국내 희토 신소재산업 자립을 위한 생태계 조성 및 기술 개발 동향 (2)

희토자석의 최신 제조기술 및 산업 동향

차 희 령 _ 한국기계연구원 부설 재료연구소 기술기원

백 연 경 _ 한국기계연구원 부설 재료연구소 선임연구원

이 정 구 _ 한국기계연구원 부설 재료연구소 책임연구원

1. 서 론

최근 노동인구감소, 지구온난화, 미세먼지등과 같은 사회문제해결을 위해서 산업기반이 빠르게 자동화, 친환경, 고효율화로 변화되고 있다. 예를 들어, 자동 차 산업은 기존 엔진구동에서 하이브리드/전기자동 차와 같은 전력구동기반으로 빠르게 변화하고 있다. 로봇 산업의 경우, 기존 산업용 로봇은 물론 최근에 는 협업로봇, 헬스케어로봇 등 가정용으로 그 시장 이 확대되고 있다. 이러한 산업패러다임 변화에서 모터가 핵심 부품이며, 모터의 성능과 효율을 결정 하는 핵심소재가 바로 영구자석이다.

영구자석은 20세기 초기부터 개발되어 왔지만, 1983년 일본 Sagawa 박사에 의해 발명된 Nd-Fe-B 계 희토자석이 현재까지 개발된 영구자석 중에 가 장 높은 자기특성을 나타내고 있으며 고효율, 고성 능이 요구되는 부품에 필수적으로 사용되고 있다. 한편, 자동차 구동모터에 사용되는 자석은 사용온 도가 약 200℃까지 상승하기 때문에 영구자석의 고 내열성(고보자력)이 요구되고, 이러한 고온특성을 만족시키기 위하여 Tb, Dy 같은 중희토류를 첨가하여 왔다. 하지만, 2011년 센카쿠열도(중국명 댜오위 다오) 분쟁으로 야기된 희토류 파동으로 특히 중희 토류 금속 가격이 급등하여 일본은 물론 한국도 관 련 산업에서 큰 피해를 입었다. 그 이후 희토류 자석 의 내열성 향상을 위해 첨가되는 Tb, Dy와 같은 중 희토류 원소를 저감 또는 배제하는 연구가 활발히 진행되어 지금은 중희토류 완전 배제 Nd-Fe-B계 희 토자석이 전기자동차 구동모터에 적용가능하게 되 었다. 하지만, 최근 전기자동차 시장이 크게 확대됨 에 따라 Nd-Fe-B계 희토자석의 수요가 급격히 증 가하여 향후 2025년에는 희토자석에서 약 30% 사 용되는 Nd의 수요가 공급을 초과할 것으로 예상되 며, 최근 미-중 무역마찰로 Nd의 가격상승이 우려되 고 있다. 따라서, Nd-Fe-B계 희토자석에서 Nd를 저 감/대체하는 기술과 궁극적으로는 희토류를 완전 히 대체하는 영구자석개발이 필요하다.

이 글에서는 산업적으로 개발이 시급히 요구되는 Nd-Fe-B계 희토자석에서 Nd를 저감/대체하는 기 술에 대해서 소개하고자 한다.

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