도자기 소성의 기초: 산화소성과 환원소성 Basics of Ceramic Firing: Oxidation Firing and Reduction Firing

 

도자기 소성의 기초: 산화소성과 환원소성

 

 

1. 서론

도자기 제작에 있어 소성 과정은 가장 중요한 단계 중 하나이다. 소성은 도자기의 최종적인 물리적, 화학적 특성을 결정짓는 과정으로, 크게 산화소성과 환원소성으로 나눌 수 있다. 본 논문에서는 도자기 소성의 기초가 되는 산화소성과 환원소성의 원리, 특징, 그리고 그 결과물의 차이점에 대해 체계적으로 분석하고자 한다.

 

 

2. 도자기 소성의 개요

2.1 소성의 정의

소성이란 도자기를 고온에서 구워내는 과정을 말한다. Rhodes(1973)에 따르면, 소성은 점토 입자 간의 결합을 강화시키고, 유약을 용융시켜 도자기의 표면을 매끄럽게 만들며, 도자기의 강도와 내구성을 향상시키는 역할을 한다.

2.2 소성의 단계

도자기 소성은 일반적으로 두 단계로 나누어진다:

1) 초벌 소성 (Bisque firing): 700-900°C에서 이루어지며, 도자기의 기본 강도를 형성한다.
2) 재벌 소성 (Glaze firing): 1100-1280°C의 고온에서 이루어지며, 유약을 용융시키고 도자기의 최종 특성을 결정한다.

 

 

3. 산화소성

3.1 산화소성의 정의

산화소성은 가마 내에 충분한 산소를 공급하여 연료가 완전히 연소되도록 하는 소성 방법이다. Kingery 등(1976)은 산화소성 과정에서 도자기 내의 물질들이 산소와 결합하여 산화물을 형성한다고 설명한다.

3.2 산화소성의 원리

산화소성에서는 가마 내부에 충분한 산소가 공급되어 연료의 완전 연소가 이루어진다. 이 과정에서 도자기 내의 금속 원소들은 산소와 결합하여 안정적인 산화물 형태로 변화한다. 예를 들어, 구리(Cu)는 산화구리(CuO)로, 철(Fe)은 산화철(Fe2O3)로 변화한다.

3.3 산화소성의 특징

1) 가마 내부의 산소 농도가 높다.
2) 연료의 완전 연소로 인해 청정한 소성 환경이 조성된다.
3) 도자기의 색상이 일정하고 예측 가능하다.
4) 전기 가마에서 주로 이루어진다.

 

 

4. 환원소성

4.1 환원소성의 정의

환원소성은 가마 내의 산소 공급을 제한하여 불완전 연소를 유도하는 소성 방법이다. Carty와 Senapati(1998)는 환원소성 과정에서 도자기 내의 산화물들이 산소를 잃고 환원되는 현상을 설명한다.

4.2 환원소성의 원리

환원소성에서는 가마 내부의 산소 공급을 제한하여 연료의 불완전 연소를 유도한다. 이로 인해 발생한 일산화탄소(CO)가 도자기 내의 산화물로부터 산소를 빼앗아 환원 반응을 일으킨다. 예를 들어, 산화구리(CuO)는 구리(Cu)로, 산화철(Fe2O3)은 산화제일철(FeO)로 환원된다.

4.3 환원소성의 특징

1) 가마 내부의 산소 농도가 낮다.
2) 연료의 불완전 연소로 인해 일산화탄소가 생성된다.
3) 도자기의 색상이 다양하고 예측하기 어렵다.
4) 가스 가마나 장작 가마에서 주로 이루어진다.

