《력사유적에 대한 발굴사업은 유물을 찾아내는것으로 그쳐서는 의의가 없습니다. 발굴된 유물이 은을 내도록 하자면 유물을 옳게 정리하고 그에 대한 분석과 종합을 잘하여야 합니다.》 (
기와는 중세시기에 많이 제작되여 리용된 유물들중의 하나로서 력사발전과정에 끊임없이 변천되여왔다.
력사유적들에서 수많이 발굴되는 기와들에는 우리 민족의 재능과 슬기가 반영되여있으며 기와들의 제작기술을 과학적으로 밝히는것은 중세시기 문화사연구에서 중요한 의의를 가진다.
기와는 일반적으로 일정한 재료들을 혼합하여 해당한 모형에서 성형한 다음 건조시켜 마지막에 소성하는 방법으로 만든다.
초기에 사람들은 우등불을 피워놓고 빚어 만든 물건을 집어넣어 구워냈으나 그후에는 밀페된 가마에서 구웠다. 밀페된 가마는 높은 열을 얻어낼수 있으므로 기와의 강도를 더욱 높일수 있었다.
기와제작에서 중요한것은 소성공정이다.
소성의 목적은 높은 온도에서 일어나는 화학반응을 리용하여 광물원료로 이루어진 반제품을 요구되는 성능을 가진 제품으로 만드는데 있다.
소성과정에 일어나는 물리화학적변화를 잘 알고 그것을 정확히 조절하는것은 기와의 질을 높이고 생산능력을 늘이는데서 기본으로 된다.
제품을 소성하는 과정에 기계적세기가 높아지고 기공률과 물견딜성을 비롯한 여러가지 특성들이 부여된다. 소성조건을 잘 보장하지 못하면 소성과정에 증기가 형성되면서 내부응력이 커져 제품을 파렬시킬수도 있다.
소성과정에 제품은 로안에서 각이한 온도와 가스분위기의 변화과정을 거친다. 여기에는 산화, 분해, 새로운 결정의 생성 등 복잡한 화학적변화와 탈수, 질량감소, 수축, 밀도, 색, 세기, 굳기의 변화 등 물리적변화도 있다. 이 모든 변화과정은 서로 교차되여 함께 일어난다.
우리 나라 중세시기 여러 유적들에서 발굴되는 기와들은 기본적으로 붉은색과 회청색을 띠고있다. 물론 기와바탕흙의 재질에 따라 기와의 색갈이 기본적으로 규정되지만 어떤 환경에서 소성을 진행하였는가에 따라서도 기와의 색갈이 달라지게 된다.
일반적으로 기와제작에서 붉은 밤색계통의 색은 주로 철과 크롬, 코발트화합물들이 내게 된다.
특히 철은 2가철과 3가철로 되여있으면서 소성분위기에 따라 호상 전환되여 서로 다른 색갈을 내게 된다. 3가철(Fe2O3)에 의해서는 주로 누른색, 밤색, 붉은색이 나타나며 2가철(FeO)이 많을 때에는 풀색, 푸른색, 검은색계통의 색을 내게 된다.
이로부터 기와의 바탕흙에 들어있는 철산화물의 함유상태 즉 Fe2O3과 FeO의 비는 유물이 제작될 당시의 소성분위기를 반영하며 결국 그 비값에 따라 유물의 색갈도 달라지게 된다.
소성분위기는 소성로에서 가스(산소, 일산화탄소, 탄산가스)함량에 따라 산화분위기와 환원분위기로 나누어볼수 있다. 소성온도, 배기량과 송풍량의 비에 따라 소성로에서 가스함량이 달라지게 된다.
공기가 충분히 공급되고 연소가 완전히 진행된 불길의 주성분은 탄산가스와 나머지산소이다.
나머지산소의 함량이 4~5%일 때를 보통 산화불길, 8~10%일 때를 강한 산화불길, 1~1.5%일 때를 중성산화불길이라고 한다.
공기의 공급이 부족하고 연소가 완전히 되지 못한 상태에서 생겨난 내굴 이 있는 흐른 불길의 연소생성물에는 일산화탄소와 매우 적은 량의 나머지 산소가 들어있게 된다.
