이명현 한국세라믹기술원 그린세라믹본부 에너지소재팀 팀장

세라믹스의 다양한 응용과 다품종 소량이라는 특성 그리고 기능성 재료의 경우 짧은 교체주기 등으로 인해 더욱 많은 연구개발이 필요한 시점이다. 과거 주요 진보적 연구개발에서 보듯이 연구장비는 새로운 연구 프론티어를 창출하고 기술혁신을 위한 중요한 요소 중 하나이다. 또한, 연구장비는 세라믹이 제품적인 측면에서는 경박단소화되고 동시에 소재·공정적인 측면에서는 미세융합화되는 추세를 따라잡는데 필수적인 도구임이 틀림이 없다.
세라믹스 연구개발장비의 이용현황에 대해 논의하는데 있어서는 장비의 구축과정과 현황에 대한 이해가 선행되어야한다. 또한, 세라믹스 연구에 활용되는 주요연구개발 장비의 대부분이 타 연구분야에서도 활용하고 있는 것으로 먼저 우리나라의 국가수준에서의 연구분야 장비구축 및 활용현황을 살펴보고 세라믹 연구분야로 그 범위를 좁혀 논하고자한다. 개별적인 연구장비들을 중심으로 종류별로 정리하기보다는 집적되어있는 세라믹관련기관 및 기반구축센터를 중심으로 구축 및 이용현황을 논하는 것이 구축 인프라에 대한 정보제공을 통해 산학연의 연구개발에 대한 활용도를 제고할 수 있는 방법으로 판단하고 이에 따랐다. 아울러 세라믹 관련 이용실적만을 분리하여 정리하기 어려운 이유로 이번 논의에서 제외되기는 하였으나 여러 종합출연연구소 및 시험연구원에도 세라믹 관련 연구장비들이 일정규모이상 구축되어있고 이를 활용한 연구들도 진행되고 있음을 밝힌다.

I. 국가적 연구장비 기반 구축과정
80년대 초를 기점으로 산업고도화를 위한 시책의 일환으로서 연구시설장비 확충 및 고도화 관련 법률에 근거한 각 산업분야와 지역에 대한 국가적인 연구기반구축사업이 진행되어왔다. 1981년부터 96년까지는 차관 및 외화대출 등에 의존하여 출연연을 중심으로 장비 구축이 지원되었고, 1990년대 중반부터는 실험실습기자재 및 첨단 연구시설 장비에 본격적인 투자가 이루어졌다.
특히 1995년부터 산업기술기반조성 사업이 착수되었으며, 1998년부터는 지역전략산업진흥사업으로서 지역거점에 연구장비 기반을 조성하는 사업이 진행되었다. 주요부처 (과기, 산자, 정통, 건교, 교육, 중기 등) 연구시설·장비관련 사업비는 지속적으로 증가하여 2003년부터 2007년까지 49개 구축사업의 장비관련 예산은 총 17,247억원이었다. 최근에는 연구기반조성분야의 국가 R&D 사업비중이 점차 감소하는 추세이며, 필수소요 위주로 조정반영하고 신규사업은 억제하는 상황이다.

II. 연구개발 장비의 활용현황 및 지원책
중소기업의 연구개발장비 이용실태조사(2005, 9)에 의하면 매출액에서 시험연구분석비가 차지하는 비중이 약 4%, 외부기관의 연구개발 장비를 상시 이용하는 중소기업은 45.4%, 연구·개발장비 주이용기관은 전문시험연구기관이 31.3%이었다. 다른 2006년 조사에 의하면 공동활용가능 장비수 대비 실제 외부공동활용 장비수는 22.7% 수준이며, 실제 이용도는 해당 장비의 45%에 머물렀다. 단적인 사례로 특수연구장비 중 하나인 투과전자현미경(TEM) 장비의 활용현황을 들 수 있다. 투과전자현미경 장비의 국내보유는 250여대로 추정(2006년 3월 조사 집계기준)되나 실질적으로 공동활용가능한 장비는 50~80여대로 추정된다. 이러한 현황에 근거하여 범부처 차원에서 연구시설장비의 공동활용을 촉진하기 위하여 연구시설장비 공동활용 촉진관련 법률을 제정하고 시행 중이나 여전히 우리나라는 세계경쟁력 지수에 비해 연구장비 활용수준은 주요 상대국가에 비해 다소 낮은 실정이다. 2000년대에 들어서면서 연구장비에 대한 체계적인 DB 구축이 진행되어왔고 대표적인 DB 및 구축주체는 다음 표와 같다. 
2007년 부터는 DB의 단순한 구축 및 운영뿐만 아니라 구축장비 및 입력정보들을 활용하여 중소기업의 장비이용료 부담을 덜어주고 장비운영기관들의 운영비용을 우회 지원하는 ‘연구장비 공동이용 클러스터사업’에 예산을 투입 추진하기 시작하였다. 이러한 사업을 통해 대학 연구소 등 공공부문 R&D 장비의 공동활용도를 제고하여 6.1%(2004)에서 33%(2007)로 증가하고 있다. 

