Study on the Hardness Measurement of Earthenware : Focusing on the Cup of the Baekje

접수 09. 11. 09 심사 09. 11. 26 / 승인 09. 12. 02 Printed in the Republic of Korea

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토기의 경도측정법 연구:

백제시대 杯류를 중심으로

문은정* | 강희준** | 김수경* | 이한형*^,1 | 홍종욱* | 황진주*

*국립문화재연구소 보존과학연구실, **국립문화재연구소 고고연구실

Study on the Hardness Measurement of Earthenware : Focusing on the Cup of the Baekje

Eun Jung Moon* | Hee Jun Kang** | Su Kyoung Kim* | Han Hyoung Lee*^,1 | Jong Ouk Hong* | Jin Ju Hwang*

*Division of Conservation Science, National Research Institute of Cultural Heritage, Daejeon, 305-380, Korea

**Division of Archaeological Studies, National Research Institute of Cultural Heritage, Daejeon, 305-380, Korea

1Corresponding Author: [email protected], +82-42-860-9424

초 록 풍납토성에서 출토된 한성백제시대 토기를 중심으로 다양한 경도측정 방법을 적용하여 토기의 굳기에 따른 적절한 측정방법 및 조건을 연구하였다. 연구를 위한 토기시료는 육안관찰과 모스경도계를 이용하여 굳기의 서열별로 선정하였으며, 표면 경도측정에는 초음파 및 에코팁 경도측정법을 적용하였고, 단면에는 로크웰 표충경도(로크웰 슈퍼 피셜)와 마이크로비커스 경도측정법을 적용하였다. 그 결과, 표면 경도에서는 두 방법 모두 정밀한 측정에 많은 어려움이 있었으며 육안 및 모스경도에 따른 분류와 일치하는 경향성을 관찰할 수 없었다. 단면 경도측정 결과에서는, 로크웰 표충경도 측정법의 경우, 연질 토기의 측정에 보다 유리한 것으로 나타났으며, 1/16" 강구 압입자를 사용하여 15kgf의 시험하중으로 측정할 경우 가장 재현성이 좋은 측정값을 얻을 수 있음을 확인하였다. 반면, 마이크로비커스 측정법의 경우, 경질 토기의 측정에 보다 유리한 특성을 보였으며, 시험하중 100gf에서 가장 재현성과 정밀도가 높은 측정값을 얻을 수 있었다. 또한, 로크웰 표충경도법과 마이크로비커스 측정법은 모두 그 측정값이 고고학적 견해에 따른 육안 분류와 거의 일치하는 경향성을 나타내었다. 이러한 결과는 향후 토기에 대한 고고학적 견해의 객관성을 뒷받침할 수 있는 매우 유용한 도구로써 기계적 경도측정값이 이용될 수 있음을 보여주는 것으로, 향후 이를 이용한 활발한 연구가 가능해 질 것으로 판단된다.

중심어: 경도, 비커스, 로크웰, 에코팁 경도

ABSTRACT We have investigated the suitable measuring method and condition on the hardness testing for the earthenwares excavated from Poongnap mud castle in Hanseong Baekje period. The earthenwares which used on hardness testing have been classified according to Mohs hardness and external form and color. The Ultrasonic and Equotip testing method have used to the hardness testing on the surface of the earthenwares and the Rockwell and Micro-vickers testing methods have used to the hardness testing on the cross section of the earthenwares. As the results, the two methods applied to the surface of the earthenwares were very hard on the precise measurement and the measuring values were incompatible with the ten- dency classified according to Mohs hardness and external form and color. On the testing for the cross section of earthenware, the Rockwell-superficial hardness testing method was more suitable for the soft texture earthenware and highest reproduci- bility of the measuring value obtained at the test load and indentor are 15kgf and 1/16“iron ball, respectively. The

1. 서 론

토기의 경도는 토기의 고고학적 분류기준에 있어 중요 한 요인 중의 하나이다. 경도를 통해 소성온도, 바탕흙의 성질 등을 대략적으로 판단할 수 있어 토기의 편년을 위한 단서를 얻을 수 있다. 대부분 발굴현장에서 연구자들은 경 험적인 방법으로 연질과 경질로 경도를 분류하고 있으나, 정확한 분류를 위해서는 기계적 경도측정이 뒷받침되어야 할 필요가 있다.

