ㆍ탄생과정 ㆍ유사석 감별
 ㆍ인공처리 ㆍ구매요령과 관리
 
 
Click▷ ① 고온고압(HTHP) / ② 레이저 처리 / ③ 충전처리 / ④기타처리
 
 
  과학기술의 발전과 변모는 전통산업인 주얼리업계라고 예외를 두진 않습니다.
50년대부터 시작된 합성다이아몬드의 제조는 최근에 CVD로 성장시킨 보석용 합성다이아몬드의 상업
적 생산을 목전에 두고 있을 정도로 발전했으며, 다이아몬드의 내부탄소격자의 소성변형을 바로잡아
줌으로서 그 색상을 자유자재로 바꿀 수 있을 정도로 까지 와 있습니다.
이는 바로 극 고온, 고압을 이용해 이미 채굴된 원석이나 연마된 다이아몬드를 마치 “수 천년에서 수
억년 시간속의 자연 상태하에 다시 놓인 듯한“ 환경 하에 둠으로서 다이아몬드의 컬러를 없애거나 만
들어내는 기술입니다.
이번 테마분석에서는 그동안 많이 알려졌던 고온고압처리 다이아몬드가 어떻게 세상에 등장하게 되
었으며 현재 어느 정도 다이아몬드 업계에 영향을 미치고 있는지 한 번 짚어보겠습니다.
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1) 고온고압 처리된 다이아몬드의 시장진출
지난 99년 3월 1일 라자르 카플란(Lazar Kaplan International Inc - LKI)社는 보도자료를 통해 “모든
다이아몬드 시장에 작은 변화가 생길 것”이라고 말한 바 있다. 지난 후 에 생각해 보면 이는 지역적으
로 볼 때 다이아몬드 시장에 ‘작은 변화’가 아닌 ‘최상급 천연다이아몬드의 불신’을 예고하는 말이기도
했다. 아무튼 이러한 발표가 있은 직후부터 세계 다이아몬드 업계의 모든 시선은 제너럴 일렉트릭
(General Electric-GE)社의 “색향상 처리다이아몬드”에 집중됐다.
이는 세계에서 처음으로 합성다이아몬드를 제조했던 미국 GE社가 처리하여 다이아몬드 판매업체인
라자르 카플란社의 자회사인 페가수스(Pegasus Overseas LTD)를 통해 판매한 “고온고압(HPHT)으
로 처리하여 낮은 컬러등급을 “D-G” 칼라에 이르도록 색상을 향상시킨 다이아몬드” 때문이었다.
  
제너럴 일렉트릭(General Electric-GE)社의 “색향상 처리다이아몬드
 
이 후 99년 4월28일 GE와 LKI(라자르 카플란社), GIA가 모여 회의를 가졌고 LKI는 GE에서 처리된 색
향상 다이아몬드의 거들부분에 ‘GE-POL’이라는 레이져 각인(사진1)해서 판매를 하기로 결정했다.
이러한 소식은 99년 당시 주얼리신문에 의해 국내감정업계에 알려졌으며 당시까지 국내에는 알려지
지 않았던 처리과정이 이한윤 기자(현 (주)미래보석감정원 부원장)에 의해 당시 일본보석협회에서 행
해졌던 HPHT 실험소식 전 과정이 “색향상 다이아몬드의 최신 보고서”라는 특집기사로 2회에 걸쳐 기
사화 된바 있다.
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2) 국내의 본격적 유통 시작과 감별의 어려움
국내로 유입된 GIA감정서를 첨부한 ‘GE-POL’ 다이아몬드가 국내 시장에서 정직하게 팔릴 것이라고
기대하는 사람은 많지 않을 것이다. 99년 필자의 취재당시 국내에는 벌써 이 처리된 다이아몬드를 국
내에 반입, 거들의 ‘GE-POL’이란 문구를 연마를 통해 없앤 후 유명 다이아몬드 감정원에서 천연으로
감정이 된 바를 확인했다.
하지만 당시는 미국의 GIA조차도 이를 감별하지 못해 세계적인 이슈가 되기도 했다. 이 때문에 과거
에서 현재까지 국내에 이런 다이아몬드가 반입, 천연으로 둔갑되어 팔렸을 가능성이 농후하다.
또한 최근에는 합성다이아몬드 제조공정에 반드시 수반되는 고온과 고압이라는 처리 기술이 보편화,
합성다이아몬드를 제조할 수 있는 나라에서는 이 고온고압 다이아몬드를 제조할 수 있기 때문에 중국
, 러시아 등지에서 국내에 밀반입 되는 처리 다이아몬드도 있는 것으로 알려지고 있다.
또한 이러한 고온고압 처리된 다이아몬드의 국내 감별기술은 완벽하지 않으며 일부 감정원들은
Swiss SSEF에서 들여온 Type IIa 다이아몬드 감별기인 Spotter 만을 가지고 감별, 천연 Type IIa 다
이아몬드까지도 감정이 안되고 있는 실정이다.
이러한 HPHT 처리된 다이아몬드의 감별은 PHOTO LUMINESCENCE와 RAMAN을 통해 감별이 가
능하다.
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3) 고온고압(HPHT) 다이아몬드는 어떻게 만들어지는가?
 
