일본의 융합세라믹스산업 현황과 전망

張炳國
物質ㆍ材料究機構(NIMS),　첨단고온재료유니트 수석연구원

1. 서론
일본의 첨단세라믹스산업 동향의 기술에 앞서, 화인세라믹기술의 원조격인 도자기 기술을 역사적인 사실에서, 잠시 훑어보기로 한다. 현재의 일본의 세라믹소재기술은 세계 탑 수준으로, 이러한 일본의 세라믹 기술의 원천은 우리선조들이 일본에 전수해준 것이었다고 말할 수 있다. 예를 들어, 일본 도자기의 대명사인 아리타산 도자기는, 임진왜란시에 조선 도공인 「이상평」이 일본 큐슈지방 아리타 마을에 정착하여, 이 지방의 양질의 요업원료를 이용하여 자기를 만들어, 한국의 우수한 도자기 기술을 전수해준 것에서 유래된 것이다.
일본국내의 화인 세라믹스의 시장은, 그림1과 같이, 매년 착실하게 성장하여, 2005년에는 마침내 2조엔 산업이 되었다. 1999년 일본의 거품경제 붕괴로 인한 경기침체에 의해2001년의 경우, 전자재료의 시장이 침체하였지만, 이것을 제외하면 매우 순조롭게 성장하고 있는 성장산업으로, 2007에는 2조 4,000억엔이 되었고, 앞으로도 그 성장세는 지속될 전망이다[1].
본문에서는 IT 융합을 비롯하여 에너지, 친환경, 바이오 융합을 중심으로, 일본의 융합세라믹스산업 현황과 전망에 대하여 아래와 같이 기술하고자 한다. 한편, 최근에 화두가 되고 있는 태양전지, 연료전지, MEMS, 나노분야와 관련된 세라믹스 산업현황은, 본격적인 상품생산보다는 연구개발이 경향이 짙어, 지면관계상 생략하기로 한다.

2. 화인세라믹의 주된 용도
먼저, 본론에 앞서 세라믹의 용도에 대해 간단히 서술하고자 한다. 화인 세라믹스는 여러 분야의 최첨단 부재, 최첨단의 제품의 재료에 사용되고 있다.
「기능성 화인 세라믹스」에서는 높은 기밀 봉지성이나 절연성을 가진 알루미나(Al2O3)가 IC팩키지에 사용되고 있다. 최근에는 IC(LSI)의 대규모화에 따라, 발열량이 많아지고, 방열성이 높은 IC팩키지의 요구가 점점 높아진 결과, 알루미나보다 열전도성이 뛰어난 질화알루미늄(AlN)이 사용되게 되었다. 투자율이 높은 페라이트는 하드 디스크 드라이브용 박막 자기 헤드에, 유전율이 높은 티탄산바륨(BaTiO3)은 세라믹 콘덴서에 이용되고 있다. 고온에서 고체 전해질이 되는 지르코니아(ZrO2)는 자동차용 산소 센서에 이용된다. 지르코니아 고체 전해질의 양측에서 산소 분압의 차이가 생기면 산소이온이 이동하여 기전력이 발생하는 것을 이용한 것이다.
「구조용 화인 세라믹스」는 고강도, 고강성, 내마모성 등의 기계적 특성을 이용하여 절삭공구나 베어링 등 내마품부품등에 사용되고 있다. 산업용 부품뿐만 아니라 생활용품으로, 지르코니아 세라믹 나이프는 금속 이온이 나오지 않기 때문에, 식품 재료의 변색이 없고, 칼날의 예리함이 오래 가고, 녹슬지 않는 등의 특징이 있다. 자동차 배기가스용 필터의 촉매 담체(그림2)로서는 고온과 급격한 온도 변화에 견딜 수 있는 코디에라이트(２MgO·２Al2O3·５SiO2)이나 탄화규소(SiC)가 사용되고, 배기가스와의 접촉 면적을 크게 하기 위하여, 하니컴 구조를 하고 있다[2]. 알루미나는 내약품성과 생체 적합성의 특징이 있어 인공 관절에도 사용되고 있다. 또, 생체조직의 대체가 아니고, 생체 조직의 수복에 세라믹스를 이용할 수도 있다. 뼈나 치아의 무기 성분은 아파타이트(Ca5(PO4) 3(OH)) 라는 물질이지만, 이것을 합성하여, 생체내에 이식함으로 골조직과 직접 결합시킬 수 있다.