III. 세라믹 연구분야 장비구축 현황
한국세라믹기술원은 1912년 이래 우리나라 요업발전과 애환을 함께하며 시험·분석·기술지원을 지원하는 역할을 감당하여왔으며, 2000년 출연기관화된 이후 정부출연금과 기반구축사업비를 재원으로 하여 산학연의 세라믹 관련 연구개발을 지원하는 장비들을 본격적으로 구축하여왔다.
현재 총 375종 200여억원 규모의 장비를 보유하고 있으며 이중 150여대를 공용 시험분석연구장비로 운영하고 있다. 구축장비는 세라믹스 합성, 성형 및 소성 등에 대한 일반장비 및 분석평가 장비 뿐만 아니라 batch type에서부터 bench type, pilot plant 수준에 이르는 세라믹 초미립자 원료합성장비, 재료설계 및 제조공정최적화를 위한 시뮬레이션 관련 프로그램 및 특성평가장비, 그리고 세라믹 부품소재의 고장발생이나 사용수명 등에 대한 평가를 실시하여 수명연장의 방법을 제공하는 신뢰성평가 장비까지 소재합성에서 제품화, 신뢰성 확보에 이르기까지 전주지원이 가능한 기반을 구축하였다.
강원권에는 2001년에 산자부의 기술혁신사업의 일환으로 설립된 강릉파인세라믹기술혁신센터(TIC)를 기점으로 구축을 시작하였으며, 2006~2008년에 수행된 1단계 세라믹 신소재산업 클러스터 조성운영 사업을 통해 기반을 확대하였고, 2008년 2월 강릉과학산업단지 내에 세라믹신소재산업화지원센터(KFCC)를 완공하였다. 현재 91대 150억원 규모의 연구개발장비를 구축하여 기업의 연구개발 활동과 시제품생산, 양산활동을 지원하고 있다. 특히 최근에는 대형머시닝센터, CNC 평면연삭기, 대형 CIP, 대형 Hot Press 등을 도입하여 대형 구조세라믹스 연구개발 및 양산화 one-stop 지원을 준비 중이며, 2012년까지 진행되는 2단계 클러스터 조성운영사업이 완료되면 강원권을 중심으로 중부권을 포함한 세라믹 신소재 클러스터 지원기반이 완성될 것이다.
전라남도가 세라믹을 서남권 신소재 전략산업으로 육성하기 위해 정부지원을 받아 목포시와 공동으로 2007년부터 목포시 연산동 삽진산단 인근에 세라믹종합지원센터(JACC) 및 클러스터를 조성하는 사업을 시작하였으며 2009년 건축공사를 마무리하고 장비일부를 구축, 시험운영을 시작하였다. 구축장비는 산업계를 선도할 수 있는 고가의 대형 부품소재를 제조할 수 있는 시험제작지원장비, 시생산이 가능한 PP급 이상의 공정장비 및 측정검사장비를 메인으로 한다. 2007년 구축을 시작하여 올해 7월부터 고온가압프레스, 예비성형프레스, 분말성형프레스, 탈지로, 고온진공소결로 등을 개방할 예정이며, 후반기에는 탄화규소용화학기상증착기, 대형분위기제어소결로, 대형그린가공기, 고온대기소결로 등이 도입구축될 예정이다.
세라믹기술원과 같은 출연기관이나 KFCC, JACC와 같이 지역 세라믹산업클러스터의 구축 규모보다는 소규모이지만 표2와 같이 여러 세라믹관련 기술혁신센터의 구축도 진행되었다.
한양대에서 95년부터 수행한 파인세라믹스 Pilot Plant 기반조성사업이 파인세라믹스 장비 구축관련 첫 번째 기반조성사업이며, 세라믹스 시생산규모의 제조공정 및 시험평가장비를 다양하게 구축하였다. 한서대에 설치된 신가공 기술혁신센터는 5축복합가공기, 원통연삭기 등 가공 및 평가관련 장비를 구축하였고, 동의대에 설치된 전자세라믹 연구센터는 전자세라믹스 기판소재 성장, 정밀가공 및 평가관련 장비를 구축하였으며, 수원대에 설치된 전자부품소재 기술혁신 센터에는 준양산급 패터닝/패키징 기술공정시스템, LTCC 등 고기능 전자세라믹제조/부품화공정, 측정/평가/분석 설비를 구축하였다.
2006년 이후 기술혁신센터(TIC) 중심의 지원체계가 지역혁신센터(RIC)로 전환되었으며, 지역혁신센터는 지역산업체의 기술지원, 장비지원 및 연구개발지원을 통한 지역의 산학연 협동의 중심거점으로서 구축되었고, 각 지역의 대학 내에 설치되어 지역의 기업이 공정개발 및 연구개발에 활용하고 있다. 2008년 10월에 발간한 세라미스트 특집에 한국세라믹기술원 및 지역혁신센터(RIC) 보유장비와 주요분석장비별 공개기관정보에 대해 100여쪽에 걸쳐 상세한 소개가 이루어진 바 있으며 아래 표3은 기술혁신센터로부터 연계지원된 3개 지역혁신센터 이외에 세라믹관련 지역혁신센터의 현황을 나타내었다.
세라믹 연구개발에 사용빈도가 높은 주요 분석장비는 XRD, SEM, PSA, BET, TG-DTA/DSC, Dilatometer 등이며 연구개발에 활용할 수 있는 장비수는 다음 표4와 같다. 이 장비들은 세라믹관련기관 및 관련기반구축장비를 포함하여 범부처적으로 지원된 장비 중 공동활용장비로 등록되어 산학연의 연구개발에 사용이 가능한 장비들이다.    

