금속공학 (金屬工學)

과학기술

개념

정의

금속의 제련 · 정제 · 가공에 관한 이론과 기술을 연구하고 응용하는 학문.

내용

선별된 광물로부터 금속을 분리 또는 정련하고, 이들을 합금으로 만들어 우리의 생활에 필요로 하는 용품 · 장치 · 기계를 만드는 소재로서 가공처리하여 공급하는 금속공업을 학문적으로 규명, 발전시키고 있다.

공학 분야와 광석으로부터 순수한 금속을 추출하며 이를 정련하여 값싸고 보다 고순도로 만들기 위한 기본이론과 그 응용을 다루는 금속제련 분야가 있다. 이렇게 얻어진 순금속 또는 이들을 합금시켜 사용하기 위하여 금속의 원자구조에서부터 금속 및 합금의 조직과 성질에 대한 이론과 응용을 다루는 금속재료 분야가 있고, 금속과 합금을 실용 가능한 형상으로 만들고 그 성질을 향상시키기 위한 기본이론과 실제에 적용하는 방법을 다루는 금속가공 분야가 있다. 금속가공 분야는 다시 분말야금 · 주조 · 용접 · 표면처리 · 금속 소성가공 등으로 세분된다.

이상과 같이 금속공학은 금속제련 · 금속재료 · 금속가공 등 세 분야로 구분되며, 각 분야는 다시 몇 가지의 세분된 분야로 나뉜다. 우리 나라의 역사 속에서 금속과 관련된 유물로는 삼한시대의 철기, 신라시대의 도검 · 불상 · 금관과 유명한 에밀레종 등이 있으며 고려시대의 금속활자, 세계 최초의 철갑선인 조선시대의 거북선 등 세계에 자랑할 수 있는 금속제품이 많다.

이와 같은 업적은 다른 나라와 마찬가지로 조상의 예지와 오랜 경험의 기능적 축적으로 이루어졌으며, 이것이 체계적으로 학문화되어 공학의 한 분야로서 도입된 것은 1896년 공업전습소가 설립되면서 금공과(金工科)가 설치되었던 것에서부터이다.

그러나 이것은 오늘날 우리가 정의하는 금속공학의 범주에 든다고는 할 수 없으며 실질적으로는 1938년 경성고등공업학교의 광산학과 내에 채광야금학과가 신설되고, 이듬해에 이를 경성광산전문학교의 야금학과로 개편하는 데서부터라 볼 수 있다. 또한, 1941년 경성제국대학에 이공학부가 설치되어 여기에 야금학과가 개설됨으로써 금속공학이 대학 내에서 학과로 설치되었다.

광복 다음해인 1946년 국립 서울대학교의 설립에 따라 경성광산전문학교와 경성대학의 야금학과가 통폐합되어 서울대학교 공과대학 야금학과로 개편되었다. 1949년 야금학과를 금속공학과로 개칭하였으며, 이후 우리 나라에 신설되는 대학에는 야금학과가 아닌 금속공학과라는 명칭으로 통일되다시피 하였다.

1970년대 이후에는 금속공학 분야에서의 금속재료 분야와 요업공학 분야에서의 요업재료 분야, 그리고 공업화학 분야에서의 고분자재료 분야를 합하여 재료공학과가 생겨나기도 하였다.

1954년 사립대학인 인하공과대학이 설립되면서 금속공학과가 설치되었으며, 한양대학교 공과대학의 채광야금학과가 뒤에 광산학과와 금속공학과로 나누어지면서 1950년대 중반 이후부터 금속공학과의 수가 늘기 시작하였다. 1960년대 중반 이후의 우리 나라 금속공업의 발전과 더불어 정부의 과학기술진흥정책에 따라 이공계 대학의 수적 증가가 있었으며, 금속공학과의 수적 증가도 이루어지게 되었다.

