고성능 기계류 부품에 나노기술 응용 가속화 조짐
동적 성형의 모식도
나노금속분말소재 관련 출원건수
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(금속소재는 분말의 크기를 줄여갈수록 비표면적 증가에 따른 표면에너지의 증가로 극히 불안정하게 되고, 이에 따라 자연발화를 일으키는 크기가 대략 1mm 정도라고 알려져 있음.) 때문에 나노 세라믹 분말에 비해 상대적으로 그 연구에 어려움이 있었으며, 나노금속분말을 고밀도로 성형하여 부품화하는 기술 역시 어려운 기술로 분류되었는데, 이는 나노크기의 미세구조를 유지하면서 고밀도화(완전치밀화)하는 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 순간적(마이크로 초(~㎲))으로 발생하는 매우 높은 압력(정적성형 압력의 1000배 이상)을 분말에 가하여 고밀도의 치밀한 나노구조 성형체를 얻을 수 있는 성형기술이다.
지금까지 국내의 나노금속분말 제조 및 고밀도 성형에 관한 연구는 한국원자력연구소, 한국기계연구원, 한국과학기술연구원 및 서울대, 한양대 등 국공립연구소와 일부 대학에서 주로 수행되어 왔으나, 앞으로는 이와 같은 연구의 결과가 산업체에 전수되어 구체적인 부품으로 제조되고 실용화되어야 한다는 요구가 증가하고 있다.
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. (* 참고 : 나노 텅스텐카바이드/코발트(WC/Co)합금 고속도 공구의 성능)
한편, 특허청에 따르면 나노금속분말 및 고밀도 성형기술에 대한 특허출원건수는 1980년대에 5년 평균 2건에 불과했으나 ‘90년대 들어 5년 평균 증가율이 900% 이상으로 급격히 증가하기 시작하였고, 이러한 증가세는 2000년대에 들어서도 지속되어 2001년부터 2006년 8월말까지 출원 건수가 1829건으로써 폭발적인 증가를 나타내고 있다.
특히, 나노금속분말의 성형기술 관련 특허출원이 급격히 증가함에 따라 나노금속분말 소재를 이용한 다양한 성형 제품들이 기계류 부품 시장에 선을 보이고 있고, 이를 통해 볼 때 고성능 기계류 부품 소재의 생산에 본격적인 나노소재의 응용이 가속화될 것이라고 밝혔다.
특허청 개요
특허청은 특허와 실용 신안, 디자인(의장) 및 상표에 관한 사무와 이에 대한 심사, 심판 사무를 수행하는 산업통상자원부 소속 행정기관이다. 대전에 본부를 두고 있다. 조직은 기획조정관, 산업재산정책국, 정보기획국, 고객협력국, 상표디자인심사국, 기계금속건설심사국, 화학생명공학심사국, 전기전자심사국, 정보통신심사국으로 구성되어 있다. 소속기관으로 특허심판원과 특허청서울사무소, 국제지식재산연수원 등이 있다.
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특허청 기계금속건설심사본부 금속심사팀 팀장 소현영 042-481-8445