 

 

5. 산화소성과 환원소성의 비교

5.1 색상의 차이

산화소성과 환원소성은 도자기의 색상에 큰 영향을 미친다. 예를 들어:

1) 철(Fe) 함유 유약:

• 산화소성: 갈색 또는 적갈색
• 환원소성: 청록색 또는 회색

2) 구리(Cu) 함유 유약:

• 산화소성: 녹색
• 환원소성: 적색 또는 금속성 광택

이러한 색상 차이는 금속 이온의 산화 상태 변화에 기인한다. Peterson(2002)은 이러한 색상 변화가 도자기 예술에서 중요한 표현 수단이 된다고 설명한다.

5.2 질감의 차이

산화소성과 환원소성은 도자기의 표면 질감에도 영향을 미친다:

1) 산화소성: 일반적으로 매끄럽고 균일한 표면을 생성한다.
2) 환원소성: 불규칙하고 다양한 표면 효과를 만들어낸다.

Richerson(2005)에 따르면, 환원소성에서 나타나는 불규칙한 표면 효과는 도자기에 독특한 미적 가치를 부여한다.

5.3 물리적 특성의 차이

소성 방법에 따라 도자기의 물리적 특성도 달라질 수 있다:

1) 강도: 일반적으로 환원소성된 도자기가 산화소성된 도자기보다 더 높은 강도를 가진다.
2) 기공률: 환원소성된 도자기는 산화소성된 도자기에 비해 기공률이 낮은 경향이 있다.

Carter와 Norton(2007)은 이러한 물리적 특성의 차이가 도자기의 용도와 내구성에 영향을 미친다고 설명한다.

 

 

6. 산화소성과 환원소성의 응용

6.1 산화소성의 응용

산화소성은 다음과 같은 경우에 주로 사용된다:

1) 일상용 도자기 제작: 예측 가능한 결과물을 얻을 수 있어 대량 생산에 적합하다.
2) 화려한 색상의 도자기 제작: 산화소성은 밝고 선명한 색상을 얻는 데 유리하다.
3) 전기 가마를 이용한 소성: 전기 가마는 자동으로 산화 환경을 조성한다.

6.2 환원소성의 응용

환원소성은 다음과 같은 경우에 주로 사용된다:

1) 전통 도자기 제작: 청자, 분청사기 등 전통 도자기의 독특한 색상과 질감을 얻기 위해 사용된다.
2) 예술 도자기 제작: 다양하고 예측 불가능한 효과를 얻을 수 있어 예술적 표현에 적합하다.
3) 특수 효과 유약 사용: 결정유, 동유 등 특수한 효과를 내는 유약은 환원소성에서 더 좋은 결과를 얻을 수 있다.

 

 

7. 결론

도자기 소성의 기초가 되는 산화소성과 환원소성은 각각 고유한 특징과 장단점을 가지고 있다. 산화소성은 안정적이고 예측 가능한 결과물을 얻을 수 있어 대량 생산에 적합하며, 환원소성은 다양하고 독특한 효과를 얻을 수 있어 예술적 표현에 유리하다. 도자기 제작자는 이러한 소성 방법의 특성을 이해하고, 원하는 결과물에 따라 적절한 소성 방법을 선택해야 한다.

향후 도자기 소성 기술의 발전에 따라 더욱 정교하고 다양한 소성 방법이 개발될 것으로 예상된다. 이는 도자기 산업과 예술 분야에 새로운 가능성을 열어줄 것이며, 지속적인 연구와 실험이 필요할 것이다.

 

 

참고문헌

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2. Kingery, W. D., Bowen, H. K., & Uhlmann, D. R. (1976). Introduction to Ceramics. John Wiley & Sons.
3. Carty, W. M., & Senapati, U. (1998). Porcelain—Raw Materials, Processing, Phase Evolution, and Mechanical Behavior. Journal of the American Ceramic Society, 81(1), 3-20.
4. Peterson, S. (2002). The Craft and Art of Clay: A Complete Potter's Handbook. Laurence King Publishing.
5. Richerson, D. W. (2005). Modern Ceramic Engineering: Properties, Processing, and Use in Design. CRC press.
6. Carter, C. B., & Norton, M. G. (2007). Ceramic Materials: Science and Engineering. Springer Science & Business Media.
7. 한국도자재단. (n.d.). 흙에서 하나의 도자기로 완성되기까지! 도자기 만드는 과정 알아봐요!. Retrieved from https://blog.naver.com/PostView.naver?blogId=kocef1&logNo=223067500908
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10. 특허청. (n.d.). 저변형 고강도 도자기용 소지 조성물 및 이를 이용한 도자기의 제조방법. Retrieved from https://patents.google.com/patent/KR101283314B1/ko

