[논문]익산 미륵사지 석탑 사리공 내 출토 고대 유리 유물의 성분특성 분석

한민수

doi:10.12654/jcs.2017.33.3.06

익산 미륵사지 석탑 사리공 내 출토 고대 유리 유물의 성분특성 분석
Characteristic Analysis of Chemical Compositions for Ancient Glasses Excavated from the Sarira Hole of Mireuksaji Stone Pagoda, Iksan 원문보기

보존과학회지 = Journal of conservation science, v.33 no.3, 2017년, pp.215 - 223

초록
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익산 미륵사지 석탑의 사리공 내에서 출토된 유리 유물 30점을 분석하여 이들의 성분특성과 상관성, 발색원소 등을 알아보고자 하였으며, 이를 왕궁리 출토 유리의 연구결과와 비교하여 상관관계를 검토하였다. 성분분석 결과, 유리구슬 24점은 $SiO_2$와 $Na_2O$ 성분을 다량 함유한 소다유리군에 속하며, 세부적으로 소다-알루미나유리계 ($Na_2O-Al_2O_3-CaO-Si_2O$)였다. 안정제로서 $Al_2O_3$, CaO, MgO가 첨가된 것으로 보이며, 이를 통해 LCHA(Low CaO, High $Al_2O_3$)형으로 분류할 수 있다. 착색물질은 Ti, Mn, Fe, Cu, Pb 등 성분이 발색에 영향을 준 것으로 판단된다. 나머지 6점은 모두 녹색계열의 유리판 또는 미상의 파편으로 PbO의 함량이 약 70wt.%, $SiO_2$의 함량이 약 30wt.%인 전형적인 $PbO-SiO_2$계의 납유리였다. 이들 유물을 동일 유적권인 왕궁리 출토 유리구슬의 성분과 비교한 결과, 일부 소다유리인 점은 유사하나 $Na_2O$의 함량이 상대적으로 미륵사지 유리 구슬이 매우 높고, 대부분 $K_2O$와 CaO의 함량이 낮다는 점이 다르다. 납유리의 경우도 PbO와 $SiO_2$ 함량이 약간 차이가 있다. 이는 두 유적지에서 제작된 유리 유물이 서로 다른 재료 또는 기술을 이용하였을 가능성도 있는 것으로 보인다.

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study is to reveal the characteristics, correlations, and colorant materials of those using the chemical compositions of 30 glasses excavated from the Sarari hall of the Mireuksaji stone pagoda, and to determine the correlations between them and other glass excavated from the Wanggungri site. The results of the chemical analysis of the 11 glass beads show that they are a soda glass group with high contents of $SiO_2$ and $Na_2O$; these can be further subdivided into soda-alumina groups ($Na_2O-Al_2O_3-CaO-Si_2O$). The characteristics of the stabilizer are classified as being of the high alumina glass group (LCHA), except for two glasses. It was concluded that colorant materials affected the coloring for glass beads by various components including Ti, Mn, Fe, Cu and Pb. In addition, we examined six lead glasses which are glass plate and unknown fragments that are of a common lead glass system ($PbO-SiO_2$) with respect to the average contents of PbO (70wt.%) and $SiO_2$ (30wt.%). As a result of comparing these relics with those of the glass beads excavated by Wanggungri, there is a similarity in that they belong to the soda glass group. However, the contents of $Na_2O$ are relatively higher than that of the glass beads in the Mireuksaji pagoda, and most of relics include glasses with a low content of $K_2O$ and CaO. In addition, the PbO and $SiO_2$ contents are slightly different in the lead glass. It seems that the glass relics made at two different sites may have used different raw materials or techniques.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 2009년 익산 미륵사지 석탑(국보 제11호)의해체조사를 진행하던 중 심주석 상면중앙 사리공이 발견되고, 내부에서 금제사리호와 금제사리봉안기 등이 노출되어 긴급 수습된 유물 중에서 유리 유물을 대상으로 과학적 분석을 실시하여 유리의 성분학적 특성을 밝히고, 동일 문화권이었던 익산 왕궁리 유적지 출토 유리구슬의 연구결과와 비교하여 상호 연관성을 밝히고자 하였다.

