고성능 기계류 부품에 나노기술 응용 가속화 조짐

특허청은 고성능 기계류 부품용 나노금속분말 특허출원이 1990년도 이후 폭발적인 증가세를 나타내고 있으며, 특히 나노금속분말의 고밀도 성형에 관한 특허출원이 나노금속분말 출원의 약 37%를 차지하는 높은 비율을 나타내고 있다고 밝혔다. 나노기술이란 물질이 나노미터(10억분의 1미터) 크기로 작아지면서 나타나는 새로운 성질과 현상을 이용하여 소재, 소자, 또는 시스템을 창출하는 과학기술이다. 이 중 나노금속분말 및 고밀도 성형기술은 나노크기의 미세구조를 갖는 분말을 제조하여 첨단 산업기술 분야에 응용하도록 성형(벌크화)하는 기술로서 전 세계적으로 활발한 연구가 진행되고 있다.
나노 금속분말의 경우 강한 반응성 때문에 나노 세라믹 분말에 비해 상대적으로 그 연구에 어려움이 있었으며, 나노금속분말을 고밀도로 성형하여 부품화하는 기술 역시 어려운 기술로 분류되었는데 이는 나노크기의 미세구조를 유지하면서 고밀도화하는 것이 용이하지 않기 때문이었다. 이와 같은 기술적 어려움을 극복한 고밀도의 나노금속분말 성형체를 제조하는 최근 기술로서 동적성형법(Dynamic Compaction)이 알려져 있다.
기존의 정적성형법(Static Compaction)이 비교적 낮은 압력을 수 초에 걸쳐 천천히 분말에 가하여 압축하는 반면 동적성형법은 순간적으로 발생하는 매우 높은 압력을 분말에 가하여 고밀도의 치밀한 나노구조 성형체를 얻을 수 있는 성형기술이다.
대표적인 나노구조 실용화 부품으로는 나노 텅스텐카바이드/코발트(WC/Co)초경 합금으로 이루어진 고속도 공구용 마이크로 드릴/엔드밀 등이 알려져 있으며, 국내 공구 시장의 약 65%(연간 6천억원)를 차지하는 초경 고속도 공구 분야에 나노금속분말을 적용함으로써 일반 금속분말을 이용한 경우에 비해 약 150%의 경도 및 내마모성 증가와 약 3배 이상의 공구 수명 향상 효과가 나타났다.
한편 나노금속분말 및 고밀도 성형기술에 대한 특허출원건수는 1980년대에 5년 평균 2건에 불과했으나 ‘90년대 들어 5년 평균 증가율이 900% 이상으로 급격히 증가하기 시작했다. 이러한 증가세는 2000년대에 들어서도 지속되어 2001년부터 2006년 8월말까지 출원 건수가 1829건으로써 폭발적인 증가를 나타내고 있다.