청동기시대 청동잔무늬거울은 당대 최고의 합금, 주조기술과 최고 경지의 수공예 세공기술, 조형 수준을 보여주는 것으로, 이번에 시도된 국보 제141호와 제143호 청동잔무늬거울의 복원 제작기술에는 밀랍주조법과 주물사주조법을 사용하였다. 또한 복원된 청동잔무늬거울을 대상으로 주성분분석, 미세조직, X-ray 촬영, SEM-EDS 분석을 실시하였다. 주물사주조법으로 주조한 청동거울은 내부의 공석상은 거의 존재하지 않는 ${\alpha}$ 수지상조직만이 관찰되며, 밀랍주조법의 경우는 ${\alpha}$ 수지상 사이로 공석상이 존재함을 확인할 수 있다. 복원 청동거울 분석을 통한 밀랍주조법과 주물사주조법을 상호 비교해 보면 대체로 주물사주조법이 밀랍주조법에 비하여 주조성이 좋고 냉각속도가 늦어 더 선명하고 균일한 청동거울을 얻을 수 있는 것으로 보인다. 이상과 같이 밀랍주조법과 주물사주조법으로 주조한 청동거울은 서로 큰 차이가 있음을 복원한 청동거울들과 미세조직 분석을 통하여 확인할 수 있었다. 앞으로도 이러한 연구가 계속적으로 진행되어 고대 청동거울들의 제작기법을 다양한 방법으로 규명할 수 있는 기회가 되었으면 한다.
청동기시대 청동잔무늬거울은 당대 최고의 합금, 주조기술과 최고 경지의 수공예 세공기술, 조형 수준을 보여주는 것으로, 이번에 시도된 국보 제141호와 제143호 청동잔무늬거울의 복원 제작기술에는 밀랍주조법과 주물사주조법을 사용하였다. 또한 복원된 청동잔무늬거울을 대상으로 주성분분석, 미세조직, X-ray 촬영, SEM-EDS 분석을 실시하였다. 주물사주조법으로 주조한 청동거울은 내부의 공석상은 거의 존재하지 않는 ${\alpha}$ 수지상조직만이 관찰되며, 밀랍주조법의 경우는 ${\alpha}$ 수지상 사이로 공석상이 존재함을 확인할 수 있다. 복원 청동거울 분석을 통한 밀랍주조법과 주물사주조법을 상호 비교해 보면 대체로 주물사주조법이 밀랍주조법에 비하여 주조성이 좋고 냉각속도가 늦어 더 선명하고 균일한 청동거울을 얻을 수 있는 것으로 보인다. 이상과 같이 밀랍주조법과 주물사주조법으로 주조한 청동거울은 서로 큰 차이가 있음을 복원한 청동거울들과 미세조직 분석을 통하여 확인할 수 있었다. 앞으로도 이러한 연구가 계속적으로 진행되어 고대 청동거울들의 제작기법을 다양한 방법으로 규명할 수 있는 기회가 되었으면 한다.
Bronze Mirror with fine linear designs in the bronze age shows the greatest alloy and casting skills of the day and presents the highest level of handcrafting and molding techniques. Lately, Lost-wax casting and sand-mould casting were used for the restoration of the national treasures of No. 141 an...
Bronze Mirror with fine linear designs in the bronze age shows the greatest alloy and casting skills of the day and presents the highest level of handcrafting and molding techniques. Lately, Lost-wax casting and sand-mould casting were used for the restoration of the national treasures of No. 141 and No. 143 Bronze Mirror with fine linear designs. Also the Principle Component Analysis, Microstructure Analysis, X-ray and SEM-EDS analysis were carried out on the restored Bronze Mirror with fine linear designs. Bronze Mirror that is made of sand-mould casting, hardly has a eutectoid and it is observed as a ${\alpha}$ dendrite. In contrast, Bronze Mirror that is made of lost-wax casting, the eutectoid has found through the ${\alpha}$ dendrite. As we compare lost-wax casting to the sand-mould casting through an analysis of restored Bronze Mirror, mostly, sand-mould casting has better castability and it seems that it brings a clear and equal Bronze Mirror as it has a low cooling rate. In this way, we are able to confirm that there is a big difference between the method by lost-wax casting and by sand-mould casting through an analysis of microstructure and restored Bronze Mirror. If such research will be continued, it will be an opportunity that investigates diverse methods of production techniques.
