발포알루미늄의기술동향 조사보고서 -...

2005. 12

발포 알루미늄의 기술동향조사 보고서

머 리 말

2 1세기는 지식과 정보가 그 국가의 경쟁력을 좌우하는 지식기

반 산업사회로 나아가고 있으며, 최고가 아니면 살아남을 수 없

는 무한 경쟁시대가 되어가고 있습니다. 우리나라가 이러한 변화

속에서 생존하기 위해서는 기술 혁신을 통한 국가 경쟁력 강화가

필수 불가결한 것으로 인식되고 있습니다.

이러한 시대적 요구 속에서 한국과학기술정보연구원에서는 우

리나라가 지식기반 산업사회를 선도해 나아갈 수 있도록 중기 거

점과제에 관한 R&D 기술동향보고서를 제공하고 있으며, 이를

통해 국가 과학기술을 확산시키고 궁극적으로 국제경쟁력을 향

상시키기 위해 노력하고 있습니다.

본 보고서는 발포 알루미늄에 관한 것으로 2 0세기 중반에 개

발되어 초기에는 제조방법의 불안정으로 제품의 크기와 원가 상

에 많은 문제를 가지고 있어 그 응용이 활발하지 못했으나, 최근

들어 제조방법이 다양화되고 그 특성에 있어서 특히 충격에너지

흡수력이 탁월하며 전자파 흡수 등 다양한 분야의 용도로 응용되

고 있어 앞으로의 그 응용 분야가 더욱 다양해 질 것으로 기대되

는 분야 입니다.

우리나라는 이 분야의 개발과 응용에 늦은 감이 있으나, 이 보

고서를 통해 국내외 R&D 동향분석, 전망 및 문헌정보분석 등을

통해 심도 있고 체계적인 분석정보를 제공하고자 하였습니다. 본

연구결과가 관련 과학기술정보를 국내에 확산시키고, 관련 산업

의 국제경쟁력 증진에 작으나마 도움이 되었으면 합니다.

끝으로 본 기술동향조사보고서는 기술정보분석실의 이원식 전

문연구위원과 나노정보실의 강상규 선임연구원이 집필한 것으로,

이분들의 노고에 감사드리며, 수록된 내용은 한국과학기술정보연

구원의 공식 의견이 아님을 밝혀두고자 합니다.

2 0 0 5년 1 2월

한국과학기술정보연구원

원 장

제1장서 론……………………………………………………………………1

1. 기술의 개요 …………………………………………………………………1

제2장발포알루미늄의특성및 기술배경 ………………………………5

1. 발포 알루미늄의 특성………………………………………………………5

2. 발포 알루미늄의 그라스 울계, PE와 P U계 및 목질계와 성능 비교 7

3. 주조법으로 제조된 발포 알루미늄의 제 성질 …………………………8

가. 제조 방법 ……………………………………………………………………………………8

나. 기계적 성질 …………………………………………………………………………………8

다. 열적성질과 전기적 성질 …………………………………………………………………1 0

라. 음향 특성 ……………………………………………………………………………………1 1

4. 분말법으로 제조된 발포 알루미늄의 제 성질 …………………………1 2

가. 개 요 ………………………………………………………………………………………1 2

나. 부하 커브 ……………………………………………………………………………………1 3

다. 탄성률 ………………………………………………………………………………………1 4

라. 의탄성( a n e l a s t i c i t y )…………………………………………………………………………1 5

마. 압축 강도 ……………………………………………………………………………………1 6

바. 굽힘 강도 ……………………………………………………………………………………1 8

사. 에너지 흡수 …………………………………………………………………………………1 9

i

목 차

제3장발포알루미늄의제조방법…………………………………………2 1

1. 주조법 ………………………………………………………………………2 1

가. Gas Expansion Method ……………………………………………………………………2 1

나. 용탕 침투법…………………………………………………………………………………2 3

다. 정밀 주조법…………………………………………………………………………………2 4

라. 금속/가스 공정 응고법(GASAR Process) ………………………………………………2 4

2. 분말법 ………………………………………………………………………2 5

가. Hollow sphere법 ……………………………………………………………………………2 5

나. 소결법 ………………………………………………………………………………………2 5

3. 대표적인 발포 알루미늄 제조방법………………………………………2 6

4. 발포 알루미늄에 대한 주변기술…………………………………………2 8

제4장발포알루미늄의이용분야…………………………………………3 1

가. 경량 구조용 발포금속 ……………………………………………………………………3 1

나. 에너지 흡수용 발포금속 …………………………………………………………………3 3

다. 열전달 매개용 발포금속 …………………………………………………………………3 6

라. 여과용 발포금속 ……………………………………………………………………………3 6

마. 전자파 차폐성………………………………………………………………………………3 7

바. 대체 에너지 소재용 ………………………………………………………………………3 7

제5장발포알루미늄의시장규모, 용도및 연구동향 …………………3 9

1. 기술수준 ……………………………………………………………………3 9

2. 시장규모 ……………………………………………………………………4 0

3. 국내의 연구개발 내용 ……………………………………………………4 0

i i

4. 일본의 연구개발……………………………………………………………4 1

5. 미국·유럽의 연구개발……………………………………………………4 4

6. 외국의 발포 금속 제조업체………………………………………………4 5

제6장발포알루미늄의문헌정보및 특허정보분석……………………4 9

1. 문헌정보 분석………………………………………………………………4 9

가. 개 요 ………………………………………………………………………………………4 9

나. 분석결과 ……………………………………………………………………………………5 0

(1) 발포 알루미늄 관련 발표논문의 연도별 추이 및 주요 국가별 랭킹 ……………5 0

(2) 발포 알루미늄 관련 발표논문의 저자 소속기관 랭킹 ……………………………5 2

(3) 발포 알루미늄 관련 발표논문의 주요 저널 랭킹 …………………………………5 4

2. 특허정보 분석………………………………………………………………5 5

가. 개 요 ………………………………………………………………………………………5 5

나. 분석결과 ……………………………………………………………………………………5 6

(1) 전체 특허 출원 현황……………………………………………………………………5 6

(2) 한국 특허(KUPA) 출원 현황……………………………………………………………5 7

(3) 미국 특허( U S P A) 출원 현황……………………………………………………………5 8

(4) 일본 특허(JEPA) 출원 현황……………………………………………………………5 9

(5) 유럽 특허(EUPA) 출원 현황……………………………………………………………6 0

제7장결론및 제언…………………………………………………………6 3

1. 결 론 ………………………………………………………………………6 3

2. 제 언 ………………………………………………………………………6 5

참고문헌 ……………………………………………………………………6 7

i i i

표 목차

<표 2-1> 발포 알루미늄의 성능 비교표…………………………………………7

<표 3-1> 발포금속 제조를 위한 기술구분 및 내용 …………………………2 9

<표 4-1> 발포금속의 군수용과 민수용 응용 …………………………………3 8

<표 5-1> 발포 알루미늄의 국내외 수준 ………………………………………3 9

<표 5-2> 과학기술부 국가지정 연구 사업에 참여하고 있는 기업 및

<표 5-2> 과제 현황 ………………………………………………………………4 1

<표 5-3> 외국의 주요 발포금속 제조업체 및 제조방법 현황………………4 6

<표 5-4> 직·간접 제조방법의 요약과 이를 채택하고 있는

<표 5-2> 기업체 현황 ……………………………………………………………4 7

그림목차

<그림 1-1> 발포 알루미늄의 SEM 및 X-ray tomography 사진 ……………2

<그림 1-2> 여러 가지 종류의 발포 금속 ………………………………………3

<그림 2-1> 발포 알루미늄의 인장강도에 미치는 기공율의 영향……………9

<그림 2-2> 발포 알루미늄의 압축강도에 미치는 기공율의 영향 …………1 0

<그림 2-3> 수직입사흡음율 측정기 개략도……………………………………1 1

<그림 2-4> 수직 입사 흡음법에 의한 발포 알루미늄의 흡음효과…………1 2

<그림 2-5> 분말법으로 생산된 대표적인 발포 알루미늄 조직 ……………1 3

<그림 2-6> 발포 알루미늄( A l C u4)와 발포 폴리에틸렌( P E )의 부하 커브…1 4

<그림 2-7> 발포 알루미늄( A l S i1 2)의 영계수 …………………………………1 4

<그림 2-8> 상온, 1kHz에서의 발포 알루미늄의 감쇠 현황 …………………1 5

<그림 2-9> 발포 금속의 단축( u n i a x i a l )력에 대한 대표적인 거동 …………1 6

<그림 2-10> 발포 알루미늄 A l S i1 2의 압축강도 ………………………………1 7

i v

<그림 2-11> 각종 발포 알루미늄과 비중에 따른 응력-변형 관계 …………1 7

<그림 2-12> 발포 A l M g3의 삼점 굽힘 강도 …………………………………1 8

<그림 2-13> 발포 알루미늄과 순수 알루미늄의 에너지 흡수 비교 ………1 9

<그림 3-1> 알루미늄 용탕에 가스를 인젝숀 시켜 발포 알루미늄을

<그림 3-1> 제조하는 공정도( A L C A N사 제공) ………………………………2 2

<그림 3-2> 알루미늄의 대표적인 주조 A L P O R A S법 공정도………………2 7

<그림 3-3> 금속분말과 수소화 금속분말을 이용한 소결법 공정도 ………2 8

<그림 4-1> 독일의 Karmann, Osnabrüc K에 의하여 생산된

<그림 3-1> 발포 알루미늄의 샌드위치 패널 …………………………………3 2

<그림 4-2> 발포 알루미늄의 샌드위치 패널( A F S )로 만든

<그림 3-1> 자동차의 리후딩(Lifting arm) 암…………………………………3 2

<그림 4-3> LKR Ranshofen(Austria)에서 제공한 BMW 엔진 마운팅

<그림 3-1> 부라켓 예(왼쪽은 전구체를 사용하지 않은 브라켓) …………3 3

<그림 4-4> Cymat에서 제공한 압출 알루미늄 파이프 내에

<그림 3-1> 전구체를 충전하여 충격흡수용 부품을 제조한 예 ……………3 4

<그림 4-5> Simens에서 제작하는 COMBINO 차량에 이용되고

<그림 3-1> 있는 충격에너지 흡수용 부품 예…………………………………3 5

<그림 4-6> 발포 알루미늄이 자동차 공업에 응용되고 있는 특성도………3 5

<그림 5-1> 여러 가지 온도에서 발포한 발포 알루미늄의 단면 형상 ……4 3

<그림 6-1> 발포 알루미늄 관련 발표논문의 연도별 추이 …………………5 0

<그림 6-2> 발표 알루미늄 관련 발표논문의 주요 국가별 랭킹……………5 1

<그림 6-3> 발포 알루미늄 관련 발표논문의 연도별 주요 국가 현황 ……5 2

<그림 6-4> 발포 알루미늄 관련 발표논문의 저자소속기관 랭킹 …………5 3

<그림 6-5> 발포 알루미늄 관련 발표논문의 연도별 저자소속기관 현황…5 3

<그림 6-6> 발포 알루미늄 관련 발표논문의 주요 저널 랭킹………………5 4

<그림 6-7> 발포 알루미늄 관련 발표논문의 연도별 주요 저널별 추이 …5 5

<그림 6-8> 발포 알루미늄 관련 특허의 연도별 특허 D B별 추이 …………5 6

<그림 6-9> 발포 알루미늄 관련 한국특허의 연도별 출원인별 추이………5 8

<그림 6-10> 발포 알루미늄 관련 일본특허의 연도별 국가별 추이 ………6 0

<그림 6-11> 발포 알루미늄 관련 유럽특허의 연도별 국가별 추이 ………6 1

<그림 6-12> 발포 알루미늄 관련 유럽특허의 연도별 국가별 랭킹 ………6 1

v

1. 기술의개요( 1 )