기계를 사용한 경도측정은 비교적 단순하고 시간이 적 게 걸려 경제적이므로 유용하게 사용할 수 있으나, 토기의 경우 자기에 비해 경도가 약하고, 거친 표면과 불균일한 두 께로 인해 경도측정에 어려움이 있다. 지금까지의 토기 경 도측정은 모스경도 및 로크웰 경도에 의한 측정이 보고된 바 있으며, 그 이외의 측정 방법들에 대한 연구는 찾아보기 어렵다^1,2. 본 연구에서는 백제시대의 배(杯)류를 대상으로 다양한 경도측정 방법들을 적용하여 토기의 굳기에 따른 적절한 경도측정 방법 및 조건들을 살펴보았다.

2. 시료선정 및 실험방법 2.1. 경도측정 방법 선정

일반적으로 경도는 어떤 단단한 표준 물체를 시편에 압 입하였을 때 시험편에 나타나는 변형에 대한 저항력을 의 미하며, 이 변형에 대한 저항력의 크기로서 경도치를 표시 한다. 경도측정 방법은 힘을 가하는 형태에 따라 압입 경도, 반발 경도, 긁기 경도가 있으며, 가하는 하중에 따라 매크 로 경도(1kgf 이상 사용)와 마이크로 경도(1kgf 이하)로 나 눌 수 있다.

압입 경도는 압입자를 시험편에 누를 때의 변형에 대한 저항력의 크기를 나타내는 것으로서 크게 브리넬, 로크웰, 비커스 경도측정법이 있다. 반발 경도는 시험편에 표준 물 체를 낙하시킨 충격에 대한 저항력이나 반발 정도에 의해 경도를 나타내는 방법으로서 쇼어, 에코팁 경도측정법이

있다. 긁기 경도는 시험편을 표준 물체로 긁었을 때 나타나 는 홈으로 경도를 비교하는 방법으로 대표적으로 모스경도 시험이 있다³.

토기는 강도가 낮기 때문에 여러 측정방법 중 시험하중 이 높은 브리넬 등의 측정법은 적합하지 않다. 또한 토기의 표면은 곡면의 형태를 띠고 있으며, 두께가 얇은 경우가 많 아 측정 시 수평유지가 중요한 로크웰이나 비커스 등의 측 정법을 적용하는데 제약이 있다. 본 연구에서는 토기의 표 면과 단면에 대하여 각각 적절한 시험방법을 조사하고 각 측정법에 사용되는 시험하중과 압입자의 크기를 고려하여 토기라는 특수한 대상에 알맞은 경도측정법을 선별하였다.

먼저 토기의 표면 상태를 고려하여 표면 경도측정 방법 으로 별도의 전처리 없이 간편하게 측정이 가능한 초음파 경도와 반발 경도인 에코팁 시험법을 선정하였다. 표면에 비해 비교적 수평유지와 매끄러운 표면가공이 수월한 단면 에 대해서는 로크웰 표충경도(로크웰 슈퍼피셜) 측정방법 과 마이크로비커스 경도측정법을 적용하였다(Table 1). 측 정에서 얻어진 모든 결과는 평균편차, 오차, 상대편차 등 통계분석을 통하여 데이터의 분산 정도와 재현성을 비교하 였다(Table 3).

2.2. 시료 선정

토기의 굳기 별로 각각의 적절한 기계적 경도측정 방법 및 조건을 살펴보기 위해서는 우선 일련의 경도서열을 가 지는 토기시료의 선정이 필요하다. 이러한 경우 일련의 경 도서열을 분류하는 기준은 고고학적 견해와 육안관찰에 의 한 연구자의 경험적 기준에 의존할 수 밖에 없다. 그러나 토기는 용도, 시대, 생산지역에 따라 사용 점토의 정선 정 도, 첨가제의 특성, 매장환경 등에 차이가 있을 수 있으며, 이러한 특성은 토기의 육안적 특징에 영향을 주게 되어 경 험적 분류기준의 신뢰성을 떨어뜨리게 된다. 따라서 생산 지역과 토기의 용도 등에 따른 특성차이를 배제하기 위해 서는 동일 유적지에서 출토된 토기만을 대상으로, 동일 기 종에 한정하여 시료를 선택하는 것이 경험적 분류의 신뢰 Micro-Vickers hardness testing method was suitable for the hard texture earthenware and highest reproducibility and accu- racy of the measuring value obtained at the test load is 100gf. This results show strong possibility of progress on the classify- ing and comparing study for hardness of the earthenware and therefore active studies are expected on the field.

