인공뼈나 칼 등에 주로 사용하는 세계 최고 수준의 고강도 세라믹 제품을 대량으로 손쉽게 생산할 수 있는 제조기술이 개발됐다.
이동연 영남대 기계공학부 교수팀과 가케가와 일본 지바대 교수팀 등은 최근 ‘세라믹 칼’로 유명한 고강도 소재인 세라믹 제품 제조에 사용 가능한 방전 플라즈마 소결 최적화 기술을 개발했다고 25일 밝혔다. 이번 성과는 한·중·미·일 대학 연구진의 공동연구를 통해 이뤄져 국제 협력연구의 결실로 평가받는다.
이 기술은 분말 재료에 압력과 저전압 및 대전류를 가해 고품질의 소결체를 빠른 시간에 얻을 수 있는 방법이다. 연구에는 변찬 영남대 교수, 한영환 신소재공학부 교수, 미국 캘리포니아대 데이비스캠퍼스와 중국 국립 닝보재료기술공업대의 연구진들이 공동으로 참여했다.
기존 금형 재료로 사용된 흑연은 기계적 강성이 작고, 진공 환경을 요구하며 고온에 쉽게 타는 특성이 있다. 이에 최근에는 일반 대기중에 사용 가능하고 고온에 강하며 다이아몬드 다음으로 강도가 높은 재료인 탄화규소를 주로 활용한다.
하지만 탄화규소는 외부에서 힘을 받았을 때, 변형을 일으키지 않고 파괴되는 현상(취성)으로 인해 공정 조건이 까다롭고, 비용이 많이 드는 단점이 있다.
연구팀은 탄화규소의 소결 전에 소결체의 온도 분포 및 단위 면적당 힘의 분포를 시뮬레이션하고 실험 결과를 비교 분석해 최적의 공정 조건을 확립했다. 이번 연구결과는 기존 탄화규소 소결 시 발생한 시행착오를 줄임으로써 비용과 시간을 대폭 절감하고 대량 생산을 가능하게 한 것으로 평가된다.
이동연 교수는 “현재 원자현미경과 같은 나노 장비의 최적 설계 및 개발, 고품질의 나노 세라믹 재료 제조 및 물성 평가 연구를 진행하고 있다”고 말했다.
이번 연구결과는 ‘탄화규소 금형의 방전 플라즈마 소결의 전산 모사’라는 제목으로 금속 재료분야 세계 최고수준의 학술지인 ‘스크립타 머티리얼리아(Scripta materialia)’ 2월호에 게재됐다.
대구=정재훈기자 jhoon@etnews.com