그림3은 최근 3년간의 일본국내의 화인세라믹 부재의 생산액추이를 나타내었다. 전자기, 광학용부재가 66%로 압도적인 비율을 차지하고 있음을 알 수 있다[1].

3. 일본 메이커의 강점
그림4에 일본메이커의 시장점유율에 나타나 있듯이, 화인 세라믹스분야는 일본이 기술우수성에서 매우 강한 소재분야다. 특히, 세라믹 콘덴서, 압전필터, 자동차용 산소 센서 등, 고기능을 가지고 있는 세라믹분야에서는 오랜 세월의 기술개발이나 품질관리에 의해서 축적된 기술적 장벽이 높아서, 일본메이커가 세계 시장에서 압도적 시장 점유율을 차지하고 있다. 이에 비해서, 일반 산업 기계용의 세라믹스는 부가가치가 그다지 높지 않고, 높은 기술력을 반드시 필요로 하지 않기 때문에, 해외 메이커도 어느 정도의 시장점유율을 갖고 있다.
이와 같이, 높은 기술력과 품질을 토대로 고기능 제품에 강점을 발휘하기 때문에, 다른 나라의 추종을 용이하게 허락하지 않는 것이 일본 화인세세라믹 산업의 큰 강점이다[3].

4. IT 융합 전자 세라믹스
그림5에서와 같이, 일본의 전자 부품은, 국제적으로도 경쟁력이 높고, 시장 점유율도 높다. 이것을 뒷받침해 주고 있는 것이 바로 세라믹스소재 기술이다[4]. 현재, 일본의 전자 부품의 세계 시장 점유율은 해외 생산분을 포함하여 43%, 국내생산분 만으로는16%이다. 2000년에 불어닥친 거품경제붕괴의 영향으로 전자 부품 등의 산업은 해외로 상당히 공장이전을 단행하였다. 반도체나 액정은 장치산업이며, 대량생산에 의해 제품을 만들기 때문에 막대한 설비 투자를 필요로 한다. 따라서, 시장 점유율을 크게 할수록 이익이 많이 창출되는 산업구조이므로, 투자의 타이밍과 결단이 굉장히 중요하고 그다지 요소 기술은 덜 중요하다. 따라서 타이밍 승부라고 말할 수 있다.
표1에 일본국내의 전자부품세라믹의 시장규모를 나타내었다[5].
소재형 전자 부품의 경우, 현재, 성장 산업이 되고 있는 아이템이 세라믹 콘덴서와 팩키지, 그리고 디젤용 휠터인 DPF(Diesel Particulate Filter)이며, 이러한 부품의 코어 기술이 되는 것이 바로 화인세라믹스이다. 예를 들면, 세라믹 콘덴서는 일본계 기업의 세계시장 점유율이 7할 정도로, 해외 기업들의 시장점유율은 겨우3할 밖에 지나지 않는다.
일본에서 2000년에 거품경제가 붕괴한 틈을 타서, 해외의 기업들이 시장잠식을 많이 해 와서, 일본계 기업의 주가도 일시적으로 떨어졌지만, 결국, 해외의 기업들이 생각만큼 시장잠식을 하지 못했다. 그 주된 이유로서, 일본국내의 시장장벽이 높고, 또한 제품제조에 대한 풍부한 기술노하우를 일본기업들이 보유하였기 때문이다. 표 2에 기술및 시장경쟁력을 갖춘 일본 전자부품기업의 예를 나타내었다.
그림6에서와 같이, 세라믹 콘덴서는 층의 두께가 얇을수록, 대용량으로 할 수 있기 때문에, 이 두께를 얼마나 얇게 할 수 있는 지가 중요하다[6]. 즉, 티탄산바륨의 층을 매우 얇게 하지 않으면 안 되지만, 그러기 위해서는 세라믹스의 입자경을 작게 하는 것이 코어 기술이다. 해외 메이커는 이 핵심기술을 확보하지 못하여, 오직 일본계 회사만이 할 수 있다. 이것이 강점이 되어 기술장벽이 되고 있으며, 이것이 일본 메이커와 해외 메이커의 기술 차이인 것이다.