Key Words: Hardness, Vickers, Rockwell, Equotip hardness

성을 높일 수 있는 바람직한 방법이라 할 수 있다. 본 연구 에서는 풍납토성에서 출토된 한성백제 시기의 토기로서 태 토의 정선도나 비짐의 첨가 정도가 유사한 배(杯)류에 대 하여 일련의 시료를 선정하였다. 이들 시료는 1차적으로 육안관찰을 통하여 연질에서 경질 순으로 H1~H14로 분류 하였으며, 이 중 H1은 무개고배로서 한성1기(AD250~350) 에 해당하는 토기이며, H2~H14는 모두 유개고배로서 한성 2기(AD350~475)에 해당하는 토기이다. 한성2기의 토기는 시대가 내려올수록 태토의 색이 연회색에서 회청색 또는

적자색으로 변화된다는 고고학적 견해에 따라 분류하였다 (Figure 1). 한편, 육안 분류서열에 대해 수치적 기준을 부 여하고, 다른 경도측정 결과와 비교하기 위하여 모스경도 를 측정하였다. 모스경도계는 과학교구로서 시판되는 제품 을 이용하였으며, 측정 시 주관적 판단 요소의 개입을 배제 하기 위해 동일 시편에 대하여 3인의 연구자가 측정을 수 행하고, 측정 결과 중 2인 이상이 동일한 판단을 내린 값이 나 3인의 측정값이 모드 다를 경우 중간 값을 채택하였다 (Table 2). 그러나 비교적 경질인 H8 이상의 토기 편에서 석 Table 1. The types and characteristics of the hardness testing method³.

Hardness Method Test Load Indentor Measurement Part Micro Vickers 1gf~1kgf Diamond Pyramid О Cross Section

Vickers 1kgf~120kgf Diamond Pyramid × -

Rockwell Superficial 15kgf~45kgf 1/2", 1/4", 1/8"

1/16" Ball, Diamond О Cross Section Rockwell 60kgf~50kgf 1/2", 1/4", 1/8"

1/16" Ball, Diamond × - Brinell 62.5kgf~3,000kgf a diameter 5mm

10mm Ball × -

Equotip - 30mm/1.2" О Surface

Ultrasonic 2kgf(general) Diamond О Surface

Table 2. Mohs hardness of the earthenwares classified by external form and color.

Sample A B C D E F G H I H K L M N

H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7 H8 H9 H10 H11 H12 H13 H14

Mohs Scale

Surface 2 4 2 2 4 4 6 8 9 9 9 9 8 9

Cross

Section 3 3 3 3 4 3 7 8 9 9 9 9 9 9

Figure 1. The earthenwares classified by external form and color.

earthenwares

Cross section

earthenwares

Cross section

영(모스경도 7)보다 높은 모스경도인 8, 9 등의 값이 얻어 져, 이 측정값을 정확한 수치로 신뢰하는데 문제가 있음을 알 수 있었다. 따라서 이러한 경도 측정값이 단순한 연질과 경질의 구분이나 경도의 서열을 판단하는 용도로는 이용될 수 있으나, 정확한 수치로 이용되기에 문제가 있음을 시사 하는 것으로 향후 모스경도계의 사용법상의 주의점에 대한 정립이 필요하다고 판단된다.

2.3. 경도측정

2.3.1. 표면 경도측정

토기의 표면 경도를 측정하기 위한 시료는 별도의 전처 리를 하지 않았으며, 크기와 모양에 관계없이 측정이 가능 한 초음파 경도측정기와 에코팁 경도측정기를 이용하였다.

초음파 경도측정은 금속, 세라믹, 플라스틱, 유리 등의 경 도측정이 가능한 모델로서 CV Instruments의 HV-400 Version 4.5x을 이용하였으며, Indentor로서 비커스용 136° pyramid diamond을 사용하여 100N의 하중으로 측정하였다. 에코 팁 경도측정은 비교적 굳기가 낮은 시료의 측정에 적용되 는 에코팁 SWISS EQUOTIP3를 이용하였으며, 30mm/1.2”

의 충격장치로 측정하였다.