1. 고온고압(HPHT)처리의 기본원리
 
천연이나 합성 다이아몬드를 막론하고 고압고온(HPHT:High presure High Temperature)에서 처리
를 하면 다이아몬드 내부에 넓게 퍼져, 황색을 나타내는 불순물인 질소가 고체화되어 모여들게 되는
것은 이미 학계에는 잘 알려진 사실이다. 실제로 이러한 원리를 응용해 러시아제 합성다이아몬드의
일부 Type Ib의 짙은 황색다이아몬드가 엷은 황색으로 처리되어 다이아몬드 시장에 유입되고 있기도
하다.
이와같은 고온고압처리란 말 그대로 극 고온과 고압을
발생시킬수 있는 장비를 이용, 다이아몬드의 컬러를 없
애거나 잠재적인 컬러를 만들어내는 기술로서 다이아몬
드의 발색원인 중의 하나인 탄소결정 내부의 비틀어진
원자격자, 즉 소성변형(塑性變形, PLASTIC
DEFORMATION)에 의해 갈색을 내는 다이아몬드를 고
온과 고압으로 바로잡아 주는 기술이다.
← 처리전과 처리후의 다이아몬드 컬러 변화사진
부연설명을 하자면 다이아몬드의 발색(發色)은 첫째, 일부의 천연다이아몬드들은 자연 상태에서 소성
변형(Plastic Deformation)에 의한 격자 뒤틀림 현상이 생겨 불완전격자를 가지고 채굴되며. 이러한
것들은 대부분 BROWN 컬러의 다이아몬드가 된다. 둘째, 다이아몬드내의 질소에 의해 다이아몬드의
컬러가 발생된다. 셋째, 질소이외의 다른 외부 물질에 의해 발색된다.
(PINK, BLUE, BLACK DIAMOND)
 
타 입처리후 나타나는 컬러특 징
Type IIaColorless질소원자가 다이아몬드 내에 전혀 없으며 전체 다이아몬드 산출량의 2%정도로 희소하다. 갈색의 다이아몬드를 처리하며, HPHT 처리를 통하여 내부의 격자결함이 감소, 색향상이 이루어진다.
Pink갈색의 IIa type을 갈색제거와 함께 분홍색을 띠는 크롬등의 원소를 소량 주입하고 HPHT 처리.
Blue갈색의 IIa type을 갈색과 회색끼를 제거함과 동시에 붕소등의 원소를 주입하고 HPHT 처리.
Type IaYellow질소원자를 내포한 다이아몬드로 3000ppm 질소가 몇 개씩 짝을 이루고 있다. Ia type 다이아몬드를 HPHT 처리하여 만들며, 질소불순물의 결합을 해체시켜 질소원자 단독형(Ib type)으로 치환시킴으로써 만든다.
greenish YellowHPHT 방식에 의하여 Ia type 다이아몬드의 H3 흡수선을 증가시키거나 형성 시킴으로써 만든다.
Orange다이아몬드를 단독형으로 치환한 후에 오렌지색을 내는 색원소를 주입하여 HPHT 처리하여 만든다.
Black낮은 압력과 높은 열로써 다이아몬드 내부결함을 부분적으로 Graphitization(흑연화) 시킨다.
Type IbColorlessType Ia B 갈색다이아몬드를 HPHT처리.
이외의 다이아몬드 타입들은 다음과 같다.
Type Ib주로 황색감이 도는 다이아몬드로 500ppm 정도의 질소원자가 다이아몬드에 고립된
상태로 존재한다. 생산되는 다이아몬드중 98%가 Type I이다.
Type IIb붕소원자가 다이아몬드 내에 존재해 블루 다이아몬드컬러를 나타내기도 한다.
 
