37년 연구 티타늄 ‘꿈의 신소재’ 각광

안경테·임플란트 대체부품·산악자전거 등 다양


[사진설명] 한국기계연구원 부설 재료연구소의 티타늄 합금 가공연구실 이용태 책임연구원. /전강용
기자/

생체 의료용 인공고관절 부품

자동차 엔진용 티타늄 합금 부품

“꿈의 신소재라 불리는 티타늄 합금 관련 분야에 있어 국내는 물론 세계 최고 수준의 실력자입니다."

창원시 상남동에 위치한 한국기계연구원 부설 재료연구소의 티타늄합금 가공연구실 이용태(56) 책임
연구원(박사)에 대한 동료 연구원의 평가다.

그 자신 역시 “30년 이상 티타늄 소재분야 연구에 전념했다. 이 분야 연구에서만은 국내 1인자라고
자부하고 연구를 심화시켜 가고 있다. 아마도 관련 분야 연구자들은 누구라도 인정할 것이다”고 말
할 정도로 자신한다.

티타늄은 다른 금속소재에 비해 크게 두 가지 우수한 성질이 있다. 극저온에서부터 600도까지 가볍고
도 강하여 변형되지 않고 잘 견딘다. 또한 스테인리스강보다 내식성이 아주 뛰어나서 화학적으로도
완벽하게 안정하다. 그래서 우주선이나 비행기 기체, 선박과 잠수함 선체, 원자력 시스템, 생체의료용 소재 등으로 적합하다.

이 박사에 따르면 티타늄 소재는 1950년대 러시아와 미국 등에서 군사용으로 비밀리에 활용되다가
1970년대 냉전시대가 끝나고 공산권이 붕괴되고 개방되면서 민간에 소개되어 산업용 소재로 본격 연
구되기 시작했다.

아직도 구 소련국가에서 전세계 생산량의 50% 이상이 생산되고 있다. 군수용으로는 미국과 러시아가
주도하고 있지만 민간부문 적용 노력은 일본이 선도했다. 그 첫번째 히트 작품이 골프클럽 헤드. 초
기 골프채 헤드부문은 무거운 나무나 쇠로 만들어져 크기가 작었다. 하지만 가볍고 튼튼한 티타늄 소
재를 적용하면서 헤드 크기가 자연스럽게 커지게 됐고, 이제는 모든 드라이버에 티타늄이 사용된다
고 이 박사는 설명했다.

이 박사는 외국에서 근무하는 동안에는 주로 항공우주 등 군수목적의 연구를 수행했으나, 귀국해서
는 티타늄 소재의 산업화를 위해 애쓰고 있다.

그가 관여하고 있는 분야는 다양하다. 인체에 해가 없으면서 탄성이 좋은 안경테를 비롯하여 임플란
트 등 뼈 대체(생체·의료용) 부품, 산악자전거 등 스포츠레저용 제품, 발전용 정밀주조품, 항공기용 부품 등 다양하다. 특히 티타늄 등산 지팡이는 기업에 제조기술을 이전해 현재 해당 기업에서 양산, 고가에 판매되고 있다고 귀띔했다.

그는 현재 중국, 우크라이나와 과기부 및 산자부 주관의 국제공동연구과제를 수행중이다.

“중국과는 생체용 부품 소재 개발을 국내 의대 교수진과 공동으로 진행하고 있다. 대퇴부나 척추뼈, 치과용 임플란트 등을 티타늄 소재로 대체하는 연구다. 파트너국으로 중국을 택한 것은 인체적용 실험이 한국보다 덜 까다로워 동물실험을 할 수 있기 때문이다. 또 우크라이나와는 티타늄의 특수용접 기술 개발하여 국산 원자로 열교환기에 활용을 추진하고 있다.”

이 박사가 소재분야에 관심을 갖게 된 것은 아직도 존경하고 있는 고교 선생의 조언이 컸다고 한다.

