재료공학 (材料工學)

과학기술

개념

정의

공업재료의 제조공정, 성질, 구조 상호간의 관계를 연구하는 학문.

내용

재료에 관련되는 이전의 전통적인 고체물리학·역학·공정과학·물리화학·결정학 등 학문 상호간의 빈틈을 메워 주는 상호부조적 성격을 띠고 있다. 바로 이러한 성격 때문에 재료공학은 지금까지 고도로 전문화되어 유리, 소외되어 가는 학문 분야들을 통합하는 새로운 학문 분야로 육성되게 된 것이다.

따라서 재료공학은 그 연구대상 또는 응용목적에 따라 금속·요업·고분자 재료로 3대별할 수 있으며, 이들 분야가 둘 또는 모두 포함될 수 있는 복합재료 및 생체용재료도 등장하게 되었다. 이와 같이 분류한다 해도 이들 분야 사이에는 불가분의 밀접한 연관성이 있다.

요즈음의 첨단재료를 살펴보면, 금속재료 중에서는 신금속, 요업재료에서는 전통요업, 즉 도자기·유리·시멘트 내화물 등을 제외한 파인 세라믹스 또는 정밀요업, 고분자재료 중에서는 엔지니어링 플라스틱스를 말하며, 복합재료와 생체용재료도 첨단재료에 속한다. 이들은 또한 신소재(新素材, New Materials)라고도 하여 기능별로 전기자기적·기계적·광학적·열적·화학적 및 방사성 기능재료로 구분된다.

오래된 재료과학은 야금학에서 벗어나지 못하고 이로부터 파생되었다고 해도 과언이 아닐 정도이다. 어떤 경우에는 채광과의 강의요목과 연결된 흔적도 엿보인다. 1880년대에서 1940년대까지는 야금과의 강의요목이 ［그림 1］과 같이 채광과 긴밀하게 연결되어 있었고, 과학면에서는 물리와 화학, 공학상으로는 기계공학과 화학공학에서 대량으로 끌어냈다고 볼 수 있다.

이 시기에 많은 대다수의 공업화된 국가에서 광산대학의 설립과 성장을 볼 수 있었는데, 어떤 경우에는 이들 대학이 뉴욕에 있는 컬럼비아대학교의 헨리 크름브광산대학이나 런던에 있는 임피리얼대학교의 왕립 광산대학, 파리에 있는 국립 광산전문대학과 같이 주요 도시에 설립되었다. 또 다른 경우는 네바다 주 레노에 있는 매케이광산대학과 태즈메이니아 지한에 있는 지한광산대학 등과 같이 채광이 중요하다고 여겨지는 지역에 세워지는 경우도 있다.

1883년에 분원(分院)이 폐지된 이래 우리 나라에는 처음으로 현대적인 부산 경질도기공장이 1917년에 건설되어 한국 도자기공업의 요람이 되었다. 우리 나라에서는 1916년 4월에 경성공업전문학교에 요업과와 응용화학과가 생겼는데, 1922년에는 경성고등공업학교로 되면서 요업과가 응용화학과에 병합되었지만 요업 실습장은 그대로 남아 있었다.

1940년에서 1950년대에는 주로 제2차세계대전의 경험으로 이러한 사정이 변해 갔다. 물리·화학·화학공학·기계공학과 긴밀한 연계를 지으며 중요하고 독립적인 학문으로 야금학이 등장하게 되었다. 이 시기에는 요업학이 별개의 학과가 되든지, 야금학과 내의 부과목이 되어야 한다는 주장이 있었다.

1937년에 경성광산전문학교가 신설되어 채광과와 야금과가 설치되었고, 1941년에 생긴 경성제국대학에 응용화학과와 야금과가 있었다. 1946년 서울대학교 공과대학 내에는 채광과와 야금과가 있었는데, 야금과는 1948년에 금속과로 개칭하였고, 채광과는 1955년에 광산과로 개칭함에 따라 다른 대학에서도 과 명칭을 이에 따르게 되었다.

