희토류 안쓰는 영구자석 제품 나오나

재료연구원, 망간-비스무스 영구자석 개발
바노텍에 기술이전하고 상용화 작업 협력
준양산 규모 장비 구축해 공정 최적화 진행

한국재료연구원(KIMS) 나노재료연구본부 박지훈·김종우 박사팀 개발한 망간-비스무스 분말과 영구자석. 재료연구원 제공

[파이낸셜뉴스] 한국재료연구원(KIMS) 나노재료연구본부 박지훈·김종우 박사팀은 세계 최고 수준의 강력한 자석 성능을 발휘할 수 있는 차세대 비희토류 망간-비스무스(Mn-Bi) 영구자석 제조 기술을 개발했다고 26일 밝혔다. 이 기술이 상용화되면 세계 최초로 비희토류 기반의 영구자석이 산업에 적용되는 사례가 된다.

박지훈 박사는 "한국이 세계 최초로 망간-비스무스 영구자석의 상용화를 실현할 가능성을 확보했다"며, "이 기술이 성공적으로 상용화된다면 희토류 자석에 대한 의존도를 낮추고, 국내 기업이 글로벌 시장에서 경쟁력을 갖추는 데 큰 도움이 될 것"이라고 말했다.

현재 이 기술을 대표적인 자석 제조기업 ㈜노바텍에 기술이전을 진행 중이다. ㈜노바텍과 협력해 준양산 규모의 장비를 구축하고, 대량 생산과 상용화를 위한 공정을 최적화하는 작업을 진행 중이다. 또한 향후 지속적인 연구개발을 통해 최대 성능 달성을 목표하고 있다.

이 기술은 전기차 모터, 발전기, 반도체 부품 등 다양한 산업에 적용할 수 있으며, 기존 페라이트 자석을 사용하던 전동기를 소형화하고 효율도 높일 수 있다. 특히 공조기 등 실생활이나 산업에서 대량으로 쓰이는 자석을 대체할 수 있다는 점에서 국내를 넘어 세계 시장에서도 막대한 경제적 가치를 창출할 것으로 예상된다.

연구진은 국내외 특허 출원 8건을 비롯해 각종 논문을 발표하는 등 연구성과를 지속해서 축적하고 있다.

기존의 영구자석 산업 시장은 네오디뮴(Nd)와 같은 희토류 원소가 주요 재료다. 이는 중국의 희토류 공급 정책의 변화와 가격 변동성에 따라 큰 영향을 받아, 국가적 차원에서 희토류 없이 고성능을 발휘할 수 있는 대체 기술이 절실한 상황이다.

이에따라 비희토류인 망간-비스무스가 대체 소재로 조명받았으나 근본적인 한계로 인해 상용화에 어려움을 겪었다.

망간-비스무스 분말이 강한 자성을 가지기 위해서는 저온상(LTP) 고순도를 유지해야 하지만, 고온에서 분말을 압축해 단단한 덩어리로 만드는 과정인 소결 공정에서 쉽게 산화되거나 상분해되면서 순도가 낮아지는 성질이 그 한계였다. 예를 들어 밀가루를 일정 온도 이상의 물로 반죽할 때 형태 없이 묽어지고 단단한 덩어리를 만들기 어려운 것처럼 망간-비스무스 분말도 고온 소결 과정에서 분해되거나 벌크화(하나의 고밀도 덩어리로 만드는 과정)가 어렵다.

연구진은 한계를 뛰어넘는 해결책으로 망간-비스무스 비희토류 영구자석 제조 기술을 개발했다. 대량 생산이 가능한 공정으로 고순도 단자구 크기의 망간-비스무스 분말을 개발해 보자력을 강화하고, 새로운 설계의 저온 소결 기술로 자석의 밀도를 95% 이상 높인 것이다. 이를 통해 안정적으로 구현하면서 세계 최고 수준임을 입증했다. 또한 소결 이후에도 자성은 유지되고 산화 또는 분해되는 현상이 없어 벌크화와 상용화 수준의 대량 생산이 가능하다는 것이 장점이다.

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monarch@fnnews.com 김만기 기자

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