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      • KCI등재

        상평통보 주조와 복원기술연구

        윤용현,조남철,정영상,임인호 국립문화재연구소 2014 문화재 Vol.47 No.4

        This study examined the materials and casting technology(cast, alloy, etc.) used in the manufacturing of bronze artifacts based on old literature such as Yongjae Chonghwa, Cheongong Geamul, and The Korea Review. In the casting experiment for restoration of Sangpyong Tongbo, a bronze and brass mother coin mold was made using the sand mold casting method described in The Korea Review. The cast was comprised of the original mold plate frame, wooden frame, and molding sand. Depending on the material of the outer frame, which contains the molding sand, the original mold plate frame can be either a wooden frame or steel frame. For the molding sand, light yellow-colored sand of the Jeonbuk Iri region was used. Next, the composition of the mother alloy used in the restoration of Sangpyong Tongbo was studied. In consideration of the evaporation of tin and lead during actual restoration, the composition of Cu 60%, Zn 30%, and Pb 10% for brass as stated in The Korea Review was modified to Cu 60%, Zn 35%, and Pb 15%. For bronze, based on the composition of Cu 80%, Sn 6%, and Pb 14% used for Haedong Tongbo, the composition was set as Cu 80%, Sn 11%, and Pb 19%. The mother coin mold was restored by first creating a wooden father coin, making a cast from the wooden frame and basic steel frame, alloying, casting, and making a mother coin. Component analysis was conducted on the mother alloy of the restored Sangpyong Tongbo, and its primary and secondary casts. The bronze mother alloy saw a 5% increase in copper and 4% reduction in lead. The brass parent alloy had a 5% increase in copper, but a 4% and 12% decrease in lead and tin respectively. Analysis of the primary and secondary mother coin molds using an energy dispersive spectrometer showed that the bronze mother coin mold had a reduced amount of lead, while the brass mother coin mold had less tin. This can be explained by the evaporation of lead and tin in the melting of the primary mother coin mold. In addition, the α-phase and lead particles were found in the mother alloy of bronze and brass, as well as the microstructure of the primary and secondary coin molds. Impurities such as Al and Si were observed only in the brass mother coin mold. 『용재총화』, 『천공개물』, 『The Korean Review』등의 고문헌을 통하여 청동유물 제작에 사용된 소재, 거푸집, 합금 등의 주조기술을 확인하였다. 상평통보 복원 주조실험은 『The Korean Review』를 기초한 주물사주조법을 적용하여 황동, 청동 소재의 모전판(母錢版, 鑄錢版)을 제작하였다. 거푸집은 본기(本器)틀과 목틀, 주물사로 구성되는데 본기틀은 주물사를 담는 바깥 틀의 재질에 따라 목틀과 쇠틀로 나뉘며, 주물사는 옅은 황색의 전북 이리사를 사용했다. 주물사주조법으로 상평통보 복원에 사용된 모합금 성분비를 살펴보면, 황동은 『The Korean Review』기록의 성분비인 Cu 60%, Zn 30%, Pb 10%를 근거로 삼았으며, 실제 복원에는 합금 시 아연과 납이 기화되어 성분 비율이 감소될 것을 감안하여 Cu 60%, Zn 35%, Pb 15%로 설정하였다. 청동은 청주시 신봉동유적 출토 해동통보의 성분비인 Cu 80%, Sn 6%, Pb 14%를 근거로 하였으며, 실제 복원에는 Cu 80%, Sn 11%, Pb 19%로 설정하였다. 주물사주조법에 의한 상평통보 복원은 목재로 부전(父錢)을 먼저 제작하고 목틀과 본기쇠틀을 이용한 거푸집 만들기, 합금, 주조하기, 모전 만들기 등의 과정으로 모전판(母錢版, 鑄錢版)을 복원하였다. 복원된 상평통보의 모합금과 1차 주조, 2차 주조물의 성분분석을 실시한 결과 청동 모합금은 구리는 약 5%가 증가하고 납은 약 4% 손실되었으며, 황동 모합금은 구리는 약 5%가 증가하고 납은 약 4%, 아연은 12%은 감소하여 아연의 손실률이 큰 것을 알 수 있다. 1차, 2차 모전판의 EDS 분석결과 청동 모전판은 1차에 비해 2차에서 납이, 황동 모전판은 아연이 낮게 나온 것은 1차 모전판의 용융과정에서 납과 아연이 기화된 결과로 보인다. 또한 청동과 황동의 모합금과 1차, 2차 주전판의 미세조직에서는 α상과 크고 작은 납 편석물이 보이고, 황동 모전판에서만 불순물로 보이는 Al, Si 등이 확인되었다.

