왜 초벌 온도가 850~900℃일까? 더 높은 온도에서 초벌 번조하면 안될까? 그 답을 카올린에게 물어보자. 카올린kaolin은 점토광물의 일종이다. 카올린의 화학식Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O이고 건조 강도와 고온에서 내화성과 화학성이 안정적이며 뛰어난 가소성을 갖고 있다. 점토광물은 카올린을 비롯하여 40여 종이 있지만 흔히 도자기의 대표적인 원료로 카올린을 언급한다. 

점토광물은 자연환경 속에서 통상적인 환경 온도에서 생성된 것이 많으며, 그대로의 결정 구조로는 고온을 견딜 수 없다. 초벌이나 재벌 번조 중에 카올린 등 점토류는 결정수나 유기물, 수용성 염류 등 휘발성 성분을 잃어 일정한 고온에서 안정된 새로운 물질로 변해 간다. 백색 점토인 카올린은 가장 순수한 점토라고 할 수 있다. 카올린(점토광물로는 카올리나이트)은 점토의 대표적인 예로서 번조에 의한 열변화로 ‘수㎛ 사이즈의 얇은 판상 결정 구조’가 여러 단계를 거치면서 구조적 변화를 겪는다.

카올린은 그 이론적 화학식 Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O에서 알 수 있듯이 ‘물리적/화학적 결정수’와 ‘화학적 결정수’가 있다. 번조 초기의 단계에서는 기물에 남아 있는 수분이 증발하고 150~200℃ 부근에서 물리적/화학적 결정수가 소실되며 400℃ 전후에서 카올린 안에 포함된 유기물이 분해된다. 화학적 결정수는 카올리나이트 결정 구조 안에 수산화이온(OH) 형태로 존재하며 결정 구조와 강하게 결합된 것이기 때문에 400~600℃ 정도가 되어야 소실된다.

이 결정수를 잃을 때 많은 열에너지가 필요하므로 번조 중 400~600℃온도에서는 자연스럽게 가마 온도가 올라가는 정도가 느려지는 경우가 있다. 전기가마의 경우 전기 사용량이 늘어나는 구간이기도 하다. 결정수를 잃은 카올린은 다음 식에 나타나듯 메타카올린(Al₂O₃·2SiO₂)이 된다.

메타카올린은 카올린의 다른 어떤 상태보다도 다공질이며 동시에 가소성도 잃기 때문에 가장 약한 상태에 있다. 따라서 고용량 카올린질의 태토를 800℃ 이하에서 초벌구이하면 기공이 최대가 되므로 유약의 흡수는 좋지만 기계적 강도가 떨어지기 때문에 시유 시 손상되기 쉽다. 이것은 초벌구이의 온도를 ‘기공률’과 ‘강도’라는 상반된 두 가지 요소를 고려하여 850~900℃로 설정할 필요가 있다는 것을 의미한다.

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