경남 창원에 본원을 둔 한국재료연구원(KIMS)은 엔지니어링세라믹연구실 고재웅 박사 연구팀이 전기차 구동 모듈용 질화규소 베어링 볼 제조기술 국산화에 성공했다고 7일 밝혔다.

해외 의존도를 극복하고, 국내 수급 가능성을 열었다는 점에서 의미가 있다.

'질화규소 베어링 볼'은 전기차의 높은 출력 인가와 고속회전 구동 환경에서 전기 침식에 의한 고장을 방지하고, 이와 함께 높은 내구성과 신뢰성을 가지는 장점이 있다.

일본으로부터 전량 수입하고 있어 문제점으로 지적돼 왔다.

핵심 부품 공급은 2019년 일본의 화이트리스트 배제를 시작으로 2022년 글로벌 공급망 재편 대응을 위해 정부가 중점 정책으로 고려할 정도로 중요한 문제다.

전기차의 경우 2만rpm 이상의 초고속 회전이 이뤄지는 베어링 부품의 필수 소재인 베어링 볼 수급이 원활하지 않다는 게 자동차와 베어링 완제품 제조 기업의 공통된 의견이다.

이에 연구팀은 질화규소 원료 분말에서 소재 및 베어링 볼 부품에 이르기까지 국내 수요 대응이 가능하도록 기술 개발에 매진했고, 해당 기술을 외부 공인 평가기관과 수요기업을 통해 테스트함으로써 세계 1위 질화규소 베어링 볼 기업인 T사에 근접한 수준의 기계적 물성과 기대수명 값을 구현하는 데 성공했다.

T사의 상용 볼과 연구팀의 제조 볼을 같은 조건에서 평가한 결과, 하중에 견디는 성능지표인 압쇄강도는 103~105%로 비교우위의 값을 보였고, 장시간 고속회전을 견디는 성능지표인 구름피로수명은 동등 수준의 값을 얻을 수 있었다.

질화규소 베어링 볼은 전기차 구동 모듈 내 고속 회전하는 하이브리드 베어링, 높은 하중이 걸리는 풍력발전기용 베어링, 반도체 공정 펌프용 초고속 베어링, 우주 및 항공용 베어링 등 극한의 작동 환경이 요구되는 분야에 활용된다.

질화규소 베어링 볼 기술이 적용된 하이브리드 베어링 분야의 세계시장 규모는 2022년 기준 약 1조 원이다.

전기차 시장의 급성장세에 견인되어 2026년 이후에는 1조3000억 원 이상 증가할 것으로 전망된다.

연구책임자인 고재웅 책임연구원은 "향후 국내 기업 기술이전을 통해 국내 질화규소 베어링 볼 수요를 충족시킬 수 있는 자체 공급망 확보에 기여하도록 하겠다"면서 "핵심 부품 소재 국산화에 의한 수입대체 효과는 물론, 해외로의 수출도 기대할 수 있을 것"”이라고 말했다.

한편, 이번 연구성과는 과학기술정보통신부 지원을 받아 한국재료연구원 기본사업 ‘반도체 고진공 펌프 베어링용 세라믹 롤링베어링 소재 개발’을 통해 수행됐다.