      • KCI등재

        황동석을 이용한 제련 실험 및 부산물의 분석 연구

        윤용현,조남철,윤대식,장수비,정영상,이은철 한국서지학회 2014 서지학연구 Vol.0 No.60

        국내에서는 아직까지 전통 방식에 따른 동제련 실험이 이루어진 적이 없다. 본 연구에서는 일본에서 시행된 실험을 참고하여 황동석 제련 실험을 시행하였으며, 각 단계별 부산물을 과학적으로 분석하여 제련 실험을 검토하였다. 제련 실험의 재료 및 부산물은 WD-XRF, SEM-EDS 분석을 통해 성분분석 및 미세조직을 분석하였다. WD-XRF 분석 결과, 황동석의 황 성분은 35.99%로 높았으며 이를 제거하기 위해 배소 작업을 시행하였다. 배소 후 20.63%로 황 성분이 감소하였으나 그 차가 크지 않으므로 배소 작업이 제대로 이루어지지 않았음을 확인하였다. 유출재와 노내재에 대한 금속현미경 및 SEM-EDS 분석 결과, 유출재와 노내재 모두에서 유사한 결과를 얻을 수 있었다. 분석시료는 모두 유리질 바탕에 밝은 색의 구리로 추정되는 물질이 확인되었으며, EDS를 통해 구리로 추정되는 물질의 성분을 측정한 결과 구리와 철, 황이 혼합되어 있는 산화물질로 확인되었다. 본 연구에서 시행된 황동석 제련 실험은 매트 형성 과정까지 이루어진 것으로 보이며 실험을 통해 얻은 매트에는 여전히 황과 철 성분이 다량 포함되어 있으므로 동을 얻기 위해서는 추가적으로 매트의 배소, 환원, 슬래그 형성 등의 과정이 필요하다. Copper smelting experiments according to the traditional method have never been perfomed in Korea. In this study, we performed a smelting experiment using chalcopyrite refer to experiments conducted in Japan. In order to verify the experiment, analytical mathods such as WD-XRF, SEM-EDS are used to give chemical compisition and microstructure of by-products and materials used in the experiment. WD-XRF results show that sulfur content of chalcopyrite was high, so the roasting process was performed in order to remove it. After roasting, sulfur content of chalcopyrite decreased from 35.99% to 20.63%, but the decreasing amount was not large, so the roasting did not work properly. Metallurgical microscope and SEM-EDS analysis results show that tap slags and furnace bottom slags were similar. Both slags were glassy and small grains that look like copper have been identified. Through the EDS analysis, the small grains included a large amount of sulfur, iron and copper content so it was matte. The analysis results show that a matte obtained through this smelting experiment. The matte included a large amount of sulfur and iron content, so that there is a need for additional processes such as roasting of the matte, reduction, slagging and refining to obtain copper.

