합성 다이아몬드(Synthetic Diamond)

보석용 천연 다이아몬드는 귀하다. 최근 몇 년 동안 새로운 채굴지가 발견되기는 했지만 현재와 미래의 시장은 더 많은 천연 다이아몬드의 공급을 요구하고 있다.

탄소의 동질 광물(예를 들면 그래파이트) 혹은 탄소 함유 기체(예를 들면 메탄(CH4))를 이용한 실험실에서의 다이아몬드의 합성은 50년 전부터 연구되어 왔으며 최근 20년 동안 매우 중대한 진전이 있었다.

결론적으로 보석용 다이아몬드의 싱글 결정은 두 가지 방법으로 실험실에서 합성될 수 있다. 하나는 HPHT(고온고압) 하에서 다이아몬드를 성장시키는 것이고 다른 하나는 화학증기증착(CVD)법을 이용한 것이다. 지금까지 거의 대부분의 합성 다이아몬드가 공업용으로 사용되기는 했지만 기술의 발전으로 인해 점점 더 많은 합성 다이아몬드들이 주얼리 시장에서 판로을 찾고 있다. 또한 다양한 방법의 인공 처리들이 개발되어 합성 다이아몬드의 질을 개선하고 있다.

1. 합성 다이아몬드의 역사

1) 1955년: G.E 최초로 합성 다이아몬드 제조에 성공(크기 1mm이하)
2) 1971년: G.E 옐로우-브라운 및 거의 무색의 합성 다이아몬드 제조
3) 1985년: 스미토모 옐로우-브라운 '스미크리스탈(Sumi Crystal)제조
4) 1993년: 스미토모 거의 무색의 합성 다이아몬드 제조
5) 1990년대: 러시아산 합성 다이아몬드 보석 시장에 소량 출현
* 러시아(노보시벌스크)에서 바스(BARS) 공법 사용. 최초로 합성 다이아몬드 제조
* 구소련: 바스공법으로 제조된 합성 다이아몬드가 서방에 유통되고 있다는 의혹이 있음.
합성 다이아몬드임을 밝히지 않고 유통될 경우 업계에 혼란이 일어날 소지가 있음.
* 보석용 합성 다이아몬드는 연간 1000캐럿이 생산되는 것으로 추정.
6) 2000년대: C.V.D(Chemical Vapor Deposition) 화학 증기 침착(沈着)법을 이용한 합성 다이아몬드 제조법.

2. 천연을 포함한 각 다이아몬드별 성장환경

3. 합성 다이아몬드의 보석학적 특성

1) 일반적 특징

① 컬러: 옐로우, 무색, 청색에서 적색, 흑색
② 크기: 2 ct까지
③ 결정형태: 큐브 악타히드런(입방체 + 팔면체 혼합)과 약간의 변형

2) 확대하의 특징

① 컬러분포
옐로우의 경우 천연과는 달리 불균일한 색→즉 컬러조닝(color zoning)이발견.
간혹 방사선과 열처리로 인해 핑크색이나 적색의 컬러 조닝을 보이기도 함.
②그레이닝
성장 경계면의 특이한 패턴(전지표시, 모래시계 형태와 비슷) 단 Ⅱa (무색)에는 거의 없음
③스트레인
약한 유사복굴절, 검은 십자가 형태
④금속성 내포물
확대하의 특징 중 가장 쉽고, 정확한 판별이 가능함. 플럭스 혹은 금속내포물이 둥글거나 길어진 형태로 단독 또는 작은 그룹으로 발견됨.

3) 형광 반응

감정시 사용하는 보석용 자외선기로 나타나는 특성을 알아낼 수 있다.
장파 및 단파 형광은 타입 또는 스톤의 방향에 따라 다양한 반응이 나오는데 합성 다이아몬드의 체색에 따라 Yellowish Green(YG) 또는 부분적인 반응을 보인다.
그러한 형광의 상대적 강도를 보면 단파가 대부분 강하지만 간혹 같거나 장파가 강한 경우도 종종 보여지므로 보다 세심한 관찰이 요구된다.
또한 이러한 형광분포는 불균일한 경우가 많은데 십자가 패턴이나, 부분적 형광 반응을 보인다.
인광 반응 역시 타입에 따라 다양하게 나타나는데 합성 무색의 경우 항상 노란색이나 녹색을 띈 노란색으로 약 60초 내외의 인광이 지속된다.

4) 기타특징

①전자파 방사(음극선)형광: 내부성장 배열의 불균일한 분포, 자외선 형광보다 더 명확.
②흡수스펙트럼: 415.5mm 가 관찰되지 않음.
③자성: Fe(철), Ni(니켈) 성분으로 인해 자성이 있음.

4. 감별포인트

① 컬 러
일반적으로 합성 다이아몬드의 컬러는 주로 옐로, 브라운, 블루, 무색이므로 이러한 컬러를 띤 스톤 유의
② 내부컬러 분포
합성 다이아몬드는 내부 성장구조와 포함된 불순물의 차이에 의해 기학적 패턴이거나 불균일하여 컬러 조닝을 나타낼 수 있다.
③ 그레이닝
내부성장 구조의 경계면과 연관되어 정지 표시, 모래시계 등의 특이한 패턴이 존재할 수 있다.
④ 금속성 내포물
종종 둥글거나 길쭉해 보이며 단독 또는 작은 그룹으로 성장구조의 경계를 따라 보일 수 있다.
⑤ 자 성
자성이 명확히 나타나는 경우 쉽게 합성 다이아몬드로 단정할 수 있다.