희토류소재 저감 및
대체 기술개발 동향 및 산업동향

 유지훈 재료연구소 분말기술연구그룹 그룹장
 김동환 재료연구소 분말기술연구그룹 선임연구원
 이정구 재료연구소 나노기능분말그룹 선임연구원
 최철진 재료연구소 나노기능분말그룹 그룹장

Ⅰ. 서론
저탄소/녹색성장사회를 실현하기 위한 환경친화형 자동차, 저에너지소비형 가전제품, 풍력/태양열발전산업 등의 기반기술 중에 하나가 고특성 희토류계 영구자석 이다. 영구자석은 주로 모터, 액츄에어터, 발전기 등에 사용되면서 에너지변환(전기⇔기계에너지)의 핵심적인 역할을 수행하는 기능성 소재로서, 1900년대 초반 영구자석이 처음 개발된 이후 점차 종전에 사용되던 전자석을 대체함으로서 산업 전반에 걸쳐 에너지 절감 및 소형화에 기여한 바가 크다.
특히, 최근에는 에너지저감 및 환경친화형 녹색성장사업이 새로운 이슈로 급부상 하면서 자동차산업에서는 화석원료를 사용하는 내연기관을 모터와 병행하여 사용하는 하이브리드차 혹은 환경친화형 에너지원인 수소 등을 대체에너지로 활용하여 전기를 발생시키고 모터를 구동하는 연료전지차에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이들 환경친화형 자동차들은 전기에너지를 이용하여 구동되기 때문에 영구자석형 모터 및 발전기가 필연적으로 채용되므로 영구자석 측면에서는 에너지 효율을 더욱 향상시키기 위하여 우수한 경자기 성능을 나타내는 희토류 영구자석에 대한 기술적 수요가 증가하는 추세이다.
보다 상세히 설명하자면, 자동차, 가전, IT, 의료산업 등 다양한 응용 분야에서 우수한 영구자석 소재로 사용되기 위해서는 높은 잔류자속밀도와 안정적인 보자력이 동시에 요구되고 있다. 이론적으로 영구자석의 잔류자속밀도는 소재를 구성하는 주상의 포화자속밀도 및 결정립의 이방화 정도, 자석의 밀도 등의 조건에 의하여 결정되며, 잔류자속밀도가 증가할수록 자석은 외부로 보다 센 자력을 발생시킬 수 있기 때문에 다양한 응용분야에서 기기의 효율과 성능을 향상시키는데 효과적 이다. 또한, 영구자석의 자기적 특징 중에 보자력은 열, 반대방향 자장, 기계적 충격 등 자석을 탈자 시키려는 환경에 대응하여 영구자석의 고유성능을 유지하게 하는 역할을 하기 때문에 보자력이 클수록 내환경성이 양호하여 고온응용기기, 고출력기기 등에 사용 가능할 뿐만 아니라, 자석을 얇게 만들 수 있어 사용자석의 무게를 감소시키고 재료비를 절감하는 경제적인 효과를 얻을 수 있다.
이와 같이 희토류자석에 대한 기술적, 산업적 수요가 계속적으로 증가하는 반면에 지구상에 희토류자원은 한정되어 있고, 부족한 희토류자원 마저도 중국에 집중되어 있다는 자원편중 및 고갈 문제와 미래형 영구자석은 보다 열악한 환경(고온, 고출력)에 사용되어야 하므로 획기적인 기술적 진보가 이루어져야 하는 등의 다양한 도전과제들이 도출되고 있다. 본 논문에서는 저탄소/녹색성장사업의 핵심기술로 사용될 희토류영구자석의 산업적 가치를 재고해 보고, 이 분야에서 해결해야할 주요 이슈사항과 이를 극복하기 위한 국내/외 기술동향을 살펴봄으로서 향후 국내 희토류소재산업의 기술적, 산업적 발전방향을 제시하고자 한다.

