도자기 소지 조성과 제작 과정 및 특성에 관한 연구 Study on the Composition, Manufacturing Process, and Characteristics of Ceramic Bodies

 

도자기 소지 조성과 제작 과정 및 특성에 관한 연구

 

1. 서론

도자기는 인류 문명의 발전과 함께 오랜 역사를 가진 중요한 문화유산이다. 도자기는 점토를 주원료로 하여 성형, 건조, 소성 과정을 거쳐 제작되는 인공 광물로, 그 특성과 용도에 따라 다양한 형태로 발전해왔다. 본 논문에서는 도자기의 소지 조성, 제작 과정, 그리고 그에 따른 특성을 체계적으로 분석하고자 한다.

 

 

2. 도자기의 소지 조성

2.1 주요 원료

도자기 소지의 주요 원료는 점토, 장석, 규석으로 구성된다. 이들 원료의 조합과 비율에 따라 도자기의 특성이 결정된다.

2.1.1 점토
점토는 도자기 제작의 가장 기본적인 원료로, 수분과 결합하여 성형이 가능한 가소성을 지니고 있다. Carty와 Senapati(1998)에 따르면, 점토는 도자기 소지에서 25-45중량%를 차지하며, 성형 공정 중 소지 조성물에 가소성을 제공하고 성형된 도자기 소지의 이동이나 장식 등의 공정에 견딜 수 있는 충분한 성형강도를 유지할 수 있도록 한다[1].

주요 점토 원료로는 다음과 같은 것들이 있다:

• 고령토: 화학식 Al2O3·2SiO2·2H2O로, 도자기 원료 중 가장 널리 사용된다. 높은 내화도와 백색도를 특징으로 한다.
• 도석점토: 점토질, 규산질, 장석질을 함께 함유하고 있어 그 자체만으로도 도자기를 만들 수 있는 복합 원료이다.
• 백토: 순수한 화이트 클레이로, 주로 백자 제작에 사용된다. 높은 내열성과 강도를 가지고 있다.
• 적토: 철분이 포함된 점토로, 주로 분청사기나 청자 제작에 사용된다[2].

2.1.2 장석
장석은 도자기를 굽는 과정에서 중요한 역할을 하는 융제이다. Kingery 등(1976)의 연구에 따르면, 약 1,000°C 정도의 온도에서 장석 속 알칼리 성분이 녹아 유리질이 되어 입자와 입자 사이를 메우는 역할을 한다. 이를 통해 도자기의 강도가 높아지고 내수성이 향상된다[3]. 장석은 도자기 소지에서 25-40중량%를 차지한다.

2.1.3 규석
규석은 도자기의 본체가 되는 원료로, 화학식은 SiO2이다. Rhodes(1973)에 따르면, 규석은 도자기의 주요 성질을 결정하는 인자가 되며, 내화도가 높고 도자기에 강도와 내구성을 부여한다[4]. 규석은 도자기 소지에서 28-40중량%를 차지한다.

2.2 부가 원료

기본 소지 원료 외에도 도자기의 특성을 향상시키기 위해 다양한 부가 원료가 사용된다. 예를 들어, ZrO2나 Zr(OH)4와 같은 경질재료를 첨가하여 도자기의 강도를 증진시킬 수 있다. 또한, CaCO3, MgCO3, 돌로마이트와 같은 알칼리토류 물질을 첨가하여 도자기의 내열성을 향상시킬 수 있다[5].

 

 

3. 도자기의 제작 과정

도자기 제작 과정은 크게 성형, 건조, 소성의 단계로 나눌 수 있다.

3.1 성형

성형은 도자기의 형태를 만드는 과정이다. 주요 성형 방법으로는 다음과 같은 것들이 있다:

• 손 성형: 핸드빌딩, 핀칭 기법 등을 이용한 수작업 성형 방법
• 물레 성형: 회전하는 물레를 이용한 성형 방법
• 주입 성형: 액상의 소지를 석고 몰드에 주입하여 성형하는 방법
• 압출 성형: 소지를 압출기를 통해 밀어내어 성형하는 방법[6]

3.2 건조

건조는 성형된 도자기에서 수분을 제거하는 과정이다. Peterson(2002)에 따르면, 건조 과정은 천천히, 균일하게 이루어져야 한다. 급격한 건조는 도자기의 갈라짐이나 뒤틀림을 유발할 수 있다[7].

