하이테크 세라믹재료 개발 시급

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┃ 하이테크 세라믹스는 일반 소비제품을 비롯해서 센서, 초음파 진동자, ┃
┃ 의료기기, 우주항공분야까지 수요가 증가하고 있으며, 일본의 무라다사 ┃
┃ 가 기술적이나 자격적인면에서 거의 독점을 하고 있지만 최근에 와서 ┃
┃ 국내기업들이 새로운 환경친화성 재료 및 제조공정을 개발하여 신규분 ┃
┃ 야로의 진출을 시도하고 있다. ┃
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참고자료1. 압전 세라믹스
참고자료2. 특허 출원건수
참고자료3. 스마트 재료


<압전 세라믹스 기술현황>
o. 특허청에 따르면 최근 하이테크 소재로 각광받는 압전 세라믹스 분
야에 대한 국내기업들은 국제경쟁력 강화를 위해 많은 기술개발과 투
자를 하고 있는 것으로 나타나고 있다.

- 압전 세라믹스란 물체에 전압을 가하면 신축하고 반대로 물체에 힘
을 가하여 신축시키면 물체의 양끝에 전압이 생기는 신소재를 말하는
것으로서 티탄산 지르콘산(약칭 PZT)조성을 볼-밀, 하소해서 만들고
있다.

- 이러한 성질을 이용한 세라믹스는 일반 소비제품을 비롯해서 센서,
초음파 진동자, 의료기기, 우주항공분야에 이르기까지 최근 그 수요가
증가하고 있는 상황이다.

- 압전 세라믹스의 응용범위가 매우 넓고 다양하기 때문에 국내시장
규모를 정확하게 예측하기 어려운 실정이지만, 필터류가 약 530억원
규모이고 공진자가 180억원 정도이며 기타부문에 대해서도 크게 수요
가 늘어가고 있는 것으로 나타나고 있으며, 이중 약 50%정도는 수입
에 의존하고 있어 국내기술의 개발이 시급한 것으로 조사되고 있다.

- 세계적으로는 일본 무라다사가 기술적으로나 가격적으로 독점하고
있어 국내기업의 시장확대가 힘든 실정이지만, 국내에서는 대우전자,
LG전자부품, 삼성전기등 약 20여개 회사가 참여하고 있는 것으로 나
타나고 있다.

<특허 출원 동향>
o. 미국과 일본등 선두개발국에서 압전 세라믹스 분야가 상업적으로
성공한 분야로는 잉크젯 프린터, 카메라에 쓰이는 초음파 모터와 트랜
스포머등으로 나타나고 있으며, 국내에서도 차츰 이 분야 뿐만아니라
자동차 분야의 센서, 압전음향 필터등을 개발하는 데 많은 관심을 보
이고 있는 것으로 나타나고 있다.

- 이러한 분야에서 국내기업의 특허출원은 아직 미흡한 것으로 나타나
고 있는데, 최근 4년간('93-'96) 출원된 압전 세라믹스 특허는 총44건
으로 이중에서 국내건은 20건, 외국건은 24건으로서 국내출원 비율은
45%, 외국출원 비율은 55%로 나타나고 있다. 외국출원중에서는 일본
의 무라다와 NEC 2개회사가 50%를 차지하고 있으며 미국출원이 하
나도 없는 것이 특이할만 하다.

- 사용분야별로 보면 '90∼'96년도에 들어서 총50건으로 조성물에 대
한 특허출원이 전체비율의 34%를 차지하고 있으며, 제품에 대한 특허
출원은 국내보다 국외출원이 최근에 증가하고 있고 세부적으로 보면
초음파 진동자, 필터, 센서, 트랜스포머등으로 다양하게 개발되고 있음
을 알수 있다. 참고로 '93년도 국내출원이 많았던 액츄에이터는 개발
은 되었지만 대량생산에 있어서 단가에 문제점이 있어서 상업화가 더
디고 있는 실정이다.

<향후 전망 및 기대>
o. 압전 세라믹스의 응용범위는 의학과 통신분야로도 확대되고 있는
데, 비교적 높은 제조 경비에도 불구하고 사용은 계속 증가하여 진료
기구 및 수술도구로의 활용이 확대되고 있으며

- 또한 납성분이 들어가지 않는 압전 세라믹 재료에 대해 관심이 증폭
되고 있어 적절한 조성과 이에 맞는 환경친화적인 세라믹 제조공정의
개발 또한 요청되고 있고

- 이제까지 쓰이던 분야외에 앞으로 급격한 산업환경변화에 따른 요구
를 만족시킬 수 있는 특성을 가진 스마트 재료로 개발될 가능성도 크
다고 하겠다.

o. 우리기업도 압전 세라믹스 분야에 대한 연구개발에 더욱 더 박차를
가하여 수입을 대체하고 최첨단 신소재 분야에 대한 고부가가치를 창
출하여 IMF시대의 조기극복에 일조를 할수 있게 되기를 기대해 본다.
참고자료1. 압전 세라믹스

압전 재료: 이 재료는 1880년 프랑스의 피에르와 퀴리에 의해 발견되
었는데, 전압에 따라 수축과 팽창을 할 수 있다는 특징을 갖고 있다.
이때 수축과 팽창 정도는 1%미만이지만 반응속도가 대단히 빠르기 때
문에 광소자, 마그네틱 헤드, 로봇, 잉크젯 프린터등 많은 분야에 쓰인
다. PZT가 가장 많이 쓰인다.

