에서는고압기체저장또는저온액체저장이아닌새로운개념의수소저장기술을개발하기위해노력하고있다. 수소저장은미국에너지성 (DOE) 에서효율면으로비교하였을때필요한저장량은 2010년을기준으로질량으로는 0.06 kg/kg, 부피로는 0.045 kg/l 이상이되어야만상업적으로가치가있는것으로판단하고있다. 이러한물리적양뿐만아니라수소를저장하는데드는비용은 $4/kWh 이하, 그리고재충전시간은 1.5 kg/ min 이상을요구하고있다. 그림 6은현재까지연구된다양한수소저장소재의온도에따른단위질량당저장밀도를나타내고있다. 고체형태의저장은안정성을우려할필요가없는방법으로그방식에따라크게두가지로나눌수있다. 첫째는수소화합물 (metal hydride or chemical hydride) 을이용하는방법으로서금속내부에수소가화학결합하여수소가저장된다. 그러나금속과수소원자의강한 화학결합때문에반복사용에서가역성 (reversibility) 의문제, 사용및충전의속도문제, 상전이온도등의문제가있고, 이를극복하기위한노력으로서많은아이디어가새로이제시되고있지만, 아직도획기적인돌파구가필요한실정이다. 둘째, 다공성나노구조를가진물질표면에주로분자형태로약하게흡착시키는방법이있다. 예를들어금속-유기물질골격 (MOF, metalorganic framework) 을쓰는방법, 나노구조위에흡착하는방법등이있고, 전이금속을부착시켜저장용량을크게증가시키는노력이계속되고있다. 5. 맺음말끝으로수소에너지의안전성은수소경제의성공을위한필수적인요건이다. 지금우리에게놓인문제는현재수소에너지용기와라인파이프에사용되고있는다양한소재가과연미래의수소에너지인프라구축을위해충분히적합한가하는것이다. 그답은이들소재의특성과구조설계의제약등을포함한여러가지인자에달려있다. 현재철강으로대부분제조되고있는수소에너지용고압용기와라인파이프가잘운영되고있다고하더라도, 앞서언급한바와같이미래의수소에너지인프라측면에서사용압력이높아지거나극저온이필요한등의다양한극한환경에서는보다우수한극저온강도와인성이요구되며, 수소취성이보다심각한문제로다가올수있다. 따라서앞으로미래의수소경제에사용될새로운철강소재는순도, 하중, 용접등의다양한변수를고려하여우수한강도, 인성, 수소취성저항성등을가지야한다. 또한수소에너지인프라 그림 6. 다양한수소저장소재의온도에따른단위질량당저장밀도 ( 출처 : The Fuel Cell Technology Office, US DOE, 2018) 12
황병철 연구개발동향 를건설하는데사용되는새로운소재들에대한수소취성의근본적인지식과극저온기계적특성평가기술은수소에너지뿐만아니라다른에너지산업과재료분야에있어새로운표준을제공할수있을것이다. 결국수소경제시대의인프라안전성에대한위험요인을명확하게이해하고조절하기위해서는철강소재를포함한다양한새로운소재의개발과동시에수소로인한이들소재의물성변화와거동에대한심도있는논의와연구가더욱더크게요구될것으로생각한다. 6. 참고문헌 < 국내문헌 > 이종민, 미래에너지수소경제시대는오는가?, 포스코경영연구원 (POSRI), 이슈리포트, 2018 전기. 수소차보급확산을위한정책방향, 혁신성장관계장관회의 18-6-1, 2018. 06. 최동원, 주요국과의비교를통한국내수소산업의발전방안도출, 에너지포커스, ( 제14권제1호통권 63호 ) 2017, p. 74-90, 2017. 수소기술국제표준화동향및대응방안, 국가기술표준원 (KATS) 기술보고서, 제 96호, 2017 신에너지시대를여는수소산업의성장가능성과발전과제, 정책자료 2016-278, 산업연구원수소에너지인프라관련기술혁신방향, 한국자동차산업연구소, 2014 이기영, 원자력수소핵심기술개발, 연구보고서, 한국원자력연구원, 2009 < 해외문헌 > IEA, World Energy Outlook 2018 DOE Hydrogen and Fuel Cells Program, Annual Progress Report 2017 J. Ren, N. M. Musyoka, H. W. Langmi, S. Liao, International Journal of Hydrogen Energy(IJHE), 2017, Vol. 42, pp. 289-311. Hydrogen Production Overview of Technology Options, DOE, 2009 Russell H. Jones, George J. Thomas, Materials for the Hydrogen Economy, CRC Press, 2007 13
연구개발동향 류호진 1. 저온소결공정의개요 세라믹분말의저온소결기술현황및응용 류호진 ( 한국과학기술원원자력및양자공학과교수 ) 금속및세라믹분말의치밀화를위한전통적인소결공정은표면에너지를줄이기위한구동력을이용한물질이동현상을기반으로하고있기때문에열적에너지의투입이필수적이다. 분말의충분한치밀화를위해서는융점의 1/2 이상의온도를적용할필요가있다고알려져있으며, 특히초경합금과같은고융점금속분말과세라믹분말은 1000도이상의높은소결온도가필수적이다. 소결공정온도가높을수록에너지투입비용및장치운전, 유지비용이많아지기때문에가능한한소결온도를낮추려는시도가계속되어왔다. 금속분말의경우, 저온소결은수십년전부터시도되었으며, 주로높은압력또는충격파를이용한소성변형을이용하고있다. Gutmanas 등은항복강도보다높은압력을인가할경우금속의치밀화가가능함을보고하였으며, 다음과같은치밀화관계식을제시하였다 [1]. (1) 이때 ρ lim 은상대밀도, P 는인가압력, σ y 는항복강도이다. 식 1에의하면항복강도의 3배의압력을가할경우 98.9% 의치밀화가가능하다. 그러나이와같이항복강도의수배에해당하는압력을가하는것은 2-4 GPa의압력을필요로하게되며, 고압용몰드및장치를필요로하게되어실용적이라할수없다. 