▲ 재료연 정지호 선임행정원이 ‘INTRA 2026’에서 재료연의 첨단 소재·공정 기술에 대해 설명하고 있다.

첨단산업의 고도화와 함께 고효율·고기능·친환경 소재에 대한 수요가 확대되는 가운데, 한국재료연구원(KIMS)이 차세대 냉각소재부터 고기능 세라믹, 전기차용 베어링, 수처리 소재까지 산업 전반의 혁신을 뒷받침할 소재·공정 기술을 선보이며 미래산업의 경쟁력을 뒷받침할 기술 기반을 강화하고 있다.

한국재료연구원은 지난 9월30일부터 10월2일까지 서울 코엑스에서 열린 ‘제14회 국제첨단소재기술대전(INTRA 2026)’에 참가해 첨단산업의 경쟁력을 강화시킬 수 있는 소재·공정 기술을 선보였다.

이번 전시에서 가장 주목 받은 기술 중 하나는 고체냉각소재 기술이다. 재료연의 고체냉각소재는 자기열량효과를 기반으로 한다. 소재에 자기장을 가하면 온도가 상승하고 자기장을 제거하면 온도가 낮아지는 특성을 이용해 열을 이동시키는 방식이다. 기존 냉매가스 대신 고체 소재를 냉각 사이클에 활용할 수 있다는 점에서 친환경 냉각기술로 주목된다.

상용화를 위해서는 냉각성능과 함께 소재의 가격 경쟁력과 공급 안정성 확보가 중요하다. 대표적인 자기냉각 소재인 가돌리늄(Gd)은 우수한 자기열량 특성을 갖지만 희소성과 높은 가격이 부담이다. 재료연은 이를 대체하기 위해 망간(Mn)계·란타넘(La)계 등 새로운 조성의 소재를 설계하고 상온에서의 냉각 특성을 높이는 연구를 진행하고 있다.

또한 소재 개발에 그치지 않고 영구자석 설계, 냉각소재 적재·성형, 자기재생 기술 등을 연계해 실제 냉각시스템 적용을 위한 성능 검증과 모듈화 연구를 이어가고 있다. 이를 통해 경제성과 성능을 갖춘 자기냉각 소재의 산업 적용 가능성을 높인다는 전략이다.

전기차 구동계의 고속 회전과 전기적 특성에 대응하는 질화규소 세라믹 소재 기술도 소개됐다. 기존 금속 베어링은 마모를 줄이기 위해 윤활이 필요하고 전류에 의한 전식 문제가 발생할 수 있으며, 윤활에 따른 진동도 정밀 설비에서는 한계로 작용한다. 이에 금속보다 가볍고 내마모성이 뛰어나면서 전기적 절연 특성을 갖는 질화규소 세라믹 볼이 대안으로 주목받고 있지만 높은 가격이 걸림돌이다.

재료연은 이러한 질화규소 세라믹 볼의 산업 적용을 위해 베어링 등급에 필요한 소재 스펙을 확보하고 G10·G5 등급 질화규소 볼 제조기술을 국산화했다. 이를 통해 전기차 구동계뿐 아니라 반도체 장비, 정밀 로봇 등 진동과 내구성이 중요한 분야와 풍력발전·우주항공용 고속·고하중 베어링으로 활용 범위를 넓힐 수 있을 것으로 기대된다.

이외에도 재료연은 이번 전시회에서 △수처리용 세라믹 분리막 △서스펜션 진공 플라즈마 스프레이(SVPS) 활용 코팅 기술 △고배향 압전 세라믹 소재 제조기술을 선보였다. 수처리용 세라믹 분리막은 고온·고압과 화학적 환경에서도 안정적인 특성을 활용해 반도체·전자산업 폐수, 하·폐수 처리 및 기체분리 등에 적용할 수 있다.

SVPS 코팅 기술은 진공 플라즈마 환경에서 세라믹 입자를 용융·가속해 치밀하고 내구성 높은 코팅층을 형성하며, 반도체 식각장비 부품과 우주항공·발전 분야의 고온 부품 등에 활용할 수 있다. 고배향 압전 세라믹 소재 제조기술은 TGG 공정으로 결정립 배향을 제어해 압전 특성을 높이는 기술로, 반도체·자동차·로봇·의료기기·초음파 등 정밀 구동과 센싱 분야를 겨냥한다.

한국재료연구원 정지호 선임행정원은 “재료연은 산업 현장에서 요구되는 소재의 성능과 신뢰성을 높이는 동시에 친환경·고효율화를 구현할 수 있는 소재와 공정기술 개발에 집중하고 있다”며 “연구원이 축적한 소재 설계부터 공정·시스템화까지의 기술 역량을 산업계와 연계해 기술의 실용화와 국산화를 확대해 나갈 것”이라고 말했다.