파인세라믹(Fine Ceramic)이 에너지 절약형 제트기 및 친환경 자동차의 미래를 좌우할 것으로 예상된다.
일본이 1985년 세라믹 등 무기소재의 연구 및 시험평가를 실시하기 위해 설립한 파인세라믹센터는 정부의 지원을 받지 않는 독립성 높은 연구조직으로 세계 최고 수준의 전자현미경 등을 도입해 세라믹 소재 개발을 적극 지원하고 있다.
위탁 연구·시험평가는 연간 2500건 이상 실시하고 있으며 세라믹이 환경 관련산업의 기술혁신 등에서 중요한 역할을 수행함에 따라 기술개발 내용이 고도화하고 있다.
전략적 이노베이션 창조 프로그램(SIP) 등 정부의 중요 개발 프로젝트에도 참여하고 있으며 연구·시험평가 체제에 대해 수요기업으로부터 높은 평가를 받고 있다.
일본 세라믹산업은 신흥국이 대두됨에 따라 변혁기를 맞이하고 있는 가운데 인재육성, 팀워크 등을 통해 조직 통합력을 더욱 강화하며 개발을 강화하고 있다.

제트기의 연비 향상 연구가 주류…
파인세라믹은 제트기의 에너지 절약에 관한 연구가 주류를 이루고 있다.
에너지 절약형 제트기는 일본산 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic)를 채용한 보잉(Boeing) B787이 주목받고 있으며 연비를 향상시키기 위해서는 엔진 경량화가 필수적인 것으로 요구되고 있다.
세라믹 복합소재는 내열성 향상과 엔진 소재의 중량 감축을 실현할 수 있으며 세라믹 코팅 기술은 복합소재의 내구성을 비약적으로 향상시키고 있다.
파인세라믹센터는 전략적 이노베이션 창조 프로그램을 통해 코팅기술 개발을 추진하고 있다.
현재 엔진 소재의 내열온도는 100℃도 가량이나 신규 세라믹 코팅을 통해 1400℃의 고내열성 실현을 목표로 하고 있다.
세계 최초로 코팅소재의 물성을 규명함으로써 반도체 및 광학소재, 배터리 소재에 채용을 확대하고 연구개발을 지속해 세라믹 코팅의 새로운 용도를 개척할 방침이다.

LiB·수소자동차 발전에도 “기여”
파인세라믹은 미래의 친환경 자동차로 평가되는 수소자동차 보급에 기여할 것으로 예상된다.
수소는 운송이 어렵기 때문에 보급을 위해서는 연료비용을 절감하는 것이 중요 과제로, 사막 등에서 강렬한 태양열을 이용해 수소연료를 제조한 후 암모니아 상태로 만들어 수송하는 차세대 제조공법이 각광받고 있는 가운데 태양광의 열 변환을 효율화할 수 있는 집열관을 실용화하기 위해 세라믹을 복합막 소재로 활용하는 연구가 이루어지고 있다.
파인세라믹은 배터리 관련 기술혁신도 가속화될 것으로 예상된다.
LiB(Lithium-ion Battery)는 전기자동차(EV) 등 친환경 자동차를 비롯해 태양광발전과 같은 신재생에너지의 충전 디바이스로 시장 확대가 기대되고 있다.
파인세라믹센터는 배터리 관련 소재를 해석하는 활동을 추진하고 있는 가운데 전문팀을 신설함으로써 신규 2차전지용 전극소재의 해석 등에도 주력할 방침이다.
2016년 8월 주사투과형 전자현미경을 통해 LiB 양극재의 표면구조가 리튬이온에 따라 변화하는 사실을 세계 최초로 규명했으며 LiB의 고속 충전·방전을 실현하는 소재를 개발하는데 기여할 것으로 기대하고 있다.
세라믹 첨단기술은 지구온난화 현상이 심화되고 있는 가운데 이산화탄소(CO2) 배출량 감축 등 세계 공통과제인 환경 대응을 혁신할 수 있는 잠재력을 내재하고 있다.
파인세라믹센터는 2016년부터 2020년까지 실시하는 중장기경영계획을 책정했으며 중심사업은 항공기의 에너지 절약 및 수소 제조, 배터리 등 환경 및 에너지에 관한 테마가 많은 것으로 파악되고 있다.
세계를 리드하는 연구개발을 지속하고 시험평가 기술을 향상시키며 시장의 니즈를 유연하게 파악함으로써 제조업에 기여하는 것을 목표로 하고 있다.

