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문제 정의
- 이 연구에서는 부여 능산리사지 출토 누금세공 유물을 대상으로 비파괴 분석을 통해 금의 전반적인 재료학적 특성을 규명하였다. 또한 정밀 현미경 조사를 실시하여 미세 형태와 가공흔적 및 육안으로 알 수 없는 물질을 검토하였다.
- 이 연구에서는 부여 능산리사지 유적에서 출토된 누금세공 유물을 대상으로 재료의 화학조성을 분석하기 위해 이동형 X-선형광분석기(P-XRF, ArtTAX Basic, Bruker AXS, Germany)를 이용하여 표면 비파괴 분석을 수행하였다. 분석조건은 No filter 상태에서 몰리브덴(Mo) 타겟으로 전압 50㎸, 전류는 600㎂, 분석시간은 200s이고, 분석면적은 직경 0.
- 본 연구에서는 부여 능산리사지 출토 누금세공 유물 4점을 대상으로 기초적인 재질특성과 미세조직을 분석하여 각각에 대한 제작방법을 살펴보았으며 이를 정리하면 다음과 같다.
제안 방법
- 이 연구에서는 부여 능산리사지 출토 누금세공 유물을 대상으로 비파괴 분석을 통해 금의 전반적인 재료학적 특성을 규명하였다. 또한 정밀 현미경 조사를 실시하여 미세 형태와 가공흔적 및 육안으로 알 수 없는 물질을 검토하였다. 이와 같은 자료는 백제의 금속 세공기술 수준을 이해하고, 교류사 측면에서 신라와의 비교연구를 위한 기초 자료로 활용될 것이다.
- 이는 백제 사비시대의 희소한 누금세공 유물로, 특히 원추형 누금장식(NS-G1)과 누금구슬 2점(NS-G2, NS-G3)은 사지 내 금속공예품을 생산했던 것으로 추정되는 공방터 주변 조사 시 발견된 것들이다9,10. 분석대상 유물에 대해서는 성분분석을 통해 기초적인 재질특성을 분석하고 현미경 조사로 미세조직을 관찰하여 전반적인 제작기술을 고찰하였다.
- 65㎜이다. 조성 분석에 앞서 분석 결과의 신뢰성을 확보하기 위해 신뢰도를 검증받은 금 표준시료로 생성한 보정 프로그램을 설정하고 이와 동일한 측정조건에서 분석하였다. 분석결과는 표준시료로 생성한 데이터로 보정한 100% 환산치이며, 표면분석에 의한 분석오차를 감안하여 해석하였다.
- 또한 누금세공 유물의 미세한 실체를 확인하기 위해 실체현미경 관찰을 실시하여 세부 형태, 표면 상태, 가공흔적 등의 미시적 특징을 조사하고 제작기법을 해석하였다. 여기에 이용된 기기는 Leica MZ12로 시료를 8배에서 100배까지 확대할 수 있어 육안으로 확인하기 어려운 세공기법을 관찰하는데 용이하다.
- 따라서 입체감이 풍부한 유물의 정밀한 관찰에 있어, 이와 같은 문제점을 보완하여 높은 분해능과 심도 깊은 영상을 획득하고 간단한 영상분석을 하기위해 주사전자현미경(TESEM, VEGAⅡ LMH, TESCAN, Czech)을 이용하였다. 또한 여기에 장착된 에너지 분산형 성분분석기(EDS XFlash detector, Bruker AXS, Germany)를 이용하여 미지의 물질에 대한 정성분석을 실시하였다.
- 금제 원추형누금장식(NS-G1)은 5개 부위로 나누어 총 14지점에 대해서 분석하였다. 이를 세부적으로 살펴보면 원추형 금판 3지점, 상단 새김무늬 금세선 띠장식 2점, 띠장식 직하 금입자 3지점, 금판 위 별도의 금판장식 2지점과 금판을 둘러싼 금입자 4지점이다.
- 이를 세부적으로 살펴보면 원추형 금판 3지점, 상단 새김무늬 금세선 띠장식 2점, 띠장식 직하 금입자 3지점, 금판 위 별도의 금판장식 2지점과 금판을 둘러싼 금입자 4지점이다. 분석결과, 이 유물의 주요 구성원소로 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 철(Fe)이 검출되었으며 각 원소별 상대적인 조성비와 금의 함유량에 따른 순도를 환산하여 정리하였다(Table 2).
- 이를 세부적으로 살펴보면 금세선 테두리 장식 상, 중, 하 3지점과 금입자 3지점이다. 분석결과, 주요 구성원소로 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 철(Fe)이 검출되었으며, 각 원소별 상대적인 조성비와 금의 함유량에 따른 순도를 환산하여 정리하였다(Table 3).
