Special(1) 기능성 세라믹 소재혁신 R&D 전문인력 양성사업 현황

산업기반 세라믹으로서의 내화물 산업 현황 및 내화물 소재 R&D 전문인력양성사업 현황

이순일_창원대학교 신소재공학부 교수

1. 서론

우리는 일반적으로 최종 제품을 보고 그 제품이 얼마나 중요한 가치가 있는지에 대해 평가를 하게 된다. 그 제품이 어떻게 만들어지는지에 대한 것은 해당 제품의 전문가가 아니면 알기가 어렵다. 하지만 그 제품들이 어떻게 만들어지는지 한 번쯤 생각해 보면 그 제품에 대한 가치가 달리 보일 수 있을 것이다.
  모든 제품은 제각각의 소재를 이용하여 만들어지는데 그 소재 자체를 만들기 위해서는 열역학적인 공정이 필수적이다. 원료 소재뿐만 아니라 제품을 만드는데 있어서도 열을 가하지 않고는 만들어지기 어렵다. 즉, 열을 가해야 대부분의 물건이 만들어지게 된다. 이는 새로운 물건을 만든다는 것이 자연에 역행하는 일이기도 하기 때문이다. 열을 가하여 화학적인 반응을 유도하기도 하고 녹여서 새로운 형상이나 조성을 가지는 물건으로 만들어지게 된다. 이렇게 열이 가해지는 제조공정에서 열에 견딜 수 있는 그릇이나 용기도 필요하고 열을 제어하고 가둘 수 있는 재료들이 필요한데, 이것을 가능하게 하는 재료가 내화재료이다.

2. 내화물이란?

 2-1. 내화물의 정의
내화물(Refractory products 또는 Refractories)은 일반적으로 1000도 이상의 고온에서도 연화되지 않고 그 형상과 강도를 충분히 유지하면서 화학적 반응에도 견딜 수 있는 재료를 말하며 고온 열처리를 하는 모든 공업에 필수적으로 사용되는 세라믹스(Ceramics)를 말한다. 따라서 내화물은 가열과 냉각이 반복되는 급속한 온도변화에도 견딜 수 있는 충분한 기계적 강도와 열적인 저항특성을 가지며, 용융금속, 유리, 슬래그(Slag), 고온 Gas 등에 대한 침식과 마모 저항성을 갖고 있다.
  내화물은 우수한 열적 안정성으로 인해 Kiln, 각종 요로(열처리로), 보일러, 소각로, 그리고 제철산업, 비철금속, 시멘트, 유리, 세라믹스, 화학 산업 등에서 다양하게 응용되고 있으며, 이들 설비에 사용되는 내화물의 품질, 형태 및 형상도 매우 다양하다.[1]

그림 . 다양한 조성, 형태 및 형상의 내화물 (웹사이트 자료)

 2-2. 내화물의 종류 및 분류

종래의 내화물은 주원료로써 점토(Clay), 카오린(Kaolinite/고령석, Al2Si2O5(OH)4), 보오크사이트(Bauxite/철반석, Al(OH)3, AlO(OH)), 실리카(Silica/규산, SiO2), 마그네사이트(Magnesite, MgCO3), 흑연(graphite, 탄소 동소체) 등의 천연재료를 사용해 왔지만 최근에는 사용 분야의 확대와 내화물의 기능이 진보됨에 따라 천연원료만으로는 질적, 양적 요구 수준을 만족시킬 수 없게 됨에 따라 합성 뮬라이트(Mullite, 3Al2O3·2SiO2), 고순도 알루미나(Alumina, Al2O3)와 스피넬(Spinel, MgAl2O4), 해수를 이용한 마그네시아(Magnesia, MgO)와 고순도 용융마그네시아, 탄화규소(SiC), 질화규소(Si3N4)와 같은 합성원료가 개발되면서 내화물의 품질도 고급화 고 기능화 되기 시작했다.[1] 최근에는 SGC에너지에서 일본이 국내 시장 99% 이상 독점 공급해 온 반도체용 쿼츠도가니(Quartz crucible, 석영도가니) 개발에 성공했으며, 쿼츠도가니는 반도체 웨이퍼 제작에 필요한 반도체 잉곳을 만들기 위한 내화물로 반도체 산업에 없어서는 안 될 중요한 소재 가운데 하나다. 반도체 수요가 급증하면서 쿼츠도가니 수요도 크게 늘고 있지만 30인치급 쿼츠도가니는 전량 수입에 의존하고 있는 실정이다.[2] 내화물은 표 1과 2에서처럼 제품형태에 따른 물리적/화학적 분류로 구분된다.

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