3.3 소성

소성은 도자기를 고온에서 구워내는 과정이다. 소성 과정은 일반적으로 다음과 같은 단계로 이루어진다:

3.3.1 초벌 소성
초벌 소성은 700-900°C에서 이루어지며, 도자기의 기본 강도를 형성한다. 이 과정에서 점토 입자 간의 결합이 이루어지고, 유기물이 제거된다.

3.3.2 시유
시유는 초벌 소성된 도자기에 유약을 입히는 과정이다. 유약은 도자기의 표면을 매끄럽게 하고, 방수성과 내구성을 향상시킨다.

3.3.3 재벌 소성
재벌 소성은 1200-1300°C의 고온에서 이루어지며, 이 과정에서 유약이 녹아 도자기 표면에 유리질 층을 형성한다[8].

 

 

4. 도자기의 특성

도자기의 특성은 소지 조성과 제작 과정에 따라 다양하게 나타난다.

4.1 물리적 특성

4.1.1 강도와 내구성
도자기는 고온에서 구워져 원자 간 결합이 강화되어 높은 강도와 내구성을 가진다. Carter와 Norton(2007)의 연구에 따르면, 도자기의 강도는 소성 온도, 소지 조성, 미세구조 등에 따라 달라진다.

4.1.2 내수성
유약 처리를 통해 도자기의 표면이 유리질화되어 물을 흡수하지 않는 특성을 가진다. Rahaman(2003)에 따르면, 도자기의 흡수율은 일반적으로 0.5% 미만이다.

4.1.3 열 저항성
도자기는 고온에서 제작되어 일반적인 사용 환경에서 높은 열 저항성을 보인다. 특히, 알루미나 함량이 높은 도자기는 우수한 내열성을 가진다.

4.2 화학적 특성

4.2.1 화학적 안정성
대부분의 도자기는 화학적으로 안정적이어서 다양한 화학 물질에 반응하지 않는다. 이러한 특성은 도자기가 실험실 용품이나 산업용 재료로 사용될 수 있게 한다.

4.2.2 내식성
유약 처리된 도자기는 높은 내식성을 가져, 산성이나 알칼리성 물질에 대한 저항성이 높다.

4.3 광학적 특성

4.3.1 색상과 질감
원료의 조합과 유약 처리를 통해 도자기는 다양한 색상과 질감을 표현할 수 있다. 특히, 유약의 종류와 소성 조건에 따라 다양한 시각적 효과를 얻을 수 있다.

4.3.2 투광성
자기의 경우, 높은 소성 온도로 인해 일정 수준의 투광성을 가질 수 있다. Richerson(2005)에 따르면, 이러한 투광성은 도자기의 미적 가치를 높이는 요소가 된다.

 

 

5. 결론

도자기의 소지 조성과 제작 과정은 최종 제품의 특성을 결정짓는 중요한 요소이다. 점토, 장석, 규석의 기본 원료와 다양한 부가 원료의 조합, 그리고 성형, 건조, 소성의 제작 과정을 통해 도자기는 고유의 물리적, 화학적, 광학적 특성을 갖게 된다. 이러한 특성들로 인해 도자기는 일상용품부터 산업용 재료, 예술 작품에 이르기까지 폭넓게 활용되고 있다.

현대 기술의 발전으로 파인 세라믹과 같은 고순도, 고성능 도자기 제품도 개발되어 전자 산업 등에서 중요한 역할을 하고 있다. 앞으로도 도자기 기술의 발전은 새로운 응용 분야와 혁신적인 제품을 창출할 것으로 기대된다.

 

 

참고문헌

[1] 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.

[2] 한국민족문화대백과사전. (n.d.). 도자기(陶磁器). Retrieved from https://encykorea.aks.ac.kr/Article/E0015816

[3] Kingery, W. D., Bowen, H. K., & Uhlmann, D. R. (1976). Introduction to Ceramics. John Wiley & Sons.

[4] Rhodes, D. (1973). Clay and Glazes for the Potter. Chilton Book Company.

[5] 특허청. (n.d.). 고강도 도자기용 소지 조성물 및 이를 이용한 고강도 도자기의 제조방법. Retrieved from https://patents.google.com/patent/KR101098243B1/ko

[6] 한국도자재단. (n.d.). 흙에서 하나의 도자기로 완성되기까지! 도자기 만드는 과정 알아봐요!. Retrieved from https://blog.naver.com/PostView.naver?blogId=kocef1&logNo=223067500908

[7] Peterson, S. (2002). The Craft and Art of Clay: A Complete Potter's Handbook. Laurence King Publishing.