- 누금장식(NS-G4)은 금제 고리 3지점 및 금입자 3지점의 총 6지점에 대해서 분석하였다. 분석결과, 주요 구성원소로 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 철(Fe)이 검출되었으며 각 원소별 상대적인 조성비와 금의 함유량에 따른 순도를 환산하여 정리하였다(Table 4).
- 누금장식(NS-G4)은 금제 고리 3지점 및 금입자 3지점의 총 6지점에 대해서 분석하였다. 분석결과, 주요 구성원소로 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 철(Fe)이 검출되었으며 각 원소별 상대적인 조성비와 금의 함유량에 따른 순도를 환산하여 정리하였다(Table 4).
- 이를 바탕으로 미량의 구리(Cu)와 철(Fe)을 제외한 금(Au)과 은(Ag)의 성분비를 100%로 환산하여 합금비를 검토하였다. 이 결과, 누금장식은 모든 측정지점에서 금과 은의 합금비가 97:3으로 일정한 양상을 보였다.
- 실체현미경 관찰을 바탕으로, 주사전자현미경 조사를 통해 보다 높은 배율과 심도 깊은 입체영상을 획득하여 미세형태와 가공흔적을 확인하고 영상분석 및 미세조직의 성분분석을 실시하였다. 금제 원추형누금장식의 주사전자 현미경 사진을 영상분석한 결과, 원추형 금판 상부 금선 띠 장식의 너비가 1.
- 따라서 이를 바탕으로 금판 및 고착된 금입자와 함께 땜의 미세 흔적을 성분 분석하였다(Figure 3C). 이 결과, 금판 및 고착된 금입자에서는 100%의 순금을 나타내는 반면 땜의 미세 흔적을 보이는 부분에서는 금(Au) 98.
- 누금으로 표면을 장식한 구슬로, 타원형의 구체를 금으로 만든 다음 중앙에 상하로 관통하는 구멍을 뚫고 측면에는 상·중·하 단에 각각 5개씩 원 둘레를 따라 이 보다 작은 구멍을 뚫었으며, 구멍 주위에는 금세선를 돌려 테두리를 장식하였다(Figure 5A, 5B).
- 정밀 현미경 관찰 결과, 금제 원추형누금장식(NS-G1)은 금판으로 금속의 표면을 구획하고 적색 및 흑색 물질을 감장한 것을 알 수 있었다. 따라서 감장해 넣은 적색 및 흑색의 물질이 무엇인지 확인하기 위해 현미경 관찰과 EDS 성분분석을 하였다(Figure 4). 이 결과 적색 물질에서는 높은 수은(Hg)의 함량과 함께 황(S)이 검출되어 진사(HgS)로 해석하였다.
- 따라서 감장해 넣은 적색 및 흑색의 물질이 무엇인지 확인하기 위해 현미경 관찰과 EDS 성분분석을 하였다(Figure 4). 이 결과 적색 물질에서는 높은 수은(Hg)의 함량과 함께 황(S)이 검출되어 진사(HgS)로 해석하였다. 또한 흑색 물질에서는 다양한 성분이 검출되었으나 상대적으로 탄소(C)에서 높은 검출함량을 보여 탄소화합물이 주성분인 흑색안료 또는 먹으로 추정하였다.
- 이 결과 적색 물질에서는 높은 수은(Hg)의 함량과 함께 황(S)이 검출되어 진사(HgS)로 해석하였다. 또한 흑색 물질에서는 다양한 성분이 검출되었으나 상대적으로 탄소(C)에서 높은 검출함량을 보여 탄소화합물이 주성분인 흑색안료 또는 먹으로 추정하였다.
- 누금구슬 표면에서는 고착된 누금입자들이 부분적으로 탈락된 상태이며 탈락된 부분을 고배율로 살펴본 결과, 접합상태의 흔적은 있으나 너무 미세하여 접합형태를 추정하기 어려웠다(Figure 5E, 5F). 따라서 금입자의 접합단면을 높은 배율과 심도 깊은 입체영상으로 관찰하고 SEMEDS를 통해 접합단면을 분석하였다(Figure 6).
- 8㎜를 나타냈다. 고리와 금입자는 접합부의 면적이 넓고 매끈한 상태로, 강한 접합강도를 보이며 일부 금제 고리의 사선방향 연결부에서 미세한 땜의 형상이 관찰되어 금 땜의 가능성을 지시하였다(Figure 7C, 7D).
