초록 ▼

□ 핵심기술
염화알루미늄 6-수화물의 생성 및 정제를 통한 5N급 알루미나 합성과 동위원소 분석법을 이용한 고순도 알루미나의 순도분석 및 합성된 5N급 알루미나의 사파이어 잉곳 성장 공정기술 개발

□ 최종목표
○ 순도 : 알루미나 99.999% 이상
○ 불순물 : Fe ≤ 1 ppm, Si ≤ 3 ppm, Na ≤ 3 ppm,Mg ≤ 1ppm
○ 평균입도 : ≤ 0.8 ㎛
○ 비표면적 : ≤ 10 ㎡/g
○ 체적밀도 : 3.7 g/㎤ 이상
○ 수율 : 36% (알루미나/고령토 원광석

□ 핵심기술
염화알루미늄 6-수화물의 생성 및 정제를 통한 5N급 알루미나 합성과 동위원소 분석법을 이용한 고순도 알루미나의 순도분석 및 합성된 5N급 알루미나의 사파이어 잉곳 성장 공정기술 개발

□ 최종목표
○ 순도 : 알루미나 99.999% 이상
○ 불순물 : Fe ≤ 1 ppm, Si ≤ 3 ppm, Na ≤ 3 ppm,Mg ≤ 1ppm
○ 평균입도 : ≤ 0.8 ㎛
○ 비표면적 : ≤ 10 ㎡/g
○ 체적밀도 : 3.7 g/㎤ 이상
○ 수율 : 36% (알루미나/고령토 원광석)
○ 100 ℓ/batch 파일롯 플랜트 공정개발 및 안정화
○ 반도체용 소재 비중 : 3.9 이상
○ 반도체용 소재 흡수율 : 0%
○ 사파이어 잉곳 웨이퍼 크기 : 4 inch 이상 wafer
○ 사파이어 웨이퍼 EPD : ≤ 1,000 ea/㎠
○ 5N급 고순도 원료 분석을 위한 극미량 무기원소 분석기술
○ 공인 기관 신뢰성 평가 확보 및 수요 기업의 소재 인증을 받는 분말개발 및 평가방법의 동시 개발

□ 개발내용 및 결과
고령토를 염산과 반응시켜 알루미늄 이온을 용해시키고, 이를 공통이온 효과를 이용하여 알루미늄 이온을 선택적으로 결정화하는 단계에서 5N급 고순도 정제가 가능하며, 최종 입도를 맞추기 위한 단계별 소결과정을 적용한 분쇄 공정을 개발하였다. 해당 공정기술을 배치타입의 파일롯 반응기 수준으로 공정의 크기를 증가시켜 진행하였으며, 해당 공정을 통해 생산된 5N(99.999% 이상, 입도 0.35 ㎛) 알루미나를 수요기관 월덱스에 사파이어 잉곳 성장을 위한 원료로 공급하였으며, 한국표준과학연구원의 동위원소 분석법을 이용한 5N급 알루미나 순도 분석기술의 개발을 위한 원료로 제공하였다

□ 기술개발 배경
1. 국산 광물을 이용한 고순도 알루미나의 합성기술
- 기존 고순도 알루미나 합성기술은 국내 부존자원이 없는 해외의 보크사이트를 출발물질로 제조, 국내 고령토 산업의 활성화를 위한 고령토를 원료로 하는 고순도 알루미나 합성기술의 개발필요.

2. 환경오염물질 배출이 없는 친환경적 고순도 알루미나 합성기술
- 상용화된 고순도 알루미나의 합성 기술의 경우 합성 과정 중 발생하는 레드머드로 인한 해양오염, 토양오염문제 발생, 개발 대상기술은 원료의 부산물 및 첨가제를 모두 리사이클링하여 사용하는 오염물 배출이 없는 친환경적 합성기술.

3. 가격경쟁력을 갖는 고순도 알루미나 합성기술
- 2015년부로 런던 협약으로 인한 레드머드의 해양투기의 금지로 처리공정 및 대안확보로 인해 가격이 증가할 것으로 예상되나,개발 대상 기술은 오염물의 발생을 근본적으로 차단하며, 부산물 및 첨가제를 재사용함으로서, 최종 결과물에 대한 가격 경쟁력을 갖는다.

4. 기존 고령토 원료 고순도 알루미나 합성기술 대비 수율 향상
- 고령토를 원료로 고순도 알루미나를 합성하는 기술은 국내·외에서도 일부 진행되었으나, 상용화 가능 수준으로 순도를 향상시킨업체는 수율이 3%내외로, 수율을 향상시키는 경우 순도가 92 ~95%로 낮게 나타나는 문제가 있음. 개발 대상 기술은 순도(5N급)와 수율(36%)을 모두 향상시키고자 한다.

