세라믹

1. 개요[편집]

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Ceramic. 세라믹스라고도 불리며, 도기의 그리스어 명칭인 κεραμικός(keramikos)에서 기원하였다..[1]

세라믹이란 열과 냉각 등으로 굳어진 고체 무기물을 총칭하는 단어로, 도자기와 용암, 유리, 시멘트, 석고, 벽돌, 타일 등이 그 예시이다. 고열로 가열되어 녹아서 흐르던 것을 식혀서 굳힌 것이라는 이미지를 떠올리면 이해하기 쉽다. 세라믹은 수천 년 전부터 인류의 역사와 함께했던 친숙한 소재이지만 본격적인 과학적 탐구가 이뤄진 것은 그리 오래되지 않았다.

세라믹은 경도(Hardness)가 굉장히 강하다. 그러나 인성(Toughness)은 무척이나 낮아 충격에 약한 편이다.[2] 망치로 두들기면 금속은 휘어지지만 세라믹은 잘게 조각나며 깨진다.

2. 용례[편집]

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세라믹이 사용되는 가장 흔한 사례로는 조리용 절삭도구[3]가 있다. 보통 원재료를 틀에 넣고 고온의 프레스기로 찍어내듯이 생산한다. 철제 도구보다 날이 오래가서 여러모로 쓰임새가 많다.[4]

세라믹의 또다른 용례로는 변기나 세면대 등의 위생도기가 있다. 위생도기는 인체의 하중을 온전히 버텨내야 하며 청결 유지를 위한 높은 소수성을 가져야 하기 때문이 세라믹이 제격이다. 때문에 위생도기, 특히 변기는 일부 예외를 제외하면 거의 모두 하얀 세라믹으로 되어 있다.

고순도의 파인 세라믹은 반도체 생산같은 산업적인 분야에서도 쓸모가 많다. 전기를 전달하지 않는 특징인 비전도성이 있어 여러 기계장치에서도 사용되며 특히 고열에 견딜 수 있어서 열을 많이 받는 부위에 사용하면 큰 효과를 누릴 수 있다. 우주 왕복선 하부나 옆에 붙는 단열타일도 세라믹 재질이다.

방탄 플레이트와 전차의 복합장갑에도 세라믹이 사용되는데, 경도가 높고 부피 대비 무게가 가벼우며, 충격을 받았을 때 부스러지며 운동 에너지를 흡수하므로 고위력 탄으로부터 사용자/탑승자를 효과적으로 보호하기 때문이다. 방탄복은 총알과 파편만 막으면 되므로 세라믹 외에도 금속판이나 방탄 섬유 등 다양한 소재가 사용되고 있지만, 개인화기와는 비교도 안 되는 위력의 대전차화기를 막아야 하는 전차의 복합장갑에는 예외없이 세라믹이 들어간다. 단점은 세라믹의 특성 상 외부 충격에 쉽게 손상되고, 한번 손상되고 나면 방호력을 상실하며 재생할 수도 없으므로 해당 플레이트나 장갑재를 전부 교환해야 한다는 것.

현대에 들어서 특히 활발하게 연구되고 있는 분야는 유용한 전자기적 특성을 가지고 있는 전자세라믹(일렉트로세라믹, Electroceramic)이다. 이 중 가장 고전적인 재료는 압전효과를 보여서 쿼츠 시계의 재료가 되는 수정이고, 그 외에도 압전소자인 PZT, 커패시터 제작에 쓰이는 티탄산바륨(BaTiO3) 등은 일상 생활에서 눈에 보이지 않는 곳에서 오랫동안 활약해온 밥벌이 재료이다. 터치스크린처럼 투명한 전도체가 필요한 분야에서도 높은 전도도를 띠는 세라믹 재료(인-주석 산화물, ITO 등)가 많이 사용된다.

3. 기타[편집]

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일부 학자들은 철기 시대가 곧 끝나고 세라믹 시대가 도래하리라 예측하기도 한다. 특히 1980년대 중반에는 세라믹스 유행이 불면서 전도유망한 미래 산업처럼 여겨지기도 했다. 이런 이유로 이 시기 즈음에 세라믹, 특히 도자기 등을 연구하는 학과인 요업공학과는 입시에서 꽤 강세를 보이기 시작했고 "전자 및 전산 공학은 한물 갔고 앞으로는 세라믹의 시대다!"라는 불분명한 이유로 성적이 남아돌던 최상위 수험생들이 요업공학과를 지원하던 경우가 꽤 있었다. 이런 세태의 연장선에서 요업공학과란 이름이 좀 구리고 무엇보다 도자기가 사양산업이 되다보니 1980년대 이후에는 대부분 재료공학과 또는 신소재공학과, 무기재료공학과, 세라믹공학과 등으로 명칭이 바뀌었다. 국립 연구기관인 한국재료연구원의 전신 '재료연구소'가 기계연에서 갈라져 나온 때도 이 시기.

상술했듯 고열을 견딜수 있다는 특성을 이용해, 자동차에도 사용하는데, 일반적인 스틸 재질의 브레이크 디스크보다 가볍고 제동력이 강하기 때문에 주로 고성능의 스포츠카나 슈퍼카, 하이퍼카등의 디스크 브레이크로 주로 활용된다. 하이퍼카나 경주용 차량 같이 극한의 경량화나 초고성능을 요구하는 일부 차량들은 세라믹 디스크도 무거운지 세라믹 디스크에 카본을 조합해 카본 세라믹 디스크 브레이크 라는 더욱 더 가벼우며 더욱 더 제동력이 강력한 브레이크 디스크를 적용하기도 한다. 대표적으로 포르쉐에서 옵션으로 제공하는 카본 세라믹 복합소재 브레이크인 PCCB(Porsche Ceramic Composite Brake)가 있다. 옵션 가격은 약 1200만 원으로 경차 한 대 값이다. 엄청나게 비싼데도 크랙이 발생하면 교체해야 해서 성능이 엄청난데도 불구하고 서킷 주행을 자주 하는 경우 관리의 편의성을 이유로 스틸 브레이크를 채택하기도 한다.

현대에는 다이버 시계의 베젤을 제작할 때 합성 세라믹을 자주 사용한다. 기존 스틸 베젤은 스크레치와 색바램 등 단점이 많았지만 세라믹을 사용하게 되면 이와 같은 단점을 한번에 해결할 수 있다. 다만 외부 큰 충격에 금이 가거나 깨질 수 있다.

찰스 다윈과 우장춘의 공통점을 이야기하자면 여계를 통해 세라믹과 밀접한 부분이 있다. 모계와 처가가 지금도 유명한 웨지우드인 다윈과 일본 3대 기업가 중 하나이면서 나사에 세라믹을 공급하여 성장한 이나모리 가즈오가 우장춘의 막내 사위이다.

물성을 강화하기 위해 인체에 유해한 중금속이 들어가기도 하는데, 플라스틱 가소제가 묻어나오듯 이런 물질이 겉으로 빠져나오기도 하고 마감제 자체가 독성을 띄는 일이 꽤 많아서 문제가 되기도 한다.

Apple Watch Edition이나 갤럭시 S10+의 상위 모델에 적용되는 등 일부 고급 전자제품의 하우징으로도 사용되었다.

치과에서 사용하는 제품 중 CEREC社의 것을 지칭하는 말로 치아와 같은 색의 충전물로 보통 레진을 떠올리지만 세라믹이라고 하면 그보다 강도가 높고 메워하는 범위가 넓은 것으로 금으로 하던 것을 떠올리면 된다.