현재의 세라믹 콘덴서는, 매년 수량이 20% 비율로 성장하고 있다. 휴대 전화나 박형의 액정 TV, 컴퓨터 등에 사용되고 있으며, 성장은 매년 10% 정도이다. 그러면, 왜 20%나 성장하고 있는 것인가? 이것은, 우선 제품의 고기능화를 들 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터의 경우, 메인보드를 구입하여 MPU를 꽂으면 열이 곧바로 나온다. 이 열의 방출을 위한 전원제어가 중요하게 되어, 전원 회로의 규모가 커져, 콘덴서가 자꾸자꾸 증가한다.
세라믹 팩키지도, 거의 일본계 기업이 독점하고 있으며(그림7), 교세라와 일본 특수도업(NTK)등이 주된 기업이다[7]. 1990년대, 인텔이 세라믹 팩키지를 채용하고 나서 단번에 이 산업이 커지게 되었다.
그런데 1990년대 중반, 인텔이 이 세라믹스를 플라스틱으로 대체한다고 발표하였다. 그 결과, 현재, 일본 특수도업은 플라스틱 팩키지의 분야를 많이 확장하고 있다. 이러한 기술흐름 속에서도 매우 안정적인 수요가 있고, 고신뢰성을 필요로 하는 네트워크 기기나 웹 서버 등의 고성능 장치용 반도체 팁에 세라믹팩키지가 사용되어 다시 성장하고 있는 산업이라고 말할 수 있다.
또한, SiC단결정이 반도체 및 전자재료 관련분야로의 사용에 급증하고 있는데, 2009년의SiC 단결정의 세계시장 규모는 47억 2500만엔이다[3]. SiC단결정의 주된 수요분야는 LED, 파워디바이스, 고주파 디바이스 등이다. 각각의 수요구성비는LED가 43%,파워디바이스가 43%, 고주파 디바이스가 14%이다 (2008년도 기준).
LED용은 차량탑재용으로 일정의 수요가 있지만, 장래적으로 감소경향이 예상된다. 한편, 파워디바이스는 쇼트키바리어 다이오이드용으로 뿐만 아니라, MOSFET등으로의 양산화가 활발하다. 고주파 디바이스에서는, GaNonSiC에 의한 HFET가 주된 용도이지만, 이동체 통신분야에서의 기존의 디바이스와 경쟁이 치열해지고 있다.
2010년 이후의 SiC시장의 경우, 트랜지스터를 중심으로 시장이 점점 증가될 전망이다.
특히, 2012년 이후에는 6인치의 SiC 제품이 상품화되어, 대형액정 TV의 백 라이트용과 에어콘, 냉장고등의 가전제품, 컴퓨터와 서버 등 정보기기에 MOSFET와 IGBT등에 SiC 트랜지스터의 양산화가 본격적으로 이루어질 전망이다. 표3에 SiC의 세계시장 규모를 나타내었다.

5. 에너지 융합 세라믹스
먼저 압전발전을 고려해보자. 진동발전에는 티탄산지르코늄산염(PZT)와 티탄산바륨, 티탄산 납등의 압전세라믹스를 사용한 압전발전방식외에, 전자유도방식과 정전유도방식등 여러 가지 방법이 있다. 이 중에서 최근에는 압전소자를 이용한 압전발전의 상용화가 가속되고 있는 추세이다. 걸어가면 발전하는 상발전 방식의 사업화가 일부 시작되었고, 1, 2년 후에는 압전발전장치를 내장한 리모콘식 단말방식이 상품화될 전망이다. 이것을 계기로 압전발전 관련시장이 본격적으로 추진될 전망이다. 현재 압전발전에 의한 상품화 경향은 상발전과 리모콘 단말방식외에 발광용기, 발광 낚시대, 발광 지팡이, 임팩트 밧데리 등이 있지만, 현재로는 시장규모가 작다.
전지불필요의 리모콘식 방식처럼 압전발전의 특징을 잘 이용한 제품은 가격경쟁력이 있고, 친환경성도 높다. 따라서, 압전발전은 아직은 시장규모가 작지만, 향후 시장규모가 급속히 늘어날 잠재성을 갖고 있다[3]. 표4에 일본의 압전발전 시장규모를 나타내었다.