Bronze Mirror with fine linear designs in the bronze age shows the greatest alloy and casting skills of the day and presents the highest level of handcrafting and molding techniques. Lately, Lost-wax casting and sand-mould casting were used for the restoration of the national treasures of No. 141 and No. 143 Bronze Mirror with fine linear designs. Also the Principle Component Analysis, Microstructure Analysis, X-ray and SEM-EDS analysis were carried out on the restored Bronze Mirror with fine linear designs. Bronze Mirror that is made of sand-mould casting, hardly has a eutectoid and it is observed as a ${\alpha}$ dendrite. In contrast, Bronze Mirror that is made of lost-wax casting, the eutectoid has found through the ${\alpha}$ dendrite. As we compare lost-wax casting to the sand-mould casting through an analysis of restored Bronze Mirror, mostly, sand-mould casting has better castability and it seems that it brings a clear and equal Bronze Mirror as it has a low cooling rate. In this way, we are able to confirm that there is a big difference between the method by lost-wax casting and by sand-mould casting through an analysis of microstructure and restored Bronze Mirror. If such research will be continued, it will be an opportunity that investigates diverse methods of production techniques.
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문제 정의
각 청동거울의 탕구와 배출구에서 채취한 시료들의 미세 조직을 관찰하여 밀납주조법과 주물사주조법에 의해서 주조된 청동거울 미세조직의 차이점을 알아보고자 하였다. 청동잔무늬거울의 미세조직은 청동거울로부터 시료를 일부분 채취한 후 에폭시 수지로 마운팅(mounting)하여 사포의 조밀 순서에 따라 #300, 500, 1000, 1200, 2400, 4000의 순서대로 연마한 후 물로 세척하였다.
본 연구에서는 밀랍주조법과 주물사주조법을 이용하여 논산 출토 잔무늬거울(국보 제141호)과 화순 대곡리 출토 잔무늬거울(국보 제143호)을 복원 · 제작하고 주조법에 따라 달리 나타나는 잔무늬거울의 특성을 과학적 분석을 통해 비교해보고자 하였다.
제안 방법
)를 이용하여 알아보았다. ICP-AES를 이용한 주성분 분석은 시료를 액상으로 만들어 분석하여야 하므로 시편을 왕수(HCl+HNO3)에 3:1로 혼합한 용액에 녹여서 분석에 이용하였다.
논산 출토 잔무늬거울(숭실대학교 소장, 국보 제141호)과 화순 대곡리 출토 잔무늬거울(국보 제143호) 모델로 하여 밀랍주조법과 주물사주조법을 통해 각 청동잔무늬거울을 복원한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
논산 출토 잔무늬거울(숭실대학교 소장, 국보 제141호)과 화순 대곡리에서 출토된 잔무늬거울 모델로 하여 밀랍주조법과 주물사주조법으로 각각 청동잔무늬거울을 제작하였다. 분석은 논산 출토 잔무늬거울 모델로 하여 밀납주조법으로 주조한 3점과 주물사주조법으로 주조한 1점, 화순 대곡리 출토 잔무늬거울을 모델로 하여 밀랍주조법으로 복원된 청동거울 2점 등 총 6점으로, 탕구와 탕구 반대쪽 청동거울 테두리에서 각각 시료를 채취하였으며 분석 시료와 분석방법을 Table 1에 정리하였다.
또한 복원한 청동거울의 조직내부에 존재하는 결함 등 재질 상태를 알아보고자 X-ray 촬영(Soft X-ray radiography, Softex, Japan)을 실시하였으며, X-ray 촬영 조건은 시료 1～4번은 150kV, 3mA, 180sec이며, 시료 5와 6은 150kV, 3mA, 12min이다.
또한 주조 전의 주성분과 주조 후의 주성분 변화를 살펴보기 위하여, 약간의 차이는 있으나 청동활자의 주성분 값인 Cu 80%, Sn 14% Pb 6%와 청동종의 주성분 값인 Cu 86%, Sn 11%, Pb 3%로 합금하여 청동거울을 복원하여 비교해 보았다.