NGK, 대용량·고전열 글래스 라이닝 호조
NGK Insulators는 2016년 고전열 글래스 라이닝 기기인 「NEO-GL」 수요가 호조를 나타내 5000리터 이상의 대용량제품을 중심으로 10대 이상을 수주했다.
전자소재, 의약품 등 정밀화학제품을 중심으로 수요 신장세가 지속되고 대용량제품에 대한 수요도 꾸준히 늘어날 것으로 예측되고 있다.
NEO-GL은 유약 배합 및 소성 기술을 활용해 열전도성을 기존제품에 비해 30% 가량 향상시킴으로써 생산 리드타임 단축을 통한 코스트 절감, 부산물 생산 억제를 통한 품질 향상, S/V(단위면적당 전열면적) 저하에 따른 영향을 줄일 수 있는 이점을 확보하고 있다.
총 60대 이상의 납입실적이 있으나 2016년 수주한 10대 이상은 대부분이 대용량제품이다.
대용량제품은 소용량제품에 비해 S/V 저하가 발생해 가열·냉각 조건이 나빠지기 때문에 뛰어난 전열성 능을 갖춘 NEO-GL에 대한 니즈가 높아지고 있다.
앞으로 1만리터 이상의 대용량제품도 출시할 예정으로 다양한 니즈에 대응해 나갈 계획이다.
NGK Insulators의 글래스 라이닝 「N 시리즈」는 다양한 용도에 대응할 수 있는 「3009」를 기본으로 정전기 대전방지 기능을 실현하고 안전성을 향상시킨 「NS-GL」, 기존제품에 비해 나트륨 용출량을 10% 이하로 저감시켜 금속이온에 약한 프로세스에도 적용할 수 있는 「NF-GL」, 일반적으로 글래스 라이닝과 백색 글래스 라이닝을 도트 상태로 배치해 시인성을 향상시킨 「NC-GL」과 NEO-GL 등으로 구성돼 있다.
해당 시리즈는 NGK Insulators가 세계에서 최초로 개발·판매하고 있는 고기능 글래스 라이닝으로 제조공정의 핵심기기로서 다양한 용도에 활용될 것으로 기대되고 있다.

Noritake, 금속입자로 열 열화 억제
Noritake는 1904년 창업 이래 100년 이상 동안 세라믹 기술개발을 리드해왔으며 전기·전자 분야에서 독자기술을 활용해 사업을 확대하고 있다.
Noritake는 전자기판 회로 형성에 활용되는 도전성 페이스트용 금속입자 「MAXCEED」  판매에 주력하고 있다.
도전성 페이스트 금속입자는 소성을 반복하면 열 열화를 일으켜 전기적 저항치가 상승해 단선 등의 트러블을 일으키는 원인이 되나 Noritake의 금속입자는 독자의 표면처리 등을 통해 문제가 발생하지 않는 것이 강점으로 파악되고 있다.
입자를 가열 처리해 입자 내부의 공극을 없애고 입자를 세라믹 소재로 코팅함으로써 입자의 결정도를 향상시켰다.
이에 따라 입자 표면이 고르고 빽빽한 구조의 입자를 제조함으로써 소성을 반복해도 저항치가 올라가지 않는 것으로 알려졌다.
도전성 페이스트 사업부는 독자 기술을 활용해 자동차 탑재용 기판 및 산소센서의 회로형성에 최적화하고 있으며 자사의 페이스트 소재로서도 사용하고 있다.
소성 가속 내구시험에서는 1500℃에서 1시간 가량의 가열을 10회 반복했을 때 저항치가 20% 가량 상승했으며 20회 반복해도 40% 높아지는데 그치고 있다.
기존 입자는 10회 가열했을 때 저항치가 70% 상승하고 20회 가열했을 때는 2배 이상에 달하는 것으로 파악되고 있다.
Noritake의 입자는 밀도가 높고 박막 코팅에도 대응할 수 있어 납땜 접착성을 향상시킬 수 있는 뛰어난 기능도 겸비하고 있다. 전용 생산라인의 신설도 검토하고 있으며 회로 미세화에 힘입어 도전성 페이스트 사업부의 주력제품으로 육성해 나갈 방침이다.