세라믹분말의경우, 고압에서도금속분말과같은소성변형이쉽게일어나지않아고압을이용한저온소결공정개발은활발하지않다. Hot Isostatic Press 그림 1. 통전전압에따른지르코니아의 Flash 소결거동 [2] (HIP) 와같은열간가압소결을사용할경우약간의소결온도및시간의감소를기대할수있으나대부분 1000도이상의고온공정을필요로한다. 방전플라즈마소결 (Spark Plasma Sintering) 을사용할경우펄스전류의인가효과로인하여보다낮은온도에서 10분이내에급속소결을가능케한다. 최근에는고전압통전에의한섬광 (Flash) 소결공정이제시되어 5초이내에세라믹소결이가능함이보고되고있다 [2]. 하지만지르코니아의경우 850도의소결온도를필요로하기때문에섬광소결역시저온소결에해당하지는않는다. 최근 PennState의 Randall 그룹은 300도미만의매우낮은온도에서세라믹분말의치밀화가이루어지는혁신적인저온소결기술을발표하였다 [3,4]. 저온소결에필요한장치는복잡하지않은전통적인압분장치였으며, 압력도그리높지않은 50 500 MPa 수준이어서상용화및대량생산에문제가없는기술로판단된다. 저온소결공정을위해서는그림 2와같이일축압 그림 2. 저온소결장치및몰드 [3] 14
류호진 연구개발동향 그림 5. 180 도저온소결후 3YSZ 소결체의 TEM 미세조직 [6] 그림 3. BaTiO 3 의소결온도별치밀화거동 [3] 분프레스를사용할수있으며, 몰드의온도를 300도까지조절할수있는가열자켓과가열플레이트가사용된다. 저온소결공정의한가지특징은물과같이극성을가지는용매를분말에소량추가하는것이며, 소결온도에서온도를유지하면서수분에서수시간동안인가압력을유지하는것이다. Randall 그룹에의하면, BaTiO 3, ZnO, WO 3, V 2 O 3 와같이다양한산화물의저온소결이가능함이보고되었다 [4]. 그림 3에의하면 BaTiO 3 의경우, 200도에서 93-95% 의치밀화가가능함을알수있다. 이는 1200-1400도에서통상적인소결에의해얻을수있는밀도와비슷한수준이다. 이와같이 200-300도수준의세라믹저온소결은최근에보고된현상이기때문에이론적치밀화기구에대해서는아직많은연구가진행되지않았다. Randall 그룹에의하면그림 4와같이압력에의한분말의재배치 (rearrangement) 와온도유지에의한재석출 (reprecipitation) 에의해치밀화가진행되는것으로분석하고있으며, 분말의재배치와재석출현상에있어저온소결공정에서사용된용매가가장중요한역할을 하는것으로판단하고있다 [3]. 그러나모든세라믹분말이이와같은저온소결현상을나타내는것은아니다. Guo 등에의하면 3% 이트리아안정화된지르코니아의경우 (3YSZ) 30wt% 의물을혼합한후 180도에서 3시간동안저온소결한결과 85% 의치밀화를얻을수있었다 [5]. 저온소결후전자현미경으로미세조직을관찰해보면그림분말입자사이공간에새로운석출물들이형성되었음을알수있었다 [6]. 이는저온소결시용매의과포화로인해재석출현상이일어남을암시한다. Funahashi 등에의하면 ZnO 분말과 10wt% 의아세트산수용액을혼합한후 387 MPa의압력을유지한후 30분에서 5시간동안시간을변화시키거나, 25도에서 305도까지온도를변화시키면서그림 6과같이소결후 ZnO 결정립의크기변화를측정하였다 [7]. 305도에서시간을변화시킨결과결정립성장지수는 2.9 로측정되어전통적인고상소결의결정립성장지수와유사한값이측정되었다. 온도를변화시키며측정한결정립성장의활성화에너지는약 43 kj/mol로측정되어통상적으로 ZnO에대해보고된 200 kj/mol 보다는낮은값이측정되었다. 이로서소결기구는전통적인소결과유사하지만활성화에너지가매우낮다는결론을얻을수있었으며, 이는첨가된용매의역할로판단 그림 4. 저온소결기구에대한모식도 [3] 15
연구개발동향 류호진 그림 6. ZnO 의저온소결기구연구 [7] 되고있다 [7]. 한편 8% 이트리아안정화된지르코니아의경우 (8YSZ), 저온소결현상이일어나지않음이보고되었다. 200도에서최대얻을수있는밀도는 55% 로서치밀화현상이나타나지않았다 [8]. 이는최적의용매가사용되지않았기때문인것으로판단된다. 따라서지르코니아의저온소결용용매로에틸렌글리콜, 글리세롤, 에탄올, 디에틸아민, 에탄올아민, 프로필아민, 포름아마이드등이고려되고있다. 2. 세라믹저온소결의실제응용원전냉각수계통에는 Co-58, Co-60, Mn-54와같은방사화된방사성핵종들이용출되어존재하고있다. 원전계통수의제염을위해방사성핵종의흡착재료를사용하고있으나, 흡착용소재는장기침출건전성이우수하지않아용융및고온소결고화체를제조하는추가공정을필요로하게된다. 고온안정성이우수한방사성핵종은용융또는고온소결에의해유리또는세라믹에함유시켜고화처리할수있으나요오드, 세슘등휘발성이높은핵종의경우고온공정을사용할수없다. 따라서공정온도가휘발온도보다매우낮으면서도 95% 이상충분한치밀화가가능한저온소결 공정개발이필요하다. 방사성요오드와같이장수명핵종을고정화할수있는다양한 waste form에대한연구가진행된바있으며, 크게분류하면결정질세라믹, 유리, 시멘트등으로구별될수있다. 요오드함유고화체용세라믹으로는모나자이트, 파이로클로어, 아파타이트계열의세라믹소재가활발히연구되고있다 [9]. 대부분의요오드함유세라믹고화체의치밀화공정은 800도이상의온도에서고온소결또는고온등방가압 (Hot Isostatic Pressing) 공정을통해수행되고있다. KAIST 연구팀은하이드록시아파타이트를이용하여 Co 이온을흡착제염한후 1150 o C에서고온소결하여내구성이우수한고화체를제조할수있음을보고하였다 [10]. 최근 KAIST 연구팀은세계최초로 200도수준의저온소결에의해방사성핵종세라믹고화체를제조한결과를보고하였다 [11, 12]. 하이드록시아파타이트분말의저온소결실험은 10 mm 크기의내경을갖는몰드내에건조된하이드록시아파타이트분말을장입하고프레스를이용하여 100 MPa부터 500 MPa 까지변화시키면서압력을가하였다. 분말에압력을가함과동시에몰드측면을 360도 그림 7. 200 도에서소결된하이드록시아파타이트의표면및파면미세구조 16