특히, 에너지 재료로 최근에 각광을 받고 있는 것이 리튬 이온 2차 전지이다.
1990년대 초에 실용화된 리튬 이온 2차 전지는, 종래의 납전지나 니카드 전지와 비교해서 작고 가볍다는 특징이 있어, 휴대 전화로 대표되는 모바일 기기의 소형 경량화, 고기능화에 공헌하여, 그 시장은 3000억엔 이상으로 급성장하였다.
또, 하이브리드 차(HEV)의 전원으로서, 현재 채용되고 있는 니켈수소전지도 2010년 이후에는 파워용으로 재설계된 리튬 이온 2차 전지(그림8) 로 바뀌는 추세이고, 동력 용도로서의 리튬 이온 2차 전지의 시장이 급속히 확대되고 있는 전망이다[6].
무라타 제작소에서는 「에너지 분야」에서 「파워용 리튬 이온 2차 전지 사업」으로의 시장잠입을 진행시켜 왔다. 고성능이면서 저가의 파워용 리튬 이온 2차 전지를 안정되게 공급하기 위하여, 에낙스(주) 및 다이켄 화학공업 (주)와3사가 포괄적 업무 제휴를 맺어, 사업화의 조기 실현을 목표로 하고 있다 (그림9). 무라타 제작소는, 파워 용도에 적절한 박형의 리튬 이온 2차 전지(라미네이트·시트·배터리)의 상품화에 박차를 가하고 있다.
리튬 이온 2차 전지는, 양극에서 생성된 리튬 이온이, 카본이나 리튬계의 합금인 음극성물질의 결정의 사이에 비집고 들어감으로 충전되어 전기를 축적한다(축전). 반대로, 방전때는 음극으로부터의 리튬 이온이, 양극물질의 결정의 사이에 들어간다.
파워용 리튬 이온 2차 전지의 양극에 이용되는 양극물질에, 급속히 충전/방전 시키는(입출력 밀도를 높인다) 능력을 갖게 하려면, 전극물질의 전자 전도성·이온 전도성을 향상시켜 전자나 이온을 빠르게 이동시키는 방법과 전도·확산 거리를 짧게 하여, 전자나 이온이 움직이는 거리를 짧게 하는 방법을 생각할 수 있다. 무라타 제작소에서는, 주로 후자의 방법을 이용하여, 충전/방전 특성의 개선과 고출력을 실현하는 전극의 제작 방법을 확립하였다. 즉, 전극물질의 입경을 종래의 수미크론 오더로부터 나노 오더까지 미세화하여, 리튬 이온의 확산 거리와 전자의 전도 거리를 짧게 함으로 이온의 확산 시간을 2자리수 정도 단축시켰다(그림10). 아울러, 입경이 미세한 양극물질(망간산리튬)을 합성하기 위해서 「분무 열분해법」을 적용하였다.
리튬 이온 배터리의 양극재료는 세라믹스를 원료로 하고 있어, 그 성능 향상을 위해서는, 조성 제어, 입자 형상, 입경 제어 등이 중요한데, 무라타 제작소가 오랜 세월 동안 축척해 온 재료 기술이 잘 이용되고 있다. 또 무라타 제작소의 주력 제품인 적층 세라믹 콘덴서에 필요한 균일도포 기술은, 2차전지의 품질 향상에도 이용되고 있다. 또한 2차전지의 내부 구조는, 적층 세라믹 콘덴서나 고주파용 세라믹 다층 디바이스와 같이 적층 구조를 하고 있기 때문에, 고속으로 전극을 적층하는 생산기술을 활용할 수 있다(그림11). 이와 같이, 무라타 제작소가 보유한 콘덴서의 소형 대용량화나 고주파 특성의 개선을 위한 키 테크놀로지인 재료 기술과 적층 기술이, 파워용 리튬 이온 2차 전지에서는, 고출력이나 급속 충전 특성과 안전성을 확보하기 위한 키 테크놀로지가 되고 있다.