- 따라서 금 땜 형상이 관찰되는 접합부의 성분을 금제 고리의 소지와 함께 SEM-EDS로 비교 분석하여 누금장식의 접합방법을 살펴보았다. 이 결과, 금제 고리의 소지 2 지점에서는 금(Au)이 약 97%, 은(Ag)이 약 3%로 동일한 검출 함량을 보였다.
- 원추형 금판과 상단의 띠장식 및 금입자들의 접합면에서는 땜의 잔재가 확인되어 금 땜의 사용 가능성을 지시하였다. 접합부에 대한 SEM-EDS 분석과 금입자의 XRF 분석을 통해 동을 합금한 금 땜을 사용하여 금입자를 접합하였을 것으로 해석하였다.
- 8㎜의 크기를 나타냈다. 금제 고리의 사선방향 연결부에서 미세한 땜의 모습이 관찰되어 접합방법으로 금 땜의 가능성을 확인하였다. 분석결과, 접합부의 성분이 금제 고리의 소지와 유사한 것으로 보아 용융점의 차이보다는 동일 재료를 분말상태로 미량 바른 후 열을 가해 순식간에 금 땜의 용융이 이루어지도록 하는 접합방법을 적용한 것으로 추정하였다.
- 금제 고리의 사선방향 연결부에서 미세한 땜의 모습이 관찰되어 접합방법으로 금 땜의 가능성을 확인하였다. 분석결과, 접합부의 성분이 금제 고리의 소지와 유사한 것으로 보아 용융점의 차이보다는 동일 재료를 분말상태로 미량 바른 후 열을 가해 순식간에 금 땜의 용융이 이루어지도록 하는 접합방법을 적용한 것으로 추정하였다.
- 따라서 입체감이 풍부한 유물의 정밀한 관찰에 있어, 이와 같은 문제점을 보완하여 높은 분해능과 심도 깊은 영상을 획득하고 간단한 영상분석을 하기위해 주사전자현미경(TESEM, VEGAⅡ LMH, TESCAN, Czech)을 이용하였다. 또한 여기에 장착된 에너지 분산형 성분분석기(EDS XFlash detector, Bruker AXS, Germany)를 이용하여 미지의 물질에 대한 정성분석을 실시하였다. 분석대상 유물은 모두 전도체로 전자현미경 관찰시 전도도를 높이기 위한 별도의 코팅은 하지 않았다.
대상 데이터
- 부여 능산리사지 출토 금제유물은 모두 소형의 금공품들이다. 이 연구를 위해 금제유물 중 누금세공기법을 보이는 4점을 분석대상으로 선정하였다(Table 1, Figure 1). 이는 백제 사비시대의 희소한 누금세공 유물로, 특히 원추형 누금장식(NS-G1)과 누금구슬 2점(NS-G2, NS-G3)은 사지 내 금속공예품을 생산했던 것으로 추정되는 공방터 주변 조사 시 발견된 것들이다9,10.
데이터처리
- 조성 분석에 앞서 분석 결과의 신뢰성을 확보하기 위해 신뢰도를 검증받은 금 표준시료로 생성한 보정 프로그램을 설정하고 이와 동일한 측정조건에서 분석하였다. 분석결과는 표준시료로 생성한 데이터로 보정한 100% 환산치이며, 표면분석에 의한 분석오차를 감안하여 해석하였다.
성능/효과
- 원소별로 살펴보면 금(Au)이 86.01~99.24%의 범위를 보이며 평균 94.44%를 나타냈고, 은(Ag)은 0.05~0.15%의 범위로 평균 0.11%를 구리(Cu)는 0.54~13.20%의 범위를 나타내며 평균 5.05%, 철(Fe)은 0.06~1.39%로 평균 0.41%를 보였다. 여기서 은(Ag)과 철(Fe)은 대부분이 1% 이하의 함량을 나타내는 것으로, 원료의 불순물 또는 표면분석이란 점을 고려했을 때 매장과정에서 영향을 받은 표면 이물질로 판단된다.
- 여기서 은(Ag)과 철(Fe)은 대부분이 1% 이하의 함량을 나타내는 것으로, 원료의 불순물 또는 표면분석이란 점을 고려했을 때 매장과정에서 영향을 받은 표면 이물질로 판단된다. 검출 원소를 바탕으로 금제 원추형누금장식의 전체 순도를 확인한 결과 평균 22.7K로 높은 순도를 나타냈다.