류호진 연구개발동향 감싸고있는밴드히터를이용하여 100도에서 300도범위에서몰드의온도를조절하였다. 소결온도를 200 o C, 소결시간을 10분으로고정한후압분압력에따라밀도의변화를측정한결과압분압력이 500 MPa로증가함에따라밀도가 97.4% 까지증가하였다. 이는저온소결시높은압력이입자의재배열이일어날수있는조건을제공하기때문인것으로판단된다. 또한압분압력을 500 MPa로고정한후소결온도를변화시키면서저온소결을수행하였을경우 200 o C에서 97.4% 까지치밀화되는결과를얻을수있었다. 하지만상세한저온소결의메커니즘에대한연구는후속연구를통한학술적분석이필요하다. 저온소결에의해제조된시편의기계적특성을평가한결과비커스경도 2.2 GPa, 압축강도 191 MPa 로측정되어고온에서소결한시편과큰차이를나타내지않아저온소결에의해서도기계적특성이우수한소결체를제조할수있음을알수있었다. 그림 7과같이저온소결후표면및파면의미세구조에서는기공이없는치밀한나노결정구조가관찰된다. 본연구팀에서개발한저온소결기술은요오드또는세슘의휘발온도보다매우낮은온도인 100-300도범위에서하이드록시아파타이트와같이방사성이온의흡착이가능한세라믹나노분말을 97% 이상치밀화가능케하는신공정이다. 이공정을통해방사성이온흡착제를직접이용한고화체제조공정이간소화될것으로기대된다. 3. 맺음말최근보고된세라믹저온소결현상은에너지를절감하고, 공정장치및운전을단순화하며, 다양한세라믹의 near-net 성형을가능케하는혁신적장점이기대된다. 하지만저온소결기구에대한충분한이해를위한이론적연구가필요하며생산현장에적합한제조공정적용방안에대한개발이필요한실정이다. 참고문헌 1. Gutmanas, E. Y., A. Rabinkin, and M. Roitberg. Cold sintering under high pressure. Scripta Metallurgica 13, no. 1 (1979) 11-15. 2. Cologna, Marco, Boriana Rashkova, and Rishi Raj. Flash Sintering of Nanograin Zirconia in< 5 s at 850 C. Journal of the American Ceramic Society 93, no. 11 (2010) 3556-3559. 3. Guo, Hanzheng, Amanda Baker, Jing Guo, and Clive A. Randall. Cold sintering process: a novel technique for low-temperature ceramic processing of ferroelectrics. Journal of the American Ceramic Society 99, no. 11 (2016) 3489-3507. 4. Maria, Jon-Paul, Xiaoyu Kang, Richard D. Floyd, Elizabeth C. Dickey, Hanzheng Guo, Jing Guo, Amanda Baker, Shuichi Funihashi, and Clive A. Randall. Cold sintering: Current status and prospects. Journal of Materials Research 32, no. 17 (2017) 3205-3218. 5. Guo, Hanzheng, Jing Guo, Amanda Baker, and Clive A. Randall. Cold sintering process for ZrO2 -based ceramics: significantly enhanced densification evolution in yttria-doped ZrO2. Journal of the American Ceramic Society 100, no. 2 (2017) 491-495. 6. Guo, Hanzheng, Thorsten JM Bayer, Jing Guo, Amanda Baker, and Clive A. Randall. Current progress and perspectives of applying cold sintering process to ZrO2-based ceramics. Scripta Materialia 136 (2017) 141-148. 7. Funahashi, Shuichi, Jing Guo, Hanzheng Guo, Ke Wang, Amanda L. Baker, Kosuke Shiratsuyu, and Clive A. Randall. Demonstration of the cold sintering process study for the densification and grain growth of ZnO ceramics. Journal of the American Ceramic Society 100, no. 2 (2017) 546-553. 8. Guo, Hanzheng, Thorsten JM Bayer, Jing Guo, Amanda Baker, and Clive A. Randall. Cold sintering process for 8 mol% Y 2 O 3-stabilized ZrO 2 ceramics. Journal of the European Ceramic Society 37, no. 5 (2017) 2303-2308. 