김형태 요업(세라믹)기술원 이천분원 구조세라믹부 본부장

최근 한국의 구조세라믹 분야는 새로운 발전의 전기를 맞고 있어서 기존의 섬유산업용 각종 부품, 단순기판용 및 벌크소재 등으로부터 탈피하여 자동차, 기계, 반도체·디스플레이, 항공우주 산업의 발전에 따른 고기능성 신규시장의 창출이 이루어지고 있다(그림 1). 이를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
한국의 구조세라믹스는 1980년대 후반 대구를 중심으로 한 섬유산업의 내마모성 부품으로부터 발전하기 시작하였다. 그러나 최근 섬유산업의 불황에 따른 수요 감소와 중국산 부품의 사용에 따른 단가하락 등으로 관련 부품의 국내 생산액은 급격히 줄어들고 있는 반면에 지속적인 자동차 산업의 발전은 관련 기계산업의 발전을 동반하여 금속가공수요가 크게 늘어나는 계기가 되었고 구조세라믹스의 역할 확대에도 기여하고 있다. 예를 들어 부품가공시장에서 알루미나, 질화규소 등 고전적인 세라믹 공구가 차지하는 비중은 5~10% 정도로 절삭공구시장의 상당부분을 점유하고 지속적으로 증가하고 있으며 내수 뿐 만 아니라 수출도 크게 늘어나고 있는 상황이다.
대표적인 국내 절삭공구 업체인 쌍용머티리얼과 대구텍 양대 회사 매출의 70% 이상이 국내가 아닌 국외를 대상으로 이루어지고 있다. 쌍용머티리얼의 경우 세라믹 전문 절삭공구기업의 명성을 바탕으로 해외 선진 절삭공구업체에 다양한 세라믹 공구를 수출하고 있고 대구텍은 세계 2대 절삭공구 업체인 IMC그룹산하 이스카 내에서 유일하게 세라믹 공구를 생산하는 자회사로서 질화규소계 공구를 중심으로 수출물량을 크게 확대하고 있다. 양사 합쳐 생산액은 현재 약 300억 원 수준으로 파악되고 있다.
전통적인 구조세라믹스의 한 분야로서 발전하여 온 자동차 및 환경처리용 허니컴 소재가 있다. 가솔린 자동차의 허니컴은 미국 코닝이 국내시장의 강자로서 원천기술로 시장을 지배하고 있는데 근래에 들어서 일부 국내업체가 자체기술력을 바탕으로 대응할 만한 성능을 가지고 선전하고 있다. 최근에는 디젤자동차용 DPF 개발과 관련하여 기존 일본의 이비덴 위주에서 미국 코닝, 국내업체 사이의 개발 경쟁이 치열해지고 있다. 소재로서는 SiC질 소재, 질화규소 그리고 AlTiO3계 등으로 연구개발이 진행되고 있다.
최근 급격히 늘어나고 있는 구조세라믹 응용분야로 반도체·디스플레이 산업을 들 수 있다. 10년전 만 해도 이 분야의 구조세라믹 시장은 미미한 수준이었으나 반도체 공정에서 고밀도 플라즈마가 도입되고 300mm 웨이퍼의 사용이 보편화됨에 따라 금속부품을 대치할 수 있는 내플라즈마성이 높고 강성이 뛰어난 세라믹 소재의 채용이 급격히 확산되었다. 또한 반도체와 유사한 공정을 사용하는 LCD 생산라인에서도 유사한 이유로 세라믹소재가 널리 사용되고 있으며 차이점이라면 7세대, 8세대 LCD의 크기에 맞추어 대형화되고 있다는 것이다. 반도체·디스플레이 산업용으로의 응용처 확대는 구조세라믹스 산업에 여러 신규 업체가 참여하는 계기가 되었다. 대표적으로 솔믹스, 코미코 등 당초 비세라믹 업체가 세라믹기술을 연계하여 신규 참여하게 되었다. 이외에도 기존의 쿼츠 가공업체였던 원익쿼츠는 LCD 공정용 대형세라믹을 제조하는 업체로도 성장하는 계기가 되었다.
현재 반도체·디스플레이 산업에서 세라믹부품의 국내시장규모는 약 3000억원에 달하는 것으로 알려져 있다. 소재로는 쿼츠, 알루미나, SiC, AlN 등이 주로 이용되며 최근에는 Y2O3 등의 신규소재가 벌크 혹은 코팅으로 적용되고 있다. 표 1은 각 소재별 주요 특징 및 응용처를 보여주고 있다. 이 중에서 알루미나를 제외하면 기초원료의 국산화는 거의 이루어져 있지 않다. 특히 반도체급의 고순도 원료는 전적으로 수입에 의존하고 있으며 AlN 등과 같이 고부가 가치 기능성 제품에 대한 원료 국산화도 더디게 진행되고 있는 실정이다.
이외에도 최근 구조세라믹스는 우주·항공·원자력·방위산업 분야에서 신규시장이 형성되고 있다. 그러나 초고온 내열소재로서 주목받고 있는 SiC 화이버소재 등 기초소재 화이버의 완전한 국산화가 이루어지지 않고 있으며 현 시장규모가 크지 않다는 어려움이 있다. 한편 세라믹방탄판 산업은 현재 시장 규모가 년 20~30억원에 불과하지만 차기전차, KHP 사업 등과 맞물려 10년 이내에 100억 원 이상의 큰 시장을 형성하리라고 판단된다. 
향후 구조세라믹을 이용한 자동차·기계용 소재에서는 나노 복합화 기술과 코팅기술이 주도할 것으로 판단되며 반도체산업용으로는 450mm 웨이퍼 도입에 따른 대형화, 내플라즈마기능증진 등이 주요 방향이 될 것으로 예상된다. 항공우주 분야로는 극한환경용 소재, 고신뢰성 화이버 복합소재의 개발이 핵심이 될 전망이다.

그림 1. 구조세라믹스 주요 제품

표 1. 반도체 공정장비용 소재

표 2. 구조세라믹스의 향후 주요 연구방향

 
김형태
한양대학교 공학사, 공학석사, 공학박사
현재 요업(세라믹)기술원 구조세라믹부 본부장