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원료

: 세라믹스 원재료의 현황과 미래

김순호 경남대학교 나노신소재공학과 연구교수, 경남대 고령토지역연고산업(RIS)사업단 총괄팀장

도자기는 인류의생활이 시작됨과 동시에 발생되었다고 보며, 우리 인류와는 밀접한 관계로 오랜 역사를 두고 발전되어 오늘에 이르고 있다.

도자기란 어원은 영어로는 총체적으로 Ceramics라 하며 그 어원은 그리스어의 Keras(Cup), Keramos(Drinking Cup)에서 유래되었다. 세라믹스 외에도 도자기를 지칭할 때 사용되는 Pottery나 Porcelain은 라틴어의 Poterium(Drinking Vessel)에서 비롯되었다.

우리나라 도자기는 6000여년에 이르는 오랜 역사를 통하여 만들어진 우리 문화유산의 하나로서 각 시대 사람들의 삶과 꿈, 아름다움을 담는 세계라고 할 수 있다. 그러므로 이들 도자기에는 한국인의 특질이 솔직하고 꾸밈없이 나타나 있어 주목되고 있다. 우리가 흔히 토기․자기라고 불렀던 그릇들은 신석기 시대의 빗살무늬 질그릇, 청동기 시대의 민 무늬 질그릇, 삼국시대의 고문에서 출토되는 다양한 유형의 질그릇 들이며 또 고려시대의 청자, 조선시대의 분청자와 백자가 있다. 이것은 우리나라의 비교적 도자기 원료가 풍부한 천연의 혜택으로 천연자원을 활용한 지혜라고 볼 수 있다.

최근의 복잡한 기능성 도자기 제조기술에 이르렀으며, 일반적인 공업제품은 유기물,무기물을 이용하여 합성하였지만 도자기는 또한 천연의 무기물을 인공합성한 광물이므로 도자기공업은 우리 인류가 개척한 가장 오래된 인공합성물이며 우주생명과학에서도 없어서 안 될 우수한 재료로 되었다.

도자기 원료

도자기의 특징과 만드는 방법에서 가소성可塑性이 뛰어난 점토粘土를 이용하여 어떤 주어진 형으로 만들어 고열로 구운 그릇의 총칭. 토기·도기陶器·석기·자기磁器를 통칭한다. 인류가 일상적인 용기로서 토기를 사용하게 된 것은 지금으로부터 1만년전 신석기시대부터이다. 토기출현의 계기는 자비용기煮沸用器;펄펄 끓이는 그릇로서의 기능 획득에 있었던 것으로 추정된다. 즉 고대문명의 성립과 전후하여, 원시시대 이래 오랜 전통을 가진 산화염소성酸化炎燒成에 의한 붉은 소소토기素燒土器 외에 환원염소성還元炎燒成에 의한 회색 경도硬陶가 나왔으며, 이어서 회유灰釉를 칠한 고화도소성高火度燒成의 시유도기施釉陶器가 출현하였다.

도자기의 제조방법은 원료·성형법·소성법온도·경도·투수성透水性 및 유약의 유무와 용도 등에서 많은 종류로 분류된다.

원료로서는 규석·점토·견운모絹雲毋·장석長石·도석陶石 등이 있다. 이러한 원료의 역할은

① 골격성분骨格成分

② 성형성분成形成分

③ 소결성분燒結成分 으로 크게 나누어진다.

골격성분에는 규석SiO₂이 있어 내열성·내식성이 뛰어나지만, 이것만으로는 원하는 형상으로 성형하기가 불가능하기 때문에 성형성분인 점토를 첨가한다. 점토는 물과의 혼합비를 제어함으로써 유동성이나 가소성可塑性을 갖게 할 수 있고, 건조에 의하여 좀 더 기계적 강도를 줄 수 있다. 그러나 규석과 점토의 혼련물混練物은 열처리하여도 단단하게 잘 구워지지 않는다. 그래서 저온이 되면 굳어지는 성분인 소결성분燒結成分이 필요하다. 이를 위한 광물이 장석·견운모이고, 알칼리를 포함하고 있기 때문에 다른 광물보다 저온에서 융해한다. 도석이란, 주로 견운모와 규석을 함유한 것이다. 견운모는 점토와 마찬가지로 층상구조層狀構造이므로 성형성에서는 비슷한 성질을 나타내고, 알칼리성분을 포함하므로 소결(燒結)을 촉진시켜 장석과 비슷한 성질을 나타낸다.

도자기를 단미單味로 만들 수 있는 점토라는 견해에서 도토를 보면 가소성 부분, 내화성 결정結晶부분, 융제融劑부분을 고루 갖추어야 한다. 즉 성형이 가능하고, 성형체의 건조수축이 적으며, 소성燒成하여 필요한 성상性狀과 모양을 갖춘 제품이 되어야 한다.

그러기 위해서는 가소성을 가져야 하고, 주입 성형을 위한 점성도 갖추어야 한다. 다음 건조할 때 균열이 생기지 않고, 높은 온도에 소성하여도 소성 수축이 적고, 성형한 모양을 그대로 유지하면서 자화瓷化하는 특성을 지녀야 한다. 그러나 실지로 단미로 이런 특성을 모두 갖춘 도토가 흔히 있는 것이 아니므로, 근대적 방법으로는 여러 원료를 혼합하여 원료토原料土를 조제한다. 도토에서 가장 중요한 성질은 입도粒度와 입도 분포, 가소성, 성형체의 곡강도曲强度, 건조체의 곡강도, 광물조성이며, 화학조성으로는 산화알루미늄의 함량과 실리카의 함량, 철분의 함량과 소성 색상이다.

세라믹 원료 및 미래방향

위와 같은 원재료의 구성조건의 특성을 갖춘 국내 천연자원은 서서히 고갈 및 품질저화가 심각하게 저하되고 있어 고령토의 경우는 뉴질랜드, 인도네시아, 중국, 베트남 등 수입에 의존하고 있거나 고가의 고품질 점토질 원재료는 일본, 영국, 호주, 미국 등의 선진국에서 수입되고 있다. 또한 중국에서는 고령토의 원산지인 경덕진을 비롯하여 새로운 소재개발로 우리의 전통기술을 위협하고 있다.

특히 산청, 하동의 고령토는 세계적으로 유명한 우리나라의 대표적인 우수한 천연자원이었으나 일제 강점기에서부터 최근까지의 무분별한 채굴로 인하여 그 품질이 대부분이 C급 이하로 세라믹스 원재료 공급원의 심각한 품질문제가 발생되어 일부는 점토벽돌용의 원료로 고령토가 사용되고 있는 실정이다.

(자세한 내용은 2012년 12월호 특집 부분을 참고해 주시기 바랍니다.)