- 분석 위치별로 살펴보면 원추형 금판, 상단 새김무늬 금세선 띠장식, 원추형 금판에서 표면을 구획한 금판장식에서는 모두 평균 23.5K 이상의 순금에 가까운 조성을 보였다. 반면에 상단 금세선 띠장식 직하를 둘러싼 금입자와 금판장식 주변을 둘러싼 금입자에서는 구리(Cu)의 함량이 증가하며 상대적으로 낮은 순도를 보였다.
- 이를 바탕으로 누금구슬 2점의 전체 순도를 확인한 결과, NS-G2가 23.7K, NS-G3이 23.5K를 보였다. 이는 은(Ag)과 철(Fe)의 평균 함량이 1% 미만이고 구리가 2% 미만으로, 원료의 불순물이나 표면 이물질로 판단되는 시점에서 금 순도 분석 결과에 큰 영향을 미치지 않는 점을 감안하면 거의 순금에 가까운 조성을 나타낸다.
- 분석 위치별로 살펴보면 NS-G2의 금세선 테두리 장식 및 금입자의 평균 순도가 23.6K로 모두 일정하게 높은 순도를 보여 위치별 차이가 나지 않았다. NS-G3에서도 금세선 테두리 장식 및 금입자의 평균 순도가 23.
- 6K로 모두 일정하게 높은 순도를 보여 위치별 차이가 나지 않았다. NS-G3에서도 금세선 테두리 장식 및 금입자의 평균 순도가 23.5K로 높은 순도를 보이며 위치별 차이를 보이지 않아 누금구슬 2점 모두 순금의 특성을 보이는 것을 알 수 있었다.
- 이를 바탕으로 미량의 구리(Cu)와 철(Fe)을 제외한 금(Au)과 은(Ag)의 성분비를 100%로 환산하여 합금비를 검토하였다. 이 결과, 누금장식은 모든 측정지점에서 금과 은의 합금비가 97:3으로 일정한 양상을 보였다. 이 같은 조성은 앞에서 언급한 금제 원추형누금장식(NS-G1) 및 누금구슬(NS-G2, G3)과 차이를 보이는 조성으로 금의 성질과 색상에 영향을 미칠 것으로 판단된다.
- 이 같은 조성은 앞에서 언급한 금제 원추형누금장식(NS-G1) 및 누금구슬(NS-G2, G3)과 차이를 보이는 조성으로 금의 성질과 색상에 영향을 미칠 것으로 판단된다. 또한 검출원소를 바탕으로 유물의 순도를 확인한 결과 23.1K로 비교적 높은 수치를 나타냈다.
- 실체현미경 관찰을 바탕으로, 주사전자현미경 조사를 통해 보다 높은 배율과 심도 깊은 입체영상을 획득하여 미세형태와 가공흔적을 확인하고 영상분석 및 미세조직의 성분분석을 실시하였다. 금제 원추형누금장식의 주사전자 현미경 사진을 영상분석한 결과, 원추형 금판 상부 금선 띠 장식의 너비가 1.3㎜를, 중앙에 유엽형으로 구획한 금판은 0.2㎜의 두께를 나타냈다.
- 이 접합부를 높은 배율로 관찰하면 접착단면에서 응고상 조직이 관찰된다(Figure 3B). 특히 원추형 금판과 상단 띠장식 및 금입자들의 접합면에서 땜의 잔재가 확인되었고 금입자가 탈락된 흔적도 볼 수 있어 접합방법으로 금 땜법의 사용 가능성을 확인하였다(Figure 3C, 3D).
- 정밀 현미경 관찰 결과, 금제 원추형누금장식(NS-G1)은 금판으로 금속의 표면을 구획하고 적색 및 흑색 물질을 감장한 것을 알 수 있었다. 따라서 감장해 넣은 적색 및 흑색의 물질이 무엇인지 확인하기 위해 현미경 관찰과 EDS 성분분석을 하였다(Figure 4).
- 주사전자현미경을 통한 영상분석 결과, NS-G2는 중앙의 상하를 관통하는 구멍의 지름이 측면의 구멍에 비해 1.5배 큰 직경을 나타냈으며 구멍의 크기에 상관없이 테두리 금세선의 두께는 0.3㎜로 측정되었다. 금입자는 구형에 고른 표면 상태로 제작되었으나 금속판에 접합하는 등 제작공정에서 형태가 일부 일그러지고 표면이 불균일해진 것으로 판단된다.
- 이 결과, 금입자의 접합면에서 접합단면의 경계면이 뚜렷이 관찰되었다. 또한 접합부의 성분분석에서는 금입자 사이에 충전된 토양성분으로 추정되는 알루미륨(Al)이 1.
