27개월간 1억원 연구비 투자, Pb규제 강화 추세에서 독자개발 통한 성공 의의 평가 BNT 기본원료로 2단계 하소공정 거쳐, PZT에 근접하는 특성보여, 자동차센서 등에 응용 요업기술원(원장 정수철) 첨단소재부품팀은 최근 국내 최초로 무연(Pb-Free)계 압전세라믹스 소재를 개발하는데 성공했다. 지난 2001년 11월부터 27개월간에 걸쳐 수행된 이번 연구개발에는 요업기술원 자체연구자금 1억원이 투자되었다. 최근들어 전 세계적으로 중금속(Pb 등)에 대한 규제가 강화되고 있는 추세에서 이번 요업기술원 연구팀의 독자적인 연구를 통한 무연계 압전세라믹스 소재의 개발 성공은 큰 의의가 있는 것으로 평가되고 있다. 기존의 압전세라믹스 소재는 PbO, ZrO2, TiO2 등을 기본원료로 하고 있으며 특히 부품 내에 환경 유해물질인 Pb가 약 65% 이상 함유되어 있어 Pb중독이란 심각한 유해성을 야기하고 있었다. EU를 중심으로 자동차는 이미 2003년 7월부터, 가전제품은 2006년부터 출시되는 제품부터 중금속이 함유되는 것을 금지하는 등 중금속 사용에 대한 규제가 강화되면서 이미 일본에서는 지난 2000년 하반기부터 무라다제작소, Kyocera, TDK 등의 회사에서 응용제품이 출시되고 있다. 반면 국내에서는 그 동안 관련 제품 개발이 전무한 실정이었으나 이번 요업기술원의 개발 성공으로 앞으로 국내에서도 이 분야에 대한 연구가 더욱 활성화 될 것으로 기대되고 있다. 요업기술원이 개발한 압전세라믹스 소재는 BN T(BiNaTiO3)를 기본 원료로 하여 일반적인 고상합성법이 아닌 2단계 하소공정을 거쳐 기존의 PZT(PbZrTiO3)소재에 근접하는 특성(전기기계 결합계수값 50% 이상과 500이상의 유전율)을 나타냈다. 연구팀에 따르면 압전세라믹 부품은 기본조성이 PZT 3성분계로 Pb가 약 65%이상 함유되어 있으며 다른 부품에 비해 기술적으로 난해하여 조성개발이 쉽지 않았다고 한다. 요업기술원에서는 개발된 분말을 이용하여 초음파 진동자를 제작, 성능을 테스트 해본 결과 기존 PZT에 근접하는 성능이 나타남을 관찰했다. 현재 이러한 독자적인 조성개발과 제조공정 확보를 위해 BNT계에 첨가물과 성분비 변화 연구를 계속 진행중이며 수열합성법을 이용한 미립의 분말제조와 물성향상에 전념하고 있다고 밝혔다. 연구팀은 이번 연구결과를 활용하여 Pb-Free계 소재를 자동차 후방센서와 세라믹 레조네이터에 응용하기 위해 국내 기업들과 공동으로 연구를 진행하고 있어 2007년 이후 이 기술을 활용한 본격적인 상품화가 가능할 것으로 기대하고 있다. 또한 무연계 압전세라믹스 부품의 국산화를 통해 연간 1,000억원 이상의 수입대체 효과와 수출증대 효과가 발생할 것으로 예상하고 있다. 朴美善 기자 중금속 사용에 대한 규제 1) WEEE지령(Directive on Waste Electrical Electronic Equipment, 폐전기 전자기기 지령):가전, 전자기기, 오디오, 조명기구 등 교류 1000V, 직류 1500V 이하의 전기 전자기기에 관하여 제조자나 수입 업자에게 유해물질을 회수 재활용(Recycle)을 의무화하는 법안 2) ELV지령(Directive on End of Life Vehicle, 폐자동차 지령):폐차 리싸이클 법규 중 중금속 규제 관련 Pb(납)/Cr6+(6가 크롬)/Hg (수은)/Cd(카드뮴)의 사용을 법규 규정량 이상 함유를 금지하는 법안