9. Riley, Brian J., et al. Materials and processes for the effective capture and immobilization of radioiodine: a review. Journal of Nuclear Materials 470 (2016) 307-326. 10. Iqbal, Sajid, Muhmood ul Hassan, Ho Jin Ryu, and Jong-Il Yun. Environmentally benign and novel management route for radioactive corrosion products by hydroxyapatite. Journal of Nuclear Materials 507 (2018) 218-225. 11. ul Hassan, Muhmood, and Ho Jin Ryu. Cold sintering and durability of iodate-substituted calcium hydroxyapatite (IO-HAp) for the immobilization of radioiodine. Journal of Nuclear Materials 514 (2019) 84-89. 12. Venkatesan, Suriya, Muhmood ul Hassan, and Ho Jin Ryu. Adsorption and immobilization of radioactive ionic-corrosion-products using magnetic hydroxyapatite and cold-sintering for nuclear waste management applications. Journal of Nuclear Materials 514 (2019) 40-49. 17
우수기술상 대한소결금속 자동차엔진用 VVT ROTOR 성형체가공공법개발 박주성 ( 대한소결금속 / 기술연구소 2 팀장 ) 그림 1. 엔진 VVT 시스템구조철계구조용소결부품중자동차용소결품이90% 이상을점유하고있으며, 그중엔진, 미션부품이대부분을차지하고있다. 엔진부품으로는대표적으로 Valve Seat/Guide,Sprocket 등이있고, 미션부품으로는 SynchronizerHub/Ring,Planet Carrier 등이있으며기타자동차부품으로 Sensor Ring,Support Yoke 등이현재 PM공법으로제조되고있다. 자동차엔진의가변밸브타이밍 (Variable Valve Timing) 시스템은엔진의운전상태 ( 엔진RPM) 에따라밸브타이밍, 즉개폐시기를바꾸어, 적정한출력을얻음과동시에, 넓은회전범위에서흡, 배기의효율을높이고연료소비율의개선을도모하는시스템이다. ( 그림 1). VVT시스템은엔진신호를받아 Center Bolt의위치를조절하는 VFS와조립위치변화로유로흐름방향을조절하는 Center Bolt, 그리고밸브개폐시기를조절하는 VVT Phaser로구성되어져있다. ( 그림2) 그중 VVT Phaser는 Sprocket, Housing, Rotor 등으로구성되어져있으며, 일부차종에서소결품을적용하고있다.VVT Phaser의핵심부품인 Rotor는그림3과같이 Housing,Sprocket, Lock Pin, Plate 등과조립되어 Center Bolt의유로를통해공급되어지는엔진오일의압력에의해 Housing 내에서위상변화가이루어지며, 이에따라밸브개폐시기를조절하게된다. 일반적으로소결품의경우수평홀이나, 내경홈등은금형으로구현하는것이불가능하기때문에소결이후에가공하게되며, 미세 Burr가필연적으로발생하게된다. 이러한잔존하는미세 Burr가부품품질에큰영향을끼칠경우에추가제거공정이필요하며제조원가의큰상승을초래한다. 본기술은물성이부여되지않은분말의강제압착상태인성형체상태에서가공을실시하는공법으로일반기계가공에비해절삭저항이낮아서상대적으로작은가공설비를사용할수있고, 절삭공구마모감소와절삭속도증대의효과로소결품의원가경쟁력이향상된다. 그러나, 물성이부여되지않은상태에서가공을실시함에따른제품의미세한깨짐이발생될수있으며, 미세한분말의탈락에의한분진이과다하게발생할수있다. ( 그림4, 그림5) 이에당사에서는본기술을위하여전용장비개발및자동화라인구축으로제품핸들링에의한문제를최소화하였으며, 전용 JIG와 Special 공구개발및가공조건최적화를통하여가공시제품의미세한깨짐문제점을해결하였다. 홀가공시발생하는입, 출구부뜯김에대하여서는 Special 공구및가공기술개발로최적화를하였으며, 고객사와협의를실시하여제품에반영을하였다. 고객사마다차이는있으나, 현기술로 0.3mm 이하수준으로가공이가능하다. 그림7는일반기계가공과성형체가공의비교자료이다. 내시경및 SEM 촬영한자료와같이교차홀의경우일반기계가공에서는미세 Burr가발생하나, 성형체 그림 2. VVT 시스템구성부품 그림 3. VVT Phaser 구조 18
분말야금기술회보 대한소결금속 우수기술상 그림 4.일반 기계가공과 성형체 가공의 가공 모식도 <성형품> <성형체 가공품> 그림 5.성형체 가공 형상 그림 6. 홀 가공 뜯김 크기 가공의 경우 미세뜯김 현상만 발생할 뿐Burr는 발생하 지 않는다. 단, 앞에서 언급하였듯이 미세뜯김의 경우 고객사와 필히 협의가 필요하다. 위와 같이 본 기술을 적용한 VVT Rotor를 국내 최초 로 개발하여 현재 H.K사에 양상 적용 중이며, 타 기종 으로 다양하게 확대개발을 하고 있다. 또한 상기 기술 은 소결품에만 적용가능한 기술로 기존 강재품 대비 가 공비 절감 효과가 있으므로 PM시장의 확대 적용에 큰 기여를 할 것으로 생각된다. 그림 7. 일반기계가공과 성형체 가공 비교 19
