Fig. 1. Ceramic tool bits at metal turning work(쌍용양회).
각종 산업용 부품을 만들기 위해서는 직접 가공(절단, 절삭, 연마, 천공 등)하거나 그 모양을 만들어 주는 금형(단조, 압출, 인발, 사출을 위한 금형)을 기계적으로 깎아야 한다. 따라서 부품의 정밀도는 직접 가공시 또는 금형 가공시의 정밀도에 의존하게 되고 그 가공 정밀도는 사용되는 공구의 성능에 의해 좌우된다 (Fig. 1). 미국, 일본, 영국 등 선진국들이 새로운 공구재료 및 그 응용기술의 개발에 힘쓰고 있는 것도 이 때문이다.
공구재료에는 공구강부터 다이아몬드까지 여러 가지가 있는데, 각 재료가 갖는 고유한 특성에 따라 다양한 용도로 사용되고 있다. 최근 산업의 고도화와 함께 주목을 받고 있는 공구재료는 알루미나계, 질화규소계, 탄화물계 서멧, 다이아몬드, 그리고 입방정 질화붕소이다.
Fig. 1. Ceramic tool bits at metal turning work(쌍용양회).
공업의 발전에 따라 부품가공시의 높은 정밀성과 함께 높은 생산성이 아울러 요구됨으로써 효과적인 공구재료를 생산하는 것이 산업에 있어서의 경쟁력 확보의 바탕이 되었다. 국내에서도 공업이 급속도로 발전하면서 많은 양의 다양한 고성능 공구재료들에 대한 수요 또한 급격히 늘어나고 있다. 현재에도 이 분야에 많은 진전이 이루어지고 있지만 국내산업의 국제적 경쟁력을 제고하기 위해서 성능이 우수한 공구재료의 개발은 더 이상 미룰 수 없는 실정이다. 국내에서는 WC계, 알루미나계, 질화규소계, 다이아몬드계 등의 국산화가 완전히 이루어졌고, 서멧계 절삭공구 재료의 제조기술이 일부 정착되었으며, 입방정 질화붕소 절삭공구 재료의 제조기술 개발이 진행중이다.
서멧계 재료는 기존의 초경합금 절삭공구나 코팅공구보다는 발전된 절삭공구이고 절삭속도면에서는 세라믹스 절삭공구에 약간 뒤지는 위치를 차지하고 있는 절삭공구이다. 여러 가지 재종이 개발되면서 넓은 범위의 절삭조건을 담당하게 되면서 절삭공구 시장의 주요재료로 자리잡고 있다. 특히 일본에서는 이미 전체 절삭공구 시장의 50%를 차지하고 있다. 세계적으로는 일본이 기술적으로 가장 앞서 있으며 미국과 유럽이 활발하게 연구를 진행하고 있는 실정이다. 국내에서는 대한중석과 한국야금에서 몇 가지의 서멧계 절삭공구를 제조하여 판매하고 있으나 기술기반이 취약한 상태이다. 국내 서멧 절삭공구의 시장규모는 1995년 현재 약 70억원에 달하고 있으며 시장의 성장속도 및 일본에서의 발전경향을 고려하면 잠재시장의 크기는 1995년 기준 약 350억원으로 평가된다. 특히 현재의 70억원 시장 중 국내생산이 차지하는 것은 20억원 정도이고 나머지는 수입되고 있다. 제품의 성능 면에서 살펴보면 국내에서 생산되는 서멧은 주로 물성이 낮은 제품들이며 물성이 좋은 제품들은 대부분이 수입되고 있는 실정이다.
입방정 질화붕소 재료는 제조방법에 있어서나 물성에 있어서 다이아몬드와 매우 유사하다. 그러나 물성 중 내열성에 있어서는 다이아몬드를 능가하여 다이아몬드 공구로는 가공할 수 없는 철계, 니켈계, 코발트계 재료를 가공할 수 있으며 특히 열처리를 거친 높은 경도의 재료를 절삭가공할 수 있어서 정밀가공 분야에서 가장 중요시되는 공구재료이다. 세계적으로는 미국의 General Electric, 영국의 De Beers, 일본의 Showa Denko와 Sumitomo 등이 입방정 질화붕소의 지립(granule) 또는 소결체를 제조하고 있다. 특히 일본은 전세계 입방정 질화붕소 소비량의 50% 이상을 소비하고 있으며 이것이 기계가공 분야 경쟁력의 바탕이 되고 있다. 국내의 여건은 수요량(약 50억원)의 전량을 외국에서 수입하고 있으며 입방정 질화붕소 지립이나 소결체를 제조하는 업체는 없는 실정이다. 그러나 같은 범주에 속하는 공업용 다이아몬드가 국내에서 제조되고 있으므로 기술상의 잠재력은 있다고 볼 수 있다. 다.
Fig. 2. Various ceramic cutting tools(쌍용양회).
Fig. 3. Coated ceramic tool bits at metal turning work(한국야금).
1. 고기능성 세라믹스 기술개발 전략:구조 세라믹스 분야, 이준근 외, 한국과학기술연구원 (1995).
2.(1) 2005년 기획사업, STEPI, 1994.(2) Diamond Deposition Science and Technology, vol.2, No.8, 1991.(3) 초기치(85)를 미국시장의 65%로 하고 미국의 시장점유율 감소를 일본의 시장점유율 증가로 평가.(4) 수출입통계 자료, 1995. (5) New Diamond, vol.4, No.1, 1988. (6) 국내다이아몬드 시장의 5%로 평가. (7) %로 나타낸 수치는 세계시장에 대한 점유율을 나타냄.
1997년 9월 25일 이준근