표 1. 천연을 포함한 각 다이아몬드별 성장환경
 생 성온 도기 압시 간

천연다이아몬드

지하 200km

1000℃ 온도

5만 기압

측정불가
합성다이아몬드고압기기1400 온도5 ~ 6만 기압짧은시간
CVD다이아몬드지공상태800 ~ 1000**
HPHT다이아몬드고압기기2000 이상온도6만기압이상3 ~ 4시간
  
미국 NOVA 다이아몬드사의 ‘PLASTIC러시아의 ‘BARS’ 주로 합성다이아몬드
PRESS’ 고온고압발생장치로 브라운컬러
결정을 성장시키는데 사용됐다.
를 옐로우색상으로 처리하는데 사용된다. 
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2. 색을 없애는 처리기술 (다이아몬드의 컬러등급 향상)
 
위에서 잠깐 언급한대로 다이아몬드의 불완전한 내부격자(소성변형)를 바로 잡아줌(풀어줌
:healing)으로 원래의 갈색이나 브라운 컬러의 다이아몬드가 D컬러에서 G컬러 이상으로 만들어내는
처리기술이다.
이 처리기술은 다이아몬드의 타입중 Type IIa(최근에는 Type I도 처리 가능하다는 연구 발표가 있었
음)에만 적용이 가능하며 이는 Type IIa 다이아몬드에 있어서 옐로우나 갈색의 발색원인이 불완전한
내부격자(소성변형)에 기인하기 때문이다.
하지만 이러한 Type II는 자연상태에서 아주 드물며, 동일한 처리에 의해 갈색-핑크 Type II가 핑크로
, 혹은 갈색-회청색 TypeII가 청색으로 변화될 수 있다.
  
그림 1: 지구내부의 자연적인 고온과 고압으로 인해 뒤틀려진 다이아몬드의 내부결정격자 A가 인위적
인 고온고압처리에 의해 B와 같이 재배열되었다. A 의 그림은 Type IIa다이아몬드에 있어서 갈색의
원인이 됨으로 B와 같이 재배열되면 이 다이아몬드는 컬러가 향상(갈색이나 황색에서 D-G컬러 정도
로)되게 된다.
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3. 처리변종 Pink Diamond
 
위에서 언급한데로 HPHT처리에 의한 다이아몬드는 매우 다양한 색상이 생산되며 그중에는 핑크다이
아몬드도 포함되어 있다. 드문 경우 이기는 하지만 다이아몬드를 처리하는 과정에서 나오는 부산물로
서 (처리 전에는 예측이 되지 않는) 핑크다이아몬드(타입 Ⅱa)와 블루다이아몬드(Ⅱb)를 얻게 된다.
그 정확한 양은 공표된 바 없으나 지난 2000년 10월 미국 GE사는 핑크 HPHT 다이아몬드를 출시한 바
있다.
이러한 핑크다이아몬드는 일반적인 보석학적 검사에서
는 전형적인 타입 Ⅱa형 천연다이아몬드로 나타나며 자
외선 및 적외선 영역의 타입 Ⅱ형의 흡수라인을 보였으
나 액화질소(섭씨-180도)를 이용한 냉각후의 형광흡수
선을 분석하여 천연다이아몬드와는 다른 특징을 나타냈
다.
← 사진 : 일본 AGL 기술연구실과 물질재료연구소가 공동으로 실험 중 나온 핑크 다이아몬드. 팬시 라이트 브라운이 팬시라이트 핑크로 처리됨.
  