2.3.2. 단면 경도측정

토기의 단면 경도측정에는 로크웰 표충경도 측정법과 마이크로비커스 경도측정법을 적용하였으며, 측정시편은 에폭시 수지에 마운팅하여 측정면이 수평을 유지할 수 있 게 제작하였다(Figure 1). 로크웰 경도는 MATSUZAWA Digital Rockwell Hardness Tester (Model RMT-3)를 이용하여 측 정하였다. 측정조건은 시험하중 15kgf, 압입자는 1/16" 강 구 및 Diamond 압입자를 사용하였으며, 압입유지시간을 4sec로 하여 5회씩 측정하였다. 이 조건보다 큰 시험하중은 시료가 부서지는 현상이 나타나 적용이 불가능하였다.

마이크로비커스 경도는 Future-TECHCorp. FM-700 모 델을 사용하여 측정하였다. 이 경도측정법은 토기의 단면을 현미경으로 50배로 확대 관찰하면서 1gf~1kgf의 작은 시험 하중을 가하여 생긴 다이아몬드 압입자의 압입자국의 면적 으로 측정치를 나타내므로 작은 면적의 시료를 대상으로 하 여 경도를 측정할 수 있는 장점이 있다. 얇은 층, 가는 선 등 두께나 길이에 상관없이 측정 가능하여 금속 조직이나 도자 기에 많이 사용되지만 토기에 대해 적용한 예는 많지 않다.

각 시험하중 별로 측정한 결과, 시험하중 5gf 이하에서 연질 및 경질 토기는 압입자국은 생성되나 그 크기가 작아 측정 이 불가능하였고, 300gf 이상의 시험하중에서는 압입자국 이 많은 면적을 차지하여 토기의 느슨한 기질이 부서지게 되면서 정확한 압입자국의 대각선 길이 측정에 어려움이 있 었다. 따라서 토기 경도 측정의 가장 적절한 범위로 판단되 는 10gf, 50gf, 100gf의 시험하중에서 시험을 수행하였다 (Figure 5).

3. 결과 및 토의 3.1. 표면 경도측정 결과

토기의 표면 경도 측정결과를 Table 3 및 Figure 2에 나 타내었다. Figure 2A는 초음파 경도, 에코팁 경도 및 모스 경도를 상호비교하기 위하여 각 측정값들을 표준화된 변수 값인 Z 값으로 환산하여 도시한 그래프이다. 표준화된 변 수값인 Z는 다음식으로 주어진다.

Z : 표준화된 변수값 (Z = ^{( X-μ)}_σ ), X: 변수값 ,

μ: 변수들의 평균, σ:변수들의 표준편차

Figure 2. The hardness on the surface. (A) The comparison of the Equotip and Ultrasonic and Mohs hardness, (B) Ultrasonic hardness, (C) Equotip hardness.

A

Table 3. The results of the hardness on the surface and cross section. PartMethodContentHardness Value H1H2H3H4H5H6H7H8H9H10H11H12H13H14 Surface

Equotip

Mean592.00723.80590.00646.00761.60519.60578.40671.40633.40665.00724.60647.00595.60624.40 STD49.52 38.4375.84 41.44 40.7084.68 47.20 40.0842.97 25.78 50.5520.58 37.30 54.08 RSD(%)8.365.3112.85 6.425.3416.30 8.165.976.78 3.886.983.18 6.268.66 Error22.14 17.1933.92 18.53 18.2037.87 21.11 17.9219.22 11.53 22.609.20 16.68 24.18 Ultrasonic

Mean6698.506830.256804.135590.755230.256335.672832.632572.881432.131650.381539.501686.381600.632267.00 STD1440.52 1461.10 1580.47 964.97 1010.93897.89 854.10 293.86373.15 479.62 420.12416.57 568.79 424.80 RSD(%)21.09 21.0923.12 17.14 19.4414.78 29.18 11.63 26.16 28.61 26.6124.54 34.01 18.77 Error455.53 462.04499.79 305.15 319.69283.94 270.09 92.93118.00 151.67 132.85131.73 179.87 134.33 Cross Section

Rockwell Superficial 15T (1/16" Ball)

Mean100.33 381.20150.43 305.80 291.80126.69 1475.71 1840.81 1842.30 954.40 1807.78 1725.18 1844.53 1530.24 STD15.13 17.486.88 50.76 36.7813.31 485.54 4.5510.37 495.66 11.16 211.78 7.87545.04 RSD(%)15.08 4.594.58 16.60 12.6010.50 32.90 0.250.56 51.93 0.6212.28 0.4335.62 Error6.767.823.08 22.70 16.455.95 217.14 2.034.64 221.67 4.9994.71 3.52243.75 15N (Diamond)