조직 내부에는 크고 작은 편석물들이 산재해 있는 것을 볼 수 있다. 미세조직을 세부적으로 관찰하고 개재물의 성분을 알아보고자 EDS 분석을 실시하였다. spectrum 5-1은 Pb이 88.
밀랍주조법은 청동잔무늬거울, 청동 방울, 백제 대향로와 같이 섬세하고 화려한 기물(器物)을 주조하는데 많이 사용되었다. 이번 연구에서는 현재까지 알려진 밀랍으로 아비거울을 만든 후 밀랍에 직접 문양을 새기는 방법과는 달리 활석거푸집을 함께 사용하였다3-7. 활석거푸집에 선각으로 문양을 새긴 다음 녹인 밀랍을 부어 굳힌 다음 떼어내는 방법을 사용한 것으로 활석거푸집이 밀랍아비 거울을 만드는 데 필요한 거푸집의 역할을 하도록 한 것이다.
이번의 복원실험연구에서는 맑은 날에 거푸집 각도를 85° 정도로 고정 한 뒤 자연주입법으로 청동쇳물을 주입하였다.
주성분(Cu, Sn, Pb)의 함량은 유도결합플라즈마원자방출분광기(Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometer: ICP-AES , Optima 4300DU, VG Elemetal Ltd.)를 이용하여 알아보았다. ICP-AES를 이용한 주성분 분석은 시료를 액상으로 만들어 분석하여야 하므로 시편을 왕수(HCl+HNO3)에 3:1로 혼합한 용액에 녹여서 분석에 이용하였다.
주성분분석, 미세조직, X-ray 촬영, SEM-EDS 분석을 통하여 밀랍주조법과 주물사주조법으로 주조한 청동거울을 비교 · 분석하고 분석 결과를 토대로 하여 논산 출토 잔무늬거울과 화순 대곡리 출토 잔무늬거울의 제작방법을 유추해보았다.
각 청동거울의 탕구와 배출구에서 채취한 시료들의 미세 조직을 관찰하여 밀납주조법과 주물사주조법에 의해서 주조된 청동거울 미세조직의 차이점을 알아보고자 하였다. 청동잔무늬거울의 미세조직은 청동거울로부터 시료를 일부분 채취한 후 에폭시 수지로 마운팅(mounting)하여 사포의 조밀 순서에 따라 #300, 500, 1000, 1200, 2400, 4000의 순서대로 연마한 후 물로 세척하였다. 그리고 끝마무리 연마는 연마포(MD-MOL, MD-NAP, Struers)에 연마제(DP-spray, 3㎛, 1㎛, Struers)를 뿌리면서 시료에 스크래치가 없을 때까지 연마하였다.
대상 데이터
복원은 같은 초기 철기시대의 것으로 청동거울이며 성분조성이 정확하게 분석되어 발표된 논산 원북리 출토 청동잔무늬거울과 논산 출토 청동잔무늬거울(국보 141호, 숭실대 소장)의 성분 조성을 기준으로 하여 각기 청동잔무늬거울을 주조하였다8-9. 논산 원북리에서 출토된 청동거울은 Cu 71.4%, Sn 22.6%, Pb 5.9% 그 외 Zn, Fe, Ni, Sb, Ag 등이 미량으로 검출되었으나, 복원 시 사용한 청동 조성은 미량성분을 제외한 Cu 71%, Sn 23%, Pb 6%를 기준으로 주조하였다. 또한 국보 141호 청동잔무늬거울은 주연부 단면(소지)의 경우 평균 Cu 61.
연마가 끝난 청동시편은 부식액(FeCl3+ HCl+Ethyl Alcohol)을 이용하여 시편을 부식하였다. 부식된 시편은 금속현미경(Metallurgical Microscope, Leica)을 사용하였다. 금속조직에서 관찰되는 개재물의 성분은 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope: SEM, JSM-5910LV, Jeol)-에너지분산형분광계(Energy Dispersive Spectrometer: EDS, INCAx-sight, Oxford)를 이용하였다.
