오늘의 목표: 제겔식 읽는 법. (녹색 글자는 다음 시간에 자세히 다룰 내용)

삼각좌표를 이용한 유약만들기에서는 장석을 시작으로 설명. 이번에는 실리카를 시작으로 다시 설명:

유약의 3대 요소: ①유리형성제 Glass Former, ②매용제 Flux, ③안정제Stabilizer.

유약은 기본적으로 유리이다. 실리카는 유리를 만드는 재료. 즉 유약은 ①유리형성제인 실리카를 몸체에 잘 코팅하면 된다. 그런데 실리카는 녹는 온도가 매우 높아 (1,713 °C)여기에 ②매용제를 넣어서 녹는 온도를 낮춘다. 하지만 이대로는 유약이 흘러내리고 강도도 낮다. 그래서 ③ 안정제를 추가하여 보완해준다.

다시 4321 레시피를 보면
규석 30    ① 유리형성제 ( SiO2로 산성)
석회석 20  ② 매용제 (염기성. 모든 매용제는 염기성인지?)
장석 40    ②매용제로 볼 수 있다. (유리형성제 입장에서는)

카오린 10  ③ 안정제(Al2O3로 중성) (관점에 따라서는 알루미나는 실리카와 결합하여 유리를 만들기 때문에 유리형성제로 볼 수도)

로 구분할 수 있다.

매용제의 예:

  • 나무재
  • 리튬Lithium : 리튬장석인 스포듀민, 페탈라이트에 들어있다. 탄산리튬은 가격이 계속 상승중.
  • 나트륨 Sodium : Na2O 네플라인사이나이트 같은 소다 장석에 함유. 소다회는 초보라면 사용을 피한다. (물에 녹는 성질 등 때문)
  • 칼륨 Potassium : K2O 흔히 사용하는 장석에 들어 있다. 포타시, 커스터, 콘월스톤, 부여 장석 등. 구하기 어렵지만 화산재, 탄산칼륨.
  • 마그네슘 Magnesium : MgO 활석, 백운석, 탄산마그네슘
  • 칼슘 Calcium : CaO석회석, 백운석(마그네슘도 들어있다), 월라스토나이트, 골회. 가장 흔히 사용하는 매용제.
  • 스트론튬 Strontium : SrO 바륨 대신 스트론튬을 사용하면 어느정도 비슷한 효과를 낸다. 바륨 보다는 강하게 작용해서 사용량은 약간 줄인다.
  • 바륨 Barium : BaO 독성이 강해서 필자는 사용을 피하고 있다. 발색이 좋다.
  • 붕소 Boron: B2O3 사실은 유리형성제. 플럭스 아님. 붕사로 구할 수 있다. 프리트 종류에 들어있다. 콘6 같이 비교적 낮은 온도에서는 매용제에만 의존하는 것보다 0.17 – 0.18 (umf)정도로 사용하면 잘 녹음. 링크의 유튜브 09:20 경 설명 참고. Glazy.org에 UMF에는 Stabilizers로 분류됨.
  • 납 Lead : PbO 역시 독성 때문에 피하고 있다. 이제는 구하기도 어려운 듯.
  • 아연 Zinc : ZnO 결정을 만드는 흥미로운 재료. 환원에서는 증발하면서 유험한 증기를 낸다고.. 보관시 물을 흡수하여 결함이 있을 수 있어 하소 아연 사용하면 좋다고. 알칼라인 어스로 볼 수 있다.
  • 철 Iron : 대표적 착색산화물이지만 특히 환원에서 강한 매용제가 된다.
    등등.

 

매용제는 K2O, Na2O 등은 R2O(염기성 금속 Alkaline Metal로 Primary Fluxes)로 묶고 CaO, MgO 등은 RO(염기성 토류 Alkaline Earths로 Secondary Fluxes) 로 묶어 구분한다.
(Primay는 플럭스가 작동하도록 하고 Secondary 는 계속 유지되도록 조정하는 역할. Primay는 매용작용이 더 강하기 때문에 더 넓은 소성 범위를 갖는다. 즉 더 많은 알루미나, 실리카를 녹일 수 있다.)

Matt Katz는 0.3 R2O: 0.7 RO 비율이 다양한 온도에서 가장 견고한 유약을 생성한다는 것을 입증했다. 링크 단 지향점이지 반드시 그래야하는 것은 아님.
(크랙이 있는 유약을 0.2:0.8로 수정했더니 크랙이 사라지는 경우도 있는데 나트륨 (R2O)가 칼슘(RO) 보다 더 열팽창이 크기 때문. 크랙이 있는 유약을 조정할 때는 알루미나 : 실리카  비율은 유지하면서 두 양을 늘려보거나 0.3 R2O: 0.7 RO 인 매용제의 비율을 0.2:0.8로 바꿔 본다. stull map에서도 0.2:0.8가 크랙이 나오는 지점이 더 적다.)
다양한 매용제를 사용하는 이유는 각 매용제의 작동 온도가 달라 넓은 소성 온도 범위를 갖게 한다.

제겔식 Seger Formula 혹은 Unity Molecular Formula (UMF): 매용제 총량 (저울로 측정한 무게가 아닌 분자수)을 1로 놓고 상대적인 실리카, 알루미나 양을 표시한다. 매용제를 기준으로 유리형성제, 안정제, 다른 산화물의 양을 알 수 있어 유약이 균열이 있을지, 무광일지 유광일지, 녹을지 녹지 않을지를 예상할 수 있다.

어렵게 보이지만 glazy.org, digital fire의 insight live와 같은 플랫폼이나 유약 프로그램에 재료, 각 재료의 양을 입력하면 자동을 계산되어 나온다.
필자는 R2O: RO 비율과 알루미나:실리카 비율을 확인하고 이를 이용해 유약을 수정하거나 찾은 레시피를 예측하는데 사용한다.
또 여러 레시피를 찾아서 실험한 후 분류할 때도 이용하면 편리하다.