Mean------197.44 495.60419.83 335.37 409.40267.64 442.20 327.65 STD------24.03 115.71115.52 124.80 54.04127.51 84.50 82.44 RSD(%)------12.17 23.3527.51 37.21 13.2047.64 19.11 25.16 Error10.74 51.7551.66 55.81 24.1757.02 37.79 36.87 Micro Vickers

10gf

Mean-528.64431.04 592.79 568.86667.13 663.58 684.11 724.12 734.22 799.54837.84 718.53 905.82 STD-68.89146.69 138.92 62.3297.52 95.88 74.35110.77 64.18 55.8690.56 219.11 202.38 RSD(%)-13.0334.03 23.44 10.9514.62 14.45 10.8715.30 8.746.9910.81 30.49 22.34 Error21.7846.39 43.93 19.7130.84 30.32 23.5135.03 20.30 17.6628.64 69.29 64.00 50gf

Mean------627.17 664.61703.41 666.34 681.78798.15 710.91 776.29 STD------65.14 48.5484.87 80.37 163.3955.46 100.73 88.94 RSD(%)------10.39 7.3012.07 12.06 23.976.95 14.17 11.46 Error20.60 15.3526.84 25.42 51.6717.54 31.85 28.13 100gf Mean------606.55 682.43654.93 690.77 668.63703.77 704.65 695.54 STD------50.20 64.1966.61 92.84 55.6867.29 74.96 75.86 RSD(%)------8.289.41 10.17 13.448.33 9.5610.6410.91 Error19.8015.70 21.92 24.9216.17 21.10 18.5119.16

Figure 2A는 초음파 경도측정법과 에코팁 경도측정법 모 두 육안기준 및 모스경도를 이용한 1차적 분류의 경향성과 일치하지 않는 결과를 보여준다. 초음파 경도는 매 측정 시 마다 값이 매우 불규칙하여 편차가 크게 나타났으며, 연질 과 경질 경도값의 높고 낮음이 반대로 측정되어 신뢰성이 좋지 않았다. 이는 거친 토기의 표면과 느슨한 단면 기질 등이 영향을 끼치는 것으로 보이며, 움푹 파인 흔적이 남아 토기에 손상을 주기 때문에 비파괴적 토기 경도측정에 적 합하지 않은 것으로 판단된다(Figure 2B, Table 3).

에코팁 경도측정법은 토기의 형태상 계기를 수직으로 유지하기 어려워 튀어 오르는 추가 측정기 경통 내에서 마 찰을 일으키게 되어 측정에 많은 어려움이 있었다. 이 방법 은 연질 및 경질 토기의 분류가 되지 않으며, 이러한 결과 는 측정표면의 수평유지 어려움, 토기의 불균일한 두께 및 거친 표면 등으로 인한 영향으로 판단된다(Figure 2C, Table 3).

3.2. 단면 경도측정 결과

토기의 단면 경도측정은 시료를 에폭시 수지에 마운팅 하여 경면으로 만든 후 실시하였다. 로크웰 표충경도 측정 법 적용 시 15kgf 보다 큰 시험하중에서 토기시료가 깨지는 현상이 나타나 측정에 적합하지 않았으므로 최저하중인 15kgf의 동일하중에서 압입자만 바꾸어 측정하였다. 1/16"

Ball 압입자를 사용한 경우 연질로 분류된 H1~H6의 토기 시료에 대하여 측정 가능하였으며, H7~H14의 경질 토기에 서는 압입이 제대로 되지 않아 일부 토기에서 불명확한 값 이 산출되었다. 같은 하중에서 Diamond 압입자를 사용한

경우, 경질인 H7~H14에서만 측정이 가능하였으며, 측정값 의 편차가 크고 재현성이 낮게 나타났다(Figure 3, Table 3).

한편, 전반적인 측정값의 경향은 육안과 모스 경도에 의한 경향과 대체로 일치하였다(Figure 3B). 위 결과를 통해 로 크웰 표충경도 경도측정법을 토기 경도측정에 적용한 결과 H6 이하의 비교적 연질 토기의 단면 경도측정에 적합한 것 을 알 수 있었으며, 보다 재현성 있는 측정값을 얻기 위해 서는 압입자를 다이아몬드 보다는 1/16" 강구로 하는 것이 적절함을 확인 할 수 있었다.