○ 금속을 물에 넣으면 물(비중 1 . 0 )보다 무겁기 때문에 순식간에

가라앉는다. 알루미늄(비중 2 . 7 )도 마찬가지이다. 그러나 물에

뜨는 금속도 있다. 발포 알루미늄은 알루미늄을 용해한 후 각

종 첨가제를 첨가하여 용해한 알루미늄을 발포시켜 경량화한

알루미늄이다. 이는 수많은 기공으로 형성되어 고강도 흡음,

방음, 불연소성이 높은 금속성 첨단 소재다.

○ 발포금속의 개발은 1 9 4 8년에 S o s n i k가 알루미늄에서 수은을 증

발시키는 방법으로 최초로 발포 알루미늄을 제조하였다. 그 후

1 9 5 1년에 E l l i o t에 의하여 진보된 방식인 발포 매개체를 용탕에

혼입하는 방식으로 발포 금속을 제조하기 시작하였다.( 2 )

○ 1 9 7 4년에 N i e h y l k i는 아연을 이용하여 발포체를 제조하였고, 발

포 알루미늄 표면에 여러 가지 합성수지를 입혀 절연과 충격

을 방지 할 수 있는 발포체를 개발하였다.( 3 )

1

제1장

서 론

○ 금속재료 내부에 수많은 기포를 가진 다공질( p o r o u s )금속은 크

게 개포형(open cell type, 이하 OC type이라 칭함)과 폐포형

(closed cell type, 이하 CC type이라 칭함)으로 구분 할 수 있다.

○ OC type은 재료 내부의 기공들이 서로 연결된 형태로 기체나

유체의 통과가 용이하여 CC type에 비하여 그 용도가 비교할

수 없을 정도로 다양하게 쓰이고 있다.

○ CC type은 금속내부의 기포가 연결되지 않고 독립적으로 존재

하며 인체의 뼈와 유사한 구조를 가지는 D u o d e c h a h e d r o n a l

s t r u c t u r e로 구조학적으로 완전 등방성( i s o t r o p i c )으로 이방성인

( a n i s o t r o p i c )인 하니컴에 비할 수 없는 안전한 구조를 가진다.

○ 발포금속은 여러 가지 구조를 가지고 있으며 그 재료와 제조

방법에 따라 그 구조가 다름을 알 수 있다.

2 발포 알루미늄의 기술동향 조사 보고서

<그림 1-1> 발포알루미늄의 SEM 및 X-ray tomography 사진.

(a) DOUCEL에서 제조한 OC aluminium foam의 S E M과 (b) 가스 인

젝숀 방법으로 연속주조 생산한 CC aluminium foam을 X - r a y

tomography 촬영한 사진( 2 3 )

○ <그림 1 - 2 >에서 (a) 액상 상태에서 발포된 알루미늄 폼, (b)

액체상태에서 발포된 연(蓮) 형태 구조, (c) 공간물질( s p a c e

h o l d e r )를 섞어 주조하여 만든 알루미늄 스펀지 상, (d) 폴리머

폼(polymer foam)을 코팅하여 만든 개방형 니켈 셀 구조, (e)

청동 분말을 소결하여 만든 구조, (f) 분말 야금법으로 소결하

여 만든 세포상 구조(cellular material)를 나타내고 있다.

○ 발포금속은 고체와 기체가 셀( c e l l )상으로 복합된 재료로서 제

조 공정에 따라 기공의 형태, 크기, 분포 및 기공율을 1 0 ~ 9 0 %

정도까지 제어 할 수 있으며, 2차 가공시 기존 공정의 적용이

가능한 장점을 가지고 있어 목적에 부합한 발포 금속의 설계

가 가능한 특징을 가지고 있다.

○ 발포금속은 개발이 수십 년이 경과 되었으나 제조기술의 낙후

로 그의 응용이 저조하였다. 그 후 제조기술의 진보로 기계적,

열적, 에너지 흡수 특성을 이해하면서 응용분야가 넓어져 최근

에 많은 주목을 받고 있다.( 4 . 5 )

제1장 서 론 3

<그림 1-2> 여러 가지 종류의 발포 금속( 2 4 )

○ 최근에는 그 응용이 자동차 경량화를 위한 발포 알루미늄 합

금의 고도가공·형성기술(形成技術) (일명 고도 신뢰성 포러스

알루미늄 재료의 개발이란 명칭으로 일본의 신 에너지·산업

기술총합개발기구위촉연구)로 활발한 연구가 이루어지고 있

다.( 6 )


1. 발포알루미늄의특성( 7 )

○ 발포 알루미늄의 특성을 간추리면 다음과 같이 정리 할 수

있다.

○ ① 초경량성：발포 알루미늄은 초경량성으로 비중(밀도)은 불

과 0 . 2 ~ 0 . 4 g / c m3으로 알루미늄의 1/10, 나무의 1/3, 철의 1 / 3 0

무게의 초경량 금속이다.

○ ② 흡음성：우수한 흡음효과의 다공성 흡음체로 뛰어난 흡음

성을 가지며, 특히 전 주파수 대역에서 높은 흡음성을 갖는

다. ( N C R：0 . 7 4 )

○ ③ 방음(차음)성：소음을 차단한다. 방음이 우수하며 부가적인

처리로 매우 높은 차음 특성을 얻을 수 있다. (복판판넬)

○ ④ 불연소재：타지 않는다. 녹지 않는다. 변형이 없다. 750℃에

서 가열해도 부서지지 않는다. 화재시 유독가스의 위험도 없는

불연성 소재이다.

제2장 발포 알루미늄의 특성 및 기술의 배경 5

제2장

발포 알루미늄의 특성 및 기술 배경

○ ⑤ 전자파 차폐성：전자파를 차폐한다. 적은 두께로 9 0 d B이상

의 전파 차폐성능 유지로 실드패널(shield panel)로 응용된다.

○ ⑥ 가공성, 시공성：절단, 절곡, 접착등을 간편한 톱으로 간단히

절단이 가능하고, 절곡가공, 천공가공이 용이하고 접착제에 의한

접착도 기능하다. 일반 목재와 동일하게 가공이 될 수 있다.

○ ⑦ 미관, 인테리어 효과：어떠한 소재와도 잘 조화되어 우수한

미적효과 창출과 다양한 마감에 의한 분위기 연출로 모든 장

소에 잘 조화 될 수 있다.

○ ⑧ 단열성：금속이면서 단열성이 좋다. 독립기포구조의 다공

질체로 열전도율이 매우 낮다.

○ ⑨ 재생성：재활용이 100% 가능하고 폐 알루미늄을 사용할

수 있으므로 환경보존에 이바지 할 수 있다.

○ ⑩ 무공해, 인체 무해성：무해, 무독성 인체 유해물질이 발생

하지 않으며 분진, 냄새, 비산이 없다.

○ ⑪ 내식성(수명)：반영구적 일반 무기질계나 다공질계의 기초

소재와는 달리 금속으로 반영구적 수명보장, 견고성, 내오염성

이 뛰어나다.

○ ⑫ 내습성：습기에 강하다. 습기에 취약한 일반소재와 달리 물

청소도 가능하다.


2. 발포 알루미늄의 그라스 울계, PE와 P U계 및 목질계와

성능비교

○ 발포 알루미늄의 성능을 그라스 울계, PE, PU계 및 목질계와

비교하여 정리하면 <표 1 - 1 >과 같다. 다른 제품에 비하여 불연

성, 단열성, 분진 등 우수한 장점이 많다. 발포 알루미늄의 특성

과 유사 특성을 가진 타 물체와 비교 하였다.

제2장 발포 알루미늄의 특성 및 기술 배경 7

구분/제품명 발포 알루미늄 그라스 울계 PE. PU계 목질계

불연성 100%, 불연 7 5 0℃불연 3 0 0℃,

조직변화난연, 비난연 보통

단열성 양호 양호 양호 보통

분진 없음 심화 약간 보통

악취 및 유독g a s 전무 약간 많다 약하다

오염성 금속이므로 오염되지 않는다. 쉽게오염 약하다 약하다

습기 물청소도 가능하다. 약하다 약하다 보통

변형 금속이므로 전혀 없다. 많다 많다 짧다

수명 반영구적 짧다 짧다 없다

전자파 자폐성

( 6 m m )9 0 d B이상 없다 없다 없다

가공성 자유자재 가공이 용이가공형태

제한가공이좋다 가공이좋다

시공성 편리함 취약함 보통 좋다

도장성 전체 도장 및 후처리 가능 안됨 보통 가능

인테리어 감각 뛰어남 없음 보통 보통

재활용성 100% 재활용 특정폐기물 부분적가능 안된

기포구조open cell

close cell섬유상

open cell

close cell

open cell

close cell

시공부자재 바로 시공 가능 부자재필수 보통 보통

<표 2-1> 발포 알루미늄의 성능 비교표( 7 )

3. 주조법으로제조된발포알루미늄의제 성질( 1 3 )

가. 제조방법

○ 순 알루미늄( 9 9 . 9 m a s s % )을 모상(母相)금속으로 하고 칼슘은

순도 9 5 %로서 평균 입경 3 m m의 것을 사용하여 용해하였다.

발포제는 순도 9 9 %로 최대 입경 4 6 u m의 수산화티타늄( T i H2)

을 사용하여 발포시킨 것으로 4 5。3단 3매의 교반 날개로 교

반하여 냉각시킨 발포 알루미늄의 기계적 성질, 열적 성질과

전기적 성질 및 음향 특성은 다음과 같다.