압전체를 얻는 데는 크게 나누어 두가지 방법이 있다. 하나는 원래 압
전성을 나타내는 대칭성을 가진 단결정을 육성하는 것이다. 현재 시계
등에 발진자로 쓰여지고 있는 수정은 이런 방법으로 만들어지고 있다.
또 하나의 방법은 위에서 말한 티탄산바륨 등의 강유전성을 나타내는
물질의 소결체에 강한 전압을 가하여 분극방향을 가지런히 정렬시켜
단결정과 같은 성질을 얻는 것이다. 이 방법은 화학조성을 바꾸거나
시료의 크기나 형상을 용이하게 바꾸거나 할 수 있는 이점이 있다. 이
방법으로 가장 많이 만들어지고 있는 물질에는 티탄산 지르콘산납(약
칭 압전 세라믹스의 응용제품PZT)이 있다.

압전 세라믹스의 응용제품
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┃ 구 분 ┃ 응 용 제 품 ┃
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┃ 전기계 --> 기계계 ┃ 초음파 진동자 ┃
┃ ┃ 전화용 압전수화기 ┃
┃ ┃ 잉크젯 프린터 액츄에이터 ┃
┣━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━┫
┃ 기계계 --> 전기계 ┃ 압전소자 및 스위치 ┃
┃ ┃ Acoustic Emission Sensor ┃
┣━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━┫
┃ 전기계 --> 기계계 --> 전기계 ┃ 음향 필터 ┃
┃ ┃ 트랜스포머 ┃
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참고자료2. 특허 출원건수

가. 출원년도별 추이.
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┃ ┃ 출원년도 ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃
┃ ┗━━━━━┓ ┃ 90 ┃ 91 ┃ 92 ┃ 93 ┃ 94 ┃ 95 ┃ 96 ┃ 합계 ┃
┃ 국내외 ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃
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┃ ┃ 국 내 ┃ 1 ┃ 2 ┃ 2 ┃ 8 ┃ 6 ┃ 3 ┃ 3 ┃ 25 ┃
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┃특허┃ 국 외 ┃ 0 ┃ 1 ┃ 0 ┃ 2 ┃ 5 ┃ 4 ┃ 13 ┃ 25 ┃
┃ ┣━━━━━━╋━━╋━━╋━━╋━━╋━━╋━━╋━━╋━━━┫
┃ ┃ 계 ┃ 1 ┃ 3 ┃ 2 ┃ 10 ┃ 11 ┃ 7 ┃ 16 ┃ 50 ┃
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나. 사용분야별 추이

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┃ ┃ 출원년도 ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃
┃ ┗━━━━━┓ ┃ 90 ┃ 91 ┃ 92 ┃ 93 ┃ 94 ┃ 95 ┃ 96 ┃ 합계 ┃
┃ 용도분야 ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃
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┃ ┃국내┃ 1 ┃ 1 ┃ 1 ┃ 1 ┃ 3 ┃ 1 ┃ 0 ┃ 8 ┃
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┃ 조성물 ┃국외┃ 0 ┃ 1 ┃ 0 ┃ 1 ┃ 1 ┃ 0 ┃ 6 ┃ 9 ┃
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┃ ┃ 계 ┃ 1 ┃ 2 ┃ 1 ┃ 2 ┃ 4 ┃ 1 ┃ 6 ┃ 17 ┃
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┃전기전자부품┃국내┃ 0 ┃ 1 ┃ 1 ┃ 7 ┃ 3 ┃ 2 ┃ 3 ┃ 17 ┃
┃ ┠──╂──╂──╂──╂──╂──╂──╂──╂───┨
┃ ┃국외┃ 0 ┃ 0 ┃ 0 ┃ 1 ┃ 4 ┃ 4 ┃ 7 ┃ 16 ┃
┃ ┠──╂──╂──╂──╂──╂──╂──╂──╂───┨
┃ ┃ 계 ┃ 0 ┃ 1 ┃ 1 ┃ 8 ┃ 7 ┃ 6 ┃ 10 ┃ 33 ┃
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┃ ┃총계┃ 1 ┃ 3 ┃ 2 ┃ 10 ┃ 11 ┃ 7 ┃ 16 ┃ 50 ┃
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