우리 나라 도자기의 과학적인 연구


1. 개요

우리 나라를 도자기의 나라 또는 항아리의 나라라고 한다. 그만큼 우리 나라는 오지그릇이나 질그룻같은 도기부터 청자에 이르기까지 많은 도자기가 생활에 쓰였다. 따라서 도자기는 우리문화를 대표하는 것이며, 그렇기 때문에 많은 연구가 있어야 할 것이다. 특히 도자기와 밀접한 관계가 있는 세라미스트들에게는 더욱 그렇다. 그러나 이제까지 우리 나라 도자기에 대한 연구는 예술적인 가치와 문화적인 면에 많이 치우쳤다 (사실 이것도 다른 나라에 비하면 턱없이 부족하다). 즉, 도자기에 대한 과학적인 연구가 부족했으며, 그 연구도 청자에 집중되어 있다. 우리 나라 도자기에 대한 보다 광범위한 과학적인 연구가 필요한 것이 무엇인가? 그것은 굳이 말하지 않아도 잘 알 수 있으리라. 사족으로 예를 한가지 들어보기로 한다 [1]. 오지그릇이라는 것이 있다. 이 그릇은 몇십년전까지만 해도 생활에서 많이 쓰이는 것으로 질그릇을 불완전 환원번조해서 구원낸 것이다. 이 그릇을 확대해서 살펴보면 구멍이 숭숭 뚫려져 있는데, 이것은 독이나 항아리에 음식물을 저장할 때 바람이 통하고 숨을 쉬게해서 그속에 음식물이 쉬거나 썩는 것을 막아준다. 그리고 검댕이를 입혀 소성하기도 하는데, 검댕이는 미적으로 아름답게 보이게 하면서 중금속 같은 나쁜 성분을 흡수하는 청정작용을 한다. 또 약토와 재를 섞어 잿물을 만들어 입혀 구웠기 때문에 표면이 매끄러우면서도 바람이 통하여 숨을 쉬게 하면서 물은 통과하지 못한다. 이같은 기술은 수천년동안 오지그릇을 제작하면서 얻어진 경험을 통해서만이 개발될 수 있는 것이다. 그러나 이런 오지 그릇은 광명 단을 쓴 오지 그릇이 19 세기 말엽부터 등장하고, 일제 치하부터 본격적으로 성행하면서 찾아보기 어렵게 됐다. 광명 단은 산화납 (Pb3O4)으로 오지그릇에 입혀 구우면 붉은 색이 나고 표면이 유리알 같이 매끈매끈하고 반짝반짝 빛난다. 때로는 여기에 망간도 같이 넣는다. 광명단을 쓴 오지그릇의 가장 큰 문제는 인체에 해로운 납과 망간 성분이 용출될 수 있다는 것이다. 두 번째는 납 유약이 완전히 녹아 오지그릇의 숨구멍을 막아버리기 때문에 안에 있는 음식물이 '질식'해서 죽어버린다는 것이다. 또 쉽게 깨진다. 만약 그 동안 오지그릇에 대해 충분한 과학적인 연구가 있었고, 그 결과를 모든 사람이 알았더라면 광명 단이 판을 치면서 인체를 망가트리는 지금과 같은 상황은 일어나지 않았을 것이다. 또 그 동안 충분한 과학적인 연구결과가 있었다면 이 결과를 이용해서 새로운 첨단 세라믹스 (예를 들어 정수기 필터 같은 것)를 개발할 수 있을 것이다. 또 요즘 도자기 업계에서 초미의 관심사가 되고 있는 납성분이 없는 유약개발의 출발점이 될 수 있을 것이다. 이것은 오랜 시간동안 견뎌야 하는 핵 폐기물을 담는 세라믹스 용기를 개발하려고 할 때 오랜시간동안 견딘 고고학적 유물을 연구해서 재료를 선택하려는 외국의 노력을 보아서도 결코 허황된 이야기가 아니다.