IV. 세라믹 연구분야 장비 활용 현황
한국세라믹기술원에서는 부품소재 관련 화학분석, 미세구조, 열물성, 분체특성 등의 정밀 시험분석을 실시하고 있으며, 연구장비를 포함하여 최신 첨단 고가 시험분석 장비를 개방하여 기반시설이 취약한 연구개방형 또는 혁신 지향형 중소기업을 지원하고 있다. 시험분석 연구개발장비에 대한 이용은 2008년 12,800여건 이었다. 또한 2007년부터 시작된 중소기업 연구장비 공동이용 클러스터 사업을 통하여 2008년 25개 업체가 2억 7천여만원의 바우처를 구입(정부지원금 75% 지원)하여 활용하였다. 근래의 연구개발 장비 지원 현황을 살펴보면 기존의 시험분석평가지원 뿐만 아니라 합성에서부터 과립화, 성형, 소성 등 세라믹 공정전반, 재료설계·제조공정최적화 및 개발기간·소요비용 단축을 위한 시뮬레이션 인프라, 신뢰성 평가 및 향상을 위한 구축 장비 활용이 증가하고 있다. 현재 강원신소재지원센터(KFCC)에는 20개 기업이 입주하여 연구개발활동을 진행하고 있으며 임대공장(2개동) 및 산업단지에 14개 중형기업이 입주를 완료하여 구축된 연구개발 및 양산장비를 주로 활용하고 있다. 또한 회원사를 비롯한 전국 30여개 세라믹업체들이 구축되어있는 장비들을 장비사용료 지원을 통해 R&D 지원 및 시제품생산지원을 받고 있다. 단순 분석장비 보다는 공정 및 생산관련 장비를 주로 구축하여 단속적, 일회적인 사용보다는 연속적 기업활동에 활용하고 있는 상황으로 2008년 64%의 가동률을 보이고 있다. 장비 활용시 바우쳐 제도를 활용한 장비사용료 지원을 실시하고 있다. 전남세라믹산업종합지원센터(JACC)에서는 현재 고온진공소결로, 예비성형플레스, Hot press 등의 활용이 시작되었으며, 2009년 후반기부터 본격적인 활용 가동에 들어가게 된다.
표5는 혁신센터의 년간활용도 관련자료이다. 기반구축센터와 지역혁신센터에서의 활용도는 센터별로 큰 차이를 보이고 있다. 활용업체·기관수 및 활용도는 구축장비의 성격과 구성, 사용업체의 센터 의존도 등에 따라 달라질 수밖에 없으나 공통적인 사항은 설비투자의 위험감소, 기술지원 등의 장점에 대한 이해확산과 연구장비 공동이용 클러스터사업 등 고가 연구개발장비 활용에 대한 정부의 지원책 등에 힘입어 활용도가 점차 증가하고 있다는 것이다.