나. 기계적성질

○ 발포 알루미늄은 기공율이 최대 9 0 %가 넘는 경량재료다. 그러

므로 이 재료의 강도는 기대되지 않으나, 그의 특성을 파악하

면 <그림 2-1>, <그림 2 - 2 >과 같다. 기공율에 따른 발포 알루미

늄의 인장강도와 압축 강도를 나타내고 있다.

○ 발포 알루미늄의 기공율이 높아짐에 따라 인장강도와 압축강

도는 모두 직선적으로 저하한다. 또한 기공율이 약 8 0 %의 높

은 점에 굴곡점이 있으며, 발포율이 0% 근처에서는 모재와 비

슷한 값을 가진다.

○ <그림 2 - 1 >의 결과를 기초로 한 기공율과 인장강도의 관계식


으로 표시하면 다음과 같이 표시 할 수 있다.

0≤P≤A

σT = σ0Te x t ( - B P / 1 0 0 ) …………………………… ( 1 )

P≥A

σT = σ0Te x t = { ( A C - A B ) / 1 0 0 } e x p ( - C P / 1 0 0 )…… ( 2 )

여기서 P는 발포 알루미늄의 기공율

A는 굴곡점의 기공율( 8 1 % )

σT는 발포 알루미늄의 인장강도

σ0T는 모재 금속의 인장강도

B, C는 그림에서 구한 구배를 나타내는 정수로 B=3.65, C=11이

제2장 발포 알루미늄의 특성 및 기술 배경 9

<그림 2-1> 발포 알루미늄의 인장강도에 미치는 기공율의 영향

다. 식( 2 )는 세라믹을 소결 할 때의 기공율과 압축 강도를 나타낸

것으로 D u c k w o r t h( 1 4 )의 실험식과 유사하다. <그림 2 - 2 >에서의

B=3.01, C=10.47이다.

다. 열적성질과전기적성질

○ 열의 양도체인 알루미늄도 단열성이 있는 기포를 함유하고 있

으면 불량에 가깝다. 알루미늄의 열전도율은 1 9 0 k c a l / m h℃인

것에 대하여 기공율 9 1 %의 발포 알루미늄은 0 . 4 k c a l / m h℃가

된다.

○ 알루미늄의 약 1/500, 대리석의 1 / 5의 열전도율 값을 나타낸다.

이 값은 기공율이 높아질수록 낮아진다.

1 0 발포 알루미늄의 기술동향 조사 보고서

<그림 2-2> 발포 알루미늄의 압축강도에 미치는 기공율의 영향

○ 발포 알루미늄의 전기 전도율은 기공율 9 0 %의 경우 1 0×1 0 -

3 uΩc m이다. 굴곡점도 거의 같은 기공율에서 B=3.36, C=9.80

으로 기계적 성질과 비슷한 전기 전도도를 나타낸다.

○ 거의 같은 기공율에 굴곡점이 있는 것은 기공률이 높으면 굴

곡점에서 기공율 부근으로부터 모상의 격벽(隔璧)이 얇아지고

기포의 독립성이 소실되기 때문인 것으로 추정된다.

라. 음향특성

○ 발포 알루미늄은 흡음(吸音) 특성이 높은 것도 특징 중 하나

이다. <그림 2 - 3 >에 실험한 수직입사 흡음측정장치(垂直立射吸

音測定裝置)의 개략도를 나타냈다. 이 방법( J I S - A 1 4 5 0 )은 관

내에 발생되는 정재파(定在波) 음압(音壓)의 최대치와 최소치

의 비를 측정해서 흡음율을 측정하는 방법이다.

○ <그림 2 - 4 >은 관 단면(管端面)의 강체(剛體)와 발포 알루미

제2장 발포 알루미늄의 특성 및 기술 배경 1 1

<그림 2-3> 수직입사흡음율 측정기 개략도

늄 간에 0 ~ 4 0 m m의 공간층을 만들 때의 흡음율의 결과이다.

발포 알루미늄을 강체에 밀착시킨 I = 0 m m의 경우, 흡음율은

1 k H z로부터 증가해 2 . 5에서 최대치가 된다. 공기층은 I = 2 0 ,

I = 2 0 m m로 두껍게 됨에 따라 최대 흡음율을 나타내는 주파수

영역이 저주파 측으로 이동하는 경향이 있다.

4. 분말법으로제조된발포알루미늄의제 성질( 2 2 )

가. 개 요

○ 분말법으로 제조된 발포 알루미늄에 대한 대표적인 조직


<그림 2-4> 수직 입사 흡음법에 의한 발포 알루미늄의 흡음효과

(homogeneous closed-cell microstructure)은 <그림 2 - 5 >와 같으

며 이때의 비중은 금속 알루미늄 비중( 2 . 7 g / c m3)을 2 0 %감소한

때의 조직이다. 기계적 성질 중 부하 커브(loading curve), 영계

수(young's modulus), 손실인자(loss factor) 등을 보면 다음과

같다.

나. 부하커브

○ 부하커브는 <그림 2 - 6 >과 같으며 초기에는 거의 직선형 변형을

하다 플라스틱 변형을 하며 발포 알루미늄( A l C u4-발포율 8 3 % )

을 폴리에틸렌( P E -발포율 8 7 % )과 비교하면 거의 같은 형태의

커브를 그리고 있으며 발포 알루미늄이 약 3 0배 이상의 높은

값을 나타내고 있다. 이는 알루미늄이 응력-변형 커브에서 나타

나듯이 높은 에너지 흡수 가능성을 의미한다고 볼 수 있다.


<그림 2-5> 분말법으로 생산된 대표적인 발포 알루미늄 조직( 2 2 )

다. 탄성률

○ 탄성은 발포 알루미늄 설계에 가장 신뢰성 있는 기본 데이터

로 비파괴 검사방법으로 영계수를 측정하며 발포 알루미늄


<그림 2-6> 발포 알루미늄( A l C u4)와 발포 폴리에틸렌( P E )의 부하 커브( 2 2 )

<그림 2-7> 발포 알루미늄( A l S i1 2)의 영계수( 2 2 )

A l S i2의 밀도를 0 . 5 g / c m3서부터 2 . 6 5 g / c m3까지 변화 시켰을 때

의 영계수는 <그림 2 - 7 >과 같으며, E∝P1 . 8 5의 지수법측에 따른

직선 기울기를 나타내고 있다.

라. 의탄성( a n e l a s t i c i t y -擬憚性)

○ 발포 금속은 때때로 높은 감쇠능(damping capacity)에 노출되기

도 하며, 많은 구조물에서는 높은 감쇠능과 높은 손실인자( l o s s

f a c t o r )가 요구된다. <그림 2 - 8 >에는 대략 비중 0 . 5 g / c m3(알루미

늄의 1 8 %에 해당하는 비중)에서부터 발포전의 A l S i1 2 전구체

( p r e c u r s o r )까지 감쇠능을 측정하여 나타냈다. 비중이 낮아짐에

따라 감쇠능이 커지고 있음을 알 수 있다.


<그림 2-8> 상온, 1kHz에서의 발포 알루미늄의 감쇠 현황( 2 2 )

마. 압축강도

○ 발포금속의 일반적인 변형거동을 <그림 2 - 9 >에 나타냈다. 이는

준탄성구역(quasi-elastic region)에서부터 탄성 구역까지 나타

낸다. 초기 탄성변형은 소성항복점까지는 직선적으로 변형한

다. 대부분이 상부 하부 항복점을 나타낸다. <그림 2 - 9 >에서 1

은 주어진 응력에 대한 변형, 2는 상부항복점, 3은 하부항복점,

4는 추정 응력을 나타낸다.

○ 발포 알루미늄 A l S i1 2의 압축강도를 대수-대수( l o g - l o g )로 비중

과 압축강도 관계를 그려보면 <그림 2 - 1 0 )과 같으며 거의 직

선관계가 있으며 기울기는 대략 1 . 7이다.

○ <그림 2 - 1 1 >은 3가지 발포 알루미늄을 비교한 것으로 A l

9 9 . 5 % (비중 0 . 5 g / c m3, 전구체의 18%), Al 99.5%(비중

0 . 7 5 g / c m3, 전구체의 28%), AlMg4(비중 0 . 7 8 g / c m3, 전구체의


<그림 2-9> 발포 금속의 단축( u n i a x i a l )력에 대한 대표적인 거동


<그림 2-10> 발포 알루미늄 A l S i1 2의 압축강도

<그림 2-11> 각종 발포 알루미늄과 비중에 따른 응력-변형 관계

29%) 응력에 따른 변형을 비교한 것으로 비중이 높은 것이

높은 응력을 나타내며 M g이 발포체의 강도를 증진시킴을 알

수 있다. 이는 또한 열처리를 함으로서 강도를 증진시키기도

한다.

바. 굽힘강도

○ A l M g3의 굽힘 강도(flexural strength)는 <그림 2 - 1 2 >와 같으며

이는 2 0 m m L×2 5 m m W×2 0 m m T크기의 재료를 삼점(三點)

굽힘 시험을 한 결과이며 기울기 1 . 7인 선형대수를 나타내고

있다.


<그림 2-12> 발포 A l M g3의 삼점 굽힘 강도

사. 에너지흡수

○ 최근 발포 알루미늄은 에너지 흡수 분야에 응용이 확대되고

있는 경향이다. 발포 알루미늄의 구조적인 응용만으로 운동에

너지(kinetic energy)의 흡수가 가능하다. <그림 2 - 1 3 >은 순수

알루미늄(dense solid)과 발포 알루미늄의 대표적인 에너지 흡

수 현황을 도식적으로 나타낸 것으로 발포 알루미늄이 순수

알루미늄 보다 많은 에너지를 흡수함을 알 수 있다.


<그림 2-13> 발포 알루미늄과 순수 알루미늄의 에너지 흡수 비교

○ 발포금속을 제조하는 방법은 주조법과 분말법 2가지로 크게 분

류 할 수 있다. 주조법에서 T i H2 또는 Z r H2 등의 금속 수소화물

( H y d r i d e s )이나, Ar가스 등을 직접 용탕에 주입·교반하는

G E M법(Gas Expansion Methods), 수용성의 p e r f o r m을 이용하는

용탕침투법, 정밀주조법 및 금속/가스 공정응고법 등이 있다.

○ 분말법은 수산화금속 및 금속산화물의 s l u r r y를 이용하는

hollow sphere법, TiH2 또는 Z r H2 등의 금속 h y d r i d e s를 금속 분

말과 혼합하여 가열하는 소결법 및 HIPing 공정중 고압 A r가

스를 혼합한 후 열처리시 가스 확장을 통한 발포금속을 제조

하는 방법 등으로 구분 할 수 있다.