Ⅱ. 본론
Ⅱ-1. 영구자석의 역사와 발전과정
인류가 천연의 영구자석을 발견한 것은 기원전 600년 전으로 그리스의 마그네시아라고 불리 우는 지방에서 자연적으로 자화된 자철광을 이용한 것이 시초로 알려져 있다. 당시 천연자석의 발견은 인류문명의 발전에 많은 영향을 미치게 되었으며, 대표적 사례로서 중국에서는 자석을 나침반에 활용함으로서 인류는 보다 넓은 바다로 항해할 수 있는 계기가 되었다. 하지만, 아쉽게도 그 이후 2000년 이상 인공적으로 영구자석을 제조하고자 하는 괄목할만한 시도가 없었으며 인류최초의 인공적인 영구자석은 1917년 일본의 혼다 코타로가 발명한 KS강부터 시작되었다. 
그림 1에서 나타내는 영구자석 개발의 역사를 보면, 약 90년간의 짧은 개발기간 동안 영구자석의 세기는 약 60배 증가하는 성과를 이루게 됨을 알 수 있다. 20세기에 접어들면서 산업적으로 사용가능한 강력한 영구자석들이 계속적으로 개발되었으며, 이와 같은 새로운 영구자석의 발명 및 발전과정에는 일본, 미국 및 유럽의 연구자들이 큰 역할을 하게 되었다. KS강의 발명 이후, 1930년에는 페라이트 자석의 기초가 되는 OP자석이 발명되었고, 1932 알리코자석의 원점이 되는 MK강이 발명되는 등 영구자석의 성능이 계속해서 개선됨에 따라 산업전반에 활용되는 예가 점차 증가하게 되었다.
영구자석의 성능은 1960년대 후반부터 최초의 희토류자석인 Sm-Co 자석의 등장에 의해 크게 도약하였다. Sm-Co 자석은 미국의 공군연구소에서 1968년에 발명되었으며, 희토류-천이금속의 자기적 결합력을 이용한 자석으로서 페라이트 또는 알리코자석의 보다 5-10배 우수한 성능을 발휘하였다. 한편, 1983년 일본의 사가와 등에 의해 Sm-Co 자석을 구성하는 주성분인 Sm, Co보다 상대적으로 저렴한 Nd, Fe, B 원소를 활용한 새로운 개념의 희토류자석이 발명되었는데, 이들 Nd계 희토류자석은 가격뿐만 아니라 성능측면에서도 종전의 Sm계 희토류자석 보다 높은 향상을 도모한 획기적인 발명이었다. 이들 희토류영구자석의 우수한 성능은 산업 전반의 효율적인 완성품 개발에 기여한 바가 크며, 예를 들어 하드디스크드라이브의 Voice coil motor에 고성능 희토류자석이 채용됨에 따라 정보의 집적화 및 고속화를 실현할 수 있는 계기가 되었고, 냉장고의 컴프레서에 희토류자석이 채용되면서 에너지 효율이 상당히 개선되기도 하였다.

