도자기는 왜 흙을 구우면 단단하고 방수성 있는 재질로 변하나요?

Question

부드러운 진흙이 고온에서 구워지면 단단한 도자기가 되는데, 이 과정에서 화학적으로 어떤 변화가 일어나서 이런 물성 변화가 생기는지 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 박재화 박사입니다.

도자기용 흙은 점토광물과 물로 이루어져 있어 처음에는 부드럽지만, 가열하면 물이 빠지고 점토의 결정구조가 변화하게 됩니다.

온도가 더 올라가면 입자들이 서로 붙는 소결이 진행되어 빈 공간이 줄고 전체 조직이 단단해지게 됩니다. 고온에서는 일부 성분들이 녹아서 유리질이 되기도 하고, 식으면서 입자 사이를 단단하게 결합해 강도와 치밀도를 높입니다.

도자기의 종류에 따라서는 고온에서 멀라이트 같은 새로운 결정상이 형성되어 강도와 내율성이 더욱 좋아지는 종류도 있고, 방수성이 생기는 주된 이유도 소결과 유리화로 인한 내부 기공이 크게 줄어든 결과로 볼 수 있습니다. 다만 저온에서 구운 토기는 기공이 남아 물을 흡수할 수 있고, 유약을 입히거나 더 높은 온도로 구워야지 방수성이 크게 좋아질 수 있습니다.

Answer 2

안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.

도자기 흙에는 점토 광물과 석영 장석 등이 들어 있는데 고온에서 가열하면 물이 빠지고 점토 광물의 결정 구조가 분해 재배열됩니다 이후 장석 등이 녹으면서 유리질 물질이 생겨 입자 사이를 채우고 서로 단단하게 결합하는 소결 유리화가 일어납니다 이 과정에서 기공이 줄어들어 흙보다 훨씬 단단해지고 물이 잘 스며들어 않는 성질을 갖게 됩니다 다만 곱는 온도가 원료가 따라 유리화 정도가 달라져 도자기의 강도와 흡수율도 달라집니다

Answer 3

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.

흙이 도자기가 되는 건 가마 속에서 광물 자체가 다른 물질로 바뀌어서예요. 점토는 물 분자를 품은 광물 알갱이들이 물기로 붙어 있는 상태라 부드럽게 빚어지는데, 500도쯤부터 광물 결정 속에 화학적으로 묶여 있던 물까지 빠져나가면서 원래 점토로는 되돌아갈 수 없는 상태가 돼요. 마른 진흙은 물에 풀리지만 구운 도자기는 안 풀리는 이유예요.

900도를 넘어가면 알갱이 사이가 녹으며 붙는 소결이 일어나요. 일부 성분이 유리질로 녹아 알갱이 사이 틈을 메우고, 식으면서 전체가 유리로 접착된 돌덩이처럼 굳어요. 낱알이던 설탕이 녹았다 굳으면 딱딱한 덩어리가 되는 것과 비슷해요. 틈이 메워지니 물이 스밀 구멍도 사라져 방수성이 생기고요.

표면에 유약을 입혀 다시 구우면 얇은 유리막이 한 겹 더 덮여요. 매끈하고 광택 나는 도자기 표면이 사실은 유리 코팅인 거죠. 흙에서 돌로, 돌에서 유리로 단계를 밟는 과정이 도자기 굽기예요 :)

Answer 4

안녕하세요.

도자기는 단순히 흙의 물기를 말린다고 단단해지는 게 아니라, 높은 온도에서 내부 광물 구조 자체가 바뀌면서 강해지는 거예요.

가열하면 점토에 들어 있던 수분이 빠지고 결정 구조가 변하면서 입자 사이가 서로 붙기 시작하는 소결이 일어나게 돼요. 온도가 더 올라간다면 일부 성분이 녹아 유리질처럼 변하면서 입자 사이의 빈 공간을 메우게 되죠. 이 과정에서 기공이 줄어들고 구조가 치밀해지기 때문에 물이 쉽게 스며들지 않는 단단한 재료가 돼요.

그래서 우리나라의 전통! 도자기의 강도와 방수성은 어떤 흙을 사용했는지와 굽는 온도, 시간에 따라 상당히 달라져요.

감사합니다.

Answer 5

진흙이 도자기로 변하는 핵심은 단순하게 물을 말리는 것이 아니라 고온에서 입자들이 서로 결합하고 빈 공간이 줄어드는 소결과 유리화가 영향을 미칩니다.

보통 500도 정도 전후가 되면 점토에 들어 있던 화학적으로 결합된 물들이 빠져나가면서 원래의 진흙 구조가 되돌아갈 수 없는 형태로 변하다가 온도가 더 올라가면 장석 같은 성분들은 녹아서 액체화되고 이 액체가 입자 사이사이의 빈틈을 메우면서 서로 단단하게 달라붙습니다.

이 과정에서 기공이 줄어들고 기공이 줄어들수록 물이 침투할 공간도 감소하기 때문에 높은 온도로 구운 자기나 석기처럼 치밀한 제품들은 거의 물을 흡수하지 않게 됩니다.