1. 주조법( 9 )

가. Gas Expansion Method

○ 1 9 4 8에 S o s n i k( 1 0 )에 의하여 알루미늄에 수은을 증발시키는 방

2 1

제3장

발포 알루미늄의 제조방법

법으로 발포 알루미늄을 제조한 이래, 1951년에 E l l i o t( 1 1 )에 의

해 개발된 방식으로 발포 매개체를 용탕에 혼입하는 방식으로

발포금속을 제조한다.

○ T i H2 또는 Z r H2 등의 수소화 금속을 이용하는 방법과 공기, 산

소, 질소, 이산화 및 아르곤 등의 가스를 목적하는 바에 따라

직접 용탕에 주입하는 방법이다.

○ 수소화 금속을 이용하는 방법은 용탕에 수소화 금속을 혼입하

고 수소가스가 분해하기 전에 충분한 교반에 의해 수소화 금

속을 균일하게 분산 시킨 후 응고시 분해 된 수소가스가 팽창

하도록 하여 C C의 발포 금속을 제조하는 방식이다.

○ <그림 3 - 1 >은 캐나다의 A L C A N사에서 개발한 공정도로 알루

미늄 용탕에 미분의 세라믹 분말을 혼합하여 알루미늄 점도를


<그림 3-1> 알루미늄 용탕에 가스를 인젝숀 시켜 발포 알루미늄을 제조하는 공

정도( A L C A N사 제공)( 2 3 )

높여 알루미늄 표면에서 기포가 대기 중으로 방출되지 않도록

하는 방법이다. CC의 폭 1m, 두께 0 . 2 m의 슬래브를 제조하여

공급하고 있다. 이 제품의 기포 직경은 5 ~ 2 0 m m이고 비교 비

중(relative densities)은 0 . 0 3 ~ 0 . 1이다.

○ 알루미늄 용탕에 주입한 가스의 균일한 분산과 유동성을 유지

하고 가스가 용탕 밖으로 배출하지 않을 정도의 임계점도를

동시에 만족시키는 것이 핵심 기술이다. 이를 위해 수소화 금

속을 혼입하는 경우 금속 C a를 증점제(增粘劑)로 첨가하며,

가스를 직접 이용하는 경우는 M n O2와 복합적으로 사용하기도

한다.

나. 용탕침투법

○ OC 발포금속 제조가 가능한 용탕 침투법은 열에 대한 저항성

이 높으며 동시에 수용성인 염화나트륨 등의 구체를 적층한

예비 성형체에 용융금속을 주입한 후 수용성 염화나트륨을 용

출하여 발포금속을 제조하는 방법이다.

○ 점토나 유리질 또는 속이 빈 강옥(hollow corundum)등의 압축

성 무기질도 적용될 수 있다. 대부분의 용융금속, 특히 알루미

늄은 표면장력이 크기 때문에 예비 성형체에 침투가 용이 하

지 않으며 이에 예비 성형체의 예열, 침투 온도의 증가 및 진

공이나 가압 성형방법이 이용된다.

제3장 발포 알루미늄의 제조방법 2 3

다. 정밀주조법

○ 종래의 정밀주조법을 이용하여 발포금속을 제조하는 기술로

복잡한 형상의 발포금속을 제조 할 수 있는 장점이 있다. 이

방법은 스펀지나 발포 플라스틱의 빈 공간에 유동성 내화물을

채운 후 스펀지 및 플라스틱을 태워 다공질 주형을 만들고 이

주형에 용융금속을 정밀주조한 후 내화물을 제거하여 스펀지

및 발포 플라스틱과 동일한 형상의 OC 발포 금속을 만드는

방법이다. 주로 용융점이 낮은 Al, Zn, Pb 등이 적용된다.

라. 금속/가스공정응고법(GASAR Process)

○ 이 방법은 U k r a i n e에서 개발된 발포금속 제조법으로 수소 분

압 하에서 금속을 용해하여 방향성 응고시켜 금속과 가스가

공정조직의 복합체가 되도록 하는 기술이다.

○ 이 방법으로 제조된 금속은 특히 층상공정 조직을 나타내며

용탕 내에서 불균일하게 생성된 수소가 확산에 의해 기포로

성장한다. 생성된 기포의 크기는 용탕중의 수소농도에 의해 결

정되며 1 0 0 u m ~ 1 c m의 상당히 넓은 범위의 기포 크기를 가지

는 발포금속의 제조가 가능하다.


2. 분말법

가. Hollow sphere법

○ Ceramic hollow sphere를 만드는 방법에서 유래된 방법으로 수

산화 금속산화물 등의 슬러리를 이중 노즐로 되어 있는 o r i f i c e

외쪽에 슬러리가 내쪽에 불활성 가스가 통과 할 수 있도록 설

계하여 슬러리의 점성, 가스압, orifice의 원주 및 모세관유

(capillary jet)의 길이와 표면장력의 상호 작용에 의해 거의 완

전한 구형의 hollow sphere를 만드는 방법이다.

○ 만들어진 hollow sphere는 적절한 가스 분압 하에서 처리하여

금속 hollow sphere로 환원하고 이를 다시 목적에 따라 소결이

나 MIM(Metal Injection Molding)에 의하여 발포금속을 제조한

다. 이 외에도 hollow sphere는 a t o m i z a t i o n에 의해서도 제조가

가능하다.

나. 소결법

○ 금속분말과 수소화금속( T i H2, ZrH2) 분말을 혼합한 예비 성형

체를 압연이나 압출에 의해 반가공체를 만들고 이를 수소화

금속의 분해 온도까지 가열하면 반 가공체내에 분산되어 있던

수소화 금속에서 분해 된 수소가스의 팽창에 의하여 발포금속

을 제조하는 방법이다.


○ Ti 합금 발포금속 제조 시에는 수소화금속 대신 Ar 등의 불활

성 가스를 이용하기도 하며, 이를 일반 소결법과 분리하여 저

밀도 코어법이라 부른다. 이 방법은 Ti 합금에 많이 이용되고

있다.

○ 금속분말이 들어 있는 c a n에 수 기압의 A r가스를 주입하여

H I P i n g한 후 열간압출, 열간압연 및 열간 프레스 등에 의한 성

형시 가스의 팽창에 의하여 패널형 발포제( < 3 m m )를 제조하는

방법이다.

○ 이 소재는 중량비 탄성율이 높으며 발포금속의 특성상 인장보

다는 압축에 대한 저항성이 높은 특징으로 소재의 반 이상이

압축 및 굽힘 응력 하에서 사용되는 항공기 산업에 적용이 가

능하다.

3. 대표적인발포알루미늄제조방법

○ 발포 알루미늄의 제조 방법으로 대표적인 방법은 주조법의

Gas Expansion Method법이다. 이 발포 알루미늄법에 대해서는

1 9 6 0년대에 많은 특허가 출원되었으며 여러 가지 용탕증점법

(熔湯增粘法)과 발포제가 제안되었다.( 4 . 1 0 . 1 1 . 1 2 , 1 6 , 2 3 )

○ 그 당시에는 높은 제조원가와 제품의 대형화가 되지 않아 상

품화가 되지 않았다. 용탕의 증점기술(增粘技術)과 발포제의

선택이 중요하다. 생산자들은 증점법으로는 합금법, 용탕산화


법 등을 사용한다.

○ 발포제로서는 천연광물, 수산화물, 탄산염, 수소화합물 등에 대

하여 검토하였으나 증점제로는 C a이 가장 유리하고, 발포제로

는 수산화티타늄이 비교적 값싸고 대형화가 가능한 발포기술

로 개발되어 실용화가 되고 있다.

○ 이에 대한 공정도는 <그림 3 - 2 >와 같으며 공정도와 같이 알루

미늄에 C a을 1.5% 넣어 점도를 증진시키고 용융된 용탕에

T i H2를 1.6% 넣어 수소 가스를 발생시켜 발포하며 주조 한 후

응고시키며 이를 적당한 크기로 절단 하여 사용한다.

○ 또 다른 방법으로 분말법을 들 수 있다. 분말로는 알루미늄과

알루미늄 합금, 발포제로는 T i H2나 Z r H를 사용한다. <그림 3 -

3 >과 같이 혼합하여 냉재상태로 충전 한 후 압출하거나 압연

을 한다.

○ 이를 적당한 크기로 절단하여 전구체로 하여 주형 내에 충전


<그림 3-2> 알루미늄의 대표적인 주조 A L P O R A S법 공정도( 1 6 ) , ( 2 3 )

하고 일정한 온도로 가열하면 발포제는 발포되어 주형내부를

충전하게 된다. 이때의 비교 비중은 0 . 0 8이 되며 CC 구조가 되

며 기포의 직경은 1 ~ 5 m m이다.

4. 발포알루미늄에대한주변기술

○ 에너지 절감 및 지구환경 문제에 부합하여 최근 몇 년 사이에


<그림 3-3> 금속분말과 수소화 금속분말을 이용한 소결법 공정도(15, 23)

기계적·열적 특성 및 에너지 흡수 특성의 시너지 효과를 기

대 할 수 있는 초경량·고기능 특성의 효과를 기대 할 수 있

는 신소재 발포금속으로 주목을 받게 되었다.

○ 발포금속의 개발 및 실용화를 위해서는 요구 특성을 만족하고

동시에 가격 경쟁력을 가진 발포 금속의 설계와 제조기술의

보완 및 개발이 필요하며, 발포금속의 개발이 기존 기술의 연

장선에서 국가 경쟁력을 강화할 수 있는 핵심 기술임을 고려

할 때 핵심기술, 요소기술 및 주변기술이 동시에 연구되어야

한다고 보겠다.

○ 발포금속의 제조를 위한 핵심기술, 요소기술, 주변기술을 나열

하면 <표 3 - 1 >과 같다.


기술구분 내 용

핵심기술

용융금속 제어기술：용융 및 합금화, 고순도화, 재생

반용융/반응고 금속 제어기술：mushy state 정밀제어( s l u r r y제조) ,

thixotropic 거동 규명

분체 제어기술：분말 제조 공정(mechanical alloying, atomization) 및소

결공정

요소기술

교반기술：교반자 및 교반관, Magnetohydrodynamic Stirring

Hydrides 제조기술：Magnesium 및Graphite based

점성제어기술：Strengthener, Colloidal Slurry, Composite

주변기술

Investment casting 및 ceramic preform 제조기술

금속기복합재료제조기술(Metal Matrix Composites)

장치기술：Hollow nozzle system, 고온 torque 측정기 등

<표 3-1> 발포금속 제조를 위한 기술구분 및 내용( 8 )

가. 경량구조용발포금속( 9 )

○ 발포금속은 기계적, 물리적 특성으로 경량성 구조재료로 사용

이 가능하며 특히 사용온도가 2 0 0℃ 이상인 곳에 더욱 유용한

특성을 나타낸다.

○ 항공기 재료의 Core 등에도 이용되고 있다. 높은 중량비 탄성

율과 인장보다는 압축저항이 높은 부분에 사용이 적합하여 항

공기 산업의 경량구조 재료로 적합하다.

