다이아본드의 처리

=== 다이아몬드의 처리 === 

 이전부터 그레이딩에 제공된 다이아몬드는 미처리의 천연 다이아몬드일 것이라는 막연한 무언의 믿음이 있었다. 그러나 감정전문가라면 절대 믿어서는 안 되는 허황된 것이다. 지난 수년간 새로운 유사석의 등장, 합성석의 품질 향상, 새로운 타입의 처리석 출현 등 다이아몬드를 둘러싼 화제는 끝이 없다. 특히 21세기에 접어들면서 출현하고 있는 처리 다이아몬드는 일반적인 보석학적 기구로서는 감별이 어려운 경우가 점차 증가하고 있다. 따라서 이의 구별을 위해서는 클래리티 및 색 처리에 관한 기본적인 감별 방법의 숙지는 물론 추후 새로운 정보를 꾸준히 접하지 않으면 안 된다. 

< 다이아몬드의 색 처리 > 

1. 방사선 조사 처리(Irradiation) 

 다이아몬드에 대한 방사선 조사 처리는 1904년 영국의 윌리엄 크룩스가 다이아몬드를 라듐 화합물에 1년여 간 방치함으로써 청록색을 띤 다이아몬드를 얻은 것이 최초라 알려져 있다. 
 방사성 원소인 라듐은 일반적으로 감마선의 발생원으로 이용된다. 라듐염에서 방사된 감마선을 장시간 조사함으로써 다이아몬드는 서서히 녹색으로 변화된다. 단 이 녹색은 검은 끼가 강해 천연의 녹색과 다르게 보이며, 또한 표면만 변화하므로 450℃ 정도로 가열하든가 재연마에 의해 쉽게 제거될 수 있다. 일광을 완전히 차단한 상자 속에서 사진필름이나 인화지 위에 12~36시간 정도 방치하면 방사성으로 인해 감광되는 것으로 검출할 수 있다. 
 천연 그린 다이아몬드의 내추럴에 보이는 자연 방사선에 의한 갈색의 복사점(radiation spot), 이것은 자연 조사의 증거는 되지만 그 후 인공적인 조사를 부정하는 근거는 되지 못한다. 
 사이크로트론 처리에 의해 녹색으로 착색된 처리 다이아몬드, 퍼빌리언 쪽에서 조사된 경우에는 큐릿 주변에 우산 현상이 관찰된다. 
 사이클로트론(cyclotron)은 1930년대 어니스트 로렌스에 의해 처음 고안된 원형입자가속기로서 방사선 조사 처리에 중요한 발전을 가져오게 되었다. 이 거대한 장치는 발전을 거듭하여 원자 과학 분야에 많은 공헌을 하였으며, 소형의 장치는 암 치료 등의 의료용으로 폭넓게 사용되고 있다. 또한 이 장치는 많은 양의 다이아몬드를 처리할 수 있게 하는 계기가 되었다. 
 사이클로트론은 중성자선, 양자선 및 알파선 등의 방사선을 발생시켜 처리에 이용하므로 원자 입자가 다이아몬드의 표면에 얕게 침투되어 눈에 띄는 컬러 조닝을 만들며, 방사선의 일부가 남게 된다. 
 색은 녹색에서 흑색까지 처리 시간의 길이에 따라 다양하게 나타난다. 또한 처리 후에 870℃ 정도로 가열함으로써 황색이나 갈색으로 변화하는 것으로 알려져 있지만 어느 것이나 표면만 변화한다. 
 이 처리에 있어서의 특징은 거들 주변에 농담에 의한 링 모양이 보이는 것이 있으며 이는 크라운 쪽에서 조사를 받았다는 것을 시사한다. 퍼빌리언 쪽에서 조사한 경우에는 큐릿 근처에 우산(umbrella)과 유사한 형상이 비쳐진다. 돌을 침적하면 표면만 색 변화가 이루어졌다는 것을 관찰할 수 있다. 
 일렉트론(electron) 조사는 밴더그래프(Van de Graaff) 정전형 고압발생장치를 이용하여 처리한다. 청색을 중심으로 옅은 청색에서 청록색까지 변화하지만, 표면만에 한하며 내부까지는 침투되지 않는다. 
 천연 블루 다이아몬드는 질소가 포함되어 있지 않은 Ib형으로 알려져 있으며 전기전도성을 나타낸다. 이에 대해 처리에 이용되는 케이프 다이아몬드는 I형으로 전도성이 없으며, 처리된 후에도 전기전도성은 없다. 전압계를 이용하여 100볼트 정도의 전류에 대한 전도성을 검사함으로써 쉽게 식별할 수 있다. 
 이들에는 일반적으로 천연 다이아몬드에는 보이지 않는 595nm의 흡수라인이 나타난다. 하지만 이 흡수라인은 1,000℃ 이상의 가열에 의해 없앨 수 있다. 때문에 595nm에 흡수라인이 보이는 팬시 컬러 다이아몬드는 처리되었다고 볼 수 있으나, 반대로 라인이 보이지 않는다고 해서 천연이라고 단정할 수는 없다. 
 오늘날에는 선형가속장치 (linear accelerator)나 원자로에서의 중성자 충격을 이용한방사선 조사 처리가 주로 이루어진다. 
 선형가속장치를 통해서는 일반적으로 청색 또는 청록색의 컬러를 유발시킨다. 또한 원자로 내에서 중성자를 조사하면 그 충돌 시 에너지가 부여되어 다이아몬드 중의 전자가빠지고, 이 전자를 잃은 탄소핵은 대전입자(帶電粒子)로 되어 컬러 센터를 형성한다. 
 처리 후 녹색, 청록색, 짙은 녹색 또는 갈색이나 황색이 되며 그 색은 돌 전체에 침투되어 컬러 조닝이 없는 균일한 색이 생산된다. 이 과정으로 처리된 다이아몬드는 보통 짧은 반감기를 갖기 때문에 방사능을 나타내지 않는다. 
 그린 다이아몬드의 경우에 색이 천연인지 인위적인 것인지의 여부를 가려내는 것은 극히 어렵다. 모두 방사선에 의하여 유발된 것이므로 전문감정기관에서의 정교한 검사를거쳐도 구별이 거의 불가능한 경우가 많다. 