이런 파워용 리튬 이온 2차 전지가, 하이브리드차 전용으로서 보급된다면, 배터리의 소형화나 연비의 향상으로 연결되어 환경 문제에 대한 하나의 해결책이 될 수 있다.
게다가 노트 PC나 휴대 전화 등 휴대 정보 기기는, 기능의 확장에 따라 소비 전력이 증가하는 한편, 더욱 더 고출력·대용량을 지닌 전지를 필요로 하고 있다. 무라타 제작소에서 개발한 파워용 리튬 이온 2차 전지를, 모바일 PC나 휴대 전화에 탑재하면, 배터리가 다 방전되었을 때, 단시간에 재충전이 가능해져, 배터리 방전을 신경쓰는 일 없이, 유비쿼터스 네트워크를 구사하는 것이 가능해진다.
이와 같이, 리튬 이온 2차 전지의 경량 소형화·대용량화가 진행되고 있고, 게다가 배터리 방전의 걱정이 없어지면, 「전원」을 의식하지 않는 완전히 새로운 전자·전동기기가 가능해져, 새로운 생활환경이 형성된다. 하나의 전자 부품·재료가 개발됨으로, 세상을 변화시켜, 생활환경을 대폭 개선시키기도 한다. 엘렉트로닉스의 혁신은 이러한 파워를 갖고 있다.
지금까지도 무라타 제작소의 콘덴서나 필터, 센서 등의 소형 전자 부품은, 새로운 기기를 실현하여, 인간생활을 편리하게 하는데 기여하였고, 새롭게 개발된 파워용 리튬 이온 2차 전지도 그 잠재력을 갖고 있다.

6. 친환경 융합 세라믹스
2009년 4월부터 교토 의정서가 적용되어 2010년부터 ±2년에는 1990년과 비교해 CO2의 배출량을6% 정도 줄이지 않으면 안 된다. 일본 특수도업(NTK)은 이러한 움직임에 발빠르게 대응해 나가려 하고 있다. 일본 특수도업에는 3개의 사업 본부가 있어, 각각 ①플러그, 센서 관계의 「자동차 관련 사업」, ②반도체 부품, 전자 부품의 「정보 통신 관련 사업」, ③기계 공구, 응용 세라믹스 관련의 「세라믹스관련 사업」의 3개의 사업 영역으로 구분되고 있다. 「자동차 관련 세라믹 부품」에서는, 알루미나가 절연성의 특성을 살려 플러그의 절연체에, 질화규소(Si3N4)가 내열 충격성도 있고 절연성도 높아 세라믹글로우 플러그에 사용되고 있다. 그리고, ZrO2를 센서용 고체전해질의 소자로 사용하고 있다. 배기온도센서에는 크롬산이트륨을, 노크 센서는 티탄산 지르콘산납을 사용하고 있다.
「정보 통신 관련」에서는, IC팩키지 용도로서 알루미나나 유리 기판을 다층으로 하거나 세밀한 회로를 집적시킨 제품이 많이 있다. 전자 부품에서는, 티탄산바륨계를 포함하여, 유전체의 공진기 혹은 필터 관계의 제품이 있고, 이것들은 모바일 PC나 휴대 전화 등에 사용되고 있다.
한편, 내연기관인 디젤엔진은 희박연소 및 고압축 자기착화 엔진임으로, 열효율이 좋고 연비가 가솔린엔진에 비하여 30%정도 우수하다. 반면 확산연소방식임으로 PM(Particulate Matter; 입자상 물질)과 NOx의 배출이 있다는 단점이 있다. 또한, 산소과잉 분위기하에서 NOx를 환원시키는 것은 곤란하다. 특히, 2010년에는PM의 배출 레벨은 5mg/km 이하로 규제되고 있고, 이것은 가솔린차의 레벨과 동등한 수준이다[8].
그림12의 SiC소재의 DPF(Diesel Particulate Filter) 를 나타내었는데[9], 표5에서와 같이, 주로 이비덴사가 세계시장을 장악하고 있다. 디젤 엔진 배기가스 흑연 입자 제거용 필터(DPF)는, SiC 다공체의 화학 안정성, 내열 충격성과 전기 전도성을 이용한 것으로, 재결정법 소결에 의하여 제조한다. 이러한 재결정 SiC는 10∼수십미크론오더의 SiC조립의 성형체를 그대로 2000℃이상의 고온에서 가열시키면, 소결, 입성장, 재결정화에 의해 소결수축이 없고, 그림 13[10]처럼 연속 기공구조를 가진 SiC다공질 재료가 생긴다.