논산 출토 잔무늬거울(숭실대학교 소장, 국보 제141호)과 화순 대곡리에서 출토된 잔무늬거울 모델로 하여 밀랍주조법과 주물사주조법으로 각각 청동잔무늬거울을 제작하였다. 분석은 논산 출토 잔무늬거울 모델로 하여 밀납주조법으로 주조한 3점과 주물사주조법으로 주조한 1점, 화순 대곡리 출토 잔무늬거울을 모델로 하여 밀랍주조법으로 복원된 청동거울 2점 등 총 6점으로, 탕구와 탕구 반대쪽 청동거울 테두리에서 각각 시료를 채취하였으며 분석 시료와 분석방법을 Table 1에 정리하였다.
그리고 끝마무리 연마는 연마포(MD-MOL, MD-NAP, Struers)에 연마제(DP-spray, 3㎛, 1㎛, Struers)를 뿌리면서 시료에 스크래치가 없을 때까지 연마하였다. 연마가 끝난 청동시편은 부식액(FeCl3+ HCl+Ethyl Alcohol)을 이용하여 시편을 부식하였다. 부식된 시편은 금속현미경(Metallurgical Microscope, Leica)을 사용하였다.
이론/모형
부식된 시편은 금속현미경(Metallurgical Microscope, Leica)을 사용하였다. 금속조직에서 관찰되는 개재물의 성분은 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope: SEM, JSM-5910LV, Jeol)-에너지분산형분광계(Energy Dispersive Spectrometer: EDS, INCAx-sight, Oxford)를 이용하였다.
주물사 주조법의 경우도 아비거울인 모형에 문양을 직접 새기는 경우와 석판에서 밀납을 사용하여 떠내는 경우가 다른데, 주조 후의 복원 된 청동거울의 문양은 직접 새긴 아비거울의 경우는 음각이 되며, 밀납으로 석판에서 떠낸 아비거울은 양각이 된다. 이번 연구에서는 밀랍으로 만든 모형을 사용하였다. 모형을 만드는데 사용된 것은 활석거푸집이다.
성능/효과
1. 복원 실험 결과 중 논산 출토 잔무늬거울(숭실대학교 소장, 국보 제141호)에 대한 제작 방법을 고찰하여 볼 때, 논산 출토 잔무늬거울에서 나타는 주조결함과 비슷한 사례를 밀랍주조법으로 복원한 청동거울에서도 찾아볼 수 있었다. 그리고 남아있는 사질의 모래는 밀랍주조법에 의한 배합토일 가능성이 높은 것으로 보인다.
2. 복원한 청동거울의 내부와 미세조직 관찰을 통해 밀랍주조법으로 주조한 청동거울들은 두께가 일정하지 않고 내부에 주물공이 확인되었으며, 탕구의 냉각속도가 테두리 보다 늦어 수지상 조직이 조대하게 성장한 것을 알 수 있었다. 반면 주물사주조법으로 주조할 경우 밀랍주조법에 비해 외형도 깔끔하며 두께, 문양 등이 우수하게 주조됨을 확인할 수 있었다.
3. 복원 청동잔무늬거울 주조 전 · 후의 합금 성분조성을 보면, 구리 80%대에서는 구리 조성비가 증가되는 반면, 구리 70%대에서는 오히려 감소하는 것이 관찰되었다.
미세조직을 관찰한 결과 흰색 부분들은 δ상이며, 내부에 흰색과 검은색이 혼합되어져 있는 부분은 (α+δ) 공석상인 주조 조직임을 알 수 있다. EDS 분석 결과 중 spectrum 6-1은 Pb의 성분이 74.91 wt%로 검출된 것으로 보아 Pb 편석물임을 알 수 있으며, 조직 내부에 산재해 있음을 관찰할 수 있다. Pb의 첨가는 주조 시 유동성을 좋게하는 성질을 지니고 있으므로 청동거울의 미세 문양을 제작하는데 도움이 될 것으로 본다.