○ 발포 알루미늄은 개발된 이후 현재는 자동차 공업에 응용하기

적합한 상태에까지 발전 하였으며, 또한 응용되기에 적합한 특

성을 지니고 있다. 뿐만 아니라 조선, 우주 항공 및 토목에도

이용될 수 있는 잠재력을 가지고 있다.

○ 경량 구조물로 사용될 수 있는 것이 가장 대표적인 것으로 알

루미늄 폼 샌드위치(Aluminium Foam Sandwich Panels, AFS)

패널을 들 수 있다. 이 A F S기술은 1 9 9 4년에 독일의 자동차 설

3 1

제4장

발포 알루미늄의 이용분야

계자인 Bremen and Karman GmbH의 F r a u n h o f e r - I F A M에 의

하여 개발되었다.

○ 이 AFS 패널은 중심에 발포 코어를 넣고 양쪽에 판재( s h e e t )

를 연속압연으로 클래딩(cladding) 시키며, 이 판재는 발포 될

수 있는 전구체(precursor) 재질이다.


<그림 4-1> 독일의 Karmann, Osnabrüc k에 의하여 생산된 발포 알루미늄의

샌드위치 패널( 2 4 )

<그림 4-2> 발포 알루미늄의 샌드위치 패널( A F S )로 만든 자동차의

리후딩(Lifting arm) 암( 2 4 )

○ 주조 할 때에 코어( c o r e )재료로 쓰이기도 한다. 금속 알루미늄

의 코어 부분을 발포 알루미늄으로 만들어 사용하며 특히 저

압 다이캐스팅에 사용하여 전체적으로 중량을 감소시키면서

중공 재료에 비하여 충격성을 향상 시킬 수 있다. BMW의 엔

진 장착 브라켓의 모양을 <그림 4 - 3 >에서 볼 수 있다.

나. 에너지흡수용발포금속

○ 충격 에너지 흡수용으로 자동차의 범퍼에서 항공기기의 클램

핑 픽스쳐(clamping fixture)까지 다양한 기기 부품에 적용이

고려되고 있다.

○ 발포 알루미늄은 자체가 에너지 흡수재이므로 고속절삭 및 연

삭기기의 에너지 흡수재에 적합하다.

○ 소음 및 진동 에너지 흡수성은 일반적인 건축내장재 이외에도

제4장 발포 알루미늄의 이용분야 3 3

<그림 4-3> LKR Ranshofen(Austria)에서 제공한 BMW 엔진 마운팅 부라켓

예(왼쪽은 전구체를 사용하지 않은 브라켓)( 2 4 )

심한 소음을 야기하는 고압유체 및 가스 이송관에 사용되어

유체의 흐름을 방해하지 않으며 소음을 억제하는 곳에 이용된

다. 발전설비 증기압의 감압재료로도 적용이 가능하다.

○ <그림 4 - 4 >은 C y m a t에서 압출한 알루미늄 파이프 내에 전구

체를 충전하여 발포시켜 충격을 흡수하는 부품으로 개발한 예

를 나타내고 있다.

○ 다공질 발포 알루미늄은 충격으로 변형될 때에 많은 양의 기

계적 에너지를 흡수한다( <그림 2 - 1 3 >참조). 응력은 재료의 압

축강도에 한계가 있다고 본다. 발포 재료는 충격에너지를 흡수

하여 파괴에 대한 가속을 저지한다. 따라서 근래에 와서는 자

동차의 충돌 완화용 재료로 응용이 늘고 있는 실정이다.

○ 이외에도 튜브나 중공 각재에 전구체를 충전시켜 충격 에너지

를 흡수하며, 폴리머 구조의 보강재로 쓰이기도 한다. 전차

( t r a m )의 경우는 보행자 보호를 위한 하체, 자동차의 충격 방


<그림 4-4> C y m a t에서 제공한 압출 알루미늄 파이프 내에 전구체를

충전하여 충격흡수용 부품을 제조한 예( 2 4 )

지를 위한 부속 등으로 쓰이고 있다.

○ 특히 자동차에 응용되고 있는 상황을 도식한 것을 보면 <그림

4 - 6 >과 같으며 사각형 내에는 발포 알루미늄의 적절한 특성을

나타내고 원 내에는 경량성, 에너지 흡수성, 진동 및 소음을 흡

수하는 성질을 나타내는 것으로 아주 적절한 표현을 하고 있


<그림 4-5> S i m e n s에서 제작하는 COMBINO 차량에 이용되고 있는

충격에너지 흡수용 부품 예( 2 4 )

<그림 4-6> 발포 알루미늄이 자동차 공업에 응용되고 있는 특성도( 2 4 )

다.( 2 4 )

○ 과거 1 9 6 0년대, 1970년대는 생산과 개발비용이 높아 제품 사용

이 보편화 하지 못하여 방음, 방열, 방진 등으로만 응용되었으

나 지금에 와서는 자동차, 선박, 항공 및 우주 항공에서까지도

대폭 그 사용 용도가 확대되고 있다.

○ 방음용으로 사용되는 예를 보면 기계방음에 방음부스, 산업용

소음기 내부의 흡음재, 변전소 송 수신실, 건축 외장재, 철교

상하부, 방음 터널, 고가다리 흡음판, 실내 인테리어, 체육 및

음악 감상실 등에 사용되고 있다.

다. 열전달매개용발포금속

○ 발포금속의 열전달 특성은 전자부품의 heat sink나 산업설비의

열교환기나 공조기 이외에도 넓은 표면적에 의해 태양 에너지

의 9 0 %를 흡수하는 효율 좋은 태양 집열관 소재로 사용되기

도 한다.

○ 발포금속은 금속의 발화억제 및 지연특성을 이용한 화염방지

재로 사용되어 관 또는 배기부에서 유해가스의 배출 또는 발

화시 이를 억제 할 수 있다.

라. 여과용발포금속

○ 발포금속의 침투성은 에너지 흡수성과 연관하여 소음 및 진동


에너지 흡수성을 나타내는 동시에 액체나 기체의 흐름 중에서

고체입자를 여과하거나 액체와 액체를 분리하는 필터로 사용

이 가능하다.

마. 전자파차폐성( 2 6 , 2 7 )

○ 전자기기의 발달로 최근 전자파 장해 대책이 큰 과제로 되고

있다. 금속판, 플라스틱에 금속 용사(溶射), 도전성 도료의 도

장, 도금 등의 많은 전자파 실드( s h i e l d )재가 개발되고 있다. 발

포 알루미늄의 전자파 씰 특성은 5 m m두께에서 약 80dB 투과

손실이 발생한다. 전자파 실드 및 전자기기 상자 등으로 사용

되고 있다.

○ S h i n k o - w i r e (神鋼鋼線)의 A l u p o r o u s의 전자파 실드 효과를 보

면 0 ~ 1 0 d B에서는 거의 효과가 없고, 10~30dB에서는 약간의

실드 효과가 인식되며, 30~60dB에서는 평균, 60~90dB에서는

대단히 좋은 효과, 90dB에서는 최고의 실드 효과가 있다고 보

고되고 있다.(28)

○ A l u l i g h t제품에서 자기장의 차폐성은 다른 발포금속보다 우수하

며 전기장의 경우 주파수가 높을 경우 더 좋은 효과를 나타낸다.

바. 대체에너지소재용( 1 7 )

○ 태양열 집열판소재, 알카리 및 연료전지의 전극, 수소가스의


저장 및 발생장치에 이용되고 있다. 이외에도 생체재료, 담수

소화 설비 등 군수용에서 산업용까지 전 분야에 활용이 가능

하다.

○ 발포 금속의 이용분야의 군수용과 민수용을 분류하여 보면

<표 4 - 1 >과 같다.


<표 4-1> 발포금속의 군수용과 민수용 응용

구 분 군 수 용 민 수 용

경량구조용

- 두하용 경량고강도 부교소재

- 전술용 방호 패널

- Aircraft wing structure용강화

복합재료

- Aircraft elevator platform/door

- 자동차 body panel

- 항공기 산업의 경량구조재

- 터빈의 마모재 및 접촉재

- 건축용 교량용 Sandwich panel

- Pallet(화물 운반)용 소재

충격에너지

흡수용

- 전차/장갑차의 내충격용 복합

body panel

- 무기저장소의 방폭용 복합소재

- Pyrotechnic locker(불꽃저장소)

용 소재

- 자동차 B u m p e r

- 항공기 Damping fixture

- 충격흡수 지지대, 포장용 소재

소음/진동

에너지흡수용

- 함선용 흡수 p a n e l

- Noise reduction barrier

- 건축 내장재, 고압 유체/가스 이

송관

- 내벽, 발전설비 증기 감압재

열전달/단열/

전자파 차폐용

- 함선용 Fire wall

- 고집적 전자부품의 h e a t - s i n k용

소재

- 전자장비의 흡/차음/전자파 차페

용 소재

- 전자제품의 h e a t - s i n k

- 산업설비의 열교환기/공조기

- 화염 방지재/방화문/방화벽

기 타- Hatch cover, Stern gate, Deck

ramp, Shell closures

- 태양집열판 소재, 탈수소화 설비

- 알카리 연료 전지 전극

1. 기술수준( 1 7 )

○ 최근 발포금속 제조기술은 Harvard, MIT, Aachen등 미국·유

럽의 유수한 대학과 미 국방성 등의 연구기관과 ERG, 신강

(新鋼)와이어 등 산업체를 중심으로 제조와 특성평가에 대한

기초연구 및 활용방안이 활발히 모색되고 있다.

○ 국내에서는 1 9 9 6년에 발포 알루미늄에 대한 연구가 시도되기

시작 하였으며 최근 연구기획 그룹을 중심으로 발포 알루미늄

에 대한 연구가 수행 되고 있으며 우리나라의 기술 수준에 대

한 평가는 선진기술 대비 <표 5 - 1 >과 같다.

3 9

제5장

발포 알루미늄의 시장규모, 용도 및 연구동향

<표 5-1> 발포 알루미늄의 국내외 수준( 1 7 )

구 분현재 수준

비 고국내수준(선진국：1 0 0 ) 선진국 기술수준

Open Cell 0 도입기

Closed Cell 1 0 성장기 도입기 대비 3 0

Hollow Sphere 5 도입기

2. 시장규모

○ 발포 알루미늄은 불연 내장재 및 방음패널 등의 건축 내장재,

수송기기용, 화염방어벽 및 객차의 경량 칸막이, 전자파 차폐

막 및 필터 등의 산업기기용 소재로 활용이 가능하며 한국은

행의 기업경영분석(한국은행 판 1 9 9 6년 7월)에 의하면 시장규

모는 세계시장 규모 2 0 0 , 0 0 0억원(추정)이며 한국의 시장규모는

2 0 , 0 0 0억원으로 보고 있다.