제안 방법

분석조건은 가속전압 20 kV, spot size 60 이었다. 먼저 유리의 성분확인을 위하여 풍화가 진행되지 않았다고 판단되는 단면 중심부의 균일한 부분에 대하여 반정량분석을 수행하고, 이후 풍화양상을 관찰하기 위하여 표면 및 균열주변의 풍화층에 대하여 지점별 위치 분석을 수행하였다. 반정량분석은 시료와 함께 고착한 99.
이어 연마포와 연마제(3 μm, 1 μm)를 이용하여 연마면을 경면과 같이 가공하고, 성분조성 분석을 위해 탄소(C)로 코팅하였다. 미세조직 관찰과 화학조성 분석은 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, JSMIT300, Jeol, Japan)과 주사전자현미경에 부착된 에너지분산형X선분광분석기(Energy Dispersive Spectrometer, X-MAX^N, Oxford, England)를 이용하였다. 분석조건은 가속전압 20 kV, spot size 60 이었다.
먼저 유리의 성분확인을 위하여 풍화가 진행되지 않았다고 판단되는 단면 중심부의 균일한 부분에 대하여 반정량분석을 수행하고, 이후 풍화양상을 관찰하기 위하여 표면 및 균열주변의 풍화층에 대하여 지점별 위치 분석을 수행하였다. 반정량분석은 시료와 함께 고착한 99.99%의 Cu 표준시료를 이용하여 시료와 동일배율로 정량보정을 수행한 후 실시하였다. 반정량 분석은 각 시료에 대하여 5곳을 분석한 후 평균과 표준편차를 구하였으며, 검출원소들은 모두 산화물형태로 환산하였다.
본 연구의 분석대상 시편은 에폭시수지에 고착한 후 연마지(80, 120, 500, 800, 1000, 2400, 4000)를 단계적으로 이용하여 매장환경에 노출되지 않은 신선한 단면이 드러나도록 연마하였다. 이어 연마포와 연마제(3 μm, 1 μm)를 이용하여 연마면을 경면과 같이 가공하고, 성분조성 분석을 위해 탄소(C)로 코팅하였다.
이어 연마포와 연마제(3 μm, 1 μm)를 이용하여 연마면을 경면과 같이 가공하고, 성분조성 분석을 위해 탄소(C)로 코팅하였다.
익산 미륵사지 석탑의 해체 조사시 사리공 내에서 출토된 대표적인 유리유물을 과학적인 방법을 이용하여 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.

대상 데이터

%, PbO의 함량이 약 70wt.%로 나타나 금제사리함의 내외부에서 발견된 유리구슬 등 다른 유리 유물과는 다른 PbO-SiO₂계 납유리(lead glass)였다.
본 연구대상은 석탑의 중앙 심주석내에서 발견된 유리 유물로 사리공에 맞추어 정방형으로 제작되어 바닥에 깔려 출토된 유리판의 파손된 조각과 금제사리함의 외호와 내호, 청동합 내부의 합들에서 발견된 각종 유리 제품 8700여 점 중에서 편으로써 보존처리가 불가능한 것들을 대상으로 총 30점을 대상으로 하였으며, 이들 분석시편의 특성은 Table 1과 Figure 1에 나타내었다.

데이터처리

99%의 Cu 표준시료를 이용하여 시료와 동일배율로 정량보정을 수행한 후 실시하였다. 반정량 분석은 각 시료에 대하여 5곳을 분석한 후 평균과 표준편차를 구하였으며, 검출원소들은 모두 산화물형태로 환산하였다.

