내마모성 10배 향상…그래핀-세라믹 복합소재 개발

전량 수입에 의존하던 고가의 내마모성 세라믹 소재를 국산화할 수 있는 길이 열렸다.

한국세라믹기술원(원장 김민)은 경기도 이천 분원의 조우석·김종영 박사와 성균관대 윤대호 교수 공동 연구팀이 내마모성을 10배 이상 향상시킨 그래핀-세라믹 복합소재를 개발했다고 22일 밝혔다.

세라믹 매트릭스내 그래핀

연구팀은 기계적 강도가 높은 그래핀 소재를 세라믹 소재 알루미나와 복합화해 신소재를 개발했다. 기존 세라믹 소재에 비해 내마모성은 10배로 높이고 외력에 의해 변형되지 않는 취성(brittleness)은 3배로 증가시켰다.

연구팀은 기존 플라즈마 가압 소결이 아닌 상압 소결 공정을 이용해 제조 원가를 낮추고 부품 대형화가 가능한 기술을 확보했다.

그래핀-세라믹 복합소재는 디스플레이·반도체처럼 높은 신뢰성과 긴 수명이 요구되는 고정밀, 극한환경 제조 공정용 부품과 정전기를 막는 대전 방지 분야에 유용하게 쓰일 것으로 예상된다.

현재 세계적으로 내마모성 세라믹 소재로 쓰이는 지르코니아는 일본 스미토모와 교세라 등이 독점하고 있다. 우리나라 시장도 연간 2500억원 규모에 달하지만 전량 수입에 의존하는 실정이었다.

세라믹기술원은 새로운 그래핀-세라믹 소재로 수입 대체 효과와 함께 해외 시장 진출이 가능할 것으로 기대했다. 반도체·디스플레이·자동차 등 국내 주력 산업 경쟁력 향상과 소재부품 산업 수출 확대에 기여할 것이라는 전망이다.

연구 결과는 국제 학술지 네이처 자매지 사이언티픽리포트 최근호(6월 5일 온라인판)에 게재됐다.

세라믹기술원은 국내 특허 출원을 완료하고 해외 특허 출원을 준비 중이다. 상용화를 위해 국내 중소기업 맥테크와 기술 이전 계약을 맺었다. 1년내 시제품이 나올 예정이다.

개발에 참여한 김종영 세라믹기술원 박사는 “기존 내마모성 소재에 비해 원가, 품질 측면에서 장점이 많다”며 “고가의 수입 소재를 대체할 수 있을 것”으로 기대했다.

이호준기자 newlevel@etnews.com

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