V. 세라믹 연구분야 장비 활용 향후과제
산업계의 측면에서는 상대적으로 열악한 세라믹 산업계의 경우 중소기업의 자체 연구개발장비 보유율이 낮아 기술혁신을 위한 활동시 더욱 어려운 상황에 머무르고 있어, 세라믹 연구개발의 활성화 여부는 공동연구개발장비의 효율적인 활용에 따라 크게 좌우된다. 이러한 산업계를 지원하여 세라믹 산업을 발전시키고자 수도권, 강릉, 전남에 세라믹 클러스트가 구축되었거나 추진되고 있으나 지역적인 한계가 있었고, 지역 내에서도 전방산업중심으로 특화 구축되어있는 지역혁신클러스트와도 연계성 등이 다소 부족하였다는 평가이다. 최근 정부에서는 세라믹 산업에 대한 전국적인 지원체계를 수도권, 동부권, 서남권, 동남권 4권역으로 나누고 전후방 산업간 연계 네트워크가 견고한 산업클러스트로 육성하고자 계획하고 있다. 이러한 계획을 추진하는데 있어서 산학연의 연구활성화를 위한 장비활용 증진방안이 중심에 놓여야할 것이다.
세라믹 산업분야 뿐만 아니라 모든 분야에서도 새로운 지원기반의 구축보다는 기존 센터 및 기관들의 기능조정 및 활성화를 고민하는 상황으로 산·학·연의 연구역량을 업그레이드하기 위해 운영적 측면에서의 노력을 더욱 기울여야 할 것이다. 연구개발 내용에 따라 적합한 장비 보유기관이나 대학, 센터에 대한 정보 공유 및 확산에 노력이 필요하고, 특히, 장비활용에 대하여 경험이 없거나 접근에 대한 소스가 부족한 기업에 대한 지원이 필요할 것이다. 산업체 현장에서의 맞춤형 전문기술교육을 통하여 연구장비의 체계적인 원리 및 실제 응용법을 교육하는 기회도 제공이 필요하다.
장비활용에 대한 사용료 지출이 기업에 있어서는 큰 부담이 되는 상황이므로 공동이용 바우처 등 정부지원제도를 충분히 이용할 필요가 있으나 사업예산의 한계로 상시적인 활용은 불가능 상황이다. 따라서 국가적으로 기술개발과제에 대한 지원규모도 매우 크게 성장하고 있는 만큼 개별 기업의 능동적 연구 개발 활동의 지표라고 할 수 있는 연구장비 활용에 대한 지원규모도 증가시키고 다원화 되어야 할 것이다. 아울러 세라믹 산업의 고도화에 따른 미래 수요에 대한 장기적인 안목과 준비가 필요할 것이다. 이를 위한 세라믹 연구장비 전문인력양성, 장비전문가 네트워크 구축 등도 진행되어야할 것이다.

참고문헌
연구장비구입 현황 및 공동활용 실적 보고서, 기초과학지원연구원 (2004)
연구장비공동이용 클러스터사업 운영방안, 중소기업청 (2006)
중소기업의 연구개발장비 이용 실태조사, 중소기업연구원 (2005)
국가연구개발사업의 연구시설·장비 현황 및 개선방향, 기초과학지원연구원 (2008)
세라미스트, 한국세라믹기술원 및 지역혁신센터(RIC) 보유장비 (2008. 10)
우리나라 세라믹 산업의 인프라를 조성한다, 월간세라믹스 (2005. 6)
첨단세라믹산업 발전전략, 월간세라믹스 (2009. 6)

                                                                                                                                                           
그림 1. (A)국내 연구시설·장비 기반구축 지원 현황 (B)사용목적 및 범용성에 따른 구축기관 유형별 장비구축 범위 (참고자료 ; 국가연구개발사업의 연구시설·장비현황 및 개선방향, 한국기초과학지원연구원, 2008)

표 1. 연구개발장비 구축현황 DB 및 구축주체         
표 2. 세라믹 관련 기반조성사업 지원현황                    
표 3. 지역혁신센터(RIC) 현황 (참고자료; 세라미스트, (2008. 10))                       

표 4. 주요분석장비별 국내 공동이용가능 대수(참고자료 ; 세라미스트, (2008. 10))

표 5. 혁신센터의 년간활용도 관련자료
   

 이명현
연세대학교 세라믹공학과 박사
연세대학교 산업기술연구소
KIST Post-.Doc.
현재 한국세라믹기술원 그린세라믹본부 에너지소재팀 팀장

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