성능/효과

결론적으로 두 유적지에서 제작된 유리 유물은 서로 다른 재료 또는 제작기술을 이용하여 제작되었을 가능성이 있을 것으로 생각되며, 동일한 출토지에서도 유물의 성분이 조금씩 차이가 있는 것으로 보아 일부 제작 공방에서의 품질관리가 있었거나 사용원료, 사용목적, 복장 위치가 달라짐에 따라 유리의 성분함량이 달라졌을 것으로 추정된다.
두 번째로 미륵사지 출토 유리유물을 동일 유적권인 왕궁리 출토 유리구슬의 성분과 비교한 결과, 일부 소다유리인 점은 유사하나 Na₂O의 함량이 상대적으로 미륵사지 유리구슬에서 약 10wt.%정도 높다는 점이 다르며, 납유리의 경우도 PbO와 SiO₂ 함량이 약간 차이가 있다.
, 2006). 또한 알칼리 유리 8점 중에서도 융제에 의한 구분에서 Na₂O의 함량이 5% 이상인 소다유리가 5점이고, 나머지는 Na₂O보다 K₂O의 함량이 더 높게 나타나지만 포타쉬유리로 구분할 수 없는 조성을 보인 것도 확인되어 표면 성분분석 데이터임을 감안하더라도 미륵사지 출토 유리 유물과는 성분특성이 다르다는 것을 알 수 있다. 물론 바닥석에서 파편으로 발견된 2점은 소다유리로 분류되지만 CaO의 함량이 약 8~9wt.
먼저, 금제사리함의 내호와 외호, 청동합에서 발견된 19점의 유리구슬에 대한 주성분원소를 살펴보면, 일부 풍화 등의 영향을 받은 것으로 판단되는 3점의 구슬을 제외하고는 중간 값의 평균 함량이 SiO₂는 약 66wt.%이며, Na₂O는 금제사리함 외호의 유리구슬에서 약 21wt.
유리구슬의 색상에 영향을 미치는 원소를 추정한 결과, Ti, Mn, Fe, Cu, Pb가 각각 소량 검출된 것으로 보아 이들 중 일부가 착색제로 작용한 것으로 추정되며, 유리구슬의 색상이 청색이나 연청색, 연녹색 계통인 것과 일치하는 것이다. 또한 착색 물질은 전이금속인 Ti, Mn, Fe, Cu 등의 소량성분이 유리를 제조하는 산화 또는 환원분위기에 의해 결정되고, 이것은 전체 양의 10%를 초과하지 않으며, 5% 미만으로 존재하고 계획적이거나 불순물의 형태로 첨가되어진다는 연구보고(Goffer, 1980)와도 일치하는 것이다.
첫 번째로 유리 유물의 주성분을 분석하여 각 유물의 종류별 특성을 조사한 결과, 유리구슬은 SiO₂와 Na₂O 성분을 다량 함유한 소다유리군(soda glass group)에 속하며, 세부적으로 소다-알루미나유리계(Na₂O-Al₂O₃-CaO-Si₂O)였다. 또한 안정제로서 Al₂O₃, CaO, MgO가 첨가된 것으로 보이며, 이를 통해 LCHA형으로 분류할 수 있다.

후속연구

또한 안정제로서 Al₂O₃, CaO, MgO가 첨가된 것으로 보이며, 이를 통해 LCHA형으로 분류할 수 있다. 그러나 사리공 바닥면에서 수습한 미상의 파편 2점 중 1점은 HCLA형이며, 다른 1점은 HCA형으로 분리되어 다른 유리유물과 큰 차이를 보이는데 이러한 결과가 시료 선택의 문제인지, 재료나 기술 또는 외부 유입에 의한 것인지는 보다 많은 시료를 대상으로 한 추가 연구로 해결할 수 있을 것이다. 이밖에도 착색물질인 Ti, Mn, Fe, Cu, Pb가 검출되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	인류최초로 이용한 유리는 무엇이며, 언제부터 사용되었는 가?	특히 세계 여러 지역에 광범위하게 분포되고 있으며, 열을 이용한 금속이나 도자기와 함께 인류 역사와 문화에 큰 변화를 가져온 소재로 알려져 있다(Kim, 2007). 인류최초로 이용한 유리는 천연유리로서 흑요석(黑曜石)이 있으며, 석기시대부터 사용되어 왔다(Lee, 1990). 흑요석은 우리나라에서도 구석기 유적에서 많이 출토되고 있어 고대 무역활동을 밝히는데 중요한 연구 자료로 이용되고 있다.
	익산 미륵사지 석탑의 해체 조사시 사리공 내에서 출토된 대표적인 유리유물을 분석한 결과, 유리구슬의 특징은?	첫 번째로 유리 유물의 주성분을 분석하여 각 유물의 종류별 특성을 조사한 결과, 유리구슬은 SiO2와 Na2O 성분을 다량 함유한 소다유리군(soda glass group)에 속하며, 세부적으로 소다-알루미나유리계(Na2O-Al2O3-CaO-Si2O)였다. 또한 안정제로서 Al2O3, CaO, MgO가 첨가된 것으로 보이며, 이를 통해 LCHA형으로 분류할 수 있다.
	유리 유물의 과학적 연구가 중요한 이유는?	유리 유물의 과학적 연구가 중요한 이유는 유리가 여러 원료를 배합하여 특정 조건에서 제작된 물질이기 때문에 지역과 시대에 따라 화학 조성이 상이한 특성을 지니고 있으며, 이를 연구하는 것은 고대 물자의 이동경로를 추적하는데 중요한 단서가 될 수 있기 때문이다(Lee, 1990; Kim, 2001). 또한 고고학적, 미술사적 연구와 더불어 보다 다양한 정보와 깊이 있는 이해를 도출하는데 기여하고 있으며, 유물의 열화상태 파악 등 보존처리전 상태를 진단하기 위한 목적으로도 유용하게 이용되고 있다(Kim, 2001).

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