Fig. 1. 장광안에 있는 큰 독들. 우리 나라 식품의 가장 큰 특징은 발효식품이 모든 식품의 기본을 이루고 있다는 것이며, 이같은 발효식품은 옹기가 있어야만 가능하다. 이것은 발효가 산소를 필요로 하는 화학작용이며, 이를 위해선 물이 새진 않으나 공기가 통할 수 있는 그릇, 즉 옹기가 있어야 하기 때문이다 [1].


2. 우리 나라 도자기 기술의 우수성

연구할 가치가 있는 것이라야만 연구할 필요가 있다. 그런 면에서 우리 나라 도자기가 그런 기술적인 가치를 가지고 있는지 생각해 보아야 한다. 재료과학자의 입장에서 보았을 때 한국의 도자기는 그럴만한 충분한 가치가 있다. 한 예로 세계역사에서 재료에 대한 개발과 특성을 이해하는 과정에서 나타나는 혁명적인 기술개발을 요약하면 다음과 같고 [2], 거기에 한국의 도자기 제조기술이 들어가 있다.

25,000 B.C. 세라믹스의 모양을 위한 열충격기술개발
14,500 B.C.이집트 룩소르에서 유약의 흐름과 관계된 레올러지 조절 기술개발
12,000 B.C.플린트(flint)의 고상입계특성변경 기술개발
8,000 B.C.석회와 석고소성기술개발
7,000 B.C. 섬유강화 도기제조
5,500 B.C.철의 산화환원반응막 붉은 색부터 검은 색까지 조절
4,000 B.C. 인공 유약의 액상소결; 분말공정과 인조보석개발;소다회 실리케이트유리 개발
50 B.C. - 50 A.D.렌즈와 유리창을 만들기 위한 유리공장; 온도와 점성관계 조절
200-300 A.D.저온 유리, 약, 에나멜 개발
900-1200백자를 만들기 위해 원료에서 철 성분제거
1000-1200중국 도자기에서 투명성을 얻기 위해 유약의 액상-액상 상분리와 핵 성 장-결정성장을 조절; 우리 나라 도자기의 유약에서 부분적인 빛 흡수 제 (local light absorber)로 검은 입자들 사용; 금속광택을 만들기 위해 증기 상으로부터 은이나 구리 박막을 입히는 기술개발; 색을 조절하기 위해 유리의 pH 조절
1881 A.D.유리표면에 무지개 문양을 만들기 위해 화학증착법으로 초소성을 갖는 주석 산화물을 입힘

참고로 여기 나오는 우리 나라 도자기와 관련된 기술은 청자에서 유약층에 마그네타이트와 쿼츠를 분산시킨 것을 말한다. 이렇게 하면 빛이 들어오면서 마그네타이트에 흡수되고, 퀴츠입자와 바탕의 백토가 빛을 회절시키고, 분산시켜 번쩍거리지 않게한다. 또 유약층에 있는 작은 기포들도 빛을 산란시키는 역할을 하면서 우리가 보는 은은한 청자 빛이 나타난다. 이같이 우리 나라 도자기는 우리의 고유한 것을 찾는다는 면에서는 말할 것도 없고, 객관적인 입장에서 봐도 연구할 만한 충분한 가치를 갖고 있다.


3. 연구방법

기본적으로 재료연구를 위해서 사용하는 거의 모든 기술을 도자기의 과학적인 연구에 사용할 수 있으며, 이를 대략 정리하면 다음과 같다 [3]. 물론 연구결과는 문화적, 역사적인 사실과 같이 해석되어야 할 것이다.

- PHYSICAL TECHNIQUES CHEMICAL TECHNIQUES COMPUTER
COMPOSITION
Bulk and Trace - Chemical Microscopy
Atomic Absorption
Emission Spectroscopy
X-ray Fluorescence
Neutron Activation
ICP
Pb Isotope Analysis
Cathodoluminescence
PIXE, Rutherford-backscattering
Statistical Analysis
PHASE ANALYSIS
- - Electron X-ray Diffraction, EDS, WDS,
EELS, Ion Probe, Auger Petrography
Statistical Analysis
STRUCTURE
Micro- SEM, TEM, STEM, E-SEM, Optical Microscopy, Quantative Streology - Image Enhancement
Macro- Film, Digital, or Xeroradiography, CT Scan - Image Enhancement
PROPERTIES
- Rupture and Elastic Modulus
Vapor Pressure
Viscosity
Specific Gravity
Dialotometer
- Statistical Analysis
HEAT TREATMENT
- DTA, TGA, E-SEM
Dialotometry, Refiring
Hot Stage Microscopy
- Statistical Analysis
PERFORMANCE
- DSC
Accelerated aging
Vibration
Abration
Ultrasound Metrics
Specialty Sensors Finite Element Analysis, Statistical Analysis
STANDARD, REPICA
- Same test as samples
Same Test as original
Same
Same as original
-