우수기술상 신한다이아몬드공업 SPS 를활용한고밀도세라믹소결체개발 황준혁 ( 신한다이아몬드공업 연구소선임연구원 ) 세라믹소결품은대부분은높은밀도를가진고밀도소결체로제작되고있으나, 내부에폐기공이존재하며이에따라후가공중기공이발견되는경우가많으며, 후가공중내부폐기공에의해가공방식에따라가공이올바르게이루어지지않아불량으로분류되어제품으로사용되지못하는경우가많다. 현재대부분의고밀도세라믹소결체는가스압소결공법으로제조되고있다. 본기술은상기에서언급한것과같이내부의폐기공생성을억제한고밀도세라믹소결체를제작하고자하였으며내부기공을완전히제거한고밀도소결체제작을통해제품의형상을최후구현하기위한후가공중불량발생을최소화시키고자하였다. SPS는통전활성소결장치로서일반적인방식으로소결이어려운금속및세라믹소결체를제작할때사 그림 2. 조성별소결체경도값용되어지고있으며통전을통한소결방식으로단시간에소결체를제작할수있는장점을가지고있다. 본연구에서는 SPS 장비를활용하여고밀도 Si3N4 소결체를제작하고자하였으며소결을용이하게위해두가지의세라믹소결조제를 Vol% 첨가하여소결체를제작하였다. 소결조제량에따라밀도및비커스경도값의차이가발생하였으며내부기공유무확인을위해수중탐침초음파검사법을활용하여내부기공유무를확인하였다. Si3N4 소결체는 1700 이상의고온에서소결이되는것으로알려져있으며 SPS 이용을통해상대적으로높은압력전달을통해소결온도및시간을단축하여소결체를제작할수있었으며본연구에서는몰드외관온도측정 1400 이하의온도에서소결체제작을위해단위면적당 75MPa이상의압력으로소결체를제작할수있었으며, 소결조제 2종의 Vol% 함량 3%, 6% 비 그림 1. 조성별파단면관찰 SEM 그림 3. 조성별소결체밀도값 20
신한다이아몬드공업 우수기술상 그림 4. 상용세라믹소결체비파괴검사율을조절을통해무기공소결체를제작할수있었다. 조성별파단면관찰을통해소결조제함량에따라입자거동의변화를관찰할수있었으며대부분의소결체의파단면에서기공을관찰하기는어려웠으며상용화되고있는 Si3N4 소결체와밀도및경도측정을통해상대적인차이를확인할수있었다. 현재상용화되고있는 Si3N4 소결체보다상대적으 로높은경도값과밀도값을가지는것을확인할수있었다. 소결조제의함량에따라밀도및경도가변화는것을확인할수있었으며소결조제의함량은성분계도를통해적정한량을선정함으로서최대밀도및경도값을가지는소결체제작이가능할것으로판단된다. 상대적으로밀도값이높은것으로내부기공이준것으로판단할수는있으나무기공여부를명확히판단하기위해비파괴검사방식을통해내부기공을확인하였다. 초음파비파괴검사를통해내부기공유무를확인할수있었으며대부분무기공에가까운소결체제작인된것을확인할수있었으며일부소결체는완전무기공소결체인것을확인할수있었다. SPS를활용하여세라믹소결체제작을통해무기공의소결체제작가능성을확인할수있었으며제작된무기공소결체는후가공에서기공에의한불량을줄여세라믹소결체의생산성을증대시켜줄수있을것으로기대가되며많은산업분야에적용할수있기를기대한다. 그림 4. SPS 소결체조성별초음파비파괴검사 21
우수기술상 아스플로 반도체 / 디스플레이장비용금속분말소결체제조기술 - 아스플로 박만호 ( 아스플로 / 연구소장 ) 표1. 분말소결제품의소재별시장규모 ( 단위 : 억원 ) Material 2012 2013 2014 2015 2016 2017E Stainless Steel 1489.9 1584.0 1681.0 1775.1 1855.5 1961.9 Nickel-Based 263.6 282.0 309.1 324.0 342.9 361.7 Titanium-Based 134.2 143.3 153.9 162.2 170.6 179.3 Others 246.6 265.9 284.4 303.0 321.3 343.9 Total 2134.3 2275.2 2428.4 2564.3 2690.3 2846.8 ( 출처 : Global porous filter market research report 2017) 그림1. 금속분말소결필터제품많은우수기술및기업중에서저희 ( 주 ) 아스플로에기술상을선정하여주신학회회장님을비롯한학회관계자여러분들께깊은감사의인사를드립니다. 앞으로관련기업및기관과의긴밀한연대로분말야금기술을활용한새로운제품및시장을개발함으로써분말야금분야발전에이바지할수있도록최선의노력을다하겠습니다. 금속분말소결필터시장은지속적으로발달하여 2017년기준 3,000억원규모의시장이형성되어있습니다. 미국의 Mott사, Entegris사, 일본의 Nippon Seisen 사등 2개 3개사만이독점적으로반도체및디스플레이시장에공급하고있습니다. 당사는 2008년부터관련제품에대한지속적인연구개발을통해최근국내최초로상용화에성공하였습니다. 다양한규격의제품들을국내 / 외에공급하여수입대체함으로써국내분말야금기술발전과반도체및디스플레이장비기술경쟁력증진에직 / 간접적으로기여하고있습니다. 반도체및디스플레이공정에사용되는금속분말소결필터의핵심특성은여과가능한입자의크기와여과율, 청정도및유량으로관련제품을생산하는대부분의기업들이 0.003 μm입자까지 99.99% 이상제거가능한특성을가진제품을시장에내놓고있습니다. 금속분말소결체의미세입자여과원리는그림 3. 과같이 Direct interception, Inertial Impaction, Diffusion Interception에따릅니다. 금속분말소결필터의입자여과성능과유량특성은기공률과기공크기에의해결정되는특성으로기공률이낮으면가스유량이낮아져효율이떨어지고, 유량 표 2. 주요금속분말소결필터의특성 Materials Removal Size ( μm ) Surface Roughness Max Inlet pressure (Mpa) Max operating temperature ( ) Asflow Mott 316L Hastelloy 316L Nickel 0.003 Ra 5 μm 21 450 0.003-34.5 450 Entegris 316L 0.003 Ra 8 μm 0.7 400 NASclean 316L 0.0025-0.5 460 ( 출처 : Mott, Entegris, NAS clean catalogue) 22
