[미래를 이끌 이공계 학과 2010] 이공계 유망학과 <27>- 세라믹공학과

도자기 · 유리에서 車 엔진 · 우주선 재료까지 ···
물리 · 화학 · 전기 · 전자 · 망라된 첨단공학

세라믹스(ceramics)란 고대 그리스어의 'keramos(흙으로 만들어진，또는 불에 태워서 만든 물건)'란 말에서 유래된 것으로 사람이 인위적으로 열을 가해 만든 비금속 무기재료를 의미한다.

한자로는 흔히 요업(窯業) 또는 요업제품이라고 표현한다. 요(窯)는 구멍(穴) 속에서 양(羊)이 불(火)에 구워지고 있는 모습을 형상화한 것으로 불을 때는 가마라는 뜻을 지니고 있다.

세라믹스는 재료를 만들기 위한 재료로,중요한 공업용 소재인 금속을 만들기 위한 용광로는 세라믹스인 내화물(耐火物)로 만들어진다. 금속의 품질은 내화물의 좋고 나쁨이 좌우한다.

과학과 공학이 발달하면 할수록 초고온，초고압，초내식성 등 극한에서 사용할 수 있는 재료가 요구되는데 이런 조건에 부합할 수 있는 극한재료로 세라믹스가 제격이라고 할 수 있다.

⊙ 세라믹스의 역사

세라믹스는 일반적으로 금속재료，유기재료에 비해 잘 부식되지 않고(내식성),열에 강하며(내열성),마모되지 않는(내마모성) 특징과 전자기적 기능，기계적 · 광학적 · 생체적 기능 등 다양한 기능을 갖고 있다.

이런 특징 때문에 컴퓨터 기억소자 반도체，방사선 차폐재료，항공우주공학 제품，제3의 산업혁명을 가져올 초전도 재료 등 전자，기계，바이오，우주항공 등 여러 분야에서 인간의 생활을 편리하고 깨끗하게 만드는 데 기여하고 있다.

우리 주변의 시멘트，유리，법랑，내화물，단열재，건축용 점토제품，도자기,TV 브라운관,유리섬유 등도 세라믹스 제품이다.

세라믹스의 역사는 상당히 유구하다.

도자기의 경우 기원전 1만년 전인 신석기 시대 점토를 불에 구워 만든 토기에서 그 뿌리를 찾는다.

현재 사용되고 있는 도기와 자기는 각각 철기시대와 1300년대에 출현했다.

도기는 1000~1200도 정도의 열처리가 필요하고，자기는 1300도 이상의 열처리가 필요하므로 고온에서의 열처리 기술의 발달이 곧 도자기 공업의 발달과 맥을 같이 한다고 볼 수 있다.

유리는 기원전 3000년께 이집트인들이 돌구슬에 유리질의 유약을 사용했으며 기원전 1700년께 메소포타미아에 유리에 관한 가장 오래된 기록이 남아있는 것으로 볼 때 기원전 2000년에 이집트와 메소포타미아 지방에서 유리의 역사가 시작된 것으로 평가된다.

시멘트를 사용해 만든 가장 오래된 구조물은 이집트의 피라미드로，당시 쓰여진 시멘트는 석회석을 구워서 만든 생석회，석고를 구워서 만든 소석고의 기경성(氣硬性) 시멘트다.

기경성을 갖는 석회와 석고는 현재 일반적으로 사용되는 수경성(水硬性)의 포틀랜드 시멘트가 1824년 발명되기 전까지 널리 사용돼왔다.

내화물은 고온에서도 녹지 않는 비금속재료의 총칭이다.

철강이나 시멘트，유리，도자기 산업의 용광로에는 내화물이 필수불가결하다.

세계 세라믹스 산업은 반도체 및 디스플레이,무선통신 시장의 확대에 힘입어 그동안 급속한 성장세를 보여왔다.

각종 전기저항기와 센서류,반도체 등에 사용되는 파인세라믹스의 세계 시장 규모는 2002년 887억달러에서 2004년 1260억달러，2010년 2430억달러,2015년 4570억달러(전망치) 규모로 연 평균 13.4%의 높은 성장률을 기록하고 있다.

