해외과학기술동향/산화 세륨이 불필요한 유리 연마 기술 개발
2012년 03월 15일
 
일본 독립행정법인 신에너지 산업기술종합개발비구(NEDO)의 "희소금속 대체 재료 개발 프로젝트"의 일환으로 희토류 원소의 일종으로 액정 TV 등의 유리 기판의 연마재로 사용되는 산화 세륨의 사용량 저감과 대체 재료의 개발을 진행하고 있는 리츠메이칸 대학, (주)아드마텍스, (주)크리스탈 광학, 고코노에전기(주)의 연구 그룹이 다수의 신규 연마 재료의 개발에 성공했다.

새롭게 개발한 연마 기술 중 하나는 산화 세륨 연마용 입자 대신에 금속 산화물 가루를 넣은 산화 지르코늄 연마용 입자를 이용한 것이다. 마감 품질은 그대로 유지한 채로 유리를 연마하는 시간을 기존의 2/3로 줄일 수 있다는 것을 확인했다.

또 하나의 기술은 산화 세륨 연마용 입자 대신 금속염을 배합한 산화 지르코늄 연마용 입자를 이용한 것이다. 같은 연마 시간에 보다 평활성이 뛰어난 연마가 가능하다는 것을 확인했다. 이들 기술에 의해 세륨을 사용하지 않고 연마가 가능해진다.

1. 배경
희소금속(레어 메탈, 희토류 원소 등)은 일본의 산업 성장에 필수적인 재료이지만, 특정 산출국에 대한 의존도가 높고, 그 공급 리스크로 인해 경제성장의 우려 요인이 되고 있다. NEDO에서는 이 대책의 일환으로 2007년부터 인듐, 디스프로슘, 텅스텐, 2009년에는 백금족, 세륨, 테르븀, 유로븀의 사용량 저감 기술 및 대체 재료 개발을 위탁 사업으로 진행하고 있다. 이 연구에서는 연마를 연마용 입자, 미디어 입자, 공구, 프로세스 기술의 4요소로 나눈 개발을 진행하는 것으로 산화 세륨 연마용 입자의 사용량 저감, 대체 재료의 개발을 목표로 하고 있다.

2. 연구 성과
(1)금속 산화물 가루를 공존시킨 산화 지르코늄 연마
이번 연구에서는 기존부터 유리 연마에 이용되어 온 산화 세륨 연마용 입자를 사용하지 않는 프로세스 기술에 대하여 연구 개발을 진행시켜 연마 가공시의 연마용 입자 체류성 향상 방법을 검토 했다. 그 결과, 산화 지르코늄 연마용 입자를 이용해 이 연마용 입자보다 입자가 작고, 연질로 높은 비중의 금속 산화물을 더하면, 그림 2에 나타나듯이 산화 세륨과 비교해 2/3의 짧은 시간에 유리면을 평활화할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.

(주)크리스탈 광학에서는 여러 가지의 금속 산화물의 종류와 조합을 검토해 산화 주석, 산화구리, 산화 니켈, 산화은, 산화 텅스텐 등 고비중 산화물로 이 효과를 확인하고 있다. 또한, 산화 지르코늄 연마용 입자의 원료로 가격이 싼 규산 지르코늄을 연마용 입자로 이용했을 경우에도, 산화 세륨과 같은 수준의 뛰어난 연마 특성을 얻을 수 있다는 것을 확인할 수 있었다. 이들 성과는 산화 세륨을 전혀 이용하지 않고 공급 리스크가 없는 가격이 싼 대체 연마용 입자의 사용이 가능하게 되는 것을 의미하고 있다.

(2) 금속염을 첨가한 산화 지르코늄 연마
이 연구에서는 기존부터 유리 연마로 이용되어 온 산화 세륨 연마용 입자를 사용하지 않는 프로세스 기술에 대하여 연구 개발을 진행시켜 연마시의 유리면에 화학적 작용을 하는 연마 방법을 검토했다. 그 결과, 산화 지르코늄 연마용 입자를 이용해 첨가제로서 황산제일철을 1wt% 첨가함으로써 산화 세륨에서는 달성할 수 없었던 유리면의 평활화에 짧은 시간에 도달할 수 있다는 것을 밝혀냈다. 황산제일철은 물에 쉽게 녹고, 약산으로서 유리 표면에 작용하는 것으로 경면화를 촉진시키는 것으로 생각할 수 있다. (주)크리스탈 광학에서는 여러 가지의 금속염으로 검증과 효과의 확인, 원리 검토를 진행시키고 있다. 이 성과는 프로세스 기술로서 현장에 응용하기 쉬운 기술을 확립할 수 있다는 것을 의미하고 있다.

3. 향후 예정
향후, 이 연구에서는 효과적인 첨가물의 검토, 메카니즘의 검토에 의한 원리 해명을 계속 실시해, 올해 4월부터 그룹의 자문 역할을 하고 있는 기업에서의 평가를 개시해, 조기 개발을 목표로 한다. 또, 이 연마의 원리는 유리 연마시의 랩핑(전처리 연마)이나, 유리 이외의 연마 대상 기판에 대해서도 효과가 기대되기 때문에 향후의 검토 과제로 예정하고 있다.
이번 연구 내용의 일부는 3월 14일 정밀 공학회 2012 춘계 대회(수도대학 도쿄)에서 발표됐다.
(자료출처: http://radar.ndsl.kr/, http://www.nedo.go.jp)

 
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