Ⅱ-2. 희토류자석의 시장 및 응용분야
1980년대 이후 전세계 영구자석의 총생산량 추이를 살펴보면 그림 2와 같다. 그림에서 보는 바와 같이 영구자석은 현대사회의 고도성장을 근간으로 하여 매년 꾸준한 성장을 보이고 있다. 특히, Nd계 희토류자석의 경우 페라이트자석 혹은 알리코자석 보다 상대적으로 고가임에도 불구하고 매년 약 15%의 고속성장을 지속하고 있으며, 2000년 이후에는 매출액 기준으로 세계에서 가장 많이 생산되는 영구자석이 되었다. 영구자석의 생산량이 증가한 요인은 각종 산업의 요구사항이 소형화, 경량화, 에너지절감을 요구하고 있는 추세로 발전하고 있으며, 영구자석의 채용에 의해 다양한 기기의 성능개선과 연비개선 및 신제품의 개발이 가능하기 때문이다.
Nd계 희토류자석이 일찍이 사용된 기기는 엘리베이터이다. 그 후 세탁기의 모터에도 사용되게 되어 탈수력이 향상됨과 동시에 구동소음이 작아지게 되었다. 또한 중기에도 사용되게 되었는데, 종래의 유압방식에는 엔진을 계속해서 회전시키기 때문에 작동소음이 문제이었지만 Nd-Fe-B 자석을 사용한 모터을 사용하여 주택지역과 야간공사에도 중기를 사용할 수 있게 되었다.
수량적으로 정보기기에 Nd-Fe-B 자석을 많이 사용되고 있다. 보이스코일모터(VCM)은 영구자석이 자계 중에 놓여 보이스코일에 흐르는 전류에 비례해서 직진운동을 하는 리니어모터로, 컴퓨터용 하드디스크의 헤드의 위치조정, 카메라 줌, 조리개, 셔터, 미세가공기의 엑츄에어터 등으로 사용되어지고 있다. 또한 휴대전화의 박형화에도 Nd계 희토류자석은 크게 기여하고 있다. 휴대전화를 박형으로 할 때 문제는 스피커를 박형으로 하는 것으로 초소형 Nd계 자석을 이용하여 두께 1mm 정도의 세계에 가장 얇은 스피커가 실현가능하게 되었다.
영구자석의 주요 시장흐름변화는 앞서 언급한 바와 같이 “Nd계 희토류자석의 생산이 급증하였다는 것”뿐만 아니라, “그 응용분야에 있어서 최근 모터용도의 비율이 높아지고 있다”는 점을 주목하여야 한다. 이러한 배경에는 기후변동조약(쿄토의정서)에 의거하여 CO2 등의 온실효과물질 배출량저감을 위해서 산업기기 전반에 걸쳐 전력소비의 저감이 강하게 요구되어 지는 것이 있다.
Nd계 희토류자석에 의해 소비에너지 저감이 크게 실현된 기기에는 에어콘이 있다. 에어콘은 소비전력의 대부분을 에어콤프레서용 모터의 구동에 소비된다. 이전에는 교류모터인 유도모터가 사용되었지만 1981년에 처음으로 인버터식 에어콘이 판매되어 1990년에는 고효율 브러쉬리스DC모터가 개발되었다. 1999년의 개정 에너지절약법이 실행되고 또한 2003년의 에너지법기준 도입에 의해 에어컨 제조사는 일제히 에어컨의 개량을 시작하여 큰 폭의 소비에너지 저감을 실현하기 위해 모터 성능향상을 도모하기 시작하였다. 2003년 이후 국내의 거의 대부분의 에어컨 제조사가 Nd계 자석을 채용하여 소비에너지 저감을 달성하였다. Nd계 희토류자석을 이용한 새로운 모터는 구형모터와 비교하여 특히 저회전에서 효율이 좋아 약 30% 개선한 보고 예도 있다. 하지만 세계적으로 보면 아직 비인버터 에어컨이 주류이다. 현재 산업분야에서는 영구자석을 사용하지 않는 유도모터가 많이 사용되고 있지만 이것들의 대부분을 Nd계 자석을 사용한 영구자석모터로 바꾸면 사용하는 에너지량을 크게 삭감해서 CO2 배출을 크게 억제할 수 있을 것으로 기대된다.
최근 Nd계 희토류자석의 이용이 급증하고 있는 제품은 자동차용 모터분야 이다. 하이브리드 자동차에서는 고성능의 자석이 필수적으로 요구되고 있기 때문에 고성능자석이 없으면 실현될 수 없는 것 중에 하나로 하이브리드 자동차의 생산 확대와 함께 Nd계 희토류자석의 생산도 크게 확대되고 있다. 앞으로도 하이브리드 자동차와 전기자동차 등의 차세대 자동차의 생산은 지속적으로 확대될 것으로 예상되어 Nd계 희토류자석의 생산도 계속해서 증가할 것으로 생각되어진다.