아스플로 우수기술상 그림 2. Direct interception, Inertial Impaction, Diffusion Interception 효과에의한불순물입자제거원리 을높이기위해기공률을높일경우불순물입자를효과적으로여과하지못할수있습니다. 기공률과기공 크기는분말의혼합비율, 성형공정변수, 소결공정변수등의조절을통해제어가능합니다. 반도체및디스플레이장비에사용되는금속분말소결필터는고압가스의집중성을분산시키는기능을활용한사례입니다. Vent gas가한곳으로집중될때, 웨이퍼또는글라스의손상을방지하기위하여사용합니다. 그림2. (b) 는금속분말소결체의분산기능을잘보여주는예시로, 금속분말소결다공체를물속에넣고고압가스를주입시켜줬을때, 표면전체에서균일하게분산되는것을확인할수있습니다. 당사에서는 1 lpm (litter per minunte) 300 lpm의유량범위에서사용가능한제품을국내외반도체및디스플레이장비업체에공급하여진공해제및재진공시간단축을통한생산성향상으로반도체및디스플레이산업경쟁력확보에간접적으로기여하고있습니다. 국내디스플레이 FPD 시장의약 90% 이상을차지할정도로높은기술력과가격경쟁력을가지고있습니다. 여전히해외업체들이독점적으로좌우하고있는금속분말다공체시장에서유일한토종브랜드로경쟁하고있으며, 금속분말을활용한수소분야응용제품, 화학공정용제품, 바이오산업제품등을개발하기위해오늘도연구개발을진행중입니다. 그림 2. 금속분말소결다공체의분산특성 (a) 다공체를통과한가스가분산되는개념도 (b) 금속분말소결다공체를통과한가스가균일하게분산되는형상 23
분말야금기술회보 하나에이엠티 기업소개 하나에이엠티(주) 김홍물 (하나에이엠티(주) / 대표이사) 하나에이엠티(주)는 충북 청주시 오창산업단지에 위 치한 금속 분말 제조 전문 업체로, 마그네슘 분말 제조 기술로 국내 유일, 세계 5대 메이커로서의 위상을 보유 하고 있다. 국내 방산용 및 산업용에 사용되는 마그네 슘 분말의 대부분을 국산화하는데 기여하고 있으며, 지 난 2003년 설립 이래 가스아토마이징 기술 및 위험물 관리기술을 지속적으로 집중 개발하여 마그네슘 외 알 루미늄 합금, 스테인레스, 니켈합금 등 다양한 소재의 3D프린팅 분말제조 기술로 발전하여왔다. 금속(Metal) 중 최경량소재 중 하나이자 생체분해용 으로 활용될 수 있는 마그네슘 합금은 시대가 흐를수 록 경량화를 추구하는 자동차 및 항공 우주 산업에서 특히 관심을 갖는 소재이며, 의료용으로도 혈관 내 스 텐트나 임플란트 등에 사용될 수 있어 많은 관심이 쏟 아지는 소재이다. 하지만, 가공하기가 까다롭고 위험 하여 세밀하게 제조되기 어려운 소재이기에 3D프린팅 에 적용되기를 모두가 손꼽아 기다리고 있긴 하나, 3D 프린팅용 마그네슘 합금 분말 제조가 워낙 위험하고 높 은 기술력이 필요로 하여 아직 상용화되지 못하였었다. 그러나 하나에이엠티(주)는 국내 어느 곳에서도 시도 치 않는, 그러나 많은 이들이 필요로 하는 소재 개발에 과감히 연구개발 및 투자를 유지하여 국내최초 3D프린 팅용 마그네슘 합금분말을 제조하였다. 지난 2018년 3월 중국 상하이에서 열린 TCT아시아 전시회에 3D프린팅 전 분야에서 대한민국 업체로는 유 일하게 참가하여 3D프린팅용 마그네슘합금분말을 내 세우며, 우수한 금속분말 제조기술력을 알렸다. 또한, 같은 해 11월 독일 프랑크푸르트에서 개최된 24 <2018 TCT아시아 전시회 전시> Formnext 2018에 국내 유일의 3D프린팅 금속 분말 제 조업체로 참가하여, 마그네슘 및 알루미늄 합금, 스테 인레스, 구리, 인코넬 등 다양한 개발 분말을 전시하여, 나흘 간 800명이 넘는 바이어 및 방문객들의 관심을 받 았다. 참가했던 30여개의 금속분말 업체 중 유일하게 마그네슘 합금분말을 개발하여, 눈에 띄는 행로를 보 이며 관심을 모았고, 북미, 유럽, 아시아 등지에서 관련 문의가 이어지고 있으며, 시장에서의 당사 지위를 공고 히 하도록 지속적으로 노력하고 있다. 벤처기업 인증, 기업부설연구소 설립, ISO 9001 및 14001인증, 기술혁신형 중소기업(INNO-BIZ) 인증, 부품소재 전문기업 및 첨단기술 제품 확인서 획득, 국 가연구개발사업(R&D) 적극 참여 등을 통해 기술 및 경 영 부문에서의 체계적인 혁신을 추진하였으며, 수출 유망 중소기업 및 강소기업 지정 그리고 산업통상자원 <2018 독일 Formnext 전시>
분말야금기술회보 하나에이엠티 기업소개 <진천공장 전경> 부, 대통령, 청주 시장, 청주시의회의장 등 관련 표창 을 수여 받았다. 여러 인증 및 특허뿐만 아니라 3D프린팅용 금속분 말 연구를 위해 당사 기술연구원 내 3D프린터를 설치 하여 금속분말 연구 및 적층 조건 개발에 집중하고 있 으며, 특별히 금년 봄, 진천군 문백면에 대규모의 금속 분말 제조 공장 및 시설 투자를 진행하여, 연간 2,000 톤이 넘는 생산량 확충에 나서, 향후 시장 확대에 선제 대응에 나서고 있다. 이렇듯, 동력부품 분야를 중심으로 경량화, 고강도, 혁신적인 디자인을 가능하도록 3D프린팅용 고품질 분 말을 공급하는데 집중하고 있으며, 외산업체에 비하 여, 경제적인 가격, 빠른 납기, 고객 맞춤형 특성 제어 등을 무기로 국내 시장을 개척하고 있다. 또한 의료, 방 산, 화학, 전기전자 부문 등 다양한 분야의 수요처에서 당사 제조 분말을 사용할 수 있도록, 합금 소재 개발, 적층 시제품 제작 등에 선도적으로 연구개발에 나서고 있어 앞으로의 행로가 더욱 주목된다. 25
