Special 디지털 뉴딜과 광전자 세라믹 소재(1)

영구자석재료의 최신 연구 및 기술개발 동향

최철진_한국재료연구원 책임연구원
박지훈_한국재료연구원 선임연구원
임정태_한국재료연구원 Post-doc 연구원

1. 서 론
 
영구자석 자성소재는 전기적 에너지와 기계적 에너지를 상호 변환시키는데 산업적으로 응용할 수 있는 유일한 소재이며, 고효율 모터, Generator 등에 광범위하게 활용되고 있다. 영구자석 소재는 반도체 소재와 함께 거의 모든 산업분야의 전자기부품(자동차의 구동모터, NC용 서보 모터, VTR 및 캠코더의 헤드드럼 모터, 컴퓨터의 CD-ROM, HDD용 드라이버, 스피커 등)에 필수적으로 사용될 뿐만 아니라 최종 제품의 경쟁력(성능, 품질, 신뢰도, 가격)을 결정하는 핵심기반소재이다. 나아가 미래형 자동차, 지능형 로봇, 정밀의료기기, 지능형 정보가전 등 차세대 성장 동력 산업에서도 자성소재와 그 응용부품이 더욱 중요한 위치를 차지하게 되면서, 그 수요가 급격히 증가할 것으로 예상된다.
  최근 영구자성소재의 수요는 매년 큰 폭으로 증가하고 있으며, 현재 영구자석은 전 세계적으로 연간 90만 톤 이상이 사용되고 있으며 모터 등의 경량화 및 고효율화 추세에 따라, 연간 11% 이상의 고속성장이 지속되어 2020년에는 국내시장 3조 원, 세계시장 40조 원 규모의 거대시장이 예상되고 있다[1].
  특히 최근의 환경친화형 자동차인 하이브리드 자동차가 일본의 도요타 자동차를 중심으로 상용화됨과 함께 전기자동차의 상용화도 예고되면서 고특성 영구자석소재에 대한 수요가 급증하고 있으며, 국내에서도 이와 같은 미래형 자동차에 대한 연구개발이 지속적으로 진행되고 있다. 이들 환경친화형 자동차는 고특성 영구자석소재의 미래시장을 주도하게 될 것으로 예측되고 있다.

그림 . 영구자석의 개발단계

  그림 1은 영구자석의 개발단계를 보여주고 있다. 1916년 KS steel이 개발된 이후에, ferrite 및 Alnico 자석을 포함한 10종 이상의 영구자석이 개발되었고, 1960년대 희토류계 영구자석의 출현으로 영구자석의 성능은 매우 빠르게 발전되었다. 현재 주로 사용되고 있는 영구자석은 페라이트와 Nd-Fe-B계 영구자석이 사용된다. 페라이트 영구자석은 자성 특성이 낮으나 가격이 매우 저렴하고, Nd계 영구자석은 자기적 특성이 높지만 가격이 비싼 특성이 있다. 최근의 연구개발 방향은 2011년의 전 세계적 희토류 분쟁으로, Nd계 자성의 온도 특성을 향상시키기 위해 첨가하는 중희토류(Dy, Tb 등)를 줄이는 기술개발과 희토류 원소를 전혀 사용하지 않는 새로운 금속계 영구자석을 개발하려는 연구가 추진중에 있다.
  따라서 본고에서는 국내 산학연 연구활성화를 위해 Nd계 영구자석의 최근 연구동향 및 희토류가 전혀 포함되지 않은 새로운 금속계 영구자석개발에 대한 최신 기술개발동향을 소개하고자 한다.

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<본 사이트에는 일부 내용이 생략되었습니다. 자세한 내용은 세라믹코리아 2021년 1월호를 참조바랍니다. 정기구독하시면 지난호보기에서 PDF를 다운로드 하실 수 있습니다.>