Ⅱ-3. 최근 희토류자석의 주요 이슈사항
최근 각종 보도에서 널리 알려진 바와 같이 희토류는 산업의 비타민과 같은 역할을 하는 소재로서 영구자석 뿐만 아니라 형광체, 연마제, 촉매, 광학유리 등 다양한 첨단 산업분야에 필수적으로 사용되고 있다. 반면에, 현재 세계적으로 희토류 생산의 98%가 중국에 집중(매장량은 38%)되어 있고, 점차 사용량이 증가하면서 중국에서는 희토류 자원을 무기화하려는 경향이 나타남에 따라 국가별로 희토류 확보에 대한 대책과 연구가 진행되고 있다.

미국에서는 군수용 Sm-Co 자석을 일부 생산하는 것을 제외하고 Nd계 희토류자석은 전량 일본 및 중국에서 수입하여 자기회로설계에 의한 module 제품 생산을 주로 진행하고 있다. 현재 미국의 캘리포니아 지역 Mountain pass 광산에는 아직도 많은 희토류를 보유하고 있지만, 정련과정에서 야기되는 환경오염문제 등을 이유로 희토류 채광을 중단하고 중국에서 정련된 원재료 혹은 소재를 수입해서 사용하고 있다. 하지만, 최근에 수요가 증가하면서 희토류가격이 상승하고 중국으로부터 조달에 어려움이 있어 몇 년 전부터 폐광되었던 Mountain pass 광산을 다시 재개발하려는 사업을 진행하고 있다. 이와 같은 사업은 Moly corp. 이라는 민간회사가 주도하여 진행되고 있으며 정부 및 자석관련 민간기업 컨소시엄이 참여하고 있다. 따라서, 2012년부터 희토류 생산을 재개하고 자석에 대한 연구지원을 활발히 하여 자석생산까지도 재개하려는 계획을 가지고 있다.
일본은 자석, 형광체, 수소저장합금 등의 소재산업이 발달되어 있어 세계에서 희토류를 가장 많이 사용하는 나라 중 하나이지만, 자국에 희토류광산이 없기 때문에 중국으로부터 수입에 의존하고 있는 실정이다. 또한, 최근 중국과 무역마찰(센카쿠 분쟁)이 일어날 때 마다 희토류 공급이 한시적으로 중단되는 등의 불안한 수급상황이 발생함에 따라 중국 이외의 베트남, 카자흐스탄, 아프리카 등 희토류보유국 광산을 개발하는 시도를 진행하고 있다. 특히, 베트남 희토류광산 개발의 경우 자동차 회사인 도요다가 직접 투자하여 적극적인 개발을 진행하고 있으며, 향후 5년 이내에 일본의 희토류수요의 50% 이상을 중국이외의 나라에서 조달하려는 목표로 진행되고 있다. 또한, 자체적인 기술개발을 진행하여 희토류를 적게 사용하는 제품을 개발하는데 정부-민간의 협력연구가 활발히 진행되고 있다.
따라서, 희토류자원에 대한 고갈문제 해결하고, 미래의 첨단산업 발전의 토대가 되는 핵심 희토류소재를 안정적으로 공급하기 위해 국가차원에서 다각적인 대책수립이 요구된다. 즉, 정부 및 대기업 차원에서는 해외 희토류광산개발 및 전략물자 비축사업 등 자원에 대한 인프라 구축사업을 체계적으로 추진하고, 학계-연구계에서는 희토류 사용량 저감 및 대체품개발에 의해 자원의 사용량을 최소화/다변화 하고 소재에 대한 기술경쟁력을 강화하는 것이 중요하다.

Ⅱ-4. 희토류자석 기술개발 동향
국가 R & D 차원에서 희토류자원의 사용량 저감 및 대체품 개발에 대한 요구가 증가하면서 희토류자석 분야에서도 국가별로 이와 같은 이슈에 중점적으로 개발력을 집중시키고 있다. 이 분야 기술선진국들의 희토류자석 개발동향을 살펴보면 다음과 같다.

