연구 RESEARCH

이병권 교수의 재료를 알면 도자기가 보인다 ⑧

도자기에 유약을 입힌다는 것은 도자기의 표면을 유리질화 하는 공정이다. 유약의 주성분은 이산화규소(SiO₂)이다. 이산화규소(SiO₂)를 포함하는 규산_硅酸은 지각을 구성하는 화성암의 59.12%를 차지하는 가장 흔한 산화물이다. 규산의 구조는 Si와 O가 공유 결합과 이온결합을 공유한 결합 형태에 의하여 형성된 사면체 구조를 갖고 있다. 즉, 자연상태에서 3차원적으로 넓어지는 성질을 가진 규칙적인 그물구조(망목형구조)의 모습을 하고 있는 결정으로 아주 작은 구조 안에서도 큰 입자결정일 때 모습으로 동일한 형태를 보여준다. 규산 결정의 사면체 구조는 그림(a)∼(e)처럼 하나의 규소 원자(Si)와 그 주변을 둘러싼 4개의 산소 원자로 이루어진다. 하나의 사면체는 이웃한 사면체와 육각형의 고리로 서로 연결되어 있고 그림 (f)와 (g)처럼 육각형 그물 구조로 되어 있다. 이 그물 구조가 수없이 좌·우 방향과 상·하 방향으로 연결되어 있어서 3차원적으로 넓어진 한 개의 규산 구조를 형성하고 있다.

[도1] 유약의 주성분 규산_硅酸 사면체구조

이 사면체는 (f)와 같이 하나의 산소원자를 서로 나누어 연결하고 있다.  그 때문에 하나의 사면체로만 보면 Si원자 1개에 O원자가 4개 있는 것처럼 보여도 전체로는 Si와 O의 비율은 1:2인 것이다. 이 때문에 유약의 주성분이 SiO₂(이산화규소)라고 하는 화학식으 로 표현되는 것이다. 지난 [도자재료 ⑤]에서 언급했듯이 점토나 규석에 SiO₂(이산화규소)가 결정 상태로 존재하는데 이것은 소성 중에 왜곡을 일으키는 요인이 된다. 마찬가지로 유약에서 SiO₂(이 산화규소)의 상변화_相變化는 발생하는데 이에 대한 자세한 설명은 다음에 하기로 한다.

유약은 무엇으로 이루어졌는가? 

유약을 만드는 방법은 간단하다. 장석-규석-석회석, 또는 도석-재 를 일정한 비율로 혼합하여 만들면 된다. 이 원료 이외는 다른 원료를 넣으면 안되는 것일까? 당연히 다른 원료를 대체하여 유약을 만들 수 있다. 다만 유약의 3요소 성분을 고려해야 한다. 3요소 성분은 3가지 재료가 아니라 ①일산화물의 알칼리원소, ②이산화물의 산성원소, ③삼산화물의 중성원소 성분을 의미한다. 이 세 가지 성분은 소성과정에서 서로 다른 역할을 한다. 유약의 3요소와 역할을 간단하게 정리하면 다음 [표1]과 같다. 

[표1]에서 원료를 구성하는 성분은 모두 일산화물(O+α), 이산화물(O+α), 삼산화물(O+α)인 것을 알 수 있다. 이 3개의 산화물은 각각 다른 기능을 가지고 있다.

일산화물(KO, NaO, CaO, MgO, BaO 등)은 ‘알칼리원소’라고 불리우고 이산화규소(SiO₂)가 녹는 것을 돕는다. 삼산화물(Al₂O₃)은 ‘중성원소’로서 높은 온도에서 이산화규소(SiO)가 녹은 후 안정화되도록 돕는 역할을 한다. 기본유약에서 가장 많이 사용하는 원료의 화학분석 값을 살펴보면 다음 [표2]와 같다. 석회석은 일산화물 알칼리 화합물인 CaO 가 98.9%, 규석은 이산화물 산성 화합물인 SiO₂가 99%이다. 따라서 유약 만들 때 석회석과 규석은 단독으로 사용할 수 있지만 카올린, 활석, 장석 등은 다른 성분의 요소들을 고려하여 비율을 조정 하여야 한다.

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