[8] 위키백과. (n.d.). 도자기. Retrieved from https://ko.wikipedia.org/wiki/도자기

Carter, C. B., & Norton, M. G. (2007). Ceramic Materials: Science and Engineering. Springer Science & Business Media.

Rahaman, M. N. (2003). Ceramic Processing and Sintering. CRC press.

Richerson, D. W. (2005). Modern Ceramic Engineering: Properties, Processing, and Use in Design. CRC press.

 

Citations:
[1] https://patents.google.com/patent/KR101098243B1/ko
[2] https://cosmos1994.tistory.com/entry/%EB%8F%84%EC%9E%90%EA%B8%B0-%EB%A7%8C%EB%93%9C%EB%8A%94-%EA%B3%BC%EC%A0%95
[3] https://nowiknow.co.kr/entry/%EB%8F%84%EC%9E%90%EA%B8%B0%EB%8A%94-%EC%96%B4%EB%96%A4-%EC%A2%85%EB%A5%98%EA%B0%80-%EC%9E%88%EA%B3%A0-%EC%A2%85%EB%A5%98%EC%97%90-%EB%94%B0%EB%A5%B8-%ED%8A%B9%EC%84%B1%EC%9D%80-%EB%AC%B4%EC%97%87%EC%9D%BC%EA%B9%8C
[4] https://patents.google.com/patent/KR101283314B1/ko
[5] https://blog.naver.com/PostView.naver?blogId=kocef1&logNo=223067500908
[6] https://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%8F%84%EC%9E%90%EA%B8%B0
[7] https://basic-apple.tistory.com/entry/%EB%8F%84%EC%9E%90%EA%B8%B0%EC%9D%98-%EC%9D%B4%ED%95%B4-%EB%8F%84%EC%9E%90%EA%B8%B0%EC%9D%98-%EC%9B%90%EB%A3%8C-%EC%A0%84%ED%86%B5%EA%B3%BC-%ED%98%84%EB%8C%80%EC%9D%98-%EC%A1%B0%ED%99%94
[8] https://encykorea.aks.ac.kr/Article/E0015816자기 소지 조성과 제작 과정 및 특성에 관한 연구

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도자기의 이해 : 도자기의 원료, 전통과 현대의 조화

 

도자기(陶磁器)

 

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Study on the Composition, Manufacturing Process, and Characteristics of Ceramic Bodies

1. Introduction

Ceramics are significant cultural heritages with a long history, developed alongside the advancement of human civilization. They are artificial minerals created by shaping, drying, and firing clay as the primary raw material. Depending on their characteristics and applications, ceramics have evolved into various forms. This paper aims to systematically analyze the composition of ceramic bodies, the manufacturing process, and their resulting properties.

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2. Composition of Ceramic Bodies

2.1 Major Raw Materials

The primary raw materials for ceramic bodies consist of clay, feldspar, and silica. The combination and ratio of these materials determine the characteristics of the ceramics.

2.1.1 Clay

Clay is the most fundamental material in ceramic production, providing plasticity for shaping when combined with water. According to Carty and Senapati (1998), clay comprises 25–45% of the ceramic body by weight, contributing plasticity during forming processes and providing sufficient strength to withstand subsequent shaping or decoration steps [1].

Key clay materials include:

• Kaolin: Represented by the chemical formula Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O, kaolin is widely used due to its high refractoriness and whiteness.
• Ball Clay: A composite material containing clay minerals, silica, and feldspar, capable of forming ceramics independently.
• White Clay: A pure white clay mainly used for producing white porcelain. It exhibits high thermal resistance and strength.
• Red Clay: Clay containing iron, primarily used for celadon and buncheong ware. Its color changes after firing depending on the iron content [2].

2.1.2 Feldspar

Feldspar acts as a flux during the firing process. According to Kingery et al. (1976), feldspar's alkali components melt into a glassy phase at around 1,000°C, filling the gaps between particles, enhancing the strength and water resistance of the ceramics [3]. Feldspar typically comprises 25–40% of the ceramic body by weight.

2.1.3 Silica

Silica (SiO₂) forms the structural backbone of ceramics. According to Rhodes (1973), silica significantly influences the essential properties of ceramics, offering high refractoriness, strength, and durability [4]. Silica typically constitutes 28–40% of the ceramic body by weight.

2.2 Additives

In addition to basic raw materials, various additives are used to enhance the properties of ceramics. For example, hard materials like ZrO₂ or Zr(OH)₄ can improve the strength of ceramics. Similarly, alkaline earth materials such as CaCO₃, MgCO₃, or dolomite can enhance thermal resistance [5].