이러한 SiC소재의 DPF는 환경 규제에 의해 디젤 자동차의 유해 입자 제거의 용도로 수요가 확대되고 있다. 다공성의 SiC소재의 DPF의 채용에 의해 종래의 디젤차의 결점이었던 PM을 포집하여 청결한 배가스 배출이 가능하여, 지구환경정화의 요인이 되는 CO2배출량이 적기 때문에, 유럽에서는DPF 수요가 증가추세이다.
디젤 자동차는, 일본에서는, 배기가스가 오염되고, 그다지 환경에 좋지 않다고 하는 안 좋은 이미지가 있지만, 유럽에서는 친환경에 매우 좋은 차라고 여겨지고 있다. 그 이유는 연비가 좋기 때문이다. 연비가 좋다고 하는 것은 CO2의 발생량이 적다는 것이다. 그리고, 필터로 배기가스 중에 주로 NOx, PM(검정 분진)의 2가지를 동시에 제거하면, 연소 효율이 좋을 뿐만 아니라, 친환경에 우수한차라고 볼 수 있다는 것이다.
표 6에서와 같이, 유럽은 디젤차가 연간 700만대정도의 큰 시장임으로, 유럽이 중요한 고객이 되고 있다. 2년 전부터 유로파이브 규제가 유럽에서 시행되어, 유럽에서의 디젤차는 DPF를 붙이지 않으면 달릴 수 없게 되었다. 따라서 SiC소재의 DPF가 점점 시장이 확대될 전망이다. 향후, 북미나 일본에서도 연소 효율이 꽤 중요시 되어 디젤 자동차의 시장이 확대될 수 있다고 전망된다.

7. 바이오융합 세라믹스
바이오세라믹스는 크게 생체관련 세라믹스와 생화학 관련 세라믹스로 구분된다. 생체관련 세라믹스는 고분자나 금속에는 없는 우수한 생체 친화성을 가진 인공뼈나 치과재료 등의 경조직 대체용 기능재료와 인공혈관, 인공기관 등의 연조직 대체재료를 의미하며, 생화학관련 세라믹스에는 바이오리액터용 다공질 세라믹스가 대표적이다.
그림 14에 바이오 세라믹의 적용예[11]를 나타내었는데, 인공뼈는 상대밀도 99% 이상의 치밀질체와 수μm∼수백μm의 기공을 갖는 다공체로 분류되는데, 다공체는 기공율 10%정도의 저기공율 다공체와 30%∼60%의 중기공율 다공체외에, 기공율 80%이상을 넘는 초 고기공율 다공체가 실용화 되고 있다[12].
일본국내에서 판매되고 있는 세라믹스계 인공뼈는 정형외과, 뇌외과를 비롯하여 흉부외과, 이비인후과에서 주로 사용되고 있다. 세라믹스계 인공뼈는 비 치환형의 HAP, 흡수용(뼈에 치환된다, β-TCP), 경화형(경화하여HAP가 된다, α-TCP)이 있다. 2009년 인공뼈의 시장규모는 표7처럼, 2009년을 기준으로 75억 38백만엔이고, 그 중에서 정형외과 분야만의 판매실적이 49억 55백만엔이다. 2010년도의 인공뼈의 시장규모는 80억 62백만엔으로 추정되어, 표7처럼 흡수치환형 세라믹스의 시장규모가 확대되고 있는 실정이다.