Table 1. Some Techniques of Data Collection [3]


4. 연구사례

한국 도자기에 대해 가장 많은 과학적인 연구를 하는 곳중 한 군데는 미국의 스미스 소니언 박물관이다. 여기서는 한국 도자기에 대해 다양한 연구를 하고 있는데, 그중 하나를 골라 과학적인 연구에 대한 사례로 살펴본다 [4].

4.1 연구목적

고려청자는 처음에는 중국 도자기의 영향을 騁怒嗤, ち傷〈 독자적인 발전을 하면서 중국 도자기에 비해 생산되는 동안 일관성을 유지하였다. 이에 따라 고려청자와 중국 도자기를 비교하면 한국의 독자적인 기술개발과 유지과정을 알 수 있다. 또 중국도자기의 영향 정도를 알 수 있다. 또다른 목적은 청자의 기술변천과정을 추적하는 것이다.

4.2 실험방법

전라도 강진에서 출토된 청자조각, 부산과 광주에서 얻은 분청사기 조각, 중국 유(Yue)와 구안(Guan) 도자기 조각, 일본의 나베시마(Nabeshima) 도자기 같은 것을 시편으로 삼아 분석하였다. 유약의 미세조직은 저 배율 광학현미경(Bausch and Lomb Stereo-zoom)과 주사전자현미경(scannng electron microscopy)의 2 차 또는 후면반사형을 이용해 관찰하였다. 이때 시편은 에폭시 수지에 고화시켜 연마한 다음 탄소를 코팅했다. 그리고 주사전자현미경을 사용하면서 〕恪幟剋 x-ray 분석(energy dispersive x-ray analysis)을 같이 하였다. 유약의 조성과 상을 분석하기 위해 파장분산 기술 (wavelength dispersive x-ray technique)을 이용해 미세탐침분석(quantitative electron beam microprobe analysis)을 하였다. 조사는 유약층의 표면부터 내부로 10-50 ㎛ 씩 들어가면서 분석하였다. 기포나 쿼츠 (quartz)가 포함된 것은 광학현미경으로 관찰하였다. 미세탐침분석결과의 신뢰성을 얻기 위해 동일한 시편은 하버드 대학 호프만 연구소에서 다시 분석해서 같은 결과를 얻었다.

4.3 실험결과로부터 얻은 결론

Fig. 2. Microstructures of polished glaze-body cross-section of maepyong vessel fragment, showing (a) the upper layer of glaze top contain a glassy matrix (white), partly dissolved quartz (grey) and round bubbles, and the lower layer of body tp contain quartz (grey), mullite and glass matrix (light grey) and marnetite and ilmenite inclusions (white). In the glaze (b) partly dissolved quartz particles have no cristobalite reaction rims, which acicular crystals of (c) at the glaze body-interface is rare, indicating rapid heating, less time at full temperature and rapid cooling. This is unlike the northern celadon which have a fully developed anorthite layer at the glaze-body interface [4].