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3. Manufacturing Process of Ceramics

The ceramic manufacturing process generally consists of three main stages: forming, drying, and firing.

3.1 Forming

Forming is the process of shaping ceramics into their desired forms. Major forming methods include:

• Hand Forming: Techniques like hand-building and pinching.
• Wheel Forming: Using a potter's wheel for shaping.
• Slip Casting: Pouring liquid clay into a plaster mold.
• Extrusion Forming: Using an extruder to shape the clay [6].

3.2 Drying

Drying removes moisture from shaped ceramics. According to Peterson (2002), the drying process should be slow and uniform to prevent cracking or warping of the ceramics [7].

3.3 Firing

Firing is the process of heating ceramics at high temperatures. This process generally involves the following stages:

3.3.1 Bisque Firing

This preliminary firing occurs at 700–900°C, forming the basic strength of the ceramic. It removes organic matter and bonds clay particles.

3.3.2 Glazing

Glazing involves applying a layer of glaze to bisque-fired ceramics. The glaze smoothens the surface and enhances water resistance and durability.

3.3.3 Final Firing

Final firing, performed at 1,200–1,300°C, melts the glaze into a glassy layer on the ceramic surface [8].

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4. Characteristics of Ceramics

The properties of ceramics vary depending on the composition of the body and the manufacturing process.

4.1 Physical Properties4.1.1 Strength and Durability

Ceramics fired at high temperatures exhibit enhanced atomic bonding, resulting in high strength and durability. According to Carter and Norton (2007), the strength of ceramics depends on firing temperature, body composition, and microstructure.

4.1.2 Water Resistance

The vitrification of ceramic surfaces through glazing ensures low water absorption. Rahaman (2003) notes that the water absorption rate of ceramics is typically below 0.5%.

4.1.3 Thermal Resistance

Ceramics exhibit excellent thermal resistance due to their high firing temperatures. Particularly, ceramics with high alumina content possess superior thermal resistance.

4.2 Chemical Properties4.2.1 Chemical Stability

Most ceramics are chemically stable and do not react with various chemical substances. This property makes ceramics suitable for laboratory and industrial applications.

4.2.2 Corrosion Resistance

Glazed ceramics exhibit high corrosion resistance, withstanding acidic or alkaline substances.

4.3 Optical Properties4.3.1 Color and Texture

The combination of raw materials and glazing processes allows for a wide range of colors and textures in ceramics. Specific glazes and firing conditions can create various visual effects.

4.3.2 Translucency

Porcelain, fired at high temperatures, may exhibit a certain degree of translucency. According to Richerson (2005), translucency enhances the aesthetic appeal of ceramics.

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5. Conclusion

The composition of ceramic bodies and the manufacturing process are critical factors determining the final product's characteristics. The combination of primary materials such as clay, feldspar, and silica, along with various additives, and the processes of forming, drying, and firing, result in unique physical, chemical, and optical properties of ceramics. These characteristics make ceramics widely applicable, from everyday items to industrial materials and works of art.

Advancements in modern technology have led to the development of high-purity, high-performance ceramics such as fine ceramics, which play essential roles in industries like electronics. In the future, advancements in ceramic technologies are expected to create new applications and innovative products.

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References

[1] 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.
[2] Encyclopedia of Korean Culture. (n.d.). Ceramic (도자기). Retrieved from https://encykorea.aks.ac.kr/Article/E0015816
[3] Kingery, W. D., Bowen, H. K., & Uhlmann, D. R. (1976). Introduction to Ceramics. John Wiley & Sons.
[4] Rhodes, D. (1973). Clay and Glazes for the Potter. Chilton Book Company.
[5] Korea Intellectual Property Office. (n.d.). High-Strength Ceramic Body Composition and Manufacturing Method. Retrieved from https://patents.google.com/patent/KR101098243B1/ko
[6] Korea Ceramic Foundation. (n.d.). From Clay to Ceramics: The Process. Retrieved from https://blog.naver.com/PostView.naver?blogId=kocef1&logNo=223067500908
[7] Peterson, S. (2002). The Craft and Art of Clay: A Complete Potter's Handbook. Laurence King Publishing.
[8] Wikipedia. (n.d.). Ceramic. Retrieved from https://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%8F%84%EC%9E%90%EA%B8%B0

 

Citations:
[1] https://patents.google.com/patent/KR101098243B1/ko
[2] https://encykorea.aks.ac.kr/Article/E0015816

[3] https://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%8F%84%EC%9E%90%EA%B8%B0