소재강국 실현을 위한 FRONTIER. 재료 전문 종합연구기관.

분말/세라믹연구본부

분말/세라믹연구본부

실장 윤희숙

연구실 소개

엔지니어링세라믹연구실은 기계적/열적 응력 하에서 사용되는 세라믹 소재의 물성/수명 향상 기술 및 엔지니어링 세라믹스에 특정 기능을 부여/강화한 맞춤형 신소재 세라믹 기술을 개발하는 연구를 수행하고 있다.

055-280-3351

주요 실적

보유 기술 기업 이전 (바이오 세라믹 3D프린팅/295백만원, 스피넬 전극/50백만원, 세라믹 베어링/10백만원)
세라믹 압출기술관련 기술 자문료 징수 20백만원
"투광성 이트리아 열간 가압 소결 방법 (가소결기술 병합)" (PCT/KR2016/004240) 외 국내외 12건 출원
"세라믹 코팅층을 가지는 다공질 점토 기반 세라믹 분리막 제조방법 및 이에 의해 제조된 세라믹 분리막" (한국/1591932) 외 국내 8건 등록
"세라믹 3차원 프린팅 장치 및 3차원 프린팅 방법" (KR1754771,15;US857,959; CN201680039062;EU16824757.5) 외 국내외 14건 등록·출원, 및 4건 노하우 등록
"골다공증 치료용 유효성분을 함유하는 경조직 재생용 지지체 및 이의 제조방법 (KR1728675; US9,889,234) " 외 국내외 8건 등록 및 출원
NIMS, AIST (일본), IMR (중국), FhG-IKTS (독일), SAS (슬로바키아) 등과 국제워크샵 개최 및 국제공동연구

주요 연구분야

고강도/고인성/내마모/저비용 비산화물 세라믹 소재 기술
방탄/IR윈도우 및 레이저발진용 투명 세라믹 소재 기술
수처리용 친환경 다공성 세라믹 소재 기술
생체환경 맞춤형 기능성 골이식재 제조공정 개발
세라믹 3D프린팅 소재·공정·시스템 전주기 기술 개발

향후 연구계획

  • 레이저발진용 광학급 투명 세라믹 소재 기술 개발
  • '90W/mK-900MPa'급 차세대 파워디바이스용 기판 소재 개발
  • 친환경 정화용 다공성 세라믹 소재 개발
  • 생체환경 맞춤형 기능성 골이식재 제조공정 개발
  • 3D 프린팅을 이용한 임상적용 가능한 소재 개발/형상 제어 및 구현 기술 개발
  • 다종 세라믹 소재 광중합 적층조형 공정 기술 개발

연구개발 추진실적

방탄/IR윈도우 투명 세라믹 소재 기술

[과제 소개]

  • 현대전에서 전투차량/함정/항공기 방탄 및 개인방호의 중요성 강조
  • IR 투과창 소재는 무기체계상 유도무기의 눈과 같은 역할을 수행하는 핵심 소재
  • 본 과제는 핵심방산소재기술개발사업 (2014-2018) 의 지원 하에 Vis-IR 영역 광투과 다결정 세라믹 소재를 연구 개발
  • 방탄급·윈도우급 세라믹 기술 확보 후 광학급 세라믹 기술 개발 도전

[기술개발 내용 및 특징, 성과]

  • 세라믹 프로세싱의 고도화 (순도, 분산, 성형, 소결)
  • 전주기 연구 (원료분말합성기술+성형기술+소결기술)
  • 기구축 흑연로 인프라를 이용 저가격/고투과 투명 이트리아 소결 기술 개발 (Φ50mm*투과도80%)
  • 상용 나노분말 이용 무응집 균일 성형을 통한 고강도/고투과 스피넬 소결 기술 개발 (Φ60mm*투과도80%)
KIMS 개발 투명 이트리아. (좌) 투광도 (우) 직경50밀리*두께4밀리 시제품

수처리용 친환경 다공성 세라믹 소재 기술

[과제 소개]

  • 세라믹 분리막 제조기술로서, 높은 분리효율을 가지며, 강산성/강염기성, 고온/고압 등 극한 조건에서 높은 내구성을 가지며 내 오염성을 보유하는 소재 개발 기술
  • 다양한 천연소재를 사용하여 저가로 상용화 가능한 수처리용 세라믹 분리막 제조기술 개발

[기술개발 내용 및 특징, 성과]

  • 세라믹 지지체 기공 제어 분야와 기능성 부여 분야, 세라믹 지지체 압출 공정 제어 분야 등 3 분야로 크게 구분하여 연구 추진
  • 다공성 세라믹스 기공 제어 기술 : 기공크기 UF급 (0.03 ㎛), 강도 (20MPa 이상)
(좌) 압출한 탄화 규소 세라믹 분리막 (우) 및 UF급 분리막의 미세구조>