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From the Ceramics community on Reddit

 

From the Pottery community on Reddit

 

[도자기] 산화소성 환원소성 원리

 

KR101283314B1 - 저변형 고강도 도자기용 소지 조성물 및 이를 이용한 도자기의 제조방법 - Goog

 

How Does Oxidation And Reduction Influence the Firing of Pottery?

 

Ceramic Materials for Biomedical Applications: An Overview on Properties and Fabrication Processes - PMC

 

산화소성과 환원소성에 따라 다르게 구워지는 도자기 l 밸류체인타임스 : 밸류체인타임스

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Basics of Ceramic Firing: Oxidation Firing and Reduction Firing

1. Introduction

In ceramic production, the firing process is one of the most critical stages. Firing determines the final physical and chemical properties of ceramics and can be divided into oxidation firing and reduction firing. This paper aims to systematically analyze the principles, characteristics, and differences in outcomes between oxidation and reduction firing, which form the foundation of ceramic firing.

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2. Overview of Ceramic Firing

2.1 Definition of Firing

Firing refers to the process of heating ceramics at high temperatures. According to Rhodes (1973), firing strengthens the bonds between clay particles, melts glazes to create smooth surfaces, and enhances the strength and durability of ceramics.

2.2 Stages of Firing

The firing process for ceramics generally consists of two stages:

1. Bisque Firing (Low Fire): Conducted at 700–900°C, it establishes the basic strength of the ceramic.
2. Glaze Firing (High Fire): Conducted at 1,100–1,280°C, it melts the glaze and determines the final characteristics of the ceramic.

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3. Oxidation Firing

3.1 Definition of Oxidation Firing

Oxidation firing is a firing method in which sufficient oxygen is supplied inside the kiln to allow complete combustion of the fuel. According to Kingery et al. (1976), oxidation firing involves the formation of oxides as the materials within the ceramics combine with oxygen.

3.2 Principles of Oxidation Firing

In oxidation firing, sufficient oxygen is supplied to the kiln to enable complete combustion of the fuel. During this process, the metallic elements within the ceramic materials react with oxygen and are converted into stable oxides. For example:

• Copper (Cu) is converted to copper oxide (CuO).
• Iron (Fe) is converted to ferric oxide (Fe₂O₃).

3.3 Characteristics of Oxidation Firing

1. The oxygen concentration in the kiln is high.
2. The complete combustion of fuel creates a clean firing environment.
3. The colors of the ceramics are consistent and predictable.
4. Oxidation firing is primarily performed in electric kilns.

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4. Reduction Firing

4.1 Definition of Reduction Firing

Reduction firing is a firing method in which the oxygen supply to the kiln is restricted, causing incomplete combustion of the fuel. Carty and Senapati (1998) explain that in reduction firing, oxides within the ceramics lose oxygen, undergoing reduction reactions.

4.2 Principles of Reduction Firing

In reduction firing, the limited supply of oxygen to the kiln induces incomplete combustion of the fuel, producing carbon monoxide (CO). This carbon monoxide reacts with oxides in the ceramics, removing oxygen and triggering reduction reactions. For example:

• Copper oxide (CuO) is reduced to copper (Cu).
• Ferric oxide (Fe₂O₃) is reduced to ferrous oxide (FeO).