마이크로비커스 경도측정법의 경우, 현미경으로 조직을 확대하여 적당한 면적에 시험하중을 가하여 생긴 압입자국 의 대각선 길이를 직접 재어야 경도 값이 산출되기 때문에 압입 자국의 끝이 명확해야만 측정오차를 줄일 수 있다. 즉 압입 자국이 작을수록 자국의 대각선 꼭지점을 정하는데 오차가 크게 발생되어 경도 값이 크게 나타나는 경향을 보 인다^3,4. 토기는 자기에 비해 조직이 성글고 연하여 연질일 수록 경도를 측정할 만한 면적이 충분하지 않아 측정하는 데 많은 어려움이 있다. 또한 토기는 전체적으로 균일하지 않고 눈에 보이거나 혹은 보이지 않는 광물입자가 많이 포 함되어 있다. 따라서 기질에 비해 상대적으로 높은 경도를 가지는 석영, 장석 등의 입자는 식별 가능한 토기 내 광물 입자의 경도 값을 미리 측정하여 이 범위에 나타나는 값은 제외하여야만 보다 신뢰성 있는 측정값을 얻을 수 있다. 본 연구에서는 미리 식별 가능한 토기 내 광물입자들의 경도 를 측정하여 여러 번의 반복된 경도 측정값들 중에서 광물 입자와 같이 매우 높은 경도를 나타낸 측정값을 제외하였다.

10gf, 50gf, 100gf 등 각 시험하중에 따라 경도를 측정해 본 결과, 모두 측정에 적절한 압흔이 나타났으며 육안과 모 Figure 3. The hardness on the cross section by Rockwell-superficial. (A) The hardness values by 1/16" ball and diamond indentor, (B) The comparison of the Rockwell-superficial and Mohs hardness.

스 경도에 의한 경향과 전반적으로 일치하였다(Figure 4).

비교적 경질인 H7~H14의 토기시편들은 세 가지 시험하중 모두에서 측정 가능한 압입자국이 얻어졌으며, 하중이 커 질수록 압입자국의 끝이 명확하게 나타나 측정오차가 적어 지고 재현성이 향상되었다(Figure 5). 특히, 100gf의 하중 을 주었을 때 가장 뚜렷한 압입자국이 관찰되고 재현성이 좋았으며, 10gf의 하중에서는 압입 자국이 작아 측정오차 가 커지는 현상이 관찰되었다(Table 3).

반면 비교적 연질인 H1~H6에서는 50gf, 100gf의 하중 에서 측정이 불가능하였으며, 10gf의 하중에서 가장 연질인 H1을 제외한 모든 토기에서 경도측정이 가능했다(Figure 4A, Table 3). 연질 토기는 상대적으로 치밀하지 않으므로 압입 자국이 뚜렷이 남을 만한 미세면적이 적고 높은 시험 하중에서 느슨한 기질이 부서지기 때문에 50gf 이상의 하 중에서 측정이 불가능한 것으로 판단된다.

이상 마이크로비커스 경도측정법을 토기 단면 경도측정 에 적용한 결과, 이 측정법은 비교적 경질 토기의 경도측정 에 적합하며, 재현성과 정밀도가 높은 측정값을 얻기 위해 서는 시험하중을 100gf로 하는 것이 적절함을 확인할 수 있 었다.

4. 결 론

토기의 경도는 당시 제작기술을 유추하는데 있어 유용 한 정보를 제공하는 중요한 요인 중의 하나이다. 그러나 토 기 태토의 불균질성과 치밀하지 않은 조직, 불균일한 두께 등으로 인해 정밀한 측정이 어려웠으며, 적합한 측정법에 대한 체계적인 논의가 없었다. 본 연구에서는 여러 경도측 정법 중 토기의 경도측정에 이용될 수 있는 방법들을 선정 하고 각 방법별 측정조건을 고려한 실험을 통하여 토기경 도측정에 적합한 방법과 조건을 찾고자 하였다. 이에 토기 의 표면과 단면 경도측정에 적용이 가능한 측정방법으로서 초음파, 반발, 로크웰 표충경도, 마이크로비커스 경도측정 법을 선정하였으며, 풍납토성에서 출토된 한성백제 시기의 토기 중 배(杯)류 14점을 대상으로 실험을 수행하였다.