2. 어닐링(Annealing) 
 방사선 조사 처리에 의한 색은 열에 민감하게 반응하여, 재연마나 제품의 수리과정 중 발생된 열에 의하여 색이 변화될 수 있으며, 인위적으로 가열과 냉각의 과정(어닐링)을 통하여 색을 변화시킬 수 있다. 처리에 의해 생성된 색을 갈색, 오렌지색이나 황색으로 변화시킬 수 있으며 드물지만 핑크나 적색 또는 자주색(purple)으로도 만들 수 있다. 
 다이아몬드에는 이 어닐링 처리만 시행되는 경우가 있다. 어닐링 과정만으로도 색이 청색-녹색-갈색-황색으로 순차적인 변화가 나타나는 경우가 있어, 이를 이용하여 원하는 색이 나오도록 어닐링 처리한다. 
 1990년대 이후에는 황색이나 갈색의 합성 다이아몬드를 어닐링 처리하여 좀 더 가치있는 적색을 띤 색으로 바꾸는 것이 가능하다는 것을 알게 되었다. 
 어닐링 처리된 다이아몬드는 방사선 조사 처리된 다이아몬드와 마찬가지로 열이 심하게 가해지면 색이 변화할 수 있다. 

3. 고온고압 처리(HPHT-treatment) 
 1999년 3월 1일, 보석과 주얼리 업계에 큰 획을 긋는 사건이 발표되었다. 제너럴 일렉트릭(GE)과 라자르 카플란 인터내셔널(LKI)은 새로운 GE의 기술을 바탕으로 하여 색, 휘광 및 명도를 개선한 다이아몬드에 대해 발표했다. 