아비거울 활석거푸집을 사용한 이유는 첫째, 우리나라에서 발견된 전(傳) 맹산 출토 거울거푸집, 영암 출토(숭실대학교 소장, 국보 제231호) 거울거푸집 2점이 모두 합범(合范)이 아닌 단범(單范)이라는 점이다. 두 번째, 청동잔무늬거울의 거울면을 보면, 평면형도 있지만 대개 오목형으로 관찰되는데, 이러한 오목형이 될 수 있는 조건은 2가지로 녹인 밀랍을 석판 등에 부으면 표면장력에 의해 아비거울의 거울면이 오목하게 들어가 오목형을 띄게 되는 것과 주조 후 거울면을 갈 때 인위적으로 가운데 부분을 더 갈아 오목형으로 만드는 방법을 들 수 있다. 이 중 전자의 경우는 석판에서 떼어낸 것으로 규정지을 수 있을 것이다.
만약 선각된 문양의 진흙거푸집이 발견 된다면 그것은 완성된 주조품의 거푸집이 아니라 실패하여 쇳물 주입시 파괴된 거푸집의 잔여물로 보아야 할 것이다. 또한 복원된 청동거울의 성분조성에서 주석의 함량이 많을수록 주조 후 거푸집을 파괴하는 과정에서 주물인 청동거울이 쉽게 깨지는 현상을 발견할 수 있었으며, 특히 논산 출토 국보 141호 청동잔무늬거울(숭실대 소장)과 같은 성분조성인 주석 32% 정도인 경우 그러한 현상이 자주 관찰 되었다. 이러한 단점을 보완하기 위하여 거푸집을 통째로 물에 넣어 급랭을 시킨 뒤 주물을 꺼내면 깨지는 현상이 현저히 개선됨을 관찰할 수 있었다.
미세조직을 관찰한 결과 흰색 부분들은 δ상이며, 내부에 흰색과 검은색이 혼합되어져 있는 부분은 (α+δ) 공석상인 주조 조직임을 알 수 있다.
복원한 청동거울의 내부와 미세조직 관찰을 통해 밀랍주조법으로 주조한 청동거울들은 두께가 일정하지 않고 내부에 주물공이 확인되었으며, 탕구의 냉각속도가 테두리 보다 늦어 수지상 조직이 조대하게 성장한 것을 알 수 있었다. 반면 주물사주조법으로 주조할 경우 밀랍주조법에 비해 외형도 깔끔하며 두께, 문양 등이 우수하게 주조됨을 확인할 수 있었다.
아비거울 활석거푸집을 사용한 이유는 첫째, 우리나라에서 발견된 전(傳) 맹산 출토 거울거푸집, 영암 출토(숭실대학교 소장, 국보 제231호) 거울거푸집 2점이 모두 합범(合范)이 아닌 단범(單范)이라는 점이다. 두 번째, 청동잔무늬거울의 거울면을 보면, 평면형도 있지만 대개 오목형으로 관찰되는데, 이러한 오목형이 될 수 있는 조건은 2가지로 녹인 밀랍을 석판 등에 부으면 표면장력에 의해 아비거울의 거울면이 오목하게 들어가 오목형을 띄게 되는 것과 주조 후 거울면을 갈 때 인위적으로 가운데 부분을 더 갈아 오목형으로 만드는 방법을 들 수 있다.
또한 복원된 청동거울의 성분조성에서 주석의 함량이 많을수록 주조 후 거푸집을 파괴하는 과정에서 주물인 청동거울이 쉽게 깨지는 현상을 발견할 수 있었으며, 특히 논산 출토 국보 141호 청동잔무늬거울(숭실대 소장)과 같은 성분조성인 주석 32% 정도인 경우 그러한 현상이 자주 관찰 되었다. 이러한 단점을 보완하기 위하여 거푸집을 통째로 물에 넣어 급랭을 시킨 뒤 주물을 꺼내면 깨지는 현상이 현저히 개선됨을 관찰할 수 있었다. 향후 청동 거울 복원 시 주석의 함량에 따른 주물의 강도를 높이기 위한 조치가 반드시 이루어져야 할 것으로 보인다.
이상과 같이 밀납주조법과 주물사주조법으로 주조한 청동거울은 서로 차이가 있음을 복원한 청동거울들을 통하여 확인할 수 있었다. 앞으로도 이러한 연구가 계속적으로 진행되어 고대 청동거울의 제작기법을 다양한 방법으로 규명할 수 있는 기회가 되었으면 한다.
