다이아몬드 유사석

다이아몬드 유사석(Diamond Simulants)은 자연적으로 산출된 광물 또는 인조 물질로서 천연 다이아몬드를 모방하기 위한 방식으로 연마 및 가공된 것으로, 종종 다이아몬드 모조석(Diamond Imitation) 또는 다이아몬드 대용품(Diamond Substitutes)이라 부르기도 한다.

- 합성 모이사나이트 (Synthetic Moissanite)

모이사나이트는 100여년 전부터 공업용으로 사용되던 연마재(카보런덤)로 1904년 프랑스의 앙리 모아쌍이 유성으로부터 천연 모이사나이트 발견하였다. 1994년 이후 미국 Cree 연구소에서 보석용 결정으로 개발되어 1998년 미국 Charles & Colvard(구C3)회사에서 상업용으로 판매를 시작하였다. 이후 국내시장에 소량 유입되기 시작하여 새로운 다이아몬드 유사품으로 주목을 끌었다.

구성성분은 SiC(실리콘 카바이드), 경도는 9.25이다. 비중은 3.22로서 나석인 경우 비중이 3.32인 메틸렌 아이오다이드(CH2I2) 용액에 담가보면, 다이아몬드(비중 3.52)는 가라앉는 반면 합성 모이사나이트는 위로 뜨게된다. 다이아몬드 감별에 사용되던 열전도 테스터기에 모이사나이트가 통과하는 특성이 있다. 다만 광학 특성에서 다이아몬드가 단굴절(SR)인 반면 합성 모이사나이트는 복굴절(DR)보석으로 더블링을 쉽게 관찰할 수 있다. 또한 연마상태는 일정한 연마 방향, 독특한 거들 형태, 예리하지 못한 패싯 능선이 관찰되며, C축(광축방향)에 평행하고 긴 Needle(침상형태의 결정체), Pp(핀포인트), Xtl(크리스탈)등의 내포물을 포함하고 있다.

- 큐빅 지르코니아(Cubic Zirconia)

다이아몬드의 모조석으로 가장 많이 사용되고 있으며, 다이아몬드와 거의 같은 정도의 브릴리언스와 광택을 가지고 있다. 1978년에 처음으로 생산되었으며, ZrO2를 주성분으로 스컬 멜팅(Skull Melting)법에 의해 만들어진다. 순수할 때는 무색 투명하지만 발색제를 섞어서 여러 가지 색을 나타내기도 한다. 다이아몬드와 같은 단굴절 보석이며, 비중은 5.65정도로 다이아몬드보다 1.6배정도 높다.

- 합성 루틸(Synthetic Rutil)

1948년에 발표된 합성 루틸은 휘광성이 매우 강하고 대개 밝은 황색을 띤다. 다이아몬드와 달리 광학상이 DR(다이아몬드: SR)로서 더블링 현상이 잘 나타난다. 화학성분은 TiO2로서 주로 플레임 퓨전법, 쵸크랄스키 방법에 의해 성장을 시킨다. 비중은 다이아몬드가 3.52인 것에 비해 합성 루틸은 4.25에 해당된다. 일반적으로 내포물이 없으나 기포가 발견 될 수 있다. 초음파 세척이나 증기 세척은 위험하고 따뜻한 비눗물 세척이 안정적이다. 경도와 인성이 낮기 때문에 취급시 주의해야 하며 고온에 변색될 우려가 있다. 이런 내구성의 문제로 다이아몬드 대용품으로서의 거래는 거의 없다.

- 스트론튬 티타네이트(Strontium Titanate)

1953년에 베르누이 과정으로 생산되어 처음 소개되었으며, 천연 대응물이 없는 최초의 보석용 돌로서 만들어졌다. 단굴절의 무색을 띄며 합성 루틸보다 분산이 약해서 다이아몬드 대용품으로 인기를 얻었다. 그러나 내구성도 약하고, 분산 또한 다이아몬드보다는 강했다. YAG나 GGG의 출현으로 더 이상 사용되지 못했다.

- 야그(YAG: Yttrium Aluminum Garnet)

1960년대 후반 다이아몬드 유사품으로 처음 사용되어졌다. 야그는 오랜 시간동안 고온의 도가니에서 결정을 성장시키는 플럭스 멜트(Flux melt)방법에 의해 만들어진다. 그러나 오늘날 대부분의 상업적 보석은 풀링(Pulling) 또는 쵸크랄스키(Czochralski)방법에 의해 생산이 된다. 플럭스에 의해 제조된 야그에는 융제 잔유물이, 쵸크랄스키 방법으로 제조된 물질에는 흑색 결정 또는 물방울 같은 내포물이 관찰될 수 있지만, 대체로 깨끗하다. 야그는 단굴절의 무색으로, 8.25의 경도와 분산이 좋기 때문에 한동안 다이아몬드 유사품으로 인기가 있었다. 그 뒤 큐빅지르코니아에 의해 대체되었다.

