한국재료연구원 나노재료연구본부 박지훈, 김종우 박사 연구팀이 세계 최고 수준의 강력한 자석 성능을 발휘할 수 있는 차세대 비희토류 Mn-Bi 영구자석 제조 기술을 개발했다고 26일 밝혔다. 연구팀은 해당 기술을 자석 제조 기업 노바텍에 기술 이전 중이다.

기존 영구자석 산업은 Nd와 같은 희토류 원소를 주로 사용해 중국의 희토류 공급 정책 및 가격 변동성에 큰 영향을 받았다. 비희토류인 Mn-Bi가 대체 소재로 주목받았으나, 고온 소결 과정에서 쉽게 산화되거나 상분해돼 순도가 낮아지는 한계에 따라 상용화에 어려움을 겪었다.

이에 재료연 연구팀은 고순도 단자구 크기의 Mn-Bi 분말을 개발해 보자력을 강화하고, 새로운 설계의 저온 소결 기술로 자석 밀도를 95% 이상 높이는 Mn-Bi 비희토류 영구자석 제조 기술을 개발했다.

이를 통해 최대자기에너지적 10.5MGOe를 안정적으로 구현하며 세계 최고 수준임을 입증했다. 또 소결 이후에도 자성이 유지되고 산화 또는 분해되는 현상이 없어 대량 생산이 가능하다는 장점이 있다.

본 기술은 전기차 모터, 발전기, 반도체 부품 등 다양한 산업에 적용할 수 있으며 기존 페라이트 자석을 사용하던 전동기를 소형화하고 효율을 높일 수 있다.

특히 공조기 등 실생활이나 산업에서 대량으로 쓰이는 자석을 대체할 수 있어 국내는 물론 세계 시장에서도 큰 경제적 가치를 창출할 것으로 기대된다.

연구팀은 노바텍과 협력해 준양산 규모의 장비를 구축하고 대량 생산 및 상용화를 위한 공정을 최적화하고 있으며 앞으로 최대자기에너지적 12MGOe 달성을 목표로 연구 개발을 지속할 예정이다.

박지훈 선임연구원은 "이번 연구를 통해 한국이 세계 최초로 Mn-Bi 영구자석 상용화를 실현할 가능성을 확보했다"며 "이 기술이 상용화되면 희토류 자석에 대한 의존도를 낮추고 국내 기업이 글로벌 시장에서 경쟁력을 갖추는 데 큰 도움이 될 것"이라고 말했다.

연구는 한국연구재단, 한국에너지기술평가원, 국가과학기술연구회 지원을 받아 수행됐으며 연구팀은 국내외 특허 출원 8건과 각종 논문을 발표했다.