Ⅱ-4-1. 일본의 기술개발 동향
일본에서는 Nd계 희토류자석이 직면하고 있는 과제를 해결하기 위해 자체적으로 중장기 로드맵을 작성하여, 현재 희토류 대체/저감형 자석의 연구개발을 위해 아래의 3가지 국가 프로젝트가 진행되고 있다.
이들 과제를 기술적 전개 단계로 분류해 보면 희토류영구자석을 구성하는 ①희토류 중에서도 가장 희귀한 중희토류(Dy)를 감소시키는 단계, ②총희토류 함량을 감소시키는 단계 및 ③최종적으로 희토류자석을 대체할 신 영구자석을 개발하는 단계로 구성된다. 각 과제들은 산-학-연이 공동으로 참여함으로서 자석개발, 분석, 이론정립 등의 소재기술개발 차원 뿐만 아니라 기업들이 적극 참여하여 개발된 기술이 최단 시간 사업화가 가능하도록 되어 있다. 또한, 단계별로 성과가 도출되면 과제들이 기술적으로 연계되어 시너지 효과를 극대화 할 수 있도록 구성되어 있고, 경제산업성·NEDO에 의한 ‘희소금속 대체재료 개발프로젝트’와 ‘원소전략프로젝트’는 프로젝트간의 연계를 도모하기 위해서 산학의 전문가로 이루어진 합동전략회의가 설치되었다. 매년 2월경에 동경대학에서 공개 합동 심포지움을 개최하는 등의 방법으로 성과를 공유하고 연계를 강화하고 있다.
상기 과제 1 및 2에 개발하고자 하는 기술에는 두 가지 공통점이 있는데, 첫 번째는 “최종적으로 제조되는 자석의 입자를 약 1μm 크기로 미세화 시키는 것”, “두 번째는 입자의 계면에 Dy를 집중시켜 Dy사용량을 최소화하는 것” 이다.
하이브리드 자동차, 절전형 냉장고 등에서는 높은 온도 및 고출력의 사용조건이 요구되고 있기 때문에 이를 만족시키기 위해서는 자석의 보자력을 향상시키기 위해 Nd계 합금에 고가인 Dy를 다량 첨가해야만 한다. 따라서, 자원문제 해결 및 성능향상을 위해서 Dy 사용량을 최소화하면서 보자력을 향상시키고자하는 방향으로 연구가 진행되는데, 제안되는 첫 번째 방법은 자석을 구성하는 입자를 미세화 시키는 방법이다. 그림 4에서 보는 바와 같이 이론적으로 영구자석의 입자크기가 감소하면 입자를 구성하는 자벽의 개수가 감소하여 자화반전의 가능성이 상대적으로 낮아지므로 보자력이 증가하는 현상이 나타난다. 입자미세화된 자석을 제조하기 위해 HDDR 혹은 고속젯밀을 이용한 미세분말 제조기술, 무산소 자장성형기술, 입자성장을 억제하기 위한 저온소결기술 등의 요소기술이 개발되고 있다. 두 번째 제안되는 방법으로는 영구자석의 입자 계면을 Dy로 도포하는 기술이다. 일반적으로 영구자석의 자기적 결함은 입자의 계면에 집중적으로 분포하며, 만약 계면에 작은 결함(연자성상, 산화물 등)이 생성되면 약자장에 의해서도 반자구가 쉽게 형성되고 도미노현상같이 자구 내부로 전파되면서 손쉬운 반전이 일어난다. 따라서, 자석분말 혹은 자석표면에 Dy 화합물을 도포하여 계면 내부로 Dy를 확산시키려는 연구가 진행되고 있는데, 그림 5와 같이 계면에 Dy를 균일하게 분포시키게 되면 최소한의 Dy를 사용하면서 보자력을 충분히 향상시킬 수 있다.
과제 3은 궁극적으로 희토류를 사용하지 않은 자석을 개발하는 것을 목표로 하고 있으며,①Nd-Fe-B자석을 대체하는 신규 영구자석 개발 및 ②초경량 고능성 모터용 이트리움계 복합재료 개발이 시작되었다. 본 프로젝트에서는 Dy 등의 희소금속 안정공급 확보라는 차원에서 긴급경제대책(2009년도 보정예산(제2호))의 일환으로 시작되었고 신에너지산업기술종합개발기구(NEDO) 테마리드 채택자간의 협의에 의해 실시기간에 있어 실현 가능한 상세목표를 결정하였다. ①의 채택테마는 실질적으로는 철-질소계 화합물을 활용하는 신규 영구자석재료의 개발이다. 풍부한 자원인 철과 질소을 주원료하여, 현재의 Nd-Fe-B자석의 특성을 초월하는 포텐셜을 가지는 고포화자속, 고자기이방성 신규자석의 탐색이 진행중이다. 구체적으로 철-질소계 화합물에 희토류를 포함하는 R-Fe-N 영구자석에 대해 나노레벨의 미세구조 및 형성과정의 해석과 자기특성 평가를 통하여 원하는 상의 질화철을 합성하는 기술과 이를 영구자석 형태로 벌크화하는 기술로 구성된다. 최종목표로는 전기자동차와 하이브리트 자동차의 구동용 모터에 사용되는 신규 영구자석을 개발하여 저탄소사회의 실현에 공헌하는 것이다. ②는 영구자석의 연구개발은 아니고 장래적으로 현행의 모터부품을 대체할 가능성이 있는 차세대 모터를 실험하기 위하여 이트리움계 복합재료를 개발하는 것이다.