- GGG(Gadolonium Gallium Garnet)

쵸크랄스키 방법으로 만들어진 GGG는 다이아몬드의 유사품으로 쓰인 인조 가닛이다. GGG는 YAG 보다 브릴리언스와 분산이 더 강하다. 그러나 GGG는 낮은 경도로서 아주 쉽게 긁힌다는 결점이 있다. 등축정계의 결정구조로 분산은 0.045이며, 비중은 7.02~7.05 정도이다.

- 지르콘(Zircon)

이전의 다이아몬드 대용품과 다르게 지르콘은 오래 전에 발견된 천연석으로 다양한 색상을 가지고 있다. 정방정계 결정구조로 화학성분이 ZrSiO4이다. 복굴절성 보석이며, 고온형은 복굴절률이 높아서 더블링(Doubling)이 심하다. 무색 지르콘은 열처리에 의해 상업적으로 유용하게 만들어 낼 수 있다. 지르콘은 유리보다 브릴리언스가 있으며 중간정도의 파이어(Fire)를 갖고 있다. 열처리로 인하여 쉽게 부서지며, 쉽게 마모된다. 주요산지는 캄푸치아와 스리랑카로 보석용이 산출된다.

- 간단한 다이아몬드 유사석 감별법

 1) 다이아몬드와 모조석 표면에 입김을 불어서 각기 표면에 생긴 응결 현상이 없어지는 속도를 보는 방법: 다이아몬드는 물과 친화력이 없으므로 금방 사라진다.

2) 물방울 검사: 다이아몬드와 모조석 표면에 작은 물방울을 만들면 다이아몬드에서는 물방울이 오랫동안 모여 있으나, 모조석에서는 물방울 금방 퍼진다.

3) 펜 검사: 특수 유성잉크를 넣어 사용하는 다이아몬드 펜으로 직선을 그을 때 다이아몬드는 선으로 그어지지만, 모조석에서는 잉크가 방울방울 떨어진다.

4) 투과 판독: 이상적인 비율로 컷팅 된 브릴리언트형 다이아몬드의 테이블 면을 직선이나 글자가 쓰인 흰종이 위에 놓으면, 크라운으로 입사한 광선이 퍼빌리언 밖으로 통과하지 않으므로 직선이나 글자가 보이지 않게 된다. 그러나 모조석 에서는 빛이 많이 통과하게 되므로 직선이 보이게 된다. 돌의 굴절율이 낮을수록 투과판독 효과가 크다.

5) 열 전도율계: 열 전도성이나 반사도를 측정할 수 있는 다이아몬드 테스터를 사용하면 가장 확실하게 식별할 수 있었다. 그러나 최근 모이사나이트가 다이아몬드 감별에 사용되던 열전도 테스터기를 통과하는 특성이 있어서 어려움이 있다. 다만, 광학적 특성에서 다이아몬드가 단굴절인 반면 합성 모이사나이트는 복굴절이므로 더블링 등의 결정적인 감별 포인트가 있다.

6) 다이아몬드와 모조석들의 경도 차이: 다이아몬드는 높은 경도를 가져 패싯과 패싯의 경계선들이 아주 날카로우나, 유사석들의 패싯 능선부는 약간 둥그스름하되므로 식별이 가능한 경우가 많다. 또한 강옥으로 그었을 때 긁히지 않으면 다이아몬드이다.

7) 연 X선(Soft X-ray) 조사: 연 X선을 쪼이게 되면 다이아몬드는 가벼운 탄소로 되어 있으므로 거의 모든 X이 통과하지만, 기타 모조석은 원자번호가 큰 원소들로 이루어져 있기 때문에 X선을 상당량 흡수한다. 따라서 다이아몬드와 모조석을 필름 위에 놓고 X선을 통과시키면 노출정도에 차이가 있다.

8) 투영법: 보석을 옥화메틸렌 용액에 넣고 테이블을 밑으로 해서 침적시킨 후 흰 배경 위에서 펜라이트와 같은 광원을 비추어 비친 그림자를 보고 식별한다.

9) 침적법: 보석을 옥화메틸렌 용액 속에 침적시켜 릴리프(Relief: 윤곽)을 관찰한다. YAG → GGG → C.Z → 스트론튬 티타네이트 → 다이아몬드 순으로 릴리프가 높다.

10) 더블링: 합성 루틸은 복굴절율이 커서(0.287) 극히 강한 더블링 효과를 나타낸다. 지르콘도 더블링이 나타난다.

11) 연마선의 방향: 다이아몬드의 연마선의 방향은 면마다 틀리나 유사석은 대개 면마다 연마 방향이 같다.

12) 다이아몬드의 전형적인 특징인 성장마크(Trigon)와 그레인 라인을 관찰한다.