      • KCI등재

        토제 거푸집 무쇠솥 주조와 불미기술 연구

        윤용현,도정만,정영상 국립문화재연구소 2020 문화재 Vol.53 No.2

        The purpose of this study was to explore the diversity of Korea’s iron casting technology and to examine variouscasting methods. The study involved a literature review, analysis of artifacts, local investigation of production toolsand technology, and scientific analysis of casting and cast materials. Bellows technology, or Bulmi technology, is a form of iron casting technology that uses bellows to melt cast ironbefore the molten iron is poured into a clay cast. This technology, handed down only in Jeju Island, relies on use of aclay cast instead of the sand cast that is more common in mainland Korea. Casting methods for cast iron pots can be broadly divided into two: sand mold casting and porcelain casting. Theformer uses a sand cast made from mixing seokbire (clay mixed with soft stones), sand and clay, while the latter usesa clay cast, formed by mixing clay with rice straw and reed. The five steps in the sand mold casting method for ironpot are cast making, filling, melting iron into molten iron, pouring the molten iron into the cast mold, and refiningthe final product. The six steps in the porcelain clay casting method are cast making, cast firing, spreading jilmeok,melting iron into molten iron, pouring the molten iron, and refining the final product. The two casting methodsdiffer in terms of materials, cast firing, and spreading of jilmeok. This study provided insight into Korea’s unique iron casting technology by examining the scientific principlesbehind the materials and tools used in each stage of iron pot casting: collecting and kneading mud, producing a cast,biscuit firing, hwajeokmosal (building sand on the heated cast) and spreading jilmeok, drying and biyaljil (spreadingjilmeok evenly on the cast), hapjang (combining two half-sized casts to make one complete cast), producing asmelting furnace, roasting twice, smelting, pouring molten iron into a cast, and refining the final product. Scientific analysis of the final product and materials involved in porcelain clay casting showed that the maincomponents were mud and sand (SiO2, Al2O3, and Fe2O3). The release agent was found to be graphite, containingSiO2, Al2O3, Fe2O3, and K2O. The completed cast iron pot had the structure of white cast iron, comprised ofcementite (Fe3C) and pearlite (a layered structure of ferrite and cementite). 이 연구는 우리나라 철 주조기술의 다양성과 기술 체계를 규명하기 위한 목적으로 진행되었으며, 이를 위해 고문헌조사 및 유물 분석, 제작 도구와 제작 기술에 대한 현지 조사 그리고 주조와 거푸집에 사용된 재료의 과학 분석 등을 실시하였다. 불미기술은 송풍구인 풀무를 이용하여 주철을 녹인 뒤 그 쇳물을 토제 거푸집에 부어 주물을 완성하는 철 주조기술로 현재 유일하게 제주도에서만 전승되고 있는데, 모래 거푸집을 사용하는 육지와 비교해 토제 거푸집을 사용하고 있다는 것이 큰 차이점이라 할 수 있다. 무쇠솥 주조기술에는 석비레, 모래, 점토 등을 섞어 만든 모래 거푸집을 이용한 주물사주조법(鑄物砂鑄造法)과 점토에 볏짚과 갈대 등을 섞어 만든 토제 거푸집을 이용한 도토주조법(陶土鑄造法)이 사용되고 있다. 주물사주조법에 의한무쇠솥 주조는 거푸집 만들기, 속심 제작, 쇳물 작업, 거푸집에 쇳물 붓기, 완성품 다듬기 등 5단계의 작업공정을 거치며, 도토주조법에 의한 무쇠솥 주조는 거푸집 만들기, 거푸집 굽기, 질먹 입히기, 쇳물 작업, 쇳물 붓기, 완성품 다듬기등 크게 6단계의 작업 공정으로 이루어진다. 두 주조법은 거푸집의 재료, 거푸집을 불에 굽고 질먹을 입히는 제작 공정에서 차이를 보인다. 이번에 연구한 불미기술은 토제 거푸집 무쇠솥 주조로 진흙 채취 및 반죽, 거푸집 제작, 초벌 굽기, 화적모살 및 질먹바르기, 건조 및 비얄질, 거푸집 합장, 둑(용광로)제작, 재벌 굽기, 제련, 쇳물 붓기, 주물 다듬기 등 단계별 주조 공정에사용된 재료 및 도구 분석과 제작 기술에 담겨진 과학 기술 원리를 규명하여 우리 고유 철 주조기술의 기술 체계를 밝혀보았다. 그리고 무쇠솥 도토주조를 위해 이용한 재료와 완성품을 과학 분석한 결과, 거푸집은 주성분이 SiO2, Al2O3, Fe2O3으로 이루어진 진흙과 모래이고, 이형재는 SiO2, Al2O3, Fe2O3, K2O가 함유된 흑연이며, 완성된 무쇠솥의 미세 조직은시멘타이트(Fe3C)와 펄라이트(페라이트와 시멘타이트의 층상 구조)로 이루어진 백주철 조직임을 확인하였다.

      • KCI등재

        밀랍주조법을 활용한 청동반가사유상 복원 연구

        윤용현,조남철,도정만 한국문화재보존과학회 2020 보존과학회지 Vol.36 No.2

        고문헌 조사를 토대로 밀랍주조법을 이용한 사전실험, 재현실험을 통해 청동반가사유상 의 복원 연구를 실시하였다. 복원대상은 국보 제83호 금동미륵보살반가사유상으로, 이에 대한 과학적 분석결과를 바탕으로 합금비, 주조방법 등을 설정하였다. 사전실험에서 합금비는 구리: 주석:납=95.5:4.0:0.5로 설정하였으나, 본실험에서는 기화량을 감안하여 납과 주석을 각각 2.5% 씩 증량하여 장입하였다. 밀랍주조법을 적용하였으며, 본실험에서는 밀랍 경도 실험을 실시하여 송진 30%를 투입하였을 때 적정 강도를 가짐을 알 수 있었다. 미세조직은 일반적인 주조조직(α-Cu, δ)이 확인되었고, 성분분석 결과 선행연구와 유사한 양상을 나타내었다. 거푸집 분석결과, 구조 적 안정성과 내화성을 위해 석영 비짐을 넣었으며, 다수의 유기물이 확인되었다. 본 연구가 향후 청동반가사유상의 전통주조법과 복원기술 연구에 대한 기초 자료로 활용될 것을 기대한다. We attempted an experimental study of lost-wax casting to reconstruct the Gilt-bronze pensive Bodhisattva; The main object we aimed to reconstruct was the Korean national treasure No.83, Gilt-bronze pensive Bodhisattva(Maitreya); thus, we scientifically analyzed and measured the alloy ratio and casting method. Initially, the alloy ratio we used during the preliminary experiment was Cu:Sn:Pb = 95.5:4.0:0.5; we then increased tin and lead by 2.5% to consider vaporization during the main experiment. After applying lost-wax casting, we realized that 30% rosin contributed to proper hardness after the wax hardness experiment. The microstructure revealed normal casting character(α-Cu, δ), and the results of the chemical analysis are identical to those of previous studies. The analysis of the mold suggests the presence of quartz powder for structural stability and fire-resistance along with other organic materials whose contribution is still unknown. We expect that our research will serve to provide basic data for advanced studies in the future.

      • KCI등재

        청동잔무늬거울의 복원제작기술과 과학적 분석

        윤용현,조남철 한국문화재보존과학회 2012 보존과학회지 Vol.28 No.4

        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 α 수지상조직만이 관찰되며, 밀랍주조법의 경우는 α 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.

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