HPHT 처리시에 그 부산물로 Pink 다이아몬드가 만들어지기도 하는데 뒤틀린 소성변형 격자가 완전하게 바로 잡히지 않아 생기는 일종의 돌연 변이이다.
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4. 색상을 넣는 처리기술 (브라운 컬러를 팬시컬러 다이아몬드로 처리)
 
초기의 HPHT 다이아몬드의 컬러 처리는 주로
Type IIa의 다이아몬드에만 국한 되는 것으로 알려
졌었다. 하지만 GE-POL이 출시된 지 얼마 안 되어
서 공업용 합성다이아몬드를 생산하는 미국의
NOVA Diamond 라는 회사에서는 역시 HPHT기술
로 다이아몬드의 색상을 브라운컬러에서 옐로우그
린팬시컬러로 변화시켰다고 공식적으로 발표를 하
↑ 일명 NOVA Process라고 불리우던 고온고압처리된 옐로우 그린팬시컬러 다이아몬드.
고 인터넷을 통해 다이아몬드를 팔기도 했다.
HPHT처리된 Type I 다이아몬드는 yellowish Green - Orange 까지 다양한 색깔을 나타낸다. 생산되
는 다이아몬드 중 98% 이상을 차지하며, 질소가 포함되어 있고, 자연 상태에서 무색, 황색, 갈색을 띤
황색까지 존재한다. 이는 같은 온도 같은 기압 하에서도 다이아몬드 내에 들어있는 질소의 다양한 양
과 형태 때문이며 이들은 HPHT 처리에 다양하게 반응을 하고 여러 가지 색깔변화가 일어난다.
특히 대표적인 처리 회사로 지금은 생산과 판매를 완전히 중단한 미국의 NovaDiamond社가 있었으
며 우리나라의 (주)일진다이아몬드가 있다. 브라운색이나 갈색 등 낮은 컬러 등급의 다이아몬드를 짙
은 녹색이나 옐로우 그린의 팬시 다이아몬드로 처리를 한다. 지금까지 알려진 바로는 이렇게 처리 가
능한 다이아몬드들은 대부분이 Type Ib(GE POL의 경우는 TypeⅡa)에 해당되는 다이아몬드로 호주
의 아가일(Argyle) 광산에서 산출되는 브라운과 옐로우 색상(일명 꼬냑 다이아몬드)의 다이아몬드들
로 처리를 한다.
  
NOVA Process에 의해 처리된 다이아몬드의 강한 형광과 간섭상
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4) 처리된 IIa type white 다이아몬드의 일반기기 감별단서
 
-장파 자외선형광이 거의 없거나 없다. (형광검사시 80%이상이 장파나 단파에서 무반응(Inert)
-단파 자외선형광을 흡수하지 않고 통과한다. (Diamond Spotter에 응용)
-내포물이 끊어져있는 형상, 또는 찌그러져 있다. (내포물이 있는 경우-아래사진 ③)
-내부의 스트레스로인한 스트레인이 많이 내포되어있다.
-전체의 75%가 뿌옇게 보여 채색이 hazy (흐릿/몽롱) 하여, 전형적인 천연의 white와는 차이가 있다.
-고온 고압으로 처리되면서 내부의 크리스탈(Xtl)주위에 생긴 원반상의 페더(Ftr)
-페더(Ftr)가 지문상(Fingerprint)처럼 생겼으며, 폭 방향으로 연장되어 더 깊은 2차 페더를 발생시킴.
-편광반응 검사시 합성스피넬의 크로스해치(Cross Hatch)같은 다다미상 구조를 보임.
 
다이아몬드의 타입별 편광 간섭상 사진 HPHT 후의 내포물
사진① Type I, 사진② Type II 고온고압처리된사진③ 고압에 의해 변형되어
다이아몬드의 간섭상.꺽인 페더 내포물