14일 대한금속·재료학회의 주관으로 대한상공회의소에서 열린 하계기술심포지엄에서 한국원자력연구원 소속 박지연 박사가 '우주항공용 CMC복합재료: 글로벌 동향과 국내 기술 현황' 이라는 주제에 대해 발표했다.
발표에서 박지연 박사는 우주항공 소재로서 CMC(세라믹 매트릭스 복합재료)소재의 특성 및 장점을 소개하고 CMC 소재 기술 개발의 국내외 현황에 대해 설명했다.
박지연 박사는 CMC의 무게와 온도 적응 측면에서 세라믹의 우월성을 강조했다. 박지원 박사에 따르면 CMC는 온도에 대한 적응 정도가 높아 초저온에서 초고열까지 변동이 심한 환경에 노출될 수 있는 우주환경에서 항공용 소재로 적합하다고 말했다.
물론 CMC의 밀도는 항공우주선의 주재료인 금속에 비해 30~50% 낮아 인성(재료의 질김 정도)은 비교적 떨어지나 그만큼 엔지니어들이 원하는 형태로 성형 및 가공이 용이한 데다 해당 수준의 인성으로도 항공우주 소재로서 충분하다고 박지연 박사는 설명했다.
또 지상엔진과 달리 항공우주용 엔진은 무게의 경감이 효율성 증대로 연료 효율 증대로 이어져 금속에 비해 무게가 가벼운 CMC가 항공우주선의 연비를 증가시킬 수 있다고 분석했다.
상기한 장점들을 통해 CMC는 금속을 대체할 항공우주선의 주재료가 될 가능성이 있으며 이에 따라 항공우주 CMC 상용화 시장은 더욱 커질 전망이다.
때문에 당장의 수익이 아닌 미래의 시장 확장성을 염두에 두고 기술개발에 투자해야 한다고 박지연 박사는 강조했다.
박지연 박사는 CMC소재 상용화를 위한 국내외 움직임에 대해서도 언급했다. 중국은 최근 CMC복합재 R&D(연구개발)의 중요성을 인지하고 개발에 박차를 가하고 있다. CMC소재는 발전 정도에 따라 세대가 나뉘는데 중국은 현재 가장 최신 소재인 3세대 섬유의 독자적인 연구를 진행하고 있다.
이는 항공우주 산업을 선도하는 국가인 미국이 주권을 뺏길까 두려워 중국으로의 관련 설비 수출을 제한했음에도 이뤄낸 성과다.
일본 역시 자국의 탄소 섬유 기업 닛폰 카본과 미국의 GE(제너럴일레트릭)간의 협력 자본을 통해 NGS 어드밴스드 파이버라는 섬유 개발 회사를 일본 내에 설립했다. 이 기업을 중심으로 일본은 CMC소재 R&D를 주도해나가고 있으며 연간 10톤의 CMC를 생산하고 있다.
국내에서도 CMC기술 상용화에 총력을 다하고 있다. 국내 기업 및 정부기관에서도 CMC가 항공우주 분야에서 금속을 대체할 신소재가 될 것이라 기대하기 때문이다.
현재 대한항공 우주산업본부, 현대로템, 도레이첨단소재, 효성첨단소재, 티포엘(T4L) 등 탄소, 섬유 분야의 국내 대· 중견기업들이 CMC개발에 몰두하고 있다.
아울러 연구소 중에서는 원자력연구원, 에너지연구원, 산업기술원 등이, 학교 중에서는 국민대, 서울과기대, 영남대, 전북대 등 국내 다양한 산·학·연 기관들이 CMC복합재 R&D에 관심을 갖고 있다.
박지연 박사는 "CMC R&D의 원활한 발전을 위해서는 전문 인력 확보 및 인프라 구축이 필수적이다"며 "미국 등 선진화된 CMC 기술을 가진 국가를 직접 방문해 기술 공유 네트워킹을 형성하는 것이 필요하고, 기술이 상용화 단계에 이른 뒤 이를 구매해줄 수 있는 미래 수요처를 지금부터 찾음으로써 투자금을 확보해야 한다"고 밝혔다.