세라믹의 이용분야와 장단점에 대해 살펴보겠습니다.우리가 일상적으로 사용하는 밥그릇이나 식기, 의료기기와 생활용품, 그리고 스마트폰 안에 들어가는 부품, 도자기 등 많은 곳에서 사용되는 세라믹은 열과 강도에 대해 강하며, 원료에 따라 모양에 대한 자유도도 높아 항공이나 자동차 공학 등에도 사용됩니다. 이러한 이유로 세라믹은 산업의 꽃이라고 불리기도 합니다.
세라믹은 선사 시대부터 이용되어온 소재입니다. 인류의 역사 속에서 굉장히 오래된 소재이며, 앞으로의 미래에서도 반드시 필요한 소재입니다.
세라믹의 역사
19세기부터 20세기까지 타일과 유리, 시멘트 등의 전통 세라믹 산업이 아주 발전했으며, 21세기 이후에는 반도체와 각종 연료의 전지, 디스플레이, 로봇이 사용하는 센서까지 첨단 세라믹 산업이 빛을 발하고 있습니다.
세라믹은 광물에 열을 가해 변형시켜 만든 비금속 재료입니다. 이 용어는 그리스어 Keramos에서 유래되었으며, “점토를 구워 만든 것”을 의미합니다. 우리가 흔히 알고 있는 도자기도 같은 방식으로 만들어지며, 이것은 전통적인 세라믹의 이용분야 산업임을 다시 한번 알 수 있습니다.
이러한 첨단 세라믹 산업은 파인 세라믹이라 불린다. 이 용어는 일본의 이나모리 카즈오의 말에서 유래되었으며, “종래의 세라믹스와는 다른 공업용 부품으로써 높은 부가가치를 가지는 것으로 물성적으로도 구조적으로도 파인한 물건으로 없으면 안 된다”는 말의 인용에서 따와 사용된다. 결국 이 용어는 전통적인 세라믹스와 구별하기 위해 사용되는거죠.
알루미나, 지르코니아, 탄화규소 등 다양한 파인 세라믹의 원료들은 기존의 도자기(전통 세라믹)에 비해 원료를 정제하고 엄밀한 공정 관리하에 제조된 고도의 각종 기능을 가진 세라믹입니다.
전통 세라믹은 천연 자원인 점토나 규소 등을 단순 공정 처리하여 사용한 것이라 나눌 수 있습니다. 세라믹은 원료의 배합 공정과 이후 성형 정제 등을 거쳐 굉장한 고부가가치의 상품이 됩니다.
세라믹의 이용분야
파인세라믹의 활용 분야에서는 전자 분야에서 IC 기판, 변압기 등이 있으며, 기계 및 구조 분야에서는 초정밀 가공 부품 및 엔지 부품, 에너지 및 환경 분야에서는 태양 전지와 연료 전지가 있습니다.
바이오 분야에서는 바이오 칩이나 인공 관절, 헬스케어 센서 등을 포함한 전문 분야가 확장되고 있습니다. 스마트폰 부품의 70%를 차지하는 등 미래산업의 핵심소재로 자리 잡은 세라믹은, 연료전지 분야에서도 90% 이상의 점유율을 보이고 있습니다.
이러한 점유율을 보면 우리 일상에서 사용하는 대부분의 물건들이 세라믹으로 만들어졌다고 볼 수 있습니다. 세라믹의 이용분야 또한, 원자력 발전소나 우주공간과 같이 열악한 환경에서도 세라믹이 안정적으로 사용될 수 있는 것으로 알려져, 중요한 미래산업의 핵심소재로 자리 잡게 된 것입니다.
특히 세라믹은 엑스선이나 감마선과 같은 방사선에도 잘 견딜 수 있어, 물질 구성 분야에서도 중요한 역할을 담당하고 있습니다.
파인세라믹의 주원료인 알루미나는 수십 종류가 있으며, 용도에 맞게 불순물의 농도나 가열, 혼합 방식에 따라 수많은 종류의 세라믹을 생산할 수 있습니다. 또한 입자의 크기나 모양에 따라 산업 부품으로 활용할 수 있어 완벽에 가깝다고 할 수 있습니다.
세라믹의 단점
세라믹의 단점 중 하나는, 소재로서 세라믹은 원초적인 원료의 문제를 가지고 있습니다. 최근 파인세라믹에서 사용되는 원료는 희귀 원료들이 많고, 국내에서는 생산되지 않아 근본적인 원료의 확보와 좋은 품질의 원료 확보가 어려운 편입니다.
그러나 공정이나 첨가물 등에 따라 많은 결과물을 내주는 세라믹은 아직도 발전 가능성이 매우 높습니다. 세라믹의 발전과 연구에 따른 재료 공급이 단점이라 할 수 있습니다.