Ⅱ-4-2. 기타 해외의 기술개발 동향
현재의 Nd계 희토류자석의 생산은 주로 일본과 중국에서 이루어지고 있고 유럽과 미국의 생산량은 매우적다. 1990년대에는 일본의 생산량이 가장 많았고 중국은 유럽, 미국과 같은 수준이었다. 그 후 일본과 중국의 생산량은 증가하였지만 2006년에는 중국의 생산량이 일본의 생산량을 추월하였다. 자석의 특성면에서 보면 일본제품이 세계최고라고 알려져 있지만 제조비용, 자원산출 측면에서는 양적으로 중국제품이 세계 1위가 되었다. 또한, 최근에는 중국, 한국, 대만 등 아시아 국가들의 자석 연구활동이 점차 활발해지고 있다.
앞서 Ⅱ-2장에서 서술한 것처럼, 일본에서 생산하는 Nd계 희토류자석은 하드디스크 등의 정보기기용으로는 수요가 증가하고 있지만 소형,경량화의 영향으로 Nd계 희토류자석 생산량이 차지하는 비율을 감소하고 있고 에어컨용, 자동차용의 비율은 증가하고 있다. 한편, 현재의 생산량이 세계 1위인 중국은 2004년의 통계에 의하면 전기자동차, VCM, MRI용 등이 약 29%, 스피커, 자기분리제품의 응용품이 약 20% 정도 차지하고 있다. 차세대 자동차의 모터 등의 분야에는 아직 중국제품이 채용되지 않고, 고성능 자석이 필요한 용도에는 아직까지 주로 일본제품이 사용되고 있다.
미국에서는 1960년대에는 세계 1위였지만, 현재에는 자석산업이 거의 사장되었다. 미국에서의 Nd-Fe-B 소결자석의 생산은 2004년의 약 100톤이었던 것이 2005년 이후에는 거의 생산되고 있지 않다. 그러나 최근 군사용을 포함한 전자변환 디바이스를 중국과 일본에서의 공급에 전면적으로 의존하는 상황을 우려하는 의견이 나오고 있어 미국의 연구자 중에는 미국의 자석연구를 다시 한번 부활시키려는 움직임이 나타나고 있다. 예를 들면 2009년 1월 30일에는 델라웨이대학의 George C. Hadjipanaysis 교수를 중심으로 한 산학관에서 44명의 연구자가 모여서 미국에 있어서의 첨단자석재료연구의 부활을 목적으로한 “The future of high performance permanent magnets in the USA"라는 워크샵이 개최된 바 있다.
유럽에서는 유명한 자석제조회사가 있지만 Nd-Fe-B 소결자석의 생산량은 2007년에 약 800톤으로 이것은 일본 및 중국의 생산량보다 2 order 적다. 유럽시장에서는 중국제품 수입량이 증가하고 있지만 지속적 사회의 구성요소로 영구자석의 연구는 중요하다는 관점은 계속 유지되고 있고 유럽의 모터제조회사에서 일본의 자석연구자에의 접근은 활발하다.

