김진영 쌍용머티리얼(주) 공장장/상무이사
황일두 쌍용머티리얼(주) 과장

1. 구조용 세라믹스의

범위
인류의 선사시대에 대하여 말할 때, 우리는 구석기 시대, 신석기 시대, 청동기 시대로부터 철기 시대까지 인류 문명이 사용한 재료로써 그 시대를 구분하곤 한다. 이는 인

류가 사용하는 재료에 따라 그 문명 발전 척도를 가늠할 수 있다는 의미가 될 것이다. 마찬가지로 산업화가 진행된 이후의 역사에서도 재료의 발명, 양산화에 의해 단계적인 진

보가 이루어졌음을 때때로 살펴 볼 수 있다.
세라믹스는 인류역사상 가장 오래된 소재라고 할 수 있다. 자연에 존재하는 대부분의 산화물들이 세라믹스의 범주에 들어가므로, 우

리 주위의 자연계에서 흔히 세라믹스의 원재료를 확인할 수 있을 것이다. 암석, 모래 심지어 흙에 이르기까지 이러한 원재료들이 세라믹스의 원료가 될 수 있는 것이다. 이러한

재료들을 이용하여 고대로부터 인류는 더 크고, 튼튼하고, 아름다운 건축물과 튼튼하고 오래가는 그릇 등 생활용품 등을 만들고자 노력해 왔고, 이러한 것들이 세라믹스 산업의

시조라고 할 수 있을 것이다. 이렇게 자연에서 직접적으로 얻을 수 있는 암석, 점토 등을 이용하는 전통 세라믹스로부터 20세기 들어서는 정제를 통한 순도 높은 원료를 적용하

는 파인 세라믹스까지 이르게 되었다.
구조엔지니어링 산업을 굳이 정의한다면 전기, 전자, 자동차, 조선 산업과 같은 특정한 산업분야를 지칭하기 보다는 산업전반에 걸쳐 강도

, 탄성, 인성 등 기계적특성이 요구되는 분야에 올바른 설계를 바탕으로 이에 적절한 부품·소재를 검토하고 적용 발전시키는 분야로 말할 수 있다. 여기에 적용되는 구조용 세

라믹스는 높은 내열성, 내식성, 내마모성과 금속대비 경량화가 가능한 특장점이 있어 이를 필요로 하는 분야에서 널리 사용되어 오고 있다. 그러나, 세라믹스는 금속 등에 비해

제조방법이 까다로워 가혹한 환경, 고속의 접동물(摺動物)등 특별한 분야에서만 사용되는 부가가치가 높은 소재로 인식되고 있고, 이러한 소재를 적용해야만 하는 전방산업이 발

전된 선진국에서 비교적 많은 수요를 보이고 있다. 여기에는 수송기계, 정밀기계용 제품 및 자동차, 항공기 등 수송기계의 핵심부품으로 고온 내열, 내마모 구조용 제품으로 사

용되고 있는 세라믹스 등이 포함될 수 있다.
현재 다양한 재질의 세라믹스가 개발되어 적용되고 있는데, 씰(seal), 섬유산업의 커터(cutter), 고압펌프용 피스톤 등 일반 구조재

로 가장 널리 사용되는 알루미나, 질화규소, 탄화규소, 지르코니아 이외에 질화알미늄, 질화 붕소, 탄화 붕소 등이 특수한 분야에 사용되고 있다. 재질별로 특성이 대별되는 부

분이 있어 각기 독자적인 적용영역을 보이고 있으며, 그 예를 <그림>에 나타내었고, 특장점에 따른 구조용 세라믹스의 적용 예는 <표>에 나타내었다.

2. 구조용 세라믹스의 전

망 
지난 9월 현정부가 발표한 6개분야 22개 산업으로 정의된 ‘신성장동력 산업’을 살펴보면, 에너지·환경 분야, 수송시스템 분야, New IT 분야, 융합신사업분야, 바이오 분

야, 지식서비스 분야의 6개 분야로 구분되는데, 이 중 지식서비스 분야를 제외한 모든 분야에서 세라믹스가 핵심적인 소재로 여겨지고 있다. 특히, 22개 산업분야 중 태양전지,

연료전지 발전시스템, Green Car, 반도체, 디스플레이, LED 조명, 신소재·나노융합 등은 세라믹스 소재와의 연관성이 높다 할 수 있다. 미국, 독일 등의 선진국 산업정책도 우

리의 신성장동력 산업과 유사하게 에너지, 환경, 자동차, 우주, 항공 분야에 국가적 연구개발 역량을 집중하고 있고, 세라믹스가 그 핵심소재로 많은 기관에서 연구, 개발을 진

행하고 있다.
미국의 경우 7가지 미래산업 분야에서 구조용 세라믹의 적용으로 에너지 효율 향상, 수명연장, 제품 순도 증가 등 우수한 효과를 거둬, 향후에도 각 분야에 구조용

세라믹스의 적용을 적극 권장하고 있다. 예를 들어 우주 왕복선 외부의 내열 타일, 선단부의 카본 파이버 세라믹 복합체의 적용이 진행되고 있고, 항공기용 세라믹 베어링, 전투

기용 재연소 장치 등에 구조재로서 세라믹스 적용이 활발히 연구되는 등 우주·항공분야 및 정밀 기계분야에서 적용이 크게 증가할 것으로 예측된다. 자동차 분야에서도 이미 적