청동거울 내부는 균일하게 응고되지 못하여 많은 hole들이 관찰되며 두께 또한 균일하지 못함을 볼 수 있다. 청동거울 1과 2에 비해 청동거울 3은 문양을 정확히 알기는 어려우나 외형은 가장 우수하게 복원되었고 고르게 주조되었음을 알 수 있다. 청동거울 4는 외형 및 문양이 가장 우수하게 주조되었으며 주물 결함이 관찰되지 않는 균일한 상태이다.
청동잔무늬거울 주조 전 후의 합금 성분조성을 보면, 구리 80%대에서는 조성비가 증가되는 반면, 구리 70%대에서는 오히려 감소하는 것이 관찰되었다. 일반적으로 구리의 성분비가 증가20-21하는 것임에도 불구하고 구리가 감소되는 현상은 주조 시 합금이 고르게 섞이지 않았을 경우와 성분분석 시 시료의 조건 다시 말해 납편석 또는 주석이 많은 부분을 선택했을 경우에 나타날 수 있을 것으로 생각된다.
탕구와 배출구 모두 수지상(dendrite) 조직이 발달하였고, 주석 함량이 다른 복원 동경들에 비해 적어 공석상은 관찰되지 않으며 수지상 모양의 α상들은 결정편석 현상이 관찰된다.
후속연구
91 wt%로 검출된 것으로 보아 Pb 편석물임을 알 수 있으며, 조직 내부에 산재해 있음을 관찰할 수 있다. Pb의 첨가는 주조 시 유동성을 좋게하는 성질을 지니고 있으므로 청동거울의 미세 문양을 제작하는데 도움이 될 것으로 본다. spectrum 6-2는 δ상이며, spectrum 6-3은(α+δ) 공석상임을 알 수 있다.
이상과 같이 밀납주조법과 주물사주조법으로 주조한 청동거울은 서로 차이가 있음을 복원한 청동거울들을 통하여 확인할 수 있었다. 앞으로도 이러한 연구가 계속적으로 진행되어 고대 청동거울의 제작기법을 다양한 방법으로 규명할 수 있는 기회가 되었으면 한다.
이러한 단점을 보완하기 위하여 거푸집을 통째로 물에 넣어 급랭을 시킨 뒤 주물을 꺼내면 깨지는 현상이 현저히 개선됨을 관찰할 수 있었다. 향후 청동 거울 복원 시 주석의 함량에 따른 주물의 강도를 높이기 위한 조치가 반드시 이루어져야 할 것으로 보인다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
복원된 청동잔무늬거울을 대상으로 어떠한 분석을 실시하였는가?
청동기시대 청동잔무늬거울은 당대 최고의 합금, 주조기술과 최고 경지의 수공예 세공기술, 조형 수준을 보여주는 것으로, 이번에 시도된 국보 제141호와 제143호 청동잔무늬거울의 복원 제작기술에는 밀랍주조법과 주물사주조법을 사용하였다. 또한 복원된 청동잔무늬거울을 대상으로 주성분분석, 미세조직, X-ray 촬영, SEM-EDS 분석을 실시하였다. 주물사주조법으로 주조한 청동거울은 내부의 공석상은 거의 존재하지 않는 ${\alpha}$ 수지상조직만이 관찰되며, 밀랍주조법의 경우는 ${\alpha}$ 수지상 사이로 공석상이 존재함을 확인할 수 있다.
국보 제141호와 제143호 청동잔무늬거울의 복원 제작기술에 어떠한 방법을 사용하였는가?
청동기시대 청동잔무늬거울은 당대 최고의 합금, 주조기술과 최고 경지의 수공예 세공기술, 조형 수준을 보여주는 것으로, 이번에 시도된 국보 제141호와 제143호 청동잔무늬거울의 복원 제작기술에는 밀랍주조법과 주물사주조법을 사용하였다. 또한 복원된 청동잔무늬거울을 대상으로 주성분분석, 미세조직, X-ray 촬영, SEM-EDS 분석을 실시하였다.
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