4.3 Characteristics of Reduction Firing

1. The oxygen concentration in the kiln is low.
2. Incomplete combustion of fuel generates carbon monoxide.
3. The colors of the ceramics are diverse and unpredictable.
4. Reduction firing is primarily conducted in gas or wood-fired kilns.

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5. Comparison of Oxidation and Reduction Firing

5.1 Differences in Color

Oxidation and reduction firing have significant effects on the colors of ceramics. For example:

• Iron-containing glazes:
  • Oxidation firing produces brown or reddish-brown colors.
  • Reduction firing produces blue-green or gray colors.
• Copper-containing glazes:
  • Oxidation firing produces green colors.
  • Reduction firing produces red or metallic luster.

These color differences are attributed to changes in the oxidation states of the metallic ions. Peterson (2002) describes that these color variations are an important expressive tool in ceramic art.

5.2 Differences in Texture

Oxidation and reduction firing also affect the surface texture of ceramics:

1. Oxidation Firing: Typically produces smooth and uniform surfaces.
2. Reduction Firing: Creates irregular and varied surface effects.

According to Richerson (2005), the irregular surface effects resulting from reduction firing provide unique aesthetic value to ceramics.

5.3 Differences in Physical Properties

Firing methods also influence the physical properties of ceramics:

1. Strength: Reduction-fired ceramics generally exhibit higher strength compared to oxidation-fired ceramics.
2. Porosity: Reduction-fired ceramics tend to have lower porosity compared to oxidation-fired ceramics.

Carter and Norton (2007) note that these differences in physical properties affect the usability and durability of ceramics.

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6. Applications of Oxidation and Reduction Firing

6.1 Applications of Oxidation Firing

Oxidation firing is commonly used for:

1. Mass-produced ceramics: Oxidation firing is suitable for large-scale production due to its predictable results.
2. Brightly colored ceramics: It is advantageous for achieving vibrant and consistent colors.
3. Electric kiln firing: Electric kilns automatically create an oxidation environment.

6.2 Applications of Reduction Firing

Reduction firing is often employed for:

1. Traditional ceramics: It is used to achieve the unique colors and textures of celadon and buncheong ware.
2. Artistic ceramics: Reduction firing produces diverse and unpredictable effects, ideal for artistic expression.
3. Special glaze effects: Glazes like crystalline or copper red yield better results under reduction firing.

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7. Conclusion

Oxidation and reduction firing, the fundamental methods of ceramic firing, each have unique characteristics and advantages. Oxidation firing is well-suited for stable and predictable results in mass production, while reduction firing excels in producing diverse and unique effects for artistic ceramics. Ceramicists must understand the properties of these firing methods and select the appropriate technique for their desired outcomes.

As ceramic firing technologies continue to advance, more refined and diverse methods are expected to emerge. This progress will open new possibilities in the ceramic industry and the field of art, requiring ongoing research and experimentation.

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References

1. Rhodes, D. (1973). Clay and Glazes for the Potter. Chilton Book Company.
2. Kingery, W. D., Bowen, H. K., & Uhlmann, D. R. (1976). Introduction to Ceramics. John Wiley & Sons.
3. Carty, W. M., & Senapati, U. (1998). Porcelain—Raw Materials, Processing, Phase Evolution, and Mechanical Behavior. Journal of the American Ceramic Society, 81(1), 3–20.
4. Peterson, S. (2002). The Craft and Art of Clay: A Complete Potter's Handbook. Laurence King Publishing.
5. Richerson, D. W. (2005). Modern Ceramic Engineering: Properties, Processing, and Use in Design. CRC Press.
6. Carter, C. B., & Norton, M. G. (2007). Ceramic Materials: Science and Engineering. Springer Science & Business Media.
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10. Korea Intellectual Property Office. (n.d.). High-Strength Ceramic Body Composition and Manufacturing Method. Retrieved from Google Patents

Citations:
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[2] https://www.thesprucecrafts.com/oxidation-and-reduction-atmospheres-2745940
[3] https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10052110/