5. 수요기업의 스펙에 맞춘 분말 공급 및 잉곳 성장 기술개발
- 사파이어 잉곳 성장과 관련하여 수요기업의 요구 스펙에 맞는 분말을 개발하여, 수요업체의 요구에 즉각적인 대응이 가능한 분말생산기술 및 조정을 위한 핵심기술을 보유하고자 한다.

6. 5N급 이상 고순도 알루미나 중 극미량 무기원소 분석기술 개발
- 현재 “KS D 2570 알루미나의 분석방법”으로는 5N 고순도 알루미나의 불순물 분석을 위한 평가를 진행할 수 없어, 본 기술개발과 함께 새롭게 5N급 고순도 알루미나의 불순물을 분석하는 평가방법의 개발이 이루어질 것이며, 개발 대상 분말의 순도를 검증하는 기준으로 활용하고자 한다.

□ 핵심개발 기술의 의의
고령토 원료로부터 3%내외 수율의 99.9~99.95%순도의 알루미나를 합성하는 기술은 알려져 있었으나, 상용화에는 어려움이 있었다. 본 과제를 통하여 개발된 기술은 고령토 원료내에 포함된 알루미늄(36%)을 모두 추출하여 사용하며, 순도 또한 99.999% 이상의 순도를 확보한 기술로, 100 ℓ급 파일롯 단위의 양산화 공정에도 문제점이 없는 상용화 가능 기술을 개발하였다.
또한, 합성된 99.999% 알루미나를 바탕으로 고순도 알루미나의 불순물을 분석하는 평가 방법의 개발이 이루어졌으며, 이를 이용하여 고순도 알루미나 분말의 순도를 검증하는 기준으로 사용할 수 있다.

□ 적용 분야
사파이어 잉곳 원료, 이차전지 분리막용 코팅재, 반도체 소재부품의 원료, 반도체 내식성 코팅용 소재 등

( 출처: 최종보고서 초록 - 3. 개발결과 요약 5p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 기술개발사업 최종보고서 초록 ... 4
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 12
• 목차 ... 16
• 제 1 장 서론 ... 18
• 제 1 절 과제의 개요 ... 18
• 1. 연구개발의 목적 ... 18
• 2. 연구개발의 필요성 ... 19
• 제 2 장 과제수행의 내용 및 결과 ... 23
• 제 1 절 최종 목표 및 평가방법 ... 23
• 1. 연구개발의 최종 목적 ... 23
• 2. 최종목표 ... 24
• 3. 평가방법 및 평가항목 ... 25
• 제 2 절 단계 목표 및 평가 방법 ... 26
• 1. 1차년도 개발목표 ... 26
• 2. 1차년도 평가방법 ... 27
• 3. 2차년도 개발목표 ... 29
• 4. 2차년도 평가방법 및 평가결과 ... 30
• 5. 3차년도 개발 목표 ... 32
• 6. 3차년도 평가방법 ... 33
• 제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 36
• 1. 1차년도 기술개발 수행실적 ... 36
• 2. 2차년도 기술개발 수행실적 ... 76
• 3. 3차년도 기술개발 수행실적 ... 141
• 제 4 절 수행 결과의 보안등급 ... 195
• 제5절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리현황 ... 196
• 제 3 장 결과 ... 197
• 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 197
• 1. 연구개발 추진 일정 ... 197
• 2. 연구개발 추진 실적 ... 202
• 3. 기술개발 결과의 유형 및 무형 성과 ... 211
• 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 226
• 1. 각 기관/기업별 역할 ... 226
• 2. 각 기관/기업별 추진 내역 ... 226
• 제 3 절 고용 창출 효과 ... 227
• 제 4 절 자체보안관리진단표 ... 228
• 제 4 장 사업화 계획 ... 231
• 제 1 절 시장 현황 및 전망 ... 231
• 1. LED 시장의 현황 ... 232
• 2. LED 시장 상황의 문제점 (과열화 및 공급과잉 현상) ... 234
• 3. 사파이어 잉곳 및 고순도 알루미나 원료의 시장 상황 ... 237
• 제 2 절 사업화 계획 ... 240
• 1. 사업화 가능성 검토 ... 240
• 2. 현 시장 상황 대비 사업화 가능성 검토 ... 243
• 3. 마케팅 전략 ... 247
• 4. 사업화 소요기간 ... 248
• 5. 예상 매출 규모 ... 248
• 제 3 절 향후 추가 기술 개발 계획 ... 250
• 끝페이지 ... 251