⊙ 뭘 배우나

세라믹 공학은 산화물，탄화물，질화물，붕화물과 같은 비금속 무기재료의 개발과 응용을 연구하는 학문분야로서 물리，화학，전기，전자공학이 망라된 첨단공학 분야다.

학과 주요분야로는 △세라믹 물성(物性) 분야 △기능성 나노구조재료 분야 △박막 분야 △전자재료 분야 △나노분말합성 분야 △광학소자 분야 △에너지소재 개발 분야 △환경친화성 재료 분야 등이 있다.

세라믹 물성 분야는 세라믹 재료에서 이온의 확산 메커니즘,결함형성과 전기전도 특성을 조사하는 기초연구와 기능성 산화물 벌크 및 필름을 제조해 특성을 향상시키는 응용연구를 한다.

기능성 나노구조재료 분야는 차세대 초고온 세라믹스를 새로운 소결조제를 설계하여 저온 상압 소결만으로도 매우 우수한 고온 물성을 갖도록 하는 공정기술을 배운다.

박막 및 전자재료 분야는 차세대 반도체에서 메모리 산업의 핵심인 유전체와 디스플레이 분야를 연구한다.

광학소자 분야는 광학 커뮤니케이션과 관련된 재료,소자 연구와 공정 개발 등에 대해 연구하는 분야이며,에너지소재 개발 분야는 차세대 대체에너지 소재 및 제조 공정에 관한 연구를 하는 분야다.

마지막으로 환경 친화성 재료 분야는 환경 친화형 세라믹스를 연구하는 분야로서 매연여과장치 필터와 나노 기공성 분말의 합성 등을 공부한다.

세라믹공학과에서는 다양한 실험과 실습을 통해 응용방법을 연구한다.

전자기학,기초회로 실험,공업수학 등의 이론과 전자응용실험,현장실습 등을 통해 생산현장에 적응할 수 있도록 체계적인 실습을 하고 있다.

1,2학년때에는 세라믹 개론,재료공학,공업수학,재료물리화학,재료전산학,세라믹전자기학,세라믹 분석화학 등을 학습한다.

3,4학년 때는 재료열역학,재료결정학,첨단기능성 세라믹,세라믹 공정 및 설계,세라믹과학원론,재료전산모사,바이오 재료,반도체 소재 등을 통해 세분화된 전공분야를 배운다.

고등학교 교과 과목 중 물리와 화학이 관련성이 깊다.

또 소재산업은 새로운 소재를 개발하는 일이므로 창의력과 과학적 독창성도 요구된다.

연세대 인하대 홍익대 명지대 전남대 강릉대 안동대 경상대 등 많은 대학들이 세라믹공학을 가르치고 있다.

요업공학과로 출발해 세라믹공학과,신소재공학과로 이름을 바꾼 학교들이 적지 않다.

재료공학과,무기재료공학과 등에서 세라믹공학을 가르치는 대학들도 많다.

⊙ 졸업후 진로는

시멘트 유리 도자기 내화물 등 전통 세라믹스 관련업체,반도체 파인세라믹스 전자부품소재 디스플레이 기계 전자 항공 정보통신 등 첨단산업 관련업체,항공기업체,우주산업 등의 뉴세라믹스 관련업체,대체에너지자원 개발업체 등에서 일한다.

정부 출연 연구소로도 진출하고 있다. 전자공학기술자(엔지니어)，마케팅 관련 사무원，생산관리 및 품질관리원，구매 및 자재 사무원，화학공학 기술자(엔지니어)，기타 공학 관련 종사자로 활동하고 있다.

관련 주요 기업으로는 삼성전기 삼성코닝 삼성정밀화학 한국도자기 행남자기 이수세라믹 삼화전자 자화전자 경원훼라이트 KCC 쎄라컴 상호세라믹 경원메디칼 등이 있다.

재료기사,세라믹 산업기사,세라믹 기능사 등의 자격증을 따면 취업에 유리하다.

강현철 한국경제신문 연구위원 hckang@hankyung.com