관련기관소개 고등기술연구원 고등기술연구원 < 고등기술연구원 Vison> < 고등기술연구원조직안내 > 민간자립형연구기관인고등기술연구원은경기도용인시에위치해, 산 / 학 / 연연구협력복합체로서산업기술관련연구개발, 선진기술의도입 / 보급및중소기업에대한기술지원을하고있습니다. 고등기술연구원은중소기업, 대학, 출연연구소와함께매년 100여개이상의연구과제를진행하고있으며, 산업계의기술수요를충족하고상생의연구네트워크를구축하여연구원의지속적인성장과발전을도모하고있습니다. 고등기술연구원은 1992년설립되어 1998년 PBS를도입하여연구과제중심으로시작하여미래유망기술로각광받고있는석탄폐기물바이오매스가스화및에너지화기술, 폐자원재활용및희유금속회수기술, FTS 활용초정밀가공 / 측정 / 구동기술분야에서선도적연구를수행하고있습니다. 고등기술연구원은 18 년현재 151명의연구인력등이기술개발에매진하고 있습니다. 특히고등기술연구원신소재공정센터 ( 공만식센터장 ) 는금속 / 세라믹등유무기소재와에너지 / 환경에요구되는부품소재등을연구하는센터로비철금속과세라믹, 이차전지, 구조용기능재료등소재의고도화와경쟁력강화를위한원천및실용화기술개발을목표로, 합금개발및신소재제조공정기술개발을연구하고있습니다. 리싸이클링분야는유가금속재활용기술로써, 유가금속 (Cu, Te 등 ) 의회수기술과회수금속의고순도화기술을개발하였고, 전해채취를통한유용자원회수기술 (Sn, Pd, In, Zn, Ni) 등을보유하고있습니다. 이러한리싸이클링을통해고순도화된금속은소재화기술과연결시켜, 희소금속의소재화및기능성분말제조기술에적용하고있습니다. 또한코발트제련및나노 < 신소재공정센터중점연구분야 > 26
고등기술연구원 관련기관소개 < 고등기술연구원소재지 > 소재화기술, 고순도인듐분말의소재화기술및황산코발트로부터나노코발트대량생산기술등을확보하였으며, 원소재의부가가치향상기술을구축했습니다. 더불어신소재공정센터에서는기능성나노소재합성기술로나노소재대량생산및연속공정기술, 이차전지용양극 / 음극소재개발, 열전소재제조기술등을활용하여소재전방위산업의중추적인기술을확보하여연구개발에매진하고있습니다. 특히신소재공정센터는 Pilot 규모의저품위동및동 합금제련시발생하는슬러지및분진에포함된동을환원하여회수하는기술개발을완료하였습니다. 100 미크론이하의동드로스를분진형태로반응기에직접장입하여유동층환원기술을통해환원을유도합니다. 환원된분말의재산화방지를위해브리켓팅또는펠렛타이징을하여저장하고이를직접환원동이라명명하였습니다. 개발된기술의특징은미세분진을반응기내에부유시켜환원가스와유동화된분체가직접접촉하게만들어환원반응을유도하므로기존의상용기술 27
관련기관소개 고등기술연구원 에비해원료의한계점을돌파하고, 고온으로가열된분체가유동하면서반응기내부의온도편차를줄여장비내부온도를균일하게하는특징이있습니다. 고등기술연구원에서는본기술을 Lab-scale, Bench-scale 을설계 / 제작운용하여 Pilot-scale의직접환원시스템을제작하여운영하였습니다. 본시스템은최대 2 ton/ day 의동부산물을안정적으로환원처리할수있습니다. 고등기술연구원에서제작한 Pilot-scale의직접환원시스템은동부산물환원뿐만아니라황동제련부산물인산화아연 (ZnO) 을환원처리할수있도록제작됐습니다. 따라서본시스템을활용하여각종산화물 (ZnO, FexOy, SnOx) 등을환원처리할수있어기술의범용성이매우우수하고, 관련방법과시스템에대한지식재산권을확보해둔상태입니다. 유사동관련기술은전자파차폐재용동철합금 (CFA) 제조및특성평가를통해합금의용해 / 주조기술등을확보하고있고, 전자파차폐성, 탄성, 도전성 / 강도, 방열성등의기술을확보하고있습니다. 또한고효율에너지절감동부스바제조및배전반설계기술을확보하여, 전자기적특성과발열량특성해석을이용하여터널형부스바제조공정을개발하였습니다. 신소재공정센터는금속및산화물분말제조기술에특화되어있습니다. 아토마이징법을이용한다양한금속합금분말의제조기술은티타늄합금및알루미늄합금분말등비철금속의입도와형상등을제어하여금속분말을제조합니다. 이는 3D 프린팅원료로사용가능하며, 구상의분말을분말소결법을이용해부품제조, 시제품제작등다양한활용처에서부가가치향상연구를진행하고있습니다. 산화물분말은가수분해석출, 수열합성법, 전기방사법, 분무건조법, 분무열분해법, 공침법, Sol-gel 법, 열분해법등합성방법을 통해, 입도와형상, 분산도등을제어하여나노크기의분말에서벌크세라믹분말까지다양한합성방법을연구하고있습니다. 이를통해이차전지활물질제조, 각종센서, 미세먼지필터등의산업전반분야에적용하는연구를수행하고있습니다. 또한신소재공정센터에서는수소전환용촉매제조및평가시스템구축을완료하여, 2,000 시간이상의고온촉매평가테스트를통해촉매내구성및수소전환율등을분석하는인프라도구축되어있습니다. IAE시험분석센터개소고등기술연구원시험분석센터 ( 공만식센터장겸임 ) 는기존보유시험분석장비와신규도입한 FE-SEM 장비중심으로 11월부터시험분석서비스를진행하고있습니다. 시험분석센터개소는중소기업및기타연구기관들에게한층신속하게분석서비스를지원하는것은물론협업의다양한기회를만들예정입니다. 시험분석센터내보유장비는미세구조분석대표장비인전자현미경및광학현미경등이있으며, 물질의성분분석을위해 X선회절분석기, X선형광분석기, 유도결합플라즈마방출분광기, 열중량분석기등을구비하고있습니다. 고등기술연구원시험분석센터에서는향후외부기관분석서비스, 시험분석용역을중심으로분석평가기술, 분석장비개발분야등의정부과제발굴에참여하고, 나아가국가표준화사업도참여할계획입니다. 향후시험분석센터가본궤도에오르면 KOLAS 등공인시험분석기관등록을위한업무도추진할예정입니다. <IAE 시험분석센터 vision> <IAE 시험분석센터시험분석장비목록 > 28