초음파와 에코팁 경도측정법을 이용한 토기의 표면 경 도측정 결과에서 두 방법 모두 일관성 있는 측정값을 얻기 어려웠는데, 이는 토기 표면이 가지는 곡면형태로 인한 수 평유지의 어려움, 토기 시편의 두께 및 표면상태의 불균일 성 등으로 인한 영향으로 판단된다. 토기 단면에 대한 로크 웰 표충경도와 마이크로비커스 경도측정법의 적용결과, 로 Figure 5. The indent mark according to test load(×50). (A) H5: Mohs scale 4, 10gf-5sec, (B) H9: Mohs scale 9, 10gf-5sec, (C) H9: 50gf-5sec, (D) H9: 100gf-5sec.

Figure 4. The hardness on the cross section by Micro-Vickers. (A) The hardness values under the test load 10gf, 50gf, 100gf, (B) The comparison of the Micro-Vickers and Mohs hardness.

B

크웰 표충경도 측정법은 연질 토기의 경도 측정에 보다 유 리하고, 15kgf의 시험하중에서 1/16"Ball를 압입자로 사용 하는 시험조건에서 가장 재현성 있는 측정값을 얻을 수 있 으며 마이크로비커스 경도측정법은 경질 토기의 경도 측정 에 유리하고, 100gf의 시험하중을 주었을 때 가장 재현성과 정밀도가 높은 측정값을 얻을 수 있음을 확인 할 수 있었다.

한편, 토기는 제작기법과 사용원료에 따라 태토의 정선 도와 혼입물의 크기 및 양 등이 매우 다르게 나타나는데 이 러한 태토의 상태는 토기 경도측정에 큰 영향을 미칠 수 있 다. 특히 큰 경도를 가지는 혼입물들은 모스, 로크웰, 마이 크로비커스 경도 측정 시에 실제 태토 기질의 경도보다 높 은 측정값을 나타나게 할 수 있으며, 정선되지 않아 조직이 성글고 공극이 많은 태토에서는 경도값이 낮게 측정되어 실제 소성온도에 대한 정보를 충분히 반영하지 못할 수 있 다. 따라서 경도측정 시에는 이러한 점에 유의하여야 하며, 로크웰이나 마이크로비커스 경도측정법을 이용할 경우 될 수 있으면 혼입물을 피하여 측정하거나, 미리 식별가능 한 혼입물의 경도를 측정하여 측정값에서 제외하는 방법적 요 령이 필요하다.

본 연구에서 동일 토기시료에 대한 네 종류의 기기별 경 도 측정값이 모두 다르게 나타나, 어느 한 측정법에 의한 경도값을 해당 토기 경도의 참값이라고 단정할 수 없었으 며, 각각의 측정법에서 얻어진 경도값들을 직접 비교 하는 데 무리가 있음을 알 수 있었다. 이는 토기의 경도 정보를 원할 경우 각각의 측정법에 대한 원리와 장단점 및 한계를 정확히 인지하고 토기 상태에 적합한 측정법을 적용하는 것이 필요함을 의미한다. 그러나 비록 참값이라 단정할 수 는 없지만, 로크웰 표충경도 측정법과 마이크로비커스 측 정법의 경우 육안 및 모스경도에 따른 분류의 경향성과 대 체로 일치하는 측정결과를 얻을 수 있었다. 육안에 의한 토 기 분류는 고고학적 견해에 따른 것으로 마이크로비커스 경도값이 이 서열과 일치하는 경향을 보인 것은, 이 경도측 정값이 한성시기 토기에 대한 고고학적 견해를 매우 잘 반 영하고 있음을 의미한다. 이러한 결과는 토기에 대한 고고 학적 견해의 객관성을 뒷받침할 수 있는 매우 유용한

도구로써 기계적 경도측정값이 이용될 수 있음을 보여주는 것으로, 향후 이를 이용한 활발한 연구가 가능해 질 것으로 판단된다.

사 사

본 연구는 문화재청 국립문화재연구소의 지원을 받아 문화재 보존복원기술개발연구(R&D)사업의 일환으로 이 루어졌으며, 시료를 제공해주신 국립문화재연구소 고고연 구실 풍납토성 발굴단에 깊이 감사드린다.

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