“고교시절 화학 과목을 잘했는데다 선생님이 앞으로 모든 산업에 기초가 되는 재료분야가 유망할 것
이라고 얘기해줘 대학 전공을 재료공학 쪽으로 선택하게 됐다. 당시에 포항제철도 건설되어 철강을
생산 중에 있었다.”

이후 이 박사는 37년간 금속소재 관련분야 연구개발에 종사하게 되었다.

1970년 서울대 공과대학에 입학, 금속주조공학 전공을 시작으로 1976년 한국과학원 재료공학과(석사)
를 졸업했고, 곧바로 국방과학연구소에 입사하여 1980년까지 국내 최초의 미사일 개발 과제에 참여했
다.

1978년 국내 첫 미사일 개발에 성공했다. 시험결과 사거리 180㎞에 목표물 100m 내에 근접하는 명중
률을 보였고, 그 미사일은 개량을 거듭하여 현재 실전배치됐다. 이는 이후 국내의 다양한 미사일 개발의 밑거름이 됐다.

당시 박정희 대통령은 원자력과 미사일 개발 두 가지에 큰 비중을 두었다고 한다. 미사일 부품 2만여
개 가운데 그는 기체 전반에 해당하는 주요 금속 및 복합재료를 연구개발했다. 그는 이 때 자연스레
티타늄 소재에 대해 처음 알게 됐고 미래에 아주 유용하고 중요한 소재가 될 것이라는 것을 깨달았다. 이를 계기로 해서 미국에 유학 가서도 티타늄 관련 연구를 선택하게 되었다.

그는 1980년 미국 유학길에 올랐다. 1984년 미국 Case Western Reserve University에서 티타늄 연구
로 재료공학 박사학위를 취득한 이 박사는 박사후 연구생(Post. Doc.) 신분으로 1985년까지 미국 항공우주센터(NASA)에서 소나(음파)용 고감쇄성 티타늄 합금 개발연구를 수행했다.

이어 그는 독일항공우주연구소에서 일해보자는 제의에 따라 1985년부터 1990년까지 5년반 동안 차세
대 유럽형 전투기(현 토네이도)의 엔진용 소재 부품 개발연구에 참여하여 초내열합금과 티타늄 등 고
온용 항공소재 및 공정 개발, 단열코팅 등 연구에 핵심연구원으로 참여했다. 이 때 개발한 터빈엔진내 날개부품과 단열코팅 기술은 지금도 토네이도 전투기에 적용되고 있다고 한다.

그러던 그는 1990년 말에 고국의 부름을 받고 귀국길에 올라 한국기계연구원(KIMM)에 입소했고, 현재
까지 티타늄 합금의 개발과 성형에 관한 국책연구를 수행하고 있다. 그동안 내열재료실장, 시험평가
부장, 재료기술연구소장(2005년) 등 보직을 역임했다.

이 박사는 KIMM에 근무하면서 국내 최초로 진공아크 용해 및 유도스컬 용해 장비 등을 이용한 대형
티타늄 잉고트 제조기술, 주조기술 등의 가공기술과 후처리기술 등을 확립하여 전량 수입에 의존하
고 있는 산업용 티타늄 소재, 고부가가치 의료용 부품 등을 개발, 국산화함과 아울러 생산원가가 절감된 다양한 민수용 티타늄 부품을 실용화하는데 기여했다.

아울러 국내 항공소재부품 공인시험 및 인증체제를 구축하고, 국내에서 생산하여 선진국에 수출하는
항공우주 소재부품의 시험검사 체계를 확립하여 관련 산업의 발전에도 크게 기여했다.