3. 국내의연구개발내용( 1 8 )

○ 현대 사회는 경쟁력의 향상과 산업의 발달로 각종 생활 가전

기기와 산업기계, 철도, 자동차, 항공기 등 이용이 과거에 비하

여 폭발적으로 증가하고 있다. 이에 따라 소음과 진동 및 전자

파 등을 다량 발생하게 되면서 이를 차단해 줄 수 있는 값 싸

고 우수한 흡음·차음·전자파 차폐재의 개발이 어느 때보다

절실한 실정이다.

○ 뿐만 아니라 발포 알루미늄은 차세대 자동차의 경량화 재료이

며 고도가공과 성형이 가능하며 충돌 에너지 흡수부재로서 각

광을 받기 시작하여 외국에서는 많은 연구비를 투자하여 개발

에 박차를 가하고 있다.( 1 9 )

○ 우리나라도 국립 경상대학교 공과대학의 재료공학부 금속재료


공학과에 과학기술부 국가지정 연구실이 설치되어 있으며 허보영

교수와 안효준 교수 지도하에 1 4명의 연구원이 구성되어 있으며

연구실 2개소, 실험실 2개소, 발포 금속제조 실험실 2개소 및 발

포 실험실 2 8 5평이 설치되어 있다.

○ 이 국가 지정 연구실 사업명은 다음과 같다.

- 기술명：점성·탄성을 이용한 기능성 다공질 발포금속 제조

기술

- 과제명：고기능성 다공질 발포금속 제조

제5장 발포 알루미늄의 시장규모, 용도 및 연구동향 4 1

<표 5-2> 과학기술부 국가지정 연구 사업에 참여하고 있는 기업 및 과제 현황( 1 8 )

기업체명 사업내용 연구 책임자

그랑그로 발포 알루미늄 CLOSE CELL제조 최종철

성광T E C H 알루미늄 섬유 OPEN CELL제조 최성철

대하자원알루미늄 재활용 발포 알루미늄 재활용

및 제조하주철

K I S T열유동 제어

연구센터방열판넬 제조 강병하

(주)일진 가스배관흡음용 황기연

(주)하이트롤 가스배관흡음용 김봉구

듀오폼 T E C H B A T C H형 P L A T E 조순형

한국발포산업 연주 발포 알루미늄 개발 이운형

오성T E C H 컴퓨터 방열판 개발 최성철

세화우림주식회사 엘리베이터용 대리석 복합 판넬 개발 서인섭

(주)금성 자동화산업 연주 발포시 알루미늄 개발 여강구

(주)한소프라임 김태봉

쎈스텍 비스코스틱, 표명장력 측정 박동재

(주)명진테크 비스코스틱 측정 박정희

- 연구실(팀)명：경량 고강도 발포금속 연구실

- 주관 연구책임자：공과대학 재료공학부 허보영

- 주관 연구기관장：경상대학교 총장

○ 이 국가지정 연구에 참여하고 있는 기업체가 많이 있으며 그

중 기업체와 과제 현황은 <표 5 - 2 >와 같다.

4. 일본의연구개발(6.19)

○ 일본에서는 혁명적 온난화 대책기술 프로그램이란 제목으로

자동차 경량화를 위한 알루미늄 합금 고도가공·성형기술(고

신뢰성 포러스 알루미늄 재료의 개발)의 대 항목(大項目)으로

N E D O (신 에너지·산업기술총합개발기구위탁연구)사업으로

연구를 추진하고 있다.

○ 연구의 목적과 배경은 초경량, 고강도, 충돌시 안정성이 우수한

알루미늄 재료를 개발하여 자동차용 재료로 도입·보급을 꾀하

여 자동차의 경량화를 도모하는데 목적이 있다고 되어 있다.

○ 이 기술의 확립으로 운수부문에서 장기적인 에너지 기반기술

에 기여하게 되고, 에너지에서 기원된 온실효과 가스배출 억제

에 기여하게 된다. 또한 종래의 자동차 구성 재료가 철계 재료

가 중심이었으나 이 연구 결과가 실용화 될 때에는 비교적 재

료의 갱신 기간이 짧고, 대량 보급으로 자동차의 구성 재료로

서 널리 보급되어 전체적으로 에너지 절략양은 대단 할 것으


로 기대되고 있다.

○ 연구개발 항목( 1 )은 고성형성 자동차용 판 재료의 개발, 연구

개발 항목( 2 )는 알루미늄/강의 하이브리드(hybrid) 구조의 개

발, 연구개발 항목( 3 )은 고 신뢰성 포러스 알루미늄 재료의 개

발로 되어 있다. 최종 목표는 2 0 0 6년도에 에너지 흡수량이

8 k J / k g (현행의 2배 이상), 또한 최대 순간변형응력 2 ~ 5 M P a

로 자유설계 가능한 복잡 구조체의 개발이다.

○ 사업규모의 추이는 2 0 0 2년(平成1 4年度)에 석특회계(石特會

計) 5 4 3백만 엔이고, 2003년(平成1 5年度) 상반기에 5 2 4백만 엔

(계속), 하반기에 1 6 4백만 엔으로 책정하고 추진 중에 있다.


<그림 5-1> 여러 가지 온도에서 발포한 발포 알루미늄의 단면 형상

*전구체의 가열 온도 ( a ) 6 1 0℃, (b)620℃, (c)630℃, (d)650℃, (e)670℃

○ 일본 N E D O의 지원으로 명고옥대학대학원공학연구과(名古屋

大學大學院工學硏究科)에서 2 0 0 4년도 개발사업성과보고서 내

용중 파이프 내부에 전구체( p r e c u r s o r )를 6 1 0 ~ 6 7 0℃에 발포 시

킨 모양은 <그림 5 - 1 >과 같다. 발포 온도가 높아짐에 따라 기

포의 크기도 커지고 전체적인 크기가 커짐을 알 수 있다.

5. 미국·유럽의연구개발

○ 캐나다의 C y m a t사는 연속주조기술을 이용한 발포 알루미늄 판

을 최초로 제조하고, 다목적의 신소재를 상업화 하였다( 1 9 9 9년).

○ 발포 알루미늄은 A l c a n사에서 처음으로 개발되었으며 매우 가

볍고 다공성의 알루미늄 형태로서 물리적 특성의 독특한 조합

으로 다양한 소비자들에게 기존소재의 대체재가 되고 있다.( 2 0 )

○ C y m a t사는 발포 알루미늄에 대하여 북미 특허를 가지고 있으

며 이는 A l c a n사의 D u l a c a n합금의 특성과 특허를 가지고 있는

연속 주조기술을 결합한 기술이다. 수요자의 요구에 따라 알루

미늄의 밀도는 2 . 5 ~ 2 0 %의 알루미늄을 가지고 9 7 . 5 ~ 8 0 %의 공

기를 가지는 제품을 제조하고 있다.

○ C y m a t사는 Ford, Honda, Volvo, 등의 자동차 회사, MIT,

Virginiaeogkr, Cambridge 대학과 공동으로“초경량 금속 b o d y

구조”와, 미 국방성과 해군연구소에서 지원하는 초경량 금속

연구 프로그램의 콘소시엄 회원으로 연구하고 있다.


○ 자동차 외장재를 생산하고 있는 Decoma International사와

C y m a t사의 연구진은 기존의 스틸 범퍼를 대체하기 위한 가볍

고 충돌시 에너지 흡수가 탁월한 알루미늄 발포제 자동차 범

퍼(Aluminum foam car bumper)를 2 0 0 2년에 개발하였다. 이는

2 ~ 3년 사이에 상용화 될 것으로 전망하고 있다.

○ D e c o m a사와 C y m a t사의 공조 체제는 자동차와 철도, 석유, 가

스, 해저, 방위산업에 있어서 안정화된 알루미늄 발포제 공정

에 대한 분야를 개척하기 위하여 수행된 프로젝트이며 특이

이 프로젝트는 자동차 분야에 초점이 맞추어지고 있다.

○ 독일의 Chemnitz 공과대학 K. J. Matthes박사와 H. Lang박사

는 알루미늄 발포 소재와 스펀지를 브레이징 하는 첨단 기법

을 2 0 0 3년 2월 San Diego에서 개최된 A S M / A W S국제 브레이

징 컨퍼런스에서 발표하였다. 진공 브레이징 된 샘플의 인장은

0 . 4 M P a에서 최대 0 . 7 M P a로 모재와 거의 유사한 값을 나타내

고 있다.

6. 외국의발포금속제조업체( 2 1 )

○ 일본과 미국·유럽의 주요 발포 금속 제조업체 현황을 보면

<표 5 - 3 >과 같다. 구미에는 알루미늄 제조업체가 많으며 일본

에는 세라믹소재 제조업체가 많은 편이다.

○ 상업적으로 발포 알루미늄을 만드는 방법으로는 2가지 방법을


제시할 수 있다( 2 5 ). 직접 발포방법과 간접 발포방법이다. 직접 방

법은 비금속 입자를 균일하게 용탕 중에 분산시키고 여기에 가스

를 투입하는 방법이다. 때로는 T i H2를 첨가하여 이를 분해하여

발포하기도 한다.


<표 5-3> 외국의 주요 발포금속 제조업체 및 제조방법 현황( 2 1 )

지역명 기업명 제품명 주 소재 제조방법

기공율( % )

( o p e n /

c l o s e d )

web site

미국·

유 럽

A l u l i g h t A l u l i g h t 알루미늄분말+

발포제

7 0 ~ 9 0 %

C

h t t p：

/ / w w w . a l u l i g h t . c o m

C y m a t C y m a t 알루미늄용융+

가스인젝숀

4 4 ~ 9 3 %

C

h t t p：

/ / w w w . c y m a t . c o m

E R G D u o c e l 알루미늄템플릿+

캐스팅

9 0 ~ 9 5 %

O

h t t p：

/ w w w . e r g a e r o s p a c e . c o m

I N C O I n c o f o a m N i템플릿+

가스디포죤

9 6 ~ 9 7 %

O

h t t p：

/ / w w w . i n c s p . c o m

P o r v a i r금속/

세라믹

슬러리+

템플릿

~ 9 7 %

O

h t t p：

/ / w w w . p o r v a i r . c o m

일 본

S h i n k o

W i r eA l p o r o u s 알루미늄

용융+

발포제

9 0 ~ 9 2 %

C

h t t p：/ / w w w . s h i n k o -

w i r e . c o . j p /

S u m i t o m o

E l e .C e l l s e t N i

템플릿+

전기도금

~ 9 7 %

Oh t t p：/ / w w w . s e i . c o . k r

M i t s u i

M a t .