1960년대에서 1990년대 사이에 금속·요업·고분자 등을 포함한 넓은 범위의 재료에 관한 연구를 둘러싼 합리적이고 종합적인 학문으로서의 재료과학이 출현하게 되었다［그림 2］. 1960년대 초에 미국에서 처음으로 탄생, 이전의 금속공학을 근간으로 하여 공업 소재로 사용되는 각종 재료에 모두 적용할 수 있는 종합 과학 및 공학으로 발전하였다.

광복 직후부터 금속재료는 금속공학과에서, 요업재료와 고분자재료는 화학공학과에서 가르치다가 1960년에 처음으로 요업공학과가 설치되어 1960년대 말까지 8개 대학에 있었다. 학문의 성격 변천에 따라 1975년부터 이것을 무기재료과로 부르기 시작하여, 1개 대학을 제외하고 모두 이 명칭을 따르게 되었다.

재료공학과는 1965년부터 설립, 1990년대 중엽까지 10개 대학에 있고, 고분자공학과는 1967년부터 시작하여 현재 4개 대학에 있으며, 전자재료과는 1974년에 창설되어 현재 2개 대학에 있다. 또한 금속공학과는 처음부터 존재하는 학과로, 1990년까지 17개 대학에 설치되어 있으며 졸업생도 가장 많이 배출되어 있다.

우리 나라에는 아직 재료 분야에 통합된 재료공학회가 1991년에 처음으로 창설되었고, 또 각 전공 분야마다 금속학회·요업학회·고분자학회로 나누어져 있다. 10개 대학에 재료공학과가 있으나 이들은 각기 자기 전공 분야의 학회에 나누어져 활동을 하고 있다.

금속공학의 신소재인 신금속이나 신합금을 제외한 분야는 대개 기능별 또는 복합재료별·생체용재료별로 신소재에 관하여 연구하고 있다. 특히, 기능별로는 전기자기적·기계적·광학적·열적·생화학적 및 핵 관련 기능으로 대별되어 연구대상이 된다.

1976년까지 우리 나라에는 전자요업재료가 전무한 상태였으며, 그 이후 외국과의 합작투자와 정부의 지원을 받아 많은 발전을 보이고 있으나, 아직 재료는 수입하고 이것을 가공하여 제품을 만드는 경향이 많아 연구대상을 제품으로까지 이끌어 가는 연구개발이 절실히 요망되고 있다.

1990년 우리 나라의 총 대학수는 100개에 불과했으나 1995년부터 대학 설립이 쉬워져 1998년 말에는 180개 대학으로 늘었고, 재료공학계의 과 명칭도 5개로 늘어났다. 즉, 세라믹공학부·세라믹공학과, 또는 대학원에서의 세라믹전공·재료공학과·무기재료공학과·신소재공학부 또는 과 및 재료금속공학과 등으로 모두 38개 대학에 있다.

재료공학계 연구소는 1999년 현재 KIST(한국과학기술원)·요업시험원·쌍용양회연구소 등 30여 개소가 있었으나 IMF체제 이후 가동하지 않는 곳도 있다. 본래 금속공학과에는 야금·금속재료·재료가공 등 세 분야가 있는데, 이 중에서도 금속재료 분야만이 재료공학 계통을 연구하고 있다.

재료금속공학과는 처음 신설할 때 금속재료를 강조하기 위해서 이와 같이 과명을 정했던 것이고, 1995년 이후에 설립된 재료 계통의 학과는 전자재료를 주로 한 관련 신소재와 공정을 많이 다루고 있다. 1990년 신소재를 주축으로 한 재료학회가 창설되어 아시아 각국이 참여하는 국제발표회를 열어 활기를 띠고 있다. 신소재는 그 밖에 금속학회·요업학회·고분자학회 등에서도 다루고 있다.

집필자

임응극