GE는 Ia형의 갈색 다이아몬드를 방사선 처리가 아닌 고온고압 처리라는 새로운 과정을 사용하여 무색(無色)화시킬 수 있다는 것으로서 업계에 큰 반향을 일으켰다. 
 이후 이 다이아몬드는 LKI가 새로이 설립한 자회사인 페가수스 오버시스 리미티드(Pegasus Overseas Ltd.; POL)를 통하여 판매되었기 때문에 "GE POL”또는 “페가수스" 다이아몬드라 알려지게 되었고, 2000년 7월 뉴욕의 보석전시회에서 “벨라테어(Bellataire)” 라는 상표명을 공식적으로 사용하였다. 
 이어 2000년 1월에는 미국의 노바텍사에서 I형의 갈색 다이아몬드를 고온고압 처리한 황색을 띤 녹색의 팬시 컬러를 일명 “노바다이아몬드(NovaDiamond)” 란 상표명으로 내놓으면서 고온고압(HPHT; high pressure/high temperature) 처리 다이아몬드의 대중화가 이루어지게 되었다. 
 2000년 2월에 GE POL 역시 황색을 띤 녹색의 다이아몬드를 출시하였고, 이어 그해10월에는 청색과 핑크색의 HPHT 처리 다이아몬드도 출시하게 되었다. 
 2001년 7월에는 중국에서 처리된 황색의 다이아몬드를, 2003년 5월에는 우리나라의 일진 다이아몬드에서 “누브(NOUV)" 란 명칭으로 황색을 띤 녹색의 다이아몬드를 시장에 내놓았다. 
 다이아몬드의 색은 질소나 붕소와 같은 화학적 불순물에 기인하거나, 결정격자의 구조적인 결함이 컬러센터(color center)로서 역할을 하게 된다. 
 이런 구조적인 결함에 의하여 색이 나타나는 다이아몬드를 다이아몬드 합성 장치 또는 유사한 장치를 이용하여 1,700℃ 이상과 60kbar 이상의 고온고압을 가해 결함부의 원자 레벨의 이동 또는 변화를 유도하여 원자의 배열을 힐링(healing, 修復)한다. 
 갈색의 I형을 처리하여 황색이나 녹색을 띤 황색 또는 황색을 띤 녹색으로 변화시킬수 있으며, 샴페인 색상의 Ia형은 일반적으로 무색화되지만 일부는 옅은 핑크를 나타낼수도 있다. 황색의 I형은 황색을 짙게 하거나 오렌지색으로 변화될 수 있으며, 핑크색의 형은 핑크색을 옅게 하거나 녹색을 띤 황색으로 변화될 수 있다. 
 청색을 띤 회색의 I형은 무색 또는 황색으로 변화될 수 있고, 청색을 띤 회색의 Ib형은 청색 또는 무색화하는 것이 가능하다. 
 I형의 다이아몬드를 처리한 경우에 장·단파 자외선 하에서 반응이 없거나 약한 형광을 나타내며, 편광 하에서(크로스 상태)“다다미 매트"구조가 보이나 이는 I형 다이아몬드의 특징으로서 처리의 증거가 되지 못한다. 
 또한 I형의 다이아몬드는 일반적인 정벽인 팔면체와 달리 평판상으로 산출되는 것으로 알려져 있고, 이는 대부분의 GE POL 다이아몬드가 팬시 커트로 연마되는 요인으로 생각된다. 
 HPHT 처리된 다이아몬드는 일반적인 보석학적인 감별 방법으로는 구별이 어려우나, 현미경 검사에서 높은 열과 압력에 의해 변화된 내포물을 확인하여 그 흔적을 확인할 수도 있다. 
 GE POL 다이아몬드는 70% 정도가 IF 또는 VVS의 매우 높은 클래리티 등급을 나타낸다. 이는 인클루전이 심한 경우에 높은 온도와 압력 하에서 내포물의 팽창으로 인해 돌이 파손될 수 있기 때문이다. 
 인클루전이 있는 경우 HPHT 조건에 노출된 결과로서 약간의 내포물의 변화가 나타나는 경우가 있다. 프랙처가 있는 경우 부분적인 용해 결과로서 프랙처의 내벽이 옷감의결 모양이나 서리가 내린 것 같이 보이거나, 일부에서는 프랙처의 팽창에 의하여 바깥쪽에 숄의 술 장식(fringe) 모양이 나타나 보이는 경우가 있다. 이러한 특징들은 클래리티 등급에 영향을 줄 정도의 변화는 아니나 HPHT 처리의 흔적이라 할 수 있다. 
 하지만 정확한 결과는 포토루미네선스(PL)와 같은 고도화된 실험기구를 통해서 얻을 수 있다. 