금속/

세라믹

슬러리+

발포제+

~ 9 7 %

O

h t m l：

/ / w w w . m m c . c o . j p

K r o s a k i 세라믹슬러리+

템플릿

6 0 ~ 8 0 %

O

h t t p：

/ / w w w . k r o s a k i . c o . j p

B r i d g e

s t o n e

C e r a m i c

S e t세라믹

슬러리+

템플릿

~ 9 0 %

O

h t t p：

/ / n a r i t a s e i t o s h o . c o . j p

A s h a i

T e c .

금속/

세라믹

슬러리+

템플릿?. O

○ 간접 방법은 가스 발생물질(blowing agent particles)이 균일하

게 고체 알루미늄에 분산된 고체 전구체( p r e c u r s o r )를 일정한

온도로 승온시켜 가스를 발생시키고 알루미늄을 발포화 하는

방법이다. 이와 같은 방법을 채택하고 있는 제조업체를 보면

<표 5 - 4 >와 같다.


<표 5-4> 직·간접 제조방법의 요약과 이를 채택하고 있는 기업체 현황( 2 5 )

직접제조방법

melt aluminium alloy

make alloy foamable

create gas bubbles

solidify foam

간접제조방법

prepare foamable

p r e c u r s o r

remelt precursor

create foam

solidify foam

제조업체

Cymat, Canada

Foamtech, Korea

HKB-LKR, Austria

Sinko-Wire, Japan

( d i s t r i b u t o r：G l e i c h

G e r m a n y )

제조업체

Alm, Germany

Alulight, Austria

Gleich-IWE, Germany

Schunk, Germany

본 장에서는 발포 알루미늄 관련 문헌정보 및 특허정보의 분석

을 통해 연구개발의 현황 및 기술의 발전 추이를 분석하고자 한다.

1. 문헌정보분석

가. 개 요

○ 문헌자료 정보 분석은 미국의 민간학술 정보전문기관인

T h o m s o n사에서 구축한 주요과학기술문헌 인용색인정보가 수

록된 SCIE(Science Citation Index Expanded) 데이터베이스를

활용하였다.

○ 검색에 사용된 주제어는 발포 알루미늄[(porus or form) and

( A l u m i n i u m ) ]으로 하였다.

○ 조사기간은 1 9 9 1년부터 2 0 0 5년 1 0월까지로 한정하였으며 발표

된 발포 알루미늄 관련 논문은 총 1 6 1건이었다.

4 9

제6장

발포 알루미늄의 문헌정보 및 특허정보 분석

○ 검색결과를 바탕으로 연도별, 국가별, 저자 소속기관에 대한 논

문건수 변화추이를 통해 기술개발 현황을 파악하고, 국가간 주

요 연구 분야 및 기술격차의 비교와 연구기관 등을 파악해 발포

알루미늄의 국내외 전반적인 연구동향을 살펴보고자 하였다.

나. 분석결과

(1) 발포 알루미늄 관련 발표논문의 연도별 추이 및 주요 국가별 랭킹

○ <그림 6 - 1 >은 1 9 9 1년부터 2 0 0 5년 1 0월까지의 연도별 발표논문

추이를 나타낸 것이다.

○ 꾸준한 증가 추세를 보이고 있으며, 특히 2 0 0 0년 이후 급격히

증가하여 연구테마를 형성하고 있음을 알 수 있다.


<그림 6-1> 발포 알루미늄 관련 발표논문의 연도별 추이(전체)

○ <그림 6 - 2 >는 1 9 9 7년부터 2 0 0 5년 1 0월까지의 주요 국가별 발표

논문 랭킹이다.

○ 일본( 2 9건), 미국( 2 0건), 영국( 2 0건) 등 주요 선진기술 강국이

주도하고 있음을 알 수 있다.

○ 한국( 1 2건)과 중국( 1 2건)이 뒤 따르고 있으며, 그 밖에 독일( 8

건), 대만( 7건), 스위스( 6건), 싱가포르( 5건), 브라질( 5건) 등으

로 나타나고 있다.

○ 한국은 1 9 9 6년부터 연구하기 시작하여 1 9 9 8년 한양대학에서

논문을 발표를 하였으며, 2000년 K I S T ( 2건), 2001년 한양대학

( 1건), 2003년 한양대학( 1건), 2004년 서울대학( 1건), 경상대학

( 1건) 2005년 한밭대학( 1건), 경상대학( 1건), 인하대학( 1건)에

서 논문발표를 하였다.

제6장 발포 알루미늄의 문헌정보 및 특허정보 분석 5 1

<그림 6-2> 발표 알루미늄 관련 발표논문의 주요 국가별 랭킹(상위 1 0위)

(2) 발포 알루미늄 관련 발표논문의 저자소속기관 랭킹

○ <그림 6 - 5 >는 1 9 9 7년부터 2 0 0 5년 1 0월까지 발포 알루미늄 관련

발표논문의 연도별 주요 저자소속기관 추이를 나타낸 것이다.

○ 영국 Cambridge University(7건), Singapore Nanyang

Technology University(5건), 중국 Academy Sci.(5건), 일본

Ritsumeikan University (4건), 일본 항공우주연구원(Inst. Space

&Astronaut Sci.)(4건)등으로 나타나고 있다.

○ 그 밖에 영국의 London Queen Mary University(3건), 브라질

의 Fed Sao Carlos University(3건), 미국의 C o l o r a d o

U n i v e r s i t y ( 3건), 터키의 Sakarya University(3건), 일본의 N a t l .


<그림 6-3> 발포 알루미늄 관련 발표논문의 연도별 주요 국가별 추이

Inst. Adv. Ind. Sci. & Technol.(3건), 한국의 한양대학( 3건) 등

으로 조사되고 있다.


<그림 6-4> 발포 알루미늄 관련 발표논문의 저자소속기관 랭킹(상위 1 0위)

<그림 6-5> 발포 알루미늄 관련 발표논문의 연도별 저자소속기관 추이

○ 영국 London Queen Mary University는 꾸준한 연구를 해온 반

면, 싱가포르의 Nanyang Technology University와 일본 항공우

주연구원, 터키의 Sakarya University, 일본 Natl. Inst. Adv.

Ind. Sci. & Technol. 등은 최근에 이 분야의 연구를 착수한 것

으로 나타나고 있다.

(3) 발포 알루미늄 관련 발표논문의 주요 저널 랭킹

○ <그림 6 - 7 >는 1 9 9 7년부터 2 0 0 5년 1 0월까지 발포 알루미늄 관련

발표논문의 연도별 주요 저널 현황을 나타낸 것이다.

○ Inter. J. Heat Mass Transfer.(8건), Mater. Transactios(7건) ,

Mater. SC. Engin.(7건), J. Mater. Sci(7건), J. Eur. Cer. Soc.(6

건), J. Am. Cer. Soc.(5건), Acta Material(5건), Scripta


<그림 6-6> 발포 알루미늄 관련 발표논문의 주요 저널 랭킹(상위 1 0위)

M a t e r i a l ( 4건), PRICM 5(3건) 등으로 주로 미국 저널에 발표

되고 있는 것으로 나타나고 있다.

2. 특허정보분석

가. 개 요

○ 발포 알루미늄의 국내외 기술 흐름을 파악하기 위해 한국과학

기술정보연구원( w w w . k i s t i . r e . k r )에서 제공하고 있는 특허정보

데이터베이스인 U S P A (미국), JEPA(일본), EUPA(유럽)과

K U P A (한국)를 특허 정보원으로 하여 특허분석을 하였다.

○ 검색에 사용된 주제어는 발포 알루미늄(form? with Aluminium?)


<그림 6-7> 발포 알루미늄 관련 발표논문의 연도별 주요 저널별 추이

으로 하였다.

○ 검색결과를 바탕으로 연도별, 국가별, 출원인별 출원추이를 통

해 기술개발 현황을 파악하고, 발포 알루미늄의 국내외 전반적

인 특허동향을 살펴보고자 한다.

○ 조사기간은 1 9 8 8년부터 2 0 0 5년 3월까지로 제한하였으며 출원

된 발포 알루미늄 관련특허는 총 1 8 8건 이었음.

나. 분석결과

(1) 전체 특허 출원 현황

○ <그림 6 - 8 >은 발포 알루미늄 관련 연도별 특허 D B별 출원 추

이를 나타낸 것이다.


<그림 6-8> 발포 알루미늄 관련 특허의 연도별 특허 D B별 추이

○ 유럽 특허는 1 9 8 8년 이후 총 7 4건이 출원되었으나 1 9 9 6년과

1 9 9 8년을 정점으로 출원수가 감소하고 있다.

○ 한국 특허는 1 9 8 8년 이후 총 6 8건이 출원되었으며, 1998년 이

후 꾸준히 증가하고 있다.

○ 미국 특허는 총 1 3건이 출원되었고, 1988년 이후에는 9건이 출

원되었으며, 1998년 이후에 급격한 감소, 2000년 이후는 한건도

출원되지 않았다.

○ 일본 특허는 1 9 8 8년 이후 총 3 7건이 출원되었으며, 1996년과

1 9 9 8년 정점을 보인 후 급격한 감소를 나타나고 있으며, 2000

년 이후는 한건도 출원되지 않았다.

○ 기술발전의 전반적인 경향은 7 0년대부터 특허 출원되어 있으

며, 발포 알루미늄은 2 0 0 0년 이후 논문이 증가하는 반면 특허

출원은 감소하는 경향을 나타내어 전통적 기술측면이 강하다.

(2) 한국 특허(KUPA) 출원 현황

○ <그림 6 - 9 >는 발포 알루미늄 관련 연도별 출원인별 추이를 나

타낸 것으로 특허조사는 1 9 8 8년부터 하였으나 상위 1 0위의 출

원인은 9 4년부터 출원한 것으로 나타나고 있다.

○ 출원인 김태봉은 소음 방지용 발포 알루미늄 패널 관련 특허

( 7건), 현대자동차는 도어, 패널, 펜더, 브레이크 등 자동차 부

품 관련 특허( 4건), 신현택은 양계용 알루미늄 분말을 발포제


관련 특허( 3건), 폼텍은 발포 알루미늄 패널 관련 특허( 3건) ,

성우하이텍은 고상과 액상 발포 알루미늄을 이용한 차량용 범

퍼 관련 특허( 2건), 듀어폼테크는 폐쇄형 발포 알루미늄 제조

관련 특허( 2건), 이동식은 연속 및 반연속 발포 알루미늄 제조

관련 특허( 2건), 대우자동차는 자동차 티바아 발포 알루미늄

관련 특허( 2건) 등을 출원, 주로 흡음재용 발포 알루미늄 관련

특허가 대부분이다.

