고온순산소 연소시스템 이용 노즐 개발, CO2 저감장치의 핵심부품 Al2TiO5 내열충격성 내화학성 우수, 고온구조산업의 고급화 기대 한서대학교 무기재료공정 및 응용연구소의 초고온용 산화물 노즐개발팀(책임자 김익진 교수)에서는 과학기술부 지원 21세기 프로티어 사업의 일환으로 고온순산소 연소시스템을 이용하여 초고온용(?1600℃) 노즐과 노즐에 사용되는 세라믹 소재를 개발하는데 성공했다. 이 노즐은 CO2저감장치의 핵심부품으로 초고온 상태에서 조업 중 변하는 엄청난 열적 변화에 대한 우수한 내열충격성과 혼합 가스 및 CO2 가스에 대한 내화학성이 뛰어나고 내마모성도 우수하다. 동일세라믹스와 공동 개발, 제조법 특허출원 이번 개발은 (주)동일세라믹스와 공동으로 진행한 것으로 열팽창이 극도로 낮고 내열충격성과 내화화성이 뛰어난 알루미늄 티타네이트-뮬라이트 세라믹 제조방법에 관한 특허도 공동 출원했다고 밝혔다. 한서대학교 연구팀과 동일세라믹스는 또한 특허 및 기술 이전을 통한 spin off과제로 기존의 코디어라이트계 소결체 대신 환원분위기나 반복가열 또는 장시간 고온에 노출되는 경우에도 승온 팽창-냉각 수축사이에 hysteresis가 존재하는 문제점 등이 한층 개선된 내열충격성 Al2TiO5 세라믹 소재를 개발하기도 했다. 이 소재는 열팽창계수의 이방성으로 인하여 발생된 미세균열 구조가 온도가 변화함에 따라 healing과 reopening 혹은 refracturing되는 미세구조적 장점을 갖고 있다고 한다. 이러한 특성으로 인해 가장 가혹한 열적응력을 받는 자동차엔진의 Portliner, Main fold, Combustion chamber와 Turbocharger casting 뿐만 아니라 우수한 단열성, 내식성, 내충격성을 요하는 비금속, 용융체 공장, 유리 및 내화물 공장과 우주항공산업 등에 광범위하게 응용되고 있다. 연구개발팀은 이 재료의 개발이 앞으로 우리나라 고온구조산업의 고급화에 많은 기여를 할 것으로 내다보고 있으며 경제적 효과도 높을 것으로 기대하고 있다. 공동 개발 기업인 동일세라믹스는 이 같은 기대에 주목하여 Al2TiO5 세라믹 소재를 상용화하기 위해 지난 2003년 9월부터 경기도 용인에 약 5백여평 규모의 양산라인 건설을 추진하고 있다고 한다. 이 회사에서는 이 제품이 양산되면 연간 약 20억원 이상의 매출이 발생할 것으로 보고 있다. 한편 한서대학교 무기재료공정 및 응용연구소는 자동차용 엔지니어링 세라믹스를 핵심연구과제로 수행하는 연구소이다. 특히 자동차 엔진에 쓰이는 금속부품을 세라믹스로 대체하는 연구를 많이 하고 있다. 이 연구소 김익진 교수는 “자동차 엔진의 금속 부품을 세라믹스로 대체하면 에너지 효율이 높아지고 환경친화적인 엔진을 개발할 수 있다”고 설명했다. 실제로 이 연구소가 개발한 각종 세라믹스는 자동차 엔진의 연소실 등을 비롯해 우수한 내식성과 내열 충격성이 필요한 비철금속 분야 초고온용 고온구조재료로 응용된 바 있다. 박미선 기자