일본산업뉴스요약

일간공업신문_2018.9.20(목)_25면

기술로 미래를 열다 -- 산업기술총합연구소의 도전
포스트 네오디뮴 자석
최고의 분말치금 기술을 활용

-- EV용 --
자석 매립형 모터는 가솔린 자동차의 엔진과 같은 전기자동차(EV)의 심장부로, 그 효율성은 이용되는 영구 자석 성능에 따라 크게 좌우된다. 현재 EV용 모터의 영구 자석은 모두 네오디뮴 자석이지만, 이 자석의 성능은 이론적 한계에 다다르고 있어 모터를 더욱 고효율화를 위해서는 네오디뮴 자석을 대체할 새로운 영구 자석이 필요하다. 이를 위해 산업기술총합연구소는 포스트 네오디뮴 자석 개발에 도전하고 있다.

EV용 모터에는 소결자석(Sintered Magnet)이라는 형태의 자석이 이용된다. 소결자석은 분쇄와 화학합성으로 인해 만들어지는 분말 형태의 자석을 녹이고 굳혀(소결) 만들어진다. 네오디뮴 자석의 우수한 점은 성능 외에도 소결이 용이하다는 특성이 있다. 하지만 포스트 네오디뮴 자석 후보가 되는 재료는 소결자석의 제작이 어려워, 네오디뮴 자석보다 고도의 프로세스 기술이 필요하다.

-- 틀을 깨다 --
이 때문에 전세계적으로도 새로운 영구 자석 개발은 활발하게 이루어지지 않고 있다. 국제 학회에서는 아직 발표의 70%가 네오디뮴 자석의 연구 개발이다. 새로운 자석 개발에는 광범위하고 고도의 치금 기술과 설비가 필요하지만 이것을 하나의 조직이 망라하는 것은 어렵다. 예를 들어 자석 재료는 매우 산화되기 쉬워 모든 공정의 산소 농도를 공기의 200만분의 1 이하로 하지 않으면 안 된다.

산업기술총합연구소에서는 7년 전부터 새로운 자석 개발을 위해 기술의 축적을 시작, 현재는 매우 낮은 산소 농도에서 제작하기 위한 모든 공정의 기술을 보유하고 있다. 이러한 연구기관은 세계적으로도 드물다.

산업기술총합연구소는 이 기술을 이용해 사마륨-철-질소자석을 개발하고 있다. 이 자석은 네오디뮴 자석을 뛰어넘는 잠재적 특성을 가지고 있지만, 소결 등이 매우 어렵다. 하지만 산업기술총합연구소는 모든 공정의 일관 기술을 무기로 세계 최초의 소결 자석을 제작했다. 또한 3테슬라의 거대한 보자력(Coercivity)을 나타내는 자분(磁粉) 합성에도 성공했다.

-- ‘전인미답(前人未踏)’을 실현 --
EV용 모터의 고효율화에 대한 요청은 계속 이어지고 있어 앞으로 기존 자석 재료로는 실현할 수 없는 성능이 요구될 것이다. 이를 위해 산업기술총합연구소는 기존 자석 이상의 잠재 특성을 가진 차세대 자석 개발을 추진하고 있다. 가장 유력한 후보로는 나노컴포지트(Nano composite)자석과 ThMn12형 자석이지만, 합성이 매우 어려워 아직 성공 사례는 없다. 산업기술총합연구소는 이 분야에서는 희귀한 강가공법(强加工法)과 플라즈마법 등을 통한 합성에 도전하고 있다. 차세대 자석이 실현된다면 EV뿐만 아니라 전기항공기 보급도 더 이상 꿈이 아니다.

 -- 끝 --