나머지산소의 함량이 0.1%, 일산화탄소가 4~8%일 때를 환원불길이라고 한다.
기와바탕흙에서 철의 산화가 소성당시의 산화 또는 환원분위기에 따라 달라지기때문에 Fe2O3과 FeO의 비는 기와의 소성분위기를 가늠할수 있게 한다. 소성단계에서 산화분위기가 조성되면 2가철이 3가철로 넘어가 Fe2O3이 많이 형성되며 환원분위기가 조성되면 반대로 FeO이 많이 형성된다. 이로부터 Fe2O3과 FeO의 비값이 크면 기와를 산화분위기에서 소성하였고 이 값이 작으면 환원분위기에서 소성하였다고 추측할수 있다.
Fe2O3과 FeO의 비는 기와의 색갈과 크게 관련된다. Fe2O3은 적철광의 주성분으로서 붉은색이며 FeO는 자철광의 주성분으로서 어두운 갈색을 띠므로 기와시료에서 Fe2O3과 FeO의 비값이 크면 붉은색계통을 띠게 되고 이 값이 작으면 회청색계통의 어두운색을 띠게 된다.
이처럼 기와시료에서 Fe2O3과 FeO의 비값은 기와의 소성을 어떤 환경에서 진행하였는가를 가늠할수 있게 하는 자료로 된다.
우리는 우리 나라 중세시기의 여러 유적들에서 나온 기와재료속에 포함되여있는 철성분의 함량을 결정한 결과를 종합하였다.
우선 고구려시기의 서산성유적에서 발굴된 기와 2건을 취하여 철함량을 분석하고 Fe2O3과 FeO의 비를 결정하였다.
실험방법은 다음과 같다.
먼저 기와쪼각들을 분쇄하여 가루시료를 얻었다. 시료에 금속철이 있으면 산분해과정에 2가철로 넘어가 분석결과를 크게 해주므로 분쇄할 때 사기절구를 리용하였다. 또한 시료속에 들어있는 2가철산화물이 분쇄과정에 공기중의 산소에 의하여 산화될수 있는데 시료가 보드라울수록, 조작을 오래 할수록 더 많이 산화되므로 알굵기는 150메쉬정도로 하면서 될수록 짧은 시간동안에 분쇄하였다. 시료를 공기중에 오래 놔두어도 산화되므로 분석하기 전에 분쇄하여 인차 리용하였다.
가루시료를 여러 시약들을 처리하여 분해한 다음 중크롬산염적정법으로 2가철과 3가철의 함량과 그 비를 결정하였는데 2건의 시료들에서 2가철산화물(FeO)과 3가철산화물(Fe2O3)함량의 비는 각각 0.082, 0.036으로서 3가철산화물의 량이 현저히 큰 값을 나타내였다.
다음으로 고구려와 고려, 조선봉건왕조시기의 여러 유적들에서 발굴된 기와시료들의 철함량과 2가 및 3가철산화물들의 비를 우에서와 같은 방법으로 결정하였다.
청암토성과 장수산성, 룡흥사를 비롯한 여러 유적들에서 수집한 14건의 기와시료들에서 2가철산화물(FeO)과 3가철산화물(Fe2O3)함량의 비는 0~2.71이다.
2가철함량과 3가철함량비값을 보면 모든 기와시료들에서 공통적인것은 붉은색기와들에서는 그 비가 매우 작고 회색기와들에서는 1보다 큰 값을 나타내는것이다.
결국 붉은색기와들에서 Fe2O3함량은 FeO함량에 비해 훨씬 높다. 회색계통의 기와들에서는 Fe2O3함량과 FeO함량의 비가 붉은색기와들에서보 다는 크지 않다.
이상의 연구결과를 통하여 우리 선조들은 기와의 소성조건에 따르는 색변화에 대하여 잘 알고 해당 기와의 용도에 따라 소성분위기를 의도적으로 조절하면서 기와를 구워냈다는것을 알수 있다.
이처럼 고구려시기의 여러 유적들에서 수집한 기와시료들의 철성분분석결과는 우리 선조들의 슬기와 재능을 보여주는 수많은 과학적자료들중의 하나로 된다.