Tosoh, 치과소재용 신제품 투입
Tosoh는 지르코니아(Zirconia) 분말 「YSZ」를 성장 사업으로 정의하고 판매에 주력하고 있다.
파인 세라믹 선두기업 지위를 유지하며 수요 증가에 대응해 생산능력을 확대하고 있다.
Tosoh는 촉매 및 글래스 첨가제 등 범용 분야가 아닌 광커넥터, 분쇄 미디어, 지그류, 정밀부품, 고체 전해질, 치과소재, 장식품 등 분야에 특화해 70% 이상의 점유율을 장악하고 있다.
우수한 강도 및 순도, 에이징 특성 등이 품질이 높은 평가를 받고 있으며 품질 안정성, 기술 서포트, 맞춤형 상품 개발력 등에서 수요기업들의 신뢰가 높은 것으로 파악되고 있다.
고강도 및 고인성 특성을 활용해 박층 컨덴서 원료로 사용되는 분쇄용 볼, 광섬유의 접속부품과 같은 전자부품을 중심으로 각종 구조부품 수요가 신장하고 있다.
우수한 디자인성 및 피부에 자극적이지 않은 점을 활용해 고급시계 및 휴대전화 등의 장식용 수요도 확대되고 있다.
특히, 치과소재는 보급이 이루어지고 있는 유럽·미국은 물론 일본 및 신흥국 수요가 크게 신장할 것으로 기대되고 있다.
Tosoh는 강도 및 내마모성 뿐만 아니라 진짜 치아에 가까운 질감 및 투광성을 실현하는 치과소재를 개발해 해당 분야에서도 세계시장을 리드하고 있다.
우수한 투광성과 강도를 양립하고 있는 신규 그레이드 「Zpex4」를 출시했으며 2016년 봄 Nanyo 공장에서 증설을 실시하고 2017년 4월에는 Yokkaichi 소재 증설 설비의 상업가동을 시작한다.

Isekyu, 소성용 회전가마 라인업 확충
Isekyu는 세심한 기술 서비스를 통해 세라믹 등 분체 시장에서의 인지도 향상에 주력하고 있다.
Isekyu는 10년 전부터 기술혁신이 격화되고 있는 세라믹 개발 시장에서 계량 및 표면처리 등 분체제품 관련기기 생산기업인 Alpha의 고성능제품을 판매 확대하고 있다.
특히, 회전 가마 판매에 주력하고 있다.
회전 가마는 세라믹 등 소성 대상물 투입량이 1.0-2.5리터 정도의 소량에도 대응하는 모델도 구비하고 있는 점이 최대 강점이다.
비회전 가마로 지르코니아 등을 소성하면 응집되기 쉬우나 Alpha의 소형 가마는 회전식이기 때문에 소량으로 균일하게 소성할 수 있다. 어댑터를 사용하면 극소량으로도 두꺼운 소재도 균일하게 소성시킬 수 있는 것으로 알려졌다.
가마 소재는 스테인리스를 활용하며 500℃와 1000℃에 대응할 수 있는 라인업을 보유하고 있다.
수요처의 니즈에 따라 고객 맞춤형으로 생산하고 소량 뿐만 아니라 최대 140리터 정도의 대량 소성에도 대응할 수 있다.
Isekyu는 2차전지 소재의 결정화 전 소성 및 전자기판에서 희소금속만을 분리하는 리사이클 공정 등에 대한 채용실적이 있으며 세라믹 시장에서 수요가 신장하고 있어 분체 사업의 핵심제품으로 육성해나갈 방침이다. <이하나 기자: lhn@chemlocus.com>