Ⅱ-4-3. 국내 기술개발 동향
국내에서는 일찍이 1990년대 초반 엘지금속, 삼성전기, 대우중공업 등 대기업을 중심으로 희토류자석의 개발 및 사업화를 추진한 사례가 있으나 Nd계 희토류자석의 강력한 물질특허에 의해 판로를 개척하지 못하고 고전하다가 IMF 이후 대부분 업체가 생산을 포기하게 되었다. 단지 1990년대 후반 과학기술부 주관의 특정연구개발사업과 산업자원부의 공업기반기술사업 그리고 산업자원부 주관의 민군개발사업 등을 통해 학교 및 기업에서 소규모의  연구개발을 진행해 왔기 때문에 기술적인 면에서 중국보다는 다소 앞서 있으나, 일본, 유럽 등에 비해 뒤쳐져 있는 실정이다.
하지만, 2008년 이후 국내에서도 자성소재를 체계적으로 연구할 수 있는 소재원천과제가 구성되면서 국내에서도 점차 이 분야에 대한 많은 전문가들을 배출하고 있으며, 꾸준한 연구개발에 의해 자석의 성능측면에서도 많은 진보를 이루고 있다. 특히, 최근 Nd계 희토류자석의 물질특허 만료(2014년)가 다가옴에 따라 여러 대기업들의 희토류자석에 대한 관심도가 재집중 되면서 희토류자석 사업화에 대한 시도가 진행되고 있다. 수 년 이내에 국내에서도 희토류자석 생산에 대한 인프라가 구축될 것으로 예상된다.
희토류저감 부분의 국내 연구내용으로는 합금의 제조방법 개선, HDDR 및 Dy 확산공정을 접목시켜 입자를 미세화시키는 기술, 나노복합재료 개발 등에 대한 연구가 진행 중에 있다. 희토류대체 부문에서는 Mn-Al, Sm-Fe-N계 자석 등 Nd계 희토류를 사용하지 않은 합금에 대한 연구가 진행 중에 있고, Fe계 질화물 등 신물질에 대한 연구가 검토되고 있다. 또한, 최근 희토류 원료문제를 해결하고자 하는 정부의 강력한 의지에 의해 많은 연구가 동시에 수행될 것으로 예측되는 바 향후 일본의 기술과 대등한 수준의 자석이 제조될 수 있을 것으로 기대된다.