고려청자의 유약은 11 세기부터 15 세기까지 일정한 조성을 갖고 있었다. 조성에는 칼슘이 많이 들어가 있고, 중국 것에 비해 망간 산화물이 0.5%로 많이 들어간 것이 눈에 띄며, 이 때문에 색이 보다 회색쪽에 가깝게 보이게 되었다. 고려의 가마는 중국 것보다 상당히 작기 때문에 소성과 냉각과정이 빨리 일어난다. 따라서 유역 층에서 아노타이트(anorthite)나 월로스토나이트(wallostonite)같은 것들이 핵 형성-결정 성장할 시간이 없다. 반면 중국 도자기는 이런 것들 때문에 옥색이 난다. 청자에는 용해되지 않는 쿼츠, 검은 색 입자, 기포, 잔금 같은 것들이 투명하게 보이게 한다. 칼슘성분이 많기 때문에 융점이 낮지만, 낮은 온도에서 짧은 시간에 소성하기 때문에 쿼츠가 완전히 용해되지 않았다. 그리고 가마나 그 밖의 소성기술로 보아 청자는 초기에는 중국 북부보다는 남부의 도자기 제조기술에 영향을 받았을 것이다. 청자가 기술적으로 크게 공헌한 점은 회청색을 강조하기 위해 하얀 색, 검은 색, 또는 회색상감을 넣었다는 것이다. 또 흰색 상감을 넣을 때 의도적으로 균열을 일으키는 조성을 선택하면서 잔금을 만들어 빛이 작은 균열에 의해 산란되면서, 청자를 볼 때 상감에서 상감으로 눈이 움직이게 하면서 위치마다 회색의 정도가 다양하게 나타나도록 하였다. 그리고 디자인은 모서리 부분에서 퍼져 나가도록 하였다. 예를 들어 구름이나 새, 꽃들은 방사(radiation)형으로 디자인되었는데, 이것은 균열 패턴을 이용하기 위해 의도적으로 한 것으로 보인다. 또 회색이나 검은 색 상감으로 균열을 만들 수 있음에도 불구하고, 흰색 상감에만 잔금이 가도록 하였다. 중국과 원료나 가마크기가 다르기 때문에 중국 도자기 같은 색을 내지 못하던 고려는 1150 년경부터 미적으로 뛰어난 고유의 자기를 만들기 시작했다. 즉 의도적으로 미리 프릿(frit)을 칠하고, 마그네타이트, 일메나이트(illmenite), 쿼츠 등을 섞은 유약을 써서 회색부터 검은색까지의 상감을 만들기 시작했다. 또 원료를 곱게 연마하여 넓은 표면적을 갖는 고운 퀴츠입자로 높은 투명도를 얻었다. 13 세기와 14 세기를 거치면서 기술은 그대로 유지되지만, 상감의 섬세함과 원료의 순도는 떨어졌다. 그러나 상감에 쓰는 재료, 소성온도, 유약조성, 유약의 이질성분을 그대로 유지되었다. 15 세기 들어 백자가 나타났지만, 청자를 만드는 기술은 없어지지 않고 분뼈未秀 불교의식의 제기를 만드는 기술로 이전되었다. 그러나 빨리 만들기 위해서 소지나 유약, 장식을 위한 원료들은 상대적으로 저급이 사용되었다. 또 고려청자같이 많은 장인의 노력이 드는 공정대신 니장(slip)으로 칠하기, 붓으로 상감을 내는 방법 같은 것들이 이용되었다. 조선시대에 접어들면서 소성온도나 유약조성을 그대로 남아있었으나, 하얀 색 상감의 조성은 소지에 맞추기 위해 달라졌다. 따라서 고려청자제조 기술은 11 세기부터 최소한 15 세기를 통한 오랜기간동안 유지되다가 16 세기 새로운 시장이 성립됨에 따라 변화되었다.


참고문헌

1. 정양모, 이훈석, 정명호, 옹기문화가족, "옹기" ,대원사 1993년
2. Pamela B. Vandiver, "Reconstructuring and Interpreting the Technologies of Ancient Ceramics," pp. 89-102 in Materials Issue in Art and Archaeology, Material Research Society, Pittsburgh, Penn. (1988).
3. Pamela B. Vandiver and George Segan Wheeler, "Summary", pp. 825-831 in Materials Issue in Art and Archaeology II, Material Research Society, Pittsburgh, Penn. (1991).
4. Pamela B. Vandiver, Louise A. Cort and Carol A. Handwerker, "Variation in the Practice of Ceramic Technology in Different Culture: A Comparison of Korean and Chinese Celadon Glaze," pp. 347-378 in Cross-Craft and Cross-Cultural Interactions in Ceramics, The Amercan Ceramic Society, Inc., Westerville, OH, 1989.


1997년 9월 23일 최헌진


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