제겔식을 가지고 역으로 유약 레시피를 만들어 주는 프로그램도 있다.

또 다시 유명한 Leach 4321 레시피를 glazy.org 에서 검색하면 이 링크가 나온다. (이 링크는 필자와 달리 장석으로 네플라인사이나이트를 선택, 산화철 1% 추가, 콘10, 환원)위쪽에는 각 재료의 비율이 나와 있고 아래로 드래그 하면 화학기호 표시가 나오는데 별로 어렵지 않다.

복잡한 계산을 거쳐 결과만 표시해 놨기 때문에 우리가 필요한 부분만 읽으면된다.

즉, 이 레시피에 들어간 성분을 표시한 것인데
맨 왼쪽 붉은 글자의 Fluxes는 매용제 성분을 나타낸 것이고 Na2O가 0.22, K2O가 0.08이 들어가 있고(장석을 네플라인사이나이트를 선택해서 나트륨이 다른 장석보다 많고 실리카 등의 함량도 다를 것임) 이를 묶어 붉은색으로 R2O (어떤 원소 2개와 산소1개)로 표시한다.
그 아래 CaO는 0.7, MgO는 0.01이 들어 있고 이를 묶어 파란색으로 RO로 표시한다.

이들의 총합을 1로 했을 때 R2O: RO의 비율은 0.29:0.71 이 된다고 박스 안에 표시 되어 있다.

R2O: RO의 비율(Flux ratio)은 3:7 일 때 가장 안정적인 매용제 구성이고 이 유약이 거기에 해당한다는 것을 알 수 있다. 여기에 해당하지 않으면 glazy.org에서 이 레시피를 수정하여 재료를 추가하여 3:7 비율이 되도록 계산을 쉽게 할 수 있다. (이에 대해선 차후 추가 설명하기로)

이제 그 옆에 녹색 글자 Stabilizers는 어떤 원소 2개와 산소 3개인데 R2O3로 표시하고 Al2O3가 여기 속한다. Fluexes가 1이라고 했을 때의 상대적 비율을 0.44로 표시한 것을 볼 수 있다.
마찬가지로 보라색 글자 Glass-Formers는 SiO2가 해당하고 Fluexes가 1이라고 했을 때의 상대적 비율을 3.36로 표시한 것을 볼 수 있다.
Other는 기타 요소.
이때 SiO2와 Al2O3간의 비율은 그래프로 따로 표시하며 여기에는 숫자로 7.67(3.36 / 0.44 = 7.6 )로 박스 안에 표시된다.

이제 차트를 보자. 별표시가 이 유약의 위치(나머지 점은 이 유약과 유사한 유약)이고 세로선은 Al2O3(알루미나), 가로선은 SiO2(실리카)이다. 위 수치를 그래프에 나타낸 것이다. 즉 Al2O3 0.44, SiO2 3.36 이다.

알루미나가 상대적으로 많을 때 유약은 무광쪽으로 된다. 흰색 범위에서 광택이 있는 안정적인 유약이 나오고 회색 범위에서는 크랙이 있는 곳이다. (콘 11을 기반으로 한 것이어서 항상 그렇지는 않다)

여기서 매용제 합을 1로 했을 때의 상대적인 양이라는 것을 항상 염두에둬야하고 또 여기서 말하는 양은 재료량이 아닌 분자량(분자수?)이라는 점.

이를 이용하면 찾은 유약 레시피를 분석하고 예측할 수 있으며 내가 만든 유약을 분류하고 파악하는데 도움이 된다.

Extended UMF는 UMF를 발전시킨 것. UMF는 벌써 100년이 된 이론이고 일부 재료는 사실 매용제 역할이 크다던지 하는 등의 내용을 반영한 것. 계속 진행 발전중인 상태이다. 필자 느낌으로는 Extended UMF가 더 정밀, 정확한 것 같다.

그런데 UMF를 설명하기위한 위 유약은 수치상 모두 좋아 보이지만 위 링크를 작성한 사람의 결과는 균열이 심하다. 링크 상의 댓글에 해결책이 흥미롭다: 네플라인 대신 다른장석을 사용해 보세요. 다른 사람: Yellow Celadon 레시피에서 Yellow Ochre(노란색 띠는 철인듯)를 빼고 해보세요. 그리고 수축율이 높은 소지를 사용해 보세요. 아니면 초벌 온도를 낮춰 보세요. – 필자 의견: 네플라인의 나트륨의 팽창률이 높아서 그런듯. 이 유약의 계산 팽창률은 7.6이고 네플라인을 커스터 장석으로 바꾸면 7.21. 아니면 알루미나:실리카 비율은 유지한 상태로 둘의 양을 증가시킴. 비율을 유지하지 않으면 원래의 유약 성격을 잃을 수도 있음. 소성 온도를 낮추는 것도 가능할지도.

다음시간: 오늘은 제겔식 단순히 읽는 법이라면 다음시간에는 구체적 의미와 제겔식을 이용한 레시피 조정.

참고 링크

 

이후 다룰 내용(참고로 거의 산화만 다룸):
– Glazy.org 사용법 – 여기까지만 무료 공개 이후는 유료로.
– 주기율표로 플럭스 구분해서 이해하기
– 각 재료의 이해
– 레시피 조정 사례.
– stull 예외 (티타늄, 마그네슘, 시노)
– 붕소, 아연으로 용융 온도 낮추기
– 유약 문제 해결 (말림, 균열 등)
– CTE
– 착색 산화물
– 크리스탈 유약