고등기술연구원 관련기관소개 <IAE 시험분석센터시험설비현황 > 시험분석센터장인공만식수석연구원은시험분석센터개소에대하여 현재수행하고있는연구의내실을다지는것은물론, 학계와산업계의 Needs에기민하고능동적으로대응할것이며, 시험분석서비스, 결함분석용역, 시험장치개발, 시험규격표준화사업등의내용으로고객과함께발전할수있는센터를만드는것이목표 라고밝혔습니다. 고등기술연구원시험분석센터는시험분석장비이외의금속전해채취장치, 나노입자제조기, 분무건조기등의시험설비장치도예약하여이용이가능합니다. 아래시험설비현황을참고해주시기바랍니다. 고등기술연구원시험분석센터이용방법은다음과같습니다. 고등기술연구원홈페이지에서시험분석의뢰신청서를다운받아작성후담당자에게이메일로제출하시면담당자가이용및분석신청승인을합니다. 승인완료후시료를접수하시면, 시험분석후결과를 받으실수있습니다. 많은관심부탁드립니다. IAE 시험분석센터 - 시험분석센터센터장수석연구원공만식 (mskong@iae.re.kr, 031-330-7480) - 시험분석센터담당자선임연구원진연호 (yunoyuno@iae.re.kr, 031-330-7498) 연구원이지은 (wiki4130@iae.re.kr, 031-330-7463) 연구원김보람 (boramkim@iae.re.kr, 031-330-7493) <IAE 시험분석센터시험설비현황 > 29
강습회후기 오승탁 2018 년분말야금기술강습회 오승탁 ( 부회장, 서울과학기술대학교신소재공학과교수 ) 표 1. 분말야금기술강습회프로그램 일자제목강사 11 월 21 일 11 월 22 일 분말제조기술및물성평가분말성형기술및사출성형성형 press의기능과성형기술소결과미세조직발현 Additive manufacturing 소재기술및응용소결의이론과실제 : 고상및액상소결, 소결분위기, 신소결공정소결공정의문제해결과후처리나노분말제조및응용소결제품의조직및물성과의관계소결제품의가공원리와응용미래자동차부품의기술동향 KIMS 양상선박사 KIMS 윤중열박사 KTMC 임욱기대표 KAIST 강석중교수 KIMS 유지훈박사부산대정영근교수경상대박동규교수한국지질자원연구원장희동박사경상대조권구교수경남과학기술대곽태수교수자동차부품연구원김세훈박사 한국분말야금학회에서는분말야금분야의기술경쟁력확보를위한전문인력양성및기존인력의기술고도화를위해분말야금기술강습회를개최하고있다. 2018년강습회는 11월 21일 ( 수 ) 부터 22일 ( 목 ) 까지 1박 2일의일정으로창원시성산구에위치하고있는재료연구소에서진행하였다. 작년까지는기술강습회를초급과중급과정으로분리하여진행하였으나, 전체적인수강생감소, 외부재정지원의축소및공정기술에관련된강의요구등을고려하여금년에는한시적으로두개과정을합쳐서공정기술위주로한개의과정만진행하였다. 표 1은강 습회주제를나타낸것이다. 분말야금기초이론분야는 (1) 소결과미세조직발현, (2) 소결의이론과실제의주제로강연을진행하였다. 공정기술분야는 (1) 분말제조기술및물성평가, (2) 분말성형기술및사출성형, (3) 성형 press의기능과성형기술, (4) 소결공정의문제해결과후처리, (5) 소결제품의조직및물성과의관계, (6) 소결제품의가공원리와응용의주제로진행하였다. 최신기술분야로는 (1) Additive manufacturing 소재기술및응용, (2) 나노분말제조및응용, (3) 미래자동차부품의기술동향을주제로하였다. 이번기술강습회에는총 25개기관 (18개산업체, 3 30
오승탁 강습회후기 개연구기관, 4개대학 ) 에서 74명이등록하였으며, 강습회기간중모두수강을완료하여한국분말야금학회에서발행하는이수증을참가자전원에게수여하였다. 기술강습회가가지는또하나의의의는참가자상호간의친목도모와함께분말야금관련이론및기술에관한정보를상호공유하고, 산업현장에서나타나는다양한문제점등을토론하는장을마련하는것이다. 이를위해첫날강의종료후, 모든참석자가강의장소부근에서저녁식사를함께하면서인사를나누고상호친목을도모하는자리를가졌다. 분말야금기술강습회는참가자들의요구를반영하고질적으로우수한강습회를개최하기위해매년참가자들에게설문조사를하여그결과를차년도강습회에반영하기위해노력하고있다. 금년의설문조사에서중요한내용을정리하면다음과같다. 참석자의기본정보등에관한사항은아래도표와같으며, 분말소재관련경력은 1년미만이전체참가자중 43%, 소속은기업체가 61%, 소속기관의위치는경상지역 48% 과충청지역 28% 이었다. 강습회시간의경우적절하다는응답이많았으나부족하다는의견도전체의 39% 를차지하였고, 개최시기및장소등도다양한의견이제시되었다. 향후강습회에서보완되어야할의견으로는강의내용의중복성과난이도조정, 산업현장과연계해서제조공정중발생하는문제점및해결방안에대한기술적지원등이제시되었다. 이러한다양한의견들을고려하여다음해기술강습회의내용을적극적으로보완할예정이며, 산학연관계자들의꾸준한관심과보다적극적인참여를바랍니다. 기술강습회에참석한수강생및훌륭한강연을해준강사진에깊이감사드리며, 특히장소제공과다양한행정적지원을해준재료연구소에감사드립니다. 또한강습회에재정적지원과관련분야의강연을해주신국가나노기술정책센터의도움에도감사드립니다. 31
2019 년행사안내 행사명 : 2019년도신년하례식 일시 : 2019년 1월 11일 ( 금 ) 장소 : 채근담 ( 역삼동 ) 주최 : ( 사 ) 한국분말야금학회 행사명 : 2019년도춘계학술대회 일시 : 2019년 4월 4일 ( 목 ) ~ 5일 ( 금 ) 장소 : 여수엑스포컨벤션센터 주최 : ( 사 ) 한국분말야금학회 행사명 : 2019년도추계학술대회 & ISIMP-2019 일시 : 2019년 11월 6일 ( 수 ) ~ 8일 ( 금 ) 장소 : 제주휘닉스 주최 : ( 사 ) 한국분말야금학회 행사명 : 2019년도기술강습회 일시 : 미정 장소 : 미정 주최 : ( 사 ) 한국분말야금학회