극한의 세기 : 경량 고강도 자기
| 조우석 한국세라믹기술원 도자기기술센터 센터장

도자는 제조를 위하여 사용되는 기본 원료인 점토-장석-규석의 세 가지 구성 성분으로 이루어졌다. 근래에는 도자 제품의 물성 증진 및 특성 부여를 위하여 사용되는 원료를 물리적/화학적으로 정제하거나 다른 원료로 대치하는 연구가 활발하게 진행 중이다. 예를 들어, 도자 제품의 강도 증진을 위하여 규석을 다른 원료로 대치하는 연구가 진행 중이며, 소다장석, 칼륨장석 등을 대치하여 네펠린 섬장암Nepheline syenite이 사용되기도 한다.
표 1에 도자 원료의 성분비와 일반적인 특성을 정리하였다.

도자에서 점토는 성형 공정 중 소지에 가소성을 제공하고 성형된 기물의 이동이나 장식 등의 공정에 견딜 수 있는 충분한 성형강도를 유지할 수 있도록 하여준다. 또한 번조 후 기물 내에 뮬라이트상과 유리상을 형성시켜 사용 환경에서 충분한 강도를 유지 하도록 하면서 기물이 백색의 투광성을 나타나게 하는데 기여한다.
장석은 도자 원료로 사용되어 점토질이나 규석질을 용해하여 강도를 갖게 하는 융제역할을 한다. 일반적으로 칼륨장석은 소다장석에 비하여 소지의 열팽창계수를 감소시키는 것으로 알려져 있다.
규석은 실리카가 주성분이어서 내화도가 SK32∼35로서 성형과 번조공정중 소지의 뼈대 역할을 하며 유리질을 형성한다. 양질의 규석은 순백색이고 분쇄가 용이한 것이다. 규석은 소지에 사용 시에는 백색도와 투광성이 높아지며 기계적 강도가 향상되고 마모율이 적어진다. 미국에서는 규석을 900℃ 정도에서 하소하여 미분쇄한 분말을 플린트Flint 또는 쿼츠Quartz라 부르며, 주로 소지에 섞어서 입도가 균일한 소지를 만들거나 유약에 사용하여 유약의 뼈대 역할을 하게 한다.
도자제품과 유사한 조성으로 고강도와 경량화로 시장창출에 성공한 유리도자glass-ceramic 제품에서 새로운 도자제품이 지녀야할 물성의 단면을 볼 수 있다. 미국 코닝사Corning에서(현재 World Kitchen 사에서 제조 판매) 개발된 유리도자glass-ceramic 제품인 Corelle의 경우 glass를 기본 바탕으로 하여 결정화 공정과 열처리 공정을 통하여 표면층에 강한 압축응력이 걸리도록 만들어졌다. 그림 1에서 보이듯이 열팽창계수 값이 큰 층을 (두께= ~2.5mm) 사이에 두고 열팽창계수 값이 작은 층을(두께=~50μm) 표면에 배치하는 샌드위치 형태의 구조를 갖게 하여 꺾임강도가 200-300 MPa에 이르도록 하였다. 표면층의 강한 압축응력은 유리도자glass ceramic로 만들어진 식기를 식탁 높이에서 떨어뜨렸을 때 발생하는 표면층의 인장응력을 상쇄함으로써 파괴를 방지하고 높은 내충격성을 달성하게 하였다. 즉 도자제품도 200MPa 이상의 꺾임 강도 값을 가질 때 경량의 고강도 제품으로 새로운 수요를 창출할 수 있다는 것을 간접적으로 보여주는 것이다.
그러나 이 경우 강도에 있어서는 도자제품보다 우수하다고 하나 성형성이 도자제품보다 떨어져 다양한 디자인 구성에 열악한 단점이 있다.

<일부내용이 생략됩니다. 월간도예 2009년 7월호를 참조바랍니다>