금속계 신소재 종류

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금속계 신소재 종류에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

있는 고가의 Co로 인하여 Co의 양을 줄이거나, Co이외의 대상에 대한 검토가 진행되고 있다.
②Ti계 합금은 어느 합금과 비교하여도 저가라는 것이 최고의 장점이다. 그 중에서도 TiFe계 합금은 특히 저렴하고 수소저장량이 1.9wt%로 MmNi5계 합금에 비해 크며 수소저장합금으로서 비교적 적합한 특성을 갖지만, 내구성에 대해서는 아직 개선의 여지가 남아 있다.
③AB2형 Laves상 Ti-Zr합금은 고용범위가 넓고 합금조성의 폭이 크기 때문에, 플래토압의 제어, 플래토특성의 개선이 가능하다. 수소저장능력도 비교적 커서 차세대 수소저장합금으로 기대되고 있다. 개발된 합금의 수소저장량 2.1wt%정도의 것이 많으며, 최대수소저장량이 3wt%로 높은 것도 있지만, 수소방출량과 내구성의 과제가 남아 있다.
④Mg계 합금 중에는 Mg2Ni의 수소저장량은 3.6wt%로 크지만, 수소방출 조건이 0.1MPa에서 310℃로 높았다. 최근, Mg계 합금의 나노복합화 기술에 의해 100℃부근에서 방출가능한 Mg2Ni계 합금이 발견되었고, 높은 수소저장량을 유지하면서 특성이 개선된 것이 얻어지고 있다.
⑤bcc고용체합금의 개발 : TiCr계 합금의 고성능화를 위해 구성에 대해 FZ법을 적용한 수소화 특성이 조사되었으며, 조사결과, FZ법에 의해 합금성분의 균질화가 촉진되고, 제조속도를 감소시킬수록 그 효과가 크며, 결정의 완전성이 높아지고 있다고 판명되었다. 이러한 개선에 의해 Ti24Cr36V40합금에서 2.77wt%의 유효 수소이동량이 달성되었으며, 이로부터 최적화와 제조조건 개선으로 유효수소량 3wt%의 bcc합금의 실현을 기대할 수 있다.
3) 국내,외 수소제조와 저장 시장
국내 수소 제조업체수 및 생산액
사업체 수 (개)
생산액
(백만원)
출하금액
(백만원)
완제품 열말재고액
(백만원)
2003
18
103,427
103,447
17
2004
15
124,946
124,945
31
2005
21
159,561
159,405
304
2006
25
211,913
211,867
345
국내에서 수소를 제조하는 업체는 울산, 여수 및 대산 등의30여개정유, 제철 및 화학회사로 제조되는 국내의 수소생산량은 연간56만톤으로 약 1조원의 시장규모이다. 정유공장에서는 주로 납사를 원료로 수증기개질법에 의해 수소를 제조하고 있다(연45만톤). 제철공장에서는 자체적으로 발생되는 COG(coke oven gas)에 포함된 수소를 PSA공정으로 분리하여 사용하고 있다(연4천톤). 국내에서의 수소유통량은 주로 부생가스위주로 형성되어 있으며 정제수소의 공급가능량은 현재유통량의 대략 2.5배 수준으로 추정된다. 대표적인 국내수소유통업체(공급업체)로서는 덕양에너젠, SPG산업, BOC 가스코리아가 있으며 2002년 유통량(판매량)은 이들 3사를 합칠 경우22,500Nm3/hr(연간17,000 톤에 해당)에 달하고 있다.
세계 수소시장 규모 전망
구분
2004년
2007년
2012년
2020년
국내
0.8억불
1.2억불
3억불
26억불
국외
300억불
400억불
800억불
1,400억불
주) 2020년 자료는 수송부분만의 예측자료로 KAERI/AR-600/2001에서 인용함
자료 : 수소경제 지향국가 Vision 및 보급목표 달성을 위한 실행방안, 산업자원부, 2004
수소 산업 분야
수소산업 분야
내용
생산
화석연료, 바이오매스, 물 등을 이용
열분해, 전기분해, 광분해
운반
수소생산 및 저장소로부터 수소 공급
파이프라인, 트럭, 바지선, 수소 스테이션
저장
운반, 전환, 이용을 위한 수소 저장
상압의 액체수소 또는 고압의 기체 수소르 위한 탱크
전환
전기 또는 열에너지 제조
연소터빈, 왕복기관, 연료전지
이용
핸드폰이나 노트북 등의 휴대용 전원
비상전원, 열병합 발전 발전소 등의 발전용 전원
※나노메탈
1)나노메탈의 정의
나노메탈은 신소재중 하나이다. 신소재는 금속계, 무기계, 유기계, 복합계 등으로 대별된다. 금속계 신소재란 금속, 합금, 금속간 화합물이 가진 특성중 특정의 기능 또는 성능이 최대한 발휘될 수 있도록 결정구조 미세조직이나 원자배열을 제어하여 제조한 합금적인 금속재료를 말한다. 최근 금속계 신소재중 가장 주목을 받는 것이 나노메탈이다.
나노메탈이란 금속모재에 포함되어 있는 나노입자의 조합을 제어함으로써 새롭게 만들어지는 금속재료를 말한다. 즉, 금속재료의 구조, 조직을 100 나노미터 이하의 입자로 제어하면 보통 구조, 조직을 지닌 동계의 합금보다도 우수한 성능을 발휘하는 재료가 생성되는데 일반적으로 이러한 재료를 총칭하여 나노메탈이라고 한다.
2)나노메탈의 제조
나노구조 메탈세라믹 제조 방법에 관한 것으로, 특정 금속탄화물이나 특정 금속질화물 중 어느 하나와 특정 금속 분말의 혼합물 혹은 특정 금속산화물과 특정 금속 분말의 혼합물을 입자 크기가 나노구조를 가지도록 볼밀링법으로 나노분말화한 후, 상기 나노구조 혼합물에 유도전류나 펄스 전류에 의해 발생하는 열을 가하면서 상기 나노구조 혼합물의 수축길이 변화가 없을 때까지 상기 나노구조 혼합물을 가압성형 및 소결하여 입자 크기가 나노구조를 가지는 메탈세라믹을 제조한다.
입자 크기가 나노구조를 가지도록 볼밀링법으로 나노분말화한 혼합물에 유도전류나 펄스 전류에 의해 발생하는 열을 가하므로, 수분(예컨대, 2∼5분) 이내로 고온의 가압성형 및 소결 작업을 수행하여 종래에 비해 상대적으로 메탈세라믹의 결정립 성장은 제한하고 계면 접합성은 향상시키면서 나노구조 메탈세라믹을 제조할 수 있다.
구분
2000
2005
2010
국내시장
180
340
560
3)나노메탈 시장동향과 전망 (단위 : 억원)
자료 : 한국산업은행
나노메탈은 새로운 소재로서 소재 및 기계산업 등 산업에 미치는 파급효과가 상당할 것으로 보이나 현재의 가격수준에서는 시장을 확대해 가기가 쉽지 않은 실정이다. 따라서 생산효율을 높이면서 저비용 생산체제를 구축이 선결되어야만 경쟁력이 있을 것으로 전망된다. 국내시장은 신금속 시장을 기준으로 살펴볼 때 2000년 1,800억원, 2005년 3,400억원, 2010년 5,600억원 규모에 달할 것으로 추정되고 있다.

키워드

신소재,   나노메탄,   티타늄합금,   수소저장합금