작년 인공뼈시장은 일본국내를 중심으로 계속해 완만한 성장을 보였다. 또, 바이오 의약품의 정제 공정에 사용되는 충전제 시장도 글로벌 규모로 안정되게 신장했다. 바이오 세라믹분야에서 톱 쉐어를 자랑하는 호야(Hoya)사에서는 이 분야에서 50%의 시장점율을 점유하고 있다[13]. 이 회사의 아파타이트 제품인 「아파세람」은, 뼈의 결손 부분을 보충하는 성형 인공뼈로서 주로 정형외과, 뇌외과, 치과 분야에서 사용되고 있다. 인공 골제품은 「아파세람」과 같은 고형 타입과 페이스트상의 것으로 크게 나누는데, 후자의 페이스트상 인공뼈 「바이오펙스 R」가 호조를 보였다. 특히 2009년에는, 뇌외과 전용으로, 경화 속도를 높인 신제품 「바이오펙스·퀵 타입」의 발매를 시작하였다. 아파타이트 재질의 충전제는, 일본 국내외의 많은 대기업 의약품 메이커에 채용되고 있는데, 시장 수요가 점점 확대될 전망이다.
인공뼈를 산업이라는 관점에서 보면, 일반 공업제품에 비하여 시장규모는 작다. 하지만, 고령화 사회의 추세에 따라, 인공뼈를 비롯하여 바이오 세라미스 분야의 수요는 증가될 전망임으로 생체와의 적합성과 임상실험을 안전하게 클리어 할 경우, 바이오세라믹의 수요는 앞으로 매우 밝다고 말할 수 있다.

8．향후 전망과 맺는말
상기의 내용을 정리하면, 세라믹 소재의 세계시장 중에 있어서 일본계 기업의 시장 점유율은, 단연 탑수준이고, 특히, 전자 부품에 있어서의 일본계 기업의 시장 점유율은 독보적이다. 이는 원천소재기술을 갖고 있는 회사가 좀처럼 도산하지 않고, 시장침입 장벽을 매우 높게 유지하고 있기 때문이다. 또한, 경영실적도 매우 좋은 편이고, 전자 산업 중에서 비교적 세라믹관련 부품회사가 풍부한 자금력도 가지고 있어 연구개발에 투자하는 R&D비용도 넉넉한 편이다.
대표적인 세라믹 부품소재기업으로, 무라타 제작소는 세라믹 팩키지의 톱메이커이며, 교세라는 알루미나로 SAW(Sur- face Acoustic Wave; 표면 탄성파) 필터의 팩키지를 만들고, 이비덴은 탄화규소(SiC)를 사용하여 DPF를 만들고 있다. 이러한 회사의 특징은 고유의 소재기술을 보유하고 있다는 것이다. 중요한 것은 부품제조에 대한 확실한 기술레시피를 가지고 있고, 거기에 노하우가 꽉 차 있다는 것이다. 예를 들어, 무라타 제작소의 선대의 사장은 대학을 졸업하지 않았지만, 옛부터 가마로 산화티탄(TiO2)를 만들고 있었다. 우연히 교토 대학의 어느 교수와 이야기를 할 수 있는 기회가 있었다. 대화중에, 이것은 대단한 유전율을 가지는 재료로, 장래에 전자 산업에 도움이 될 것이라는 말 한마디에, BaTiO3계를 개발하였는데, 이것은 유전율이 높고, 성능이 좋은 튜너를 만들 수 있었기에 이 덕분에 회사가 커지게 되었다. 이비덴의 DPF상품화도 마찬가지이다. SiC소재에 대해 오래 동안 연구 개발을 해오고 있었던 차에, DPF라고 하는 산업이 나타나, SiC소재가 기존의 코디에라이트보다 내열성능이 우수하여 빅 힛트를 치게 되었다.
정말로 세라믹 소재의 힘은 무궁무진하며, 전 산업분야에 대해 무한의 가능성을 가지고 있다고 말할 수 있다. 따라서 한국의 국내 세라믹 분야에 종사하는 연구자, 기술자, 전문가가 다양한 세라믹 소재개발에 도전하여, 각각 소재의 제특성을 살린 수요분야(소재를 필요로 하는 유저)를 찾으면 향후, 더 큰 산업이 되어갈 수 있다고 전망한다. 「로마는 하루아침에 이루어지지 않았다」라는 속담이 있듯이, 일본의 세라믹 메이커가 세계최고의 기술력과 시장경쟁력을 가진 것은 결코 하루아침에 이루어진 것이 아니고, 수많은 기업, 연구소, 대학에서 오랜 세월동안, 오직 한 우물만 파는 장인정신에 의해 세계최고수준의 세라믹 소재를 개발하였고, 다음세대가 특성을 향상시키고, 그 다음세대가 상품화의 꽃을 피웠다고 필자는 생각한다. 이것이 일본기업이 세계에 자랑하는 「모노쯔꾸리(소재제조기술)」에 대한 자부심이며, 부품소재의 기술강국을 이끄는 힘인 것이다.