(3) 미국 특허(USPA) 출원 현황

○ 발포 알루미늄 관련 미국특허는 1 9 8 8년부터 2 0 0 4년까지 총 9

건이 검색되었다. 특허는 1 9 7 2년부터 발포 알루미늄에 대한 내

용이 검색 되나 국가별 형평성에 따라 1 9 8 8년 이후만을 대상

으로 하였다.


<그림 6-9> 발포 알루미늄 관련 한국특허의 연도별 출원인별 추이

○ 미국에 출원한 출원인은 미국(Ciba-Geigy Co., Lever

Brothers Co., 1988년 이전) 2개처, 일본(Nisshinbo Ind. 1993

년), Sharp Kabushiki Kaisha, 1998년) 2개처, 한국(미포화학,

1 9 9 8년) 1개처, 영국(U.K Atomic Energy Authority 1989년,

Lite Flite Limited, 1991년) 2개처, 독일(Metallge sellschaft

Aktiengesellschaft 1996년, Beierdorf Aktiengesellschaft

1 9 9 0년, Bayer Aktiengesellschaft 1988년 이전) 3개처, 프랑

스(Aluminium Pechiney, 1990년) 1개처, 오스트리아( C h e m i e

Linz Aktiengesellschaft 1988년 이전)으로 나타나고 있다.

○ 발포 알루미늄 관련 미국특허는 1 9 7 2년부터 출원되었고 1 9 8 8

년 이전에도 상당히 특허가 많은 것으로 보아 상당히 오래된

기술 분야에 속하며, 특히 2 0 0 0년 이후 특허가 없는 것으로 미

루어 기존 시장이 감소하고 있거나 다른 대체 상품이 개발되

고 있는 것으로 판단된다.

(4) 일본 특허( J E P A )출원 현황

○ <그림 6 - 1 0 >는 발포 알루미늄 관련 일본특허의 연도별 출원인

별 추이를 나타낸 것으로 특허조사는 1 9 8 8년부터 2 0 0 4년까지

하였다.

○ 일본에 출원한 출원인은 모두 일본기업으로 마쯔시다 ( 1 0건) ,

미쯔비시 중공업( 6건), IG 기술( 3건), 스미토모( 3건), 도시바( 2

건), 세이코 엡슨( 2건), 다이와 골프( 2건)등으로 1 0개 기업이

2 8건이며, 그 밖에 3 5개 기업 및 개인이 각각 1건씩의 특허를


보유하고 있다.

○ 일본에 출원된 기술은 건축용 패널, 골프다이, 골프 클럽, 블라

인드, 천정재료, 마감재, 흡음재 등 주로 건축용이 많았으며,

전자소자 흡음용 부품, 배터리용 부품, 안테나, 컴프레서 등 여

러 가지 용도로 발포 알루미늄이 사용되고 있다.

(5) 유럽 특허(EUPA) 출원 현황

○ <그림 6 - 1 1 >는 발포 알루미늄 관련 유럽특허의 연도별 국가별

추이를 나타낸 것으로 특허조사는 1 9 8 8년부터 2 0 0 4년까지 하

였다.

○ 국가는 독일( 3 0건) 1위, 영국( 1 7건) 2위, 프랑스( 6건) 3위, 미

국( 5건) 한국( 5건) 공동 4위, 스웨덴( 3건) 6위로 나타났다.


<그림 6-10> 발포 알루미늄 관련 일본특허의 연도별 국가별 추이

○ 그 밖에 노루웨이( 2건), 스위스( 2건), 네덜란드( 2건), 일본( 2

건), 이탈리아( 2건), 오스트리아( 2건), 러시아( 1건) 등에서 출

원하였다.


<그림 6-11> 발포 알루미늄 관련 유럽특허의 연도별 국가별 추이

<그림 6-12> 발포 알루미늄 관련 유럽특허의 연도별 국가별 랭킹

○ 유럽에 출원한 출원인은 한국 미포화학이 기공을 갖는 알루미

늄 샤시 관련 특허( 5건), 독일 Bayerische Motoren Werke

A k t i e n g e s e l l s c h a f t가 발포알루미늄 시트 관련 특허( 4건) ,

Wacker-Chemie GmbH 특허( 2건), 스웨덴 Tetra Laval

Holdings & Finance S.A(2건), 프랑스 R E N A U L T ( 2건), 독일

P a z e n ( 2건), Otavi Minen AG(2건), 스위스 Matec Holding

A G ( 2건) 등이 출원하였다.


1. 결 론

○ 발포 알루미늄은 기존의 유·무기 방음용 소재와는 달리, 내열

성이 뛰어날 뿐만 아니라 초경량으로 차세대 방음용 소재로서

건축, 흡음분야에 활용이 증대될 것이며 우수한 내열성과 초경

량성을 이용하여 운송기기 분야와 전자파 차폐분야 등 전 산

업에 파급효과가 클 것으로 기대된다.

○ 종래의 발포 알루미늄은 제품의 크기가 작고, 기포가 균일하지

못하고, 제조원가가 높았으나 최근에 와서는 간편한 제조공법

이 개발되고, 대형화가 가능하게 되어 가격도 싸지게 되었다.

○ 지금까지는 주로 흡음성, 단열성 및 방진성 등으로 건설부문에

서 내 외관 미장용으로 많이 사용되어 왔다. 그러나 충격에너

지를 흡수 할 수 있는 특징도 가지고 있어 이분야로 방향으로

급선회하고 있다.

○ 특히 지구환경의 보존과 자동차의 C O2가스배출을 줄이기 위

6 3

제7장

결론 및 제언

해서는 자동차의 경량화가 시급한 실정이다. 뿐만 아니라 탑승

자의 안전을 위해서는 충격 에너지 흡수 능력이 큰 발포 알루

미늄이 착안되고 있다.

○ 자동차 분야에 충격 에너지 흡수용으로 사용하기 위해서 일

정한 형 내(예를 들면 파이프나 각재)에 전구체를 넣고 발포

하여 사용하는 방법을 많이 연구하는 방향으로 추진되는 경

향이다.

○ 미국의 T h o m s o n사에서 구축한 SCIE 데이터베이스를 활용한

문헌정보에 의하면 이 분야 연구가 전체적으로 꾸준한 증가세

를 보이고 있으나 2 0 0 0년 이후 급격히 증가하여 연구테마를

형성하고 있음을 알 수 있다.

○ 발표 문헌건수는 일본이 2 9건, 미국 2 0건, 영국 2 0건으로 선진

기술 강국이 주도하고 있으며 우리나라도 중국과 같이 각각

1 2건식으로 뒤 따르고 있다.

○ 발표한 문헌의 저자소속기관은 영국의 Cambridge University가

7건, Singapore Nanyang Technology University 5건, 중국의

Academy Sci 5건, 일본의 Ritsumeikan University 4건, 일본 항

공우주연구원이 4건으로 발포 알루미늄의 개발은 오래되었으

나, 근래에 와서 그 응용분야가 확대되고 있어 선진국에서 다

시 이 재료에 대하여 재발견 하고 있는 것으로 보여 진다.

○ 한국의 특허는 외국에 비해 늦은 감이 있으나 1 9 9 8년에 많은

특허를 내면서 2 0 0 0년 이후 급진적으로 특허 건수가 증가하고


있는 실정이다. 미국, 일본 및 유럽은 1 9 9 6년~ 1 9 9 8년 사이에 최

고 정점을 이루고 하향하고 있으나 우리나라는 2 0 0 0년 들어오

면서 증가 추세로 가고 있음은 좋은 현상이라고 볼 수 있겠다.

○ 특히 현대자동차와 성우 하이텍이 자동차에 관련된 특허를 내

고 있음은 우리나라도 이미 자동차 분야에 단순한 경량화와 흡

음에 그치지 않고 앞으로 많은 응용이 있을 것으로 기대된다.

2. 제 언

○ 한국은 2 0 0 4년에 세계 자동차 총생산량의 5 . 4 %인 3 4 6만 9 , 0 0 0

대를 생산하고 있으며 3년 연속 6위를 유지하고 있다. 중국이

4위로 급부상하기 전에는 4위까지 올라가기도 하였으나 최근

에 와서는 밀리고 있는 실정이다.

○ 우리나라에서 생산되는 자동차는 국내 판매뿐만이 아니라 수

출을 주도하는 수출 전략상품으로 경쟁력 있는 기술력과 원가

를 가지고 있지 않으면 어려운 실정이다. 자동차의 경쟁력을

키우는 데는 여러 가지 요건이 있겠으나 발포 알루미늄도 빼

놓을 수 없는 중요한 재료라고 보겠다.

○ 이미 선진국에서는 앞에서 설명한 바와 같이 자동차에 많이

응용되고 있으며, 일본에서는 독립행정법인 신에너지·산업기

술종합개발기구( N E D O )에서 이미 자동차 경량화를 위한 알루

미늄합금의 고도가공·성형기술이라는 제목으로 많은 연구비

제7장 결론 및 제언 6 5

를 투자하고 있으며 발포 알루미늄 재료의 자동차의 충격 에

너지 재료로 개발을 서둘고 있다.

○ 이를 볼 때에 우리나라에도 이미 경상대학교를 국가지정연구

사업으로 점성·탄성을 이용한 기능성 다공질 발포금속제조기

술 연구를 수행하고 있으나 좀더 직접적이고 적극적인 연구추

진이 필요하다고 생각된다. 그렇게 함으로서 자동차 산업을 좀

더 경쟁력 있는 산업으로 육성 할 수 있으며 계속적인 수출을

할 수 있을 것으로 생각된다.


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참고문헌 6 9

발포 알루미늄의 기술동향조사 보고서

2 0 0 5년 1 2월 1 5일 인쇄

2 0 0 5년 1 2월 2 0일 발행

발 행 처

서울특별시 동대문구 청량리동 2 0 6 - 9

◯우 1 3 0 - 7 4 2

전화：3 2 9 9 - 6 1 1 4

등록 ：1 9 9 1년 2월 1 2일 제5 - 2 5 8호

발 행 인

조 영 화

인 쇄 처

이룸출판사

BA530 이원식·강상규

저자소개

이 원 식

•서울대학교 공과대학 금속공학과 졸업•인하대학교 공과대학 금속공학과 대학원졸업 공학박사•금속가공분야 기술사•전, 세아베스틸(전 기아특수강주식회사) 금속기술연구소소장•현, 한국과학기술정보연구원 전문연구위원•발표논문：A I S I 4 3 4 0강의 기계적 성질과 파괴인성

강 상 규

• 전, 산업기술정보원 책임연구원• 현, 한국과학기술정보연구원 선임연구원• 차세대 M E M S ( 2 0 0 4년), 세라믹 나노분말의 합성 및 응용( 2 0 0 5년) 외

발포알루미늄의기술동향 조사보고서 -...

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