용되고 있는 지르코니아 산소센서, 질화규소 터보차저 로터 등의 100여가지 세라믹 부품이외에 세라믹강화 피스톤, 세라믹 밸브, 세라믹-파이버 복합 단열재 등에 사용 빈도가

점점 높아지고 있다.
독일의 경우 메모리 칩 공정라인의 세라믹 볼 베어링, 경주용 자동차의 기어/변속기 등의 연구에 연방정부의 프로그램이 적용되고 있고, 최고의 연구역량을

보이는 프라운호퍼 세라믹 연구소에서는 세라믹 골프공 등의 소비재로부터 세라믹 캐스팅 공법을 적용한 고체연료전지 전극 등 다양한 산업분야에 적용되는 세라믹 소재를 연구

개발하고 있다. 이외에 초강도 표면코팅 분야에 질화물, 탄화물, 붕산화물 등의 다양한 코팅 기술 개발이 진행되고 있다.
또한, 일본의 경우에는 20여년간 ‘시너지 세라믹스’

프로젝트를 통해 에너지, 환경, 우주·항공 분야에 적용 가능한 구조용 세라믹 개발을 진행해 왔다. 1994년부터 산업과학기술연구소(AIST)가 주관하여 진행된 이 프로젝트에서는

높은 수준의 구조제어를 통하여, 종래 구조용 세라믹스 특성을 초월한 새로운 세라믹재료를 창조하는 재료 개발개념을 발전시켜, 상반되는 기능을 동시에 보이는 세라믹스, 균열

을 진단하고 파괴에 대한 높은 신뢰성을 갖는 세라믹스 개발 등 구조용 세라믹스의 한계에 도전하고 있다. 또한, 일본내의 많은 선진 세라믹 제조업체들은 현재 특정분야에서 세

계시장을 석권하는 경쟁력을 보이고 있으며, 이러한 업체들은 향후에도 자동차, 전자, 전력 등 전방산업의 발전과 더불어 독점적인 지위를 누릴 것이 분명하다.
Ceramic

Industry(June, 2005)에 따르면 전세계 구조세라믹스 시장을 당시 11조원의 규모로 추산하고 있으며, 이 중에는 환경, 코팅 분야와 반도체/디스플레이 산업용 부재까지 포함되어

있고, 본고에서 다루는 구조용 세라믹스 시장은 5~9조원 정도가 될 것으로 추측된다. 국내외 조사기관에 따른 연평균 성장율은 각기 상이하나 대략 8~11% 수준으로 추산하고 있

으며(소재원천기술 로드맵, 2007, 산업자원부/ Ceramic Industry, 2004), 자동차, 항공·우주 산업 및 환경, 웰빙 등의 산업분야에 의하여 구조용 세라믹스의 발전속도가 좌우될

것으로 판단된다.

3. 국내 구조용 세라믹스 산업 발전을 위한 제언
국내 세라믹 산업발전을 위한 기본적인 전제조건은 국내 전방산업의 발전이다. 그러나, 국내 전방산업의 발

전에 의한 창출 시장만으로는 세라믹 산업 경쟁력을 위한 필요 규모를 갖기 어렵고, 세라믹스 산업의 자체적인 기반이 확고하지 않으면 전방산업의 필요 수요에 적시에 대응할

수 없어 해외 세라믹 산업에 의존할 수 밖에 없는 악순환이 되풀이 될 것이다.
이러한 환경 하에 수 년 전부터 국가적으로 부품·소재 산업에 대한 지원과 관심이 집중되고 있으

나, 세라믹스 산업분야는 여타 금속, 화학 등의 분야에 비해 작은 수요 규모와 영세성으로 눈에 띄는 성과를 보이기에 많은 시간이 소요될 것으로 우려된다. 현재의 국가정책은

국내 수요산업 중심의 전략으로, 세라믹업체를 포함한 부품소재업체 역량강화를 위해 제한적일 수 밖에 없다. 세라믹업체의 역량강화에는 세계시장을 염두에 둔 지원전략이 필요

하다고 볼 수 있다.
한편으로, 원재료 제조 산업의 국내기반 강화, 전방산업 수요업체의 국산화 촉진 등 많은 방안이 있을 수 있으나, 무엇보다도 세라믹스 산업계에 종사하는

모든 이들이 전방산업에 대한 기술적 이해를 높이고, 더불어 해외 시장으로의 지속적인 개척 노력을 통해 국내 수요업체의 요구에 적기에, 능동적으로 대응 가능한 기술적, 경제

적 기반을 갖춰야 할 것이다. 이로부터 모방제품의 위협으로부터 경쟁력을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 선진 기업과의 대등한 경쟁을 할 수 있는 기반이 될 것으로 판단된다.

표. 산업분야별 구조 세라믹스의 예

그림. 재질별 구조 세라믹스의 응용현황

김진영
서울대학교 요업공학과 학사
서울대학교 무기재료공학과 석사
일본 나가오까(長岡)

기술과학대학 공학박사
쌍용양회(주) 신소재 대구공장 연구소장
현 쌍용머티리얼(주)대구공장 공장장/상무이사
현 계명대학교 신소재공학과 겸임교수
현 한국세라믹학회 대구·

경북지부 지부장

황일두
고려대학교 재료공학과 학사
고려대학교 재료공학과 석사
현 쌍용머티리얼(주) 개발팀 근무

<본 사이트는 일부 자료가 생략되었습니다. 자세한 내용은 월간세라믹스를 참조바랍니다.>