최근 한국에서도 부품소재의 중요성, 그 중에서도 세라믹 소재의 중요성을 인식하여, WPM 10대 핵심소재기술의 국가 프로젝트, 각 지방의 과학 산업단지에 세라믹 관련 벤쳐기업의 육성과 지원, 세라믹 신성장포럼 등 국내적으로 세라믹 조성붐이 일고 있는데, 이는 부품소재의 선진국으로 가는 매우 바람직한 현상이라고 생각한다. 세라믹소재개발 및 응용분야에서 30년 가까이 기업 및 국립연구소에서 R&D활동에 의해 얻은 경험을 토대로, 필자의 제언을 언급하면 다음과 같다. 국내의 세라믹산업의 지속적인 성장을 위하여, ①아무도 흉내 낼 수 없는 only one의 소재 제조기술(프로세싱 기술), ②　유저가 사 줄 수 있는 코스트, ③ end user와 긴밀한 협력/상생 관계 및 기술영업능력의 배양 ④시장수요(신규시장 개척)을 염두에 두어야만 한다, 필라델피아의 로댕 미술관 정문입구에 세워져 있는 「로댕의 생각하는 사람의 조각상」처럼, 세라믹 신기술 및 신상품개발에 대해 끊임없이 생각하고, 고민하고, 시행착오가 있다 할지라도 결코 좌절하거나 서두르지 않고 우직할 정도로 도전하고 또 도전하면, 성공과 성취욕이라는 열매는 어느새 내 곁에 그림자처럼 다가오리라 필자는 믿는다.
네덜란드의 화가인 「빈세트 반고흐」가 일본의 「우끼요에(17세기에서 20세기에 걸친 일본 풍속화의 목판화)」에서 보고 베끼고 습작하여 고호만의 강렬한 색채를 만들어 불멸의 화가가 되었듯이, 세라믹 부품소재 관련 일본기업의 선진기술흐름과 장점, 경쟁력이 우수한 제품에서 취할 수 있는 것은 취하여, 내 것으로 만들어 가는 것도 지혜의 한부분이 아닌가 생각한다.
부족한 내용이지만 본 특집기사가 국내세라믹 관련 종사자들에게 조금이라도 도움이 되기를 바라며, 재외과학자의 한사람으로 향후 한국의 세라믹소재산업의 무궁한 발전과 성장을 기원하며 끝을 맺는다.

참고문헌
[1] 일본 화인세라믹협회 보고서, 2010.
[2] 山田　直仁, 세라믹스, 42(2007)680.
[3] 야노경제보고서, 세라믹 산업계의 동향 보고서, 2009.
[4] 전자정보기술산업협회 보고서, 2009.
[5] 종합기연주식회사, 화인세라믹제품의 현상과 장래성, 2008.
[6] 무라타 제작소 홈페이지, http://www.murata.co.jp/
[7] 미쯔이UFJ증권 보고서, 2009.
[8] 오규 다쯔다께, 제 41회 엔지니어링 세라믹스 세미나, 일본 세라믹스 협회 (2009) 7.
[9] 이비덴 홈페이지, http://www.ibiden.co.jp/
[10] B.K.Jang and Y. Sakka, Journal of Alloys and Compounds, 463 (2008) 493.
[11] 교세라홈페이지, http://www.kyocera.co.jp/
[12] T. Nakajima, Materials Integration, 22 (2009) 20.
[13] 호야 홈페이지, http://www.hoya.co.jp/japanese/

공동기획:

장병국
연세대학교 요업공학 학사, 석사
동경대학 공학박사
현재 일본 독립행정법인 물질ㆍ재료 연구기구 첨단고온재료유니트, 수석연구원
전문：내열 세라믹스, 구조 세라믹스, 세라믹코팅, 나노재료

<본 사이트는 일부 내용이 생략되었습니다. 자세한 내용은 세라믹코리아 2011년 6월호를 참조바랍니다.>