세라믹 3D프린팅 기술을 이용한 생체디바이스 제조 전주기 기술 개발

[과제 소개]

  • 골다공증 대응 기능성 충진재 및 골재생 모니터링 기술 개발 (창의형융합사업, 과기정통부)
  • 이식환경맞춤형 바이오세라믹 3D프린팅 소재 및 저온공정기술 개발 (산업핵심기술개발사업, 산업부)
  • 광중합형 2종 소재 적층조형기술을 이용한 다기능성 세라믹 구조체 제조기술 개발 (ICON사업 (한-독 국제공동협력사업), 국가과학기술연구회)

[기술개발 내용 및 특징, 성과]

  • 식품유래성분을 이용한 골다공증 환자 맞춤형 세라믹 지지체 제조공정 개발 및 기능성 평가
  • 생리활성물질을 담지한 기능성 미립자 형태의 세라믹 골조직 재생용 골충진재 개발
  • 세라믹 3D프린팅 기술을 이용한 맞춤형 경조직 재생용 생체세라믹 지지체 개발
  • 세포, 약물 및 단백질 전달 가능한 무소결 세라믹 지지체 제조공정 개발
  • 필름공급형 광중합 방식 세라믹 3D프린팅 기술을 이용한 세라믹 단일소재·이종소재 적층조형 시스템 및 공정기술 개발
상-좌) 마이크로 크기의 유·무기 복합, 세라믹 골충진재, (상-우) 무소결 세라믹 지지체 제조 기술, (하-좌) 광중합 적층조형을 이용한 세라믹 구조체, (하-우) 세라믹 이종소재 적층조형 기술

연구개발 성공사례

필름공급형 광중합방식 세라믹 3D프린팅 시스템 및 소재·공정기술 개발

[과제 정보]

  • 연구책임자 : 윤희숙 박사
  • 전화 : 055)280-3246
  • E-mail : 이메일 확인
  • 연구기간/비용 : 15.10.12~17.10.11 / 400,000천원
  • 참여기관 : 대림화학

[기술의 핵심]

  • 소재공급 방식을 ‘수조(vat)형’에서 ‘필름형’으로 전환기술 개발
  • 다중 소재공급 라인 및 소재 회수 및 혼합방지용 세척 모듈 개발
  • 수평회전형 광조사-조형 스테이지 unit 모듈 개발
  • 이상의 기술을 통한 소재사용 효율 극대화 및 다종소재 프린팅 기술 확보

[기술 개발 내용 및 특징]

  • 상시 빛에 노출되어 있는 수조형 소재공급 방식에서 적층 시 1회 노출 후 회수, 재활용 할 수 있도록 소재공급 시스템을 개발하는 것으로 소재열화 방지 및 사용효율 극대화
  • 같은 층 내에 여러 소재가 혼합되어 있는 구조 제작을 위한 다종 소재공급라인 개발
  • 수평회전형 광조형모듈을 개발하는 것으로 조성제어 정확도 향상
  • 이상의 기술을 통하여 종래 형상제어 목적으로 활용되고 있는 3D프린팅 기술을 형상 및 조성 (기능성) 제어 목적으로 활용할 수 있도록 하여 그 활용가치를 크게 향상시킴
KIMS개발 세라믹 3D프린팅 시스템(좌)을 이용한 다양한 세라믹 구조체 예 (우)

[상용화 실적 및 산재권/논문실적]

  • 기술이전: 세라믹 3D프린팅 장비기술 (2017)
  • 산재권: 세라믹 3차원 프린팅 장치 및 3차원 프린팅 방법 (국내특허등록 1754771; 해외출원 (US857,959; CN201680039062;EU16824757.5), 다종소재용 3D프린팅 장치 및 다종소재 3D프린팅 방법 (국내출원 2017-0092991; 해외출원 US, CN, EU), 다종 소재용 3D프린팅 장치 세척모듈 (국내출원 2018-0016245)

[기술효과 및 활용분야]

  • 세라믹 구조성형 한계점을 극복하고 성형·가공비용을 크게 절감하는 것으로 세라믹 신산업 창출 및 국내 세라믹 산업성장에 기여
  • 의료바이오, 에너지, 전자, 환경, 구조, 부품 및 건설 등 다양한 기술분야에 활용가능

대외 연구활동

국제학회 초청강연

  • Hui-suk Yun, SSBH, Calcium phosphate 3D printing for osteoporotic bone tissue regeneration, 2017. 05, Korea
  • Hui-suk Yun, TERMIS EU, Bioceramic 3D printing for osteoporotic bone regeneration, 2017.06, Swiss
  • Hui-suk Yun, JSPMIC, A new approach for bioceramic 3D printing, 2017. 11, Japan