금속공학 분야에 있어서 초기 학자들의 연구는 시설의 부족, 연구여건의 미비 등에 의하여 활발하지 못하였으며, 수적 · 질적인 면에서 만족할 만한 것이 아니었다. 그러나 화학야금 · 주조 분야와 몇몇 금속재료 분야에서는 연구가 꾸준히 이루어졌다.

그 뒤 구미 각국과 일본 등지에 유학하고 귀국하는 학자들이 늘어나게 되고, 정부의 과학기술진흥정책의 강화와 연구시설의 확충에 따라 1960년대 후반부터 연구의 수적 · 질적 향상을 이루게 되었다.

보다 미세하고 깊이 있는 내용의 이론적 · 실험적 연구가 1970년대 이후부터 제련 분야에서는 물론 금속재료의 개발 분야, 금속가공 분야의 분말소결 분야, 주조 분야, 표면처리 분야, 소성가공 분야, 용접 분야 등에서 광범위하게 이루어졌다. 1980년대 이후부터는 1백여 편의 연구논문이 국내외 학술지에 발표될 수 있게 되었으며 국제적 학술교류도 활발히 이루어지게 되었다.

특히, 1970년대 중반 두 차례의 석유파동에 따른 에너지의 해결방안과 산업구조의 고도정보산업체계로의 변화에 따라 고기능 · 고품질재료의 요구가 대두하게 되었다. 따라서 우리 나라의 금속공학 분야에서도 국내산업계의 수요에 따라 1980년대 이후부터는 첨단산업을 뒷받침할 신금속재료의 연구가 활발히 이루어지게 되었다.

이와 같은 연구의 질적 · 수적 향상에는 정부의 과학기술 진흥정책에 따른 교육인적자원부의 한국학술진흥재단, 과학기술부의 한국과학문화재단(현, 한국과학창의재단) 등의 기초연구비 지원의 대폭 강화와, 대학에서의 대학원 과정의 확충에 의한 연구보조 인력이 확보된 것에 힘입은 바 크다.

신금속재료 분야의 몇 가지 예로서는 고장력강 ·2상혼합조직강 · 비정질합금 · 형상기억합금 · 자석재료 · 초내열강 · 수소흡장합금 · 티탄(Ti)합금 · 극저온재료 · 반도체재료 등 많은 분야에 걸쳐 있으며, 이에 대한 연구결과는 금속공학에 관련되는 국내외 학회의 학술지 및 대학의 논문집에 발표되고 있다. 1980년대 중반에 와서는 전자재료의 개발과 가공, 조립에 관련되는 금속재료와 초전도재료의 연구개발에 새로운 관심이 집중되고 있다.

한편, 금속공학에 관련되는 기초연구와 개발응용연구의 일부는 주로 대학에서 이루어져왔으나, 1960년대 후반을 계기로 하여 과학기술처 산하에 한국과학기술연구소가 설립되고 여기에 금속 · 재료공학부가 설치되어 주로 개발응용연구에 치중하게 됨으로써 금속공학의 응용부문연구에 새로운 전기가 되었다.

1980년대 후반부터 1990년대 후반의 10여년 동안 우리 나라의 금속공학 분야의 발전은 양적으로나 질적으로 크게 도약한 시기라고 할 수 있다. 이는 우리 나라의 경제발전과 더불어 금속공업의 비약적 성장에 수반되었다고 볼 수 있다.

우리 나라의 철강공업 분야에서의 조강(粗鋼) 생산의 추이를 살펴본다면 1981년에 1,000만t을 돌파하였으며, 8년 후의 1989년에는 2,000만t을, 다시 8년 후의 1997년에는 4,250만t의 생산을 이룩함으로써 세계 제6위의 철강생산국으로 도약하여 철강 기술혁신의 주도적 역할을 담당하게 되었으며, 기술 및 설비 수출국으로 전환하게 되었다.

철강부문뿐만 아니라 비철금속부문에서도 그 성장은 뚜렷하였다. 구리［銅］ 생산에 있어서도 1985년에 15만t이던 것이 1995년에는 23만5천t으로 증가되었으며, 아연은 1994년에 27만t을, 연은 17만t을 생산함으로써 금속공업 전반에서 비약적인 발전을 이룩하였다.