이용태 박사는 “최근들어 국내서도 티타늄 소재를 응용하여 산업화하려는 요구가 거세지고 있다. 이
에 더하여 그동안 갈고 닦은 부품소재 국산화 관련 노하우를 창원, 경남지역의 산업발전을 위해 미력
이나마 기여하고 싶다”고 포부를 밝혔다. 홍정명기자 jmhong@knnews.co.kr


★ 이용태 박사는

△약력= 1952년 전북 군산 生. 1970년 대전고등학교, 1974년 서울대 공과대학(학사), 1976년 한국과
학원 재료공학과(석사) 졸업, 국방과학연구소 선임연구원, 1984년 미국 케이스 웨스턴 리저브 대학
재료공학과(박사) 졸업, 미국 항공우주센터(NASA) 연구원, 1985년 독일항공우주연구소 연구원, 1990
년 한국기계연구원 책임연구원, 재료기술연구소장(2000~2005) 역임. 현 한국기계연구원 부설 재료연
구소 책임연구원

△주요 연구업적 및 수상 경력= 국내외 연구논문 82건, 학술회보 165건을 게재했으며, 국내외 특허등
록 7건 등 활발한 학술 및 연구 활동을 펼쳤다. 저서로는 ‘꿈의 신소재 타이타늄’ ‘타이타늄 가공
기술’ 등 6권을 펴냈을 정도로 티타늄 분야의 기술적·학문적 선구자로서 국내 첨단 신소재 분야의
육성에 기여했다.

이러한 공로로 과학기술 유공 대통령상(2001), 창원시 문화상(2002), 세호연구개발상(2002), 경남기
술대상(2003), 대한금속재료학회 기술상(2006) 등을 수상했다.


★ 티타늄 합금이란

티타늄 합금은 가벼우면서도 저온은 물론 중온까지 비강도가 높게 유지되고 피로강도나 파괴인성과
같은 기계적 성질이 우수하며 화학약품 및 해수에 대한 내식성이 좋아 우주항공산업을 비롯한 잠수
정, 석유시추용 구조재, 원자력, 화력, 수력발전용 발전기 부품에 사용될 뿐만 아니라 생체 의료기
기, 스포츠 레저용구, 일상용품에 이르기까지 그 응용분야가 상당히 넓다.

이러한 티타늄은 다른 금속재료보다 산소와의 결합력이 강하고 활발한 반응성 때문에 원광석에서 추
출하는데 많은 에너지가 소요되고, 합금 제조가 어려워 소재의 가격이 비싸며, 가공과 용접 또한 어
려워 일반 산업용에는 한정적으로 사용되고 대부분 국방 목적의 우주항공용 부품에 응용되어 왔다.
그러나 90년대 들어 동서 냉전구도와 기술 양극화 현상이 무너지고 각국에서 기술 패권주의가 팽창하
면서 티타늄의 용도는 자동차, 석유화학공장, 생체의료기기, 일상용품 등의 일반 산업용으로 급속히
확대되어 가고 있다.

현재 우리가 가장 많이 사용하고 있는 금속인 철강재료가 공업화된 시기가 1780년대이고, 동합금이
1800년대 초, 알루미늄이 1900년대, 스테인리스강이 1910년대 임에 반해 티타늄이 공업화되는 시기
는 1950년대로 비교적 짧은 역사를 가지고 있다.

따라서 재료 사용량의 증가에 관한 이들 금속재료의 역사적 추이로 볼때 신소재인 티타늄의 미래는
아주 밝다고 할 수 있다.

국내의 경우 티타늄 소재의 대부분을 수입하고 있으며, 소재 수입량은 1980년에 2712t, 2005년 7697t
(수입금액 약 2000억원)으로 해마다 수입량이 급증하는 추세에 있다. 또 티타늄 제품의 수출은 국내
여건상 거의 대부분을 수입에만 의존함에 따라 1998년까지는 수입액의 1%에도 미치지 못했으나, 2000년에는 수입액의 약 10% 수준인 615만달러의 티타늄 제품을 수출하는 등 해마다 국내 티타늄 산업이 급속히 성장하고 있다.

• 입력 : 2008년 1월 7일 월요일 경남신문