- 21% 검출될 뿐 순금에 가까운 금입자와 성분적 차이를 보이지 않았다. 이를 통해 누금구슬의 접합방법을 확인하지 못했지만 금입자의 접합강도가 금제 원추형누금장식에 비해 약한 것을 알 수 있었다.
- 누금장식는(NS-G4)는 전체적으로 금제 원추형누금장식(NS-G1)과 누금구슬(NS-G2, G3)에 비해 밝은 색감을 나타냈다. 실체현미경 관찰 결과, 작은 금제 고리는 제작 시 원형의 금세선을 만든 후 양단을 사선방향으로 절단하여 연결부위의 결합력을 증가시킨 것을 알 수 있었다(Figure 7A).
- 주사전자현미경으로 관찰하고 영상분석을 실시한 결과, 금제 고리와 금입자 모두 표면 질감이 매끈한 상태로, 금제 고리는 크기가 일정하며 0.7㎜의 두께를 나타냈다. 연접되는 고리 사이에 접합된 금입자는 거의 완벽한 구체를 이루며 직경이 0.
- 따라서 금 땜 형상이 관찰되는 접합부의 성분을 금제 고리의 소지와 함께 SEM-EDS로 비교 분석하여 누금장식의 접합방법을 살펴보았다. 이 결과, 금제 고리의 소지 2 지점에서는 금(Au)이 약 97%, 은(Ag)이 약 3%로 동일한 검출 함량을 보였다. 접합부에서는 접합부 사이에 충진된 토양 성분에 의해 알루미륨(Al)이 미량 검출되었으며 금(Au)이 약 96%, 은(Ag)이 약 4%로 금제 고리의 소지와 거의 유사한 성분비를 가지는 것을 확인하였다.
- 이 결과, 금제 고리의 소지 2 지점에서는 금(Au)이 약 97%, 은(Ag)이 약 3%로 동일한 검출 함량을 보였다. 접합부에서는 접합부 사이에 충진된 토양 성분에 의해 알루미륨(Al)이 미량 검출되었으며 금(Au)이 약 96%, 은(Ag)이 약 4%로 금제 고리의 소지와 거의 유사한 성분비를 가지는 것을 확인하였다.
- 1. 금제 원추형누금장식은 전체 순도가 22.7K로 비교적 높은 순도를 나타냈다. 이는 얇은 금판을 말아 원추형으로 만들고, 상단에는 너비 1.
- 2. 누금구슬은 2점 모두 순금에 가까운 조성을 나타냈다. 미세 금입자는 직경 0.
- 4㎜의 크기를 보이며 표면에 최소단면이 접합된 상태이다. 이를 확대 영상으로 살펴본 결과, 금입자의 접합면에서 접합단면의 경계면이 뚜렷이 관찰되어 상대적으로 접합강도가 약한 것을 알 수 있다. 이는 누금구슬 표면에 고착된 누금입자들이 부분적으로 탈락된 상태를 보이는 것을 통해 재차 확인할 수 있다.
- 3. 누금장식는 금과 은이 97:3의 비율로 합금된 상태이나 전체 순도가 23.1로 아주 높은 수치를 나타냈다. 금제 고리는 0.
- 따라서 이를 바탕으로 금판 및 고착된 금입자와 함께 땜의 미세 흔적을 성분 분석하였다(Figure 3C). 이 결과, 금판 및 고착된 금입자에서는 100%의 순금을 나타내는 반면 땜의 미세 흔적을 보이는 부분에서는 금(Au) 98.17%, 구리(Cu) 1.83%로 성분의 차이를 보였다.
- 여기서 구리 함량이 융점을 낮출 정도로 높게 검출되진 않았지만 EDS의 분석 오차를 고려하고, EDS보다 검출능력이 높은 XRF 분석에서 특히 금입자 부분에 구리 함량이 전반적으로 높게 검출되어 약 2캐럿 정도의 품위를 낮추고 있는 것을 감안할 때, 동을 합금한 금 땜의 사용 가능성을 제시할 수도 있을 것이라 판단된다.
후속연구
- 또한 정밀 현미경 조사를 실시하여 미세 형태와 가공흔적 및 육안으로 알 수 없는 물질을 검토하였다. 이와 같은 자료는 백제의 금속 세공기술 수준을 이해하고, 교류사 측면에서 신라와의 비교연구를 위한 기초 자료로 활용될 것이다.
- 이와 같은 결과는 백제시기의 금속 세공기술을 과학적으로 설명하는 기초자료로 활용될 것으로 기대한다.
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