이상과 같은 금속공업의 발전에 따라 금속공학의 기반과 발전도 양적 · 질적으로 크게 팽창하였다.

금속공학의 학술활동의 척도라 할 수 있는 대한금속학회의 회원수도 1987년의 3,550명이 1996년에는 6,360명으로 증가되었으며, 약 700편의 학술논문이 금속학회의 학회지 또는 학술대회에서 발표되었다.

금속학회에서 파생된 기존의 금속관련 전문학회 이외에 분말야금학회 · 자기학회 · 전자재료학회 · 재료학회 · 소성가공학회 등이 1980년대 이후에 발족되어 활발한 학회활동을 하고 있다. 대한금속학회는 연 12회의 논문집, 4회의 영문 논문집 및 6회의 회보를 발행하고 있으며, 특히 영문 논문집은 국제적인 인증을 받고 있다.

금속공학관련 연구활동에 투입되는 연구비는 크게 세 가지로 구분되는데 그 첫째는 교육인적자원부가 지원하는 신소재 특정연구사업 연구비 및 학술진흥재단을 통한 각 연구과제에 지원하는 연구비가 있다.

둘째는 과학기술부가 주관하여 한국과학창의재단이 관장하여 지원하는 연구비이며, 셋째는 각 기업에서 그들의 기술개발 필요에 따라 연구소나 대학에 용역 의뢰하는 연구비가 있다. 이상과 같은 연구비로 대학에 투입되는 연구비는 1996년을 기준으로 추정할 경우에 약 100억원을 상회하는 것으로 보고 있다.

금속공학 및 재료공학의 고급인력의 양성을 위하여도 과거 10여년 동안에 많은 팽창이 있었다. 전문대학으로서 금속학과를 설치하고 있는 곳이 8개교로서 주간 760명, 야간 300명으로 총 1,060명의 입학정원을 가지고 있다.

정규대학으로서 재료공학과의 명칭으로 설치되어 있는 곳이 30개교, 금속공학과 또는 재료금속공학과의 명칭으로 되어 있는 곳이 24개교로 되어 있다.

전체 44개교의 학사과정 학생의 입학정원은 1997년 현재 3,452명, 교수 수는 약 400명으로 되어 있다. 여기에는 재료공학 분야에서의 요업재료(무기재료) 및 고분자재료 분야도 포함되어 있다.

금속공학 분야의 24개교 중에서 22개교가 석사과정을, 20개교가 박사과정을 설치하고 있으며, 이는 대학의 질적 수준의 향상, 각 생산기업의 고급두뇌의 수요 증가, 각 연구기관의 연구인력의 수요증가에 따른 대학원 교육의 강화와 개편 등에 기인되었다고 하겠다.

21세기를 맞이하는 시점에서 금속공학 분야에도 새로운 변화와 발전이 요망된다. 금속공학 자체뿐만 아니라 무기재료공학 또는 고분자재료공학과의 학문적 통합과, 대학에서의 효율적 학사운영과 교과운영 등이 신중하게 논의되고 있다. 또한 금속공업에 있어서의 도약적 발전을 위한 기초연구를 강화함은 물론, 새로운 산업사회에 부흥하기 위한 연구개발이 요구되고 있다.

이는 다음과 같은 연구분야로 요약된다고 할 수 있다. 환경친화적 새로운 혁신적 철강기술의 개발, 경량 · 고강도 · 내환경성 철강재료와 비철재료의 개발, 정보전자기술을 위한 신소재의 연구, 에너지기술을 위한 신소재의 연구개발, 교통 · 수송 기술을 위한 재료 개발, 환경조화기술을 위한 신소재의 연구개발 등의 분야에 혁신적이고 획기적인 발전을 위한 끊임없는 노력이 요망된다.

집필자

김상주