소재·부품·장비(소부장) 전문기업 첨단랩(대표 장하준)은 일본 등 해외 기업이 대부분 시장을 점유하고 있는 고가의 첨단 세라믹 베어링용 질화규소(Si₃N₄) 볼 국산화에 성공해 내년부터 본격 양산에 들어갈 계획이라고 9일 밝혔다.
세라믹 베어링은 기계장치를 구성하는 부품이나 기계장치에 의해 작동하는 구조물 회전 또는 직선 운동 시 동력을 전달하기 위해 사용하는 경량 내마모 부품 소재다. 전기자동차(EV)와 반도체 등 고부가가치 첨단산업의 핵심소재로 사용한다. 기존 스틸 베어링의 냉간 용접, 윤활제 증발 등의 문제를 해결할 수 있지만 질화규소 분말은 일본이 독점 생산해 국내에서는 고가에 수입해 판매되고 있다.
첨단랩은 태양광 발전 및 반도체 공정에서 사용 후 폐기되는 폴리실리콘(Si)을 재활용해 일본이 독점하고 있는 고가의 세라믹 베어링용 Si₃N₄ 볼을 순수 자체 기술로 개발에 성공했다.
일반적으로 고가의 Si₃N₄ 원료 분말을 구형 성형한 뒤 소결(GPSSN), 구형 소결체 정밀 가공, 제조한다. 하지만 첨단랩은 실리콘(Si) 스크랩을 분쇄한 분말로 구형 성형과 소결(SRBSN) 단계를 거쳐 정밀 가공해 완성했다. 고강도·높은 파괴인성·우수한 내마모성 구현 등으로 구름 접촉 피로(반복적인 하중에 의해 재료 표면이나 내부에 피로가 발생해 균열이 생기고 확장하는 현상)에 대한 내성이 강하다. 고회전 기반 고성능 베어링에 핵심 부품으로 적용이 가능하다.
첨단산업 전동화에 따른 구동 베어링 성능의 중요성은 날로 커지고 있다. 발열, 마모, 부식, 전식에 대한 높은 저항성이 요구되며 높은 에너지 효율을 기대하는 추세에 따라 기존 스틸볼을 대체할 우수한 엔지니어링 세라믹볼의 수요가 급증하고 있다. 전기차와 반도체, 우주·항공, 친환경 에너지, 전기전자 분야에서 고성능 고효율 세라믹 볼베어링 채택이 커지고 있다.
첨단랩은 저가 금속 실리콘 스크랩과 덩어리 분쇄 기술을 확보해 일본산 고가 질화규소 분말 대비 70% 이상 제조 비용을 절감할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 하이브리드 베어링용 고인성·고강도 세라믹 볼은 기존 세라믹 성형체와 동등하거나 그 이상의 열적·기계적 특성이 있다는 설명이다.
적용분야는 전기차용 하이브리드 베어링, 반도체 공정용 고진공 펌프 베어링, 반도체 분야의 비산화물 세라믹 분쇄 및 유리 원료 프릿(Frit) 분쇄, 항공우주용 고속 회전 베어링, 풍력 발전용 터빈 등이다.
장하준 대표는 “실리콘 질화물 세라믹은 열충격 저항성과 내마모성이 뛰어나 가장 까다로운 산업 분야에서 가장 혹독한 조건을 견딜 수 있는 우수한 소재”라며 “현재 독일 베어링 업체 S사와 성능테스트 진행중이며 경남 창원에 양산공장을 설립해 내년부터 본격적인 매출 발생을 기대하고 있다”고 말했다.
장 대표는 “광주테크노파크가 출자한 창업성장사다리 펀드 10억원의 투자를 유치하는 등 총 50억 투자유치 및 2018년 9월 팁스 프로그램 선정과 졸업, 지난 7월 스케일업TIPS프로그램(티인베스트먼트)에 선정돼 수행중”이라며 “2028년 매출 500억, 투자유치 500억, 기업가치 1000억을 달성하는 등 나노기술을 기반으로 세라믹과 반도체, 디스플레이 시장을 선도하는 소부장 전문 업체로 성장해 가겠다”고 덧붙였다.
광주=김한식 기자 hskim@etnews.com