Ⅲ. 결론
미래에 도래하게 될 산업화 사회는 환경과 에너지가 가장 큰 이슈로 부각될 것이 명확하기 때문에 희토류자석 등과 같은 환경친화형 기능성소재기술의 확보가 매우 중요하다. 또한, 국가별 무역관계가 상호간에 경제적 가치를 나누며 부가가치를 창출해 가는 협력시대에서 자원 내지는 핵심보유 기술을 전략적으로 활용하는 무한경쟁시대로 변화되고 있음을 주의 깊게 관찰하여야 한다. 다시 설명하자면, 앞으로는 완성품의 국가경쟁력을 확보하기 위하여 자국이 보유하고 있는 핵심가치(자원, 핵심부품, 소재 등)를 무기화하기 위해 국가간 전략적 수급관계가 진행될 것으로 예상되기 때문에 우리나라와 같이 자원이 부족한 국가에서 원천기술 마저 보유하지 못하게 된다면 산업전반에 걸쳐 대외경쟁력 확보에 어려움을 겪을 수 밖에 없게 된다.
지금 미래의 새로운 가치를 창출하게 될 희토류자원 역시 새로운 이슈로 급부상 하고 있다. 앞서 Ⅱ-3장에서 언급한 바와 같이 희토류자원에 대한 고갈문제 해결하고, 미래의 첨단산업 발전의 토대가 되는 핵심 희토류소재를 안정적으로 공급하기 위해 국가차원에서 다각적인 대책수립이 요구된다. 즉, 정부 및 대기업 차원에서는 해외 희토류광산개발 및 전략물자 비축사업 등 자원에 대한 인프라 구축사업을 체계적으로 추진하고, 학계-연구계에서는 희토류 사용량 저감 및 대체품 개발에 의해 자원의 사용량을 최소화/다변화 하고 소재에 대한 기술경쟁력을 강화하는 것이 중요하다.
다행스러운 것은 희토류자석 부문에서 세계적으로 희토류 사용량 저감 및 대체품 개발이 아직 초기 단계라는 점이다. 해결해야할 많은 과제들이 도출된 만큼 국내 연구자들도 새로운 아이디어를 도전적으로 시도하는 집중적인 연구를 진행함으로서 향후 이 분야에서 세계기술을 선도하고 국가의 이익에 기여할 수 있는 결과가 얻어지길 기대한다.
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(5) Y. Luo, Magnews, Summer, 20 (2008)
(6) S. Hirosawa, Proc. 20th Int. Workshop on REPM and their Applications, 16 (2008)
(7) S. Sugimoto, 일본금속학회. 춘기대회, S3.1, 113 (2009)
(8) S. Hirosawa et. al, 일본일본금속학회 춘기대회 , S3.2, 113 (2009)
(9) M. Sagawa, Proc. 21th Int. Workshop on REPM and their Applications (2010)
(10) S. Sugimoto et. al, Proc. 21th Int. Workshop on REPM and their Applications, 16 (2008)
(11) 2010년도 희유금속세미나 자료집, 해외자원개발 협회 (2010)
(12) Y. Honkura, Proc. 18th International Workshop on HPMA and theirApplication, 559 (2004)
(13) Y. Honkura, Proc. 19th International Workshop on HPMA and their Application, 231 (2006)
(14) I. R. Harris, P. J. McGuiness, J. of the Less-Common Metals, 172, 1273 (1991)
(15) O. Gutfleisch, M. Verdier and I. R. Harris, J of Alloys and Compounds, 196 (1993)

유지훈
한양대학교 금속재료공학과 학사
한양대학교 금속재료공학과 석사
한양대학교 금속재료공학과 박사
스위스 로잔연방공대 Post Doc.
한국분말야금학회 총무간사
현재 재료연구소 분말기술연구그룹 그룹장

김동환
충남대학교 금속공학과 학사
충남대학교 금속공학과 석사
충남대학교 금속공학과 박사
Univ. of Delaware Post Doc.
자화전자 연구소 소재팀장
현재 재료연구소 분말기술연구그룹 선임연구원

이정구
성균관대학교 금속공학과 학사
오사카대학 재료공학과 석사
오사카대학 재료공학과 박사
오사카대학 특임조교수
현재 재료연구소 나노기능분말그룹 선임연구원

최철진
서울대학교 금속공학과 학사
한국과학기술원 재료공학과 석사
한국과학기술원 재료공학과 박사
현재 재료연구소 나노기능분말그룹 그룹장

<캡션>
그림 1. 영구자석의 개발 및 성능향상 발전과정
그림 2. 영구자석별 전세계 총생산량(Mil.$/year) 변화추이
그림 3. 일본의 Nd계 희토류자석 응용분야 변화 추이
그림 4. Nd계 희토류자석의 입도에 따른 보자력의 향상효과
그림 5. 희토류자석 입계면에 Dy 확산에 의한 보자력의 향상효과

공동기획 : 세라믹소재정보은행 . 세라믹코리아

<본 사이트에는 일부 내용이 생략되었습니다. 자세한 내용은 세라믹코리아 2011년 4월호를 참조바랍니다.>