개요

연마재(硏磨材)는 예리하고 단단한 물질로서, 이보다 무르고 약한 물질의 표면을 매끈하게 하는 데 사용하는 물질이다.

연마재는 오늘날 거의 모든 제품 생산에 꼭 필요하다. 연마재는 숫돌차, 피복연마제(砂布), 숫돌, 연마광택, 절단 숫돌, 모래 분사기(噴砂機) 등 여러 공구와 제품의 형태로 사용된다. 자동차·항공기·우주선·기계·전자제품 등에 쓰이는 고정밀부품 혹은 매우 매끄러운 표면을 얻기 위해서는 연마재를 사용할 수밖에 없다.

역사

연마재의 역사는 원시인들이 단단한 돌을 다른 돌에 갈아서 예리한 무기와 연장을 만들던 시기까지 거슬러 올라간다.

성서와 고대 이집트의 선화(線畵)에서 연마재를 사용한 사실이 나타나며, 사포 형태의 연마재는 선사시대, 13세기경 중국, 15세기경 스위스에서 사용되었다. 천연 사암은 숫돌차(숫돌바퀴) 형태로 이용되지만 대규모 산업용으로는 적합하지 않다. 1873년에 금강사(金剛砂)와 도토(陶土)를 가마에서 구워서 만든 숫돌차(유리화 숫돌차)가 발명되었다. 20세기 산업의 수요로 인해 인공 다이아몬드를 포함한 합성연마재가 개발되었으며, 연마재의 이용이 확산되었다.

천연 연마재

모든 산업에서는 균일한 성질을 필요로 하므로 대부분의 천연 연마재가 제조 및 합성 연마재로 대체되었다.

다이아몬드는 가장 경도가 큰 연마재이며, 실제로도 가장 단단한 물질로 알려져 있다. 채광 후에 보석으로 사용할 수 없는 돌은 산업용으로 사용된다. 연마재로 사용될 부분은 여러 크기로 파쇄하고, 입자는 형태별로 분류된다. 입자의 형태에 따라 연마 용도도 달라진다.

인공 연마재

인공 연마재는 천연 연마재보다 생산과 수요가 많다.

2가지 대표적인 인공 연마재는 19세기말에 개발된 탄화규소와 산화알루미늄으로 숫돌차, 도장된 연마제품, 광택제, 버프 바퀴(buffing wheel) 등에 쓰인다. 다이아몬드는 여러 가지 형태와 크기로 이용된다. 탄화붕소와 질소화붕소도 제한적으로 사용된다. 세척용 연마재로 유리구슬이 제조되었고, 금속탄(金屬彈 metal shot)은 주물공장에서 숏 블라스팅(shot blasting：주조작업에서 숏 등을 원심력 또는 공기의 압력으로 주물에 뿜어서 모래를 떨구고 주물 표면을 평활하게 하는 것)과 주물 세척용으로 이용된다.

연마재의 성질

연마재의 가장 중요한 성질 중 하나가 경도이다.

연마재는 연삭·연마·제거되는 물질보다 경도가 커야 한다. 인성이나 강성은 연마작용에 중요한 요소이다. 연마중에 끝이 무뎌진 절삭날이나 작업날 입자는 스스로 깎여서 새로운 절삭날이 그 입자 내에서 생김으로써 다시 예리하게 된다. 연마재와 연마되는 물질 간의 상호작용이란 것이 있으므로 하나의 연마재만을 만능으로 사용해서는 안 된다. 연마재가 어떤 물질을 연삭할 때에는 덜링(dulling：연삭 숫돌을 사용한 연삭가공 중에 숫돌 입자 절삭날 끝이 마멸하여 평탄해지는 것)에 강해야 한다.

이것을 내마모성이라 하며 연마재로서 매우 중요한 특성이다.

상용품(常用品)의 제작

거의 모든 연마재는 용도에 따라 입자 크기로 파쇄되어야 한다.

다양한 사이징법(sizing method)으로 입자를 여러 가지 크기로 파쇄한다. 입자 크기가 균일해지면 연마제품으로 만든다. 숫돌차는 연마 입자와 이 연마 입자의 결합을 유지해주는 결합제로 굳혀서 만든다. 즉, 적당한 크기의 연마재와 결합물질의 무게를 단 후에 잘 섞어서 주형을 떠 성형하고 구운 다음 마무리를 하여 만든다. 마찰 블록, 날을 세울 때 쓰는 돌, 숫돌, 성형된 연마재 등도 이와 비슷한 기초공정을 거쳐 만들어진다.

사포는 유연한 물질의 뒷면에 한 층의 연마 입자를 붙여서 만든다. 연마재로 이용되는 다른 제품들은 입자나 분말의 형태로 사용된다.

산업적 이용

연마재가 쓰이는 용도로 매우 중요한 연삭은 거의 모든 제품의 제조와 관련되어 있다.

자동부품은 부품간에 억지끼워맞춤(tight fit)을 하기 위해서 고도의 정밀성을 요한다. 항공산업에서는 플라스틱이 부착된 텀블링으로 수많은 부품들을 대량으로 끝손질한다. 연삭작업은 주로 여러 형태의 기구를 예리하게 하는 것이다. 연마재는 또한 주물공장과 제강소에서도 많이 쓰인다.