4. 코팅(Coating) 
 지난 50여년 사이에 방사선 처리를 비롯하여 HPHT 어닐링, HPHT 열처리 등 다이아몬드의 색처리 기술은 급속히 발전되어 왔다. 특히 20세기 말과 21세기 초반의 10여년 사이의 기술력은 그 활용 반경을 더욱 더 넓혀가고 있다. 이런 처리 중 가장 오래된 것으로 알려진 유형은 코팅이다. 다이아몬드의 코팅은 감추고 싶은 색을 가리거나, 갖고 싶은 색을 나타내는 가장 효과적인 방법이었다. 
 이것이 비록 전통적으로 낮은 수준의 처리라 할지라도, 최근 기술의 진보는 앞으로 불년 안에 다이아몬드 코팅에 적용될 수 있다는 중요한 함축성을 지니고 있다. 
 다이아몬드 코팅의 역사는 16세기경 이탈리아에서 시작된 것으로 알려져 있다. 매스틱 수지(gum mastic)를 다이아몬드 뒷면에 도포하여 당시 유행하던 “스모키 컬러”를 얻고자 하였다고 전해지고 있다. 
 이러한 코팅의 기본적인 기술은 현재에도 여전히 만날 수 있다. 드문 예이기는 하나거들에 또는 거들 바로 아래에 매니큐어 에나멜 등과 같은 일반적인 재료로 페인팅을 하여 외관을 개선하고자 한다. 사실상 흥미를 느끼기 충분한 기술을 사용하여 어떠한 색이나 나타낼 수 있으며, 일부는 페이스업에서 핑크색을 나타내는 것이 감정기관에서 조사된 바가 있다. 
 제2차 세계대전 중 전자공학 및 군사 목적을 위해 사용된 코팅 응용 기술은 1950년대 이후 다이아몬드 산업에도 적용되었다. 
 이때의 코팅 처리는 초기와 같은 팬시 컬러로의 색의 변화보다는, 황색을 띤 다이아몬드의 색을 감추는 처리에 적용되었다. 
 좀 더 최근에는 금속성이나 플루오르화물(불화물)을 가열 증발시켜 표면에 응착시키는 방법을 사용하고 있다. 구체적으로는 안경 렌즈에 표면반사 방지 코팅을 하는 것과 같은 방법이다. 증착물질도 초기 안경 렌즈의 코팅에 사용하던 플루오르화마그네슘뿐만 아니라 산화티타늄, 산화지르코늄, 산화알루미늄, 이산화규소(실리카) 등 산화물의 사용도 가능해졌다. 코팅 층도 멀티 코팅을 할 수 있게 되어 높은 경도(모스 경도 8)를 지니며, 더구나 코팅 막의 제거는 짙은 황산이나 왕수 등으로는 불가능하며 플루오르화수소(FH.불산) 처리에 의하지 않으면 안 되는 단단한 처리가 이루어지고 있다. 
 과거의 코팅 막은 현재에 비하여 훨씬 두껍고, 컬러 필터 하에서 상당히 뚜렷한 어두운 핑크 또는 암적색을 나타내었지만 최근의 것은 변화가 뚜렷하지 않아, 기술의 발달에 따라 코팅의 검출은 점차 어려워지고 있다. 
 또한 최근에는 돌에 전체적으로 코팅을 하는 것이 아니라 퍼빌리언 일부 등에 점(spot)으로 코팅하거나, 거들 쪽의 패싯에 플루오르마그네슘과 산화지르코늄의 혼합물을 진공 증착하여 프롱 아래 감추어 색이 좋게 보이도록 하기도 한다. 
 일반적으로는 약간 황색을 띤 돌의 표면에 청색계의 박막을 증착하여 빛의 보색효과에 의해 황색이 숨겨지도록 하여 색을 좋게 보이도록 한다. 경우에 따라서는 무색에 가까운 다이아몬드에도 행해지는 일도 있고, 최근에는 핑크색 등의 팬시 컬러가 나타나도록 코팅한 것도 있다. 

대부분의 코팅 처리된 다이아몬드는 보석 현미경을 이용한 관측에 의하여 구별이 가능하다. 이 경우 암시야조명과 확산 두상조명의 두 장치를 사용하여 검사 대상물을 그 사이에 두고 관찰한다. 이 조명 환경은 미묘한 울퉁불퉁하게 보이는 표면을 관찰할 수 있게 한다. 코팅된 부분은 얼룩(blotch)이나 균일하지 않게 보일 수 있으며, 다수에서는 확실하게 눈에 띄는 청색이나 자색이 관찰된다. 드문 예이지만 작은 기포가 관찰되는 경우도 있다. 이 관찰 방법은 오늘날까지도 의심되는 다이아몬드의 표면 검사법으로 가장 일상적으로 사용되고 있다. 
 컬러 그레이딩을 할 때 코팅된 다이아몬드의 의심스런 징후를 관찰할 수 있을지도 모른다. 다이아몬드의 색이 페이스업이나 페이스다운으로 관찰했을 때 아주 다른 색으로 보일 수 있으며, 특히 거들을 따라 색이 집중되어 보이기도 한다. 
 코팅된 다이아몬드는 황색계열의 표준 마스터스톤 옆에서 관찰했을 때 '회색을 띤 것처럼 보이기도 한다. 또한 금속성 또는 플루오르화물의 코팅은 코팅된 부분에 미묘한 표면 무지개색을 나타내기도 한다. 
 1990년대 중반에, 천연의 다이아몬드에 합성 다이아몬드를 과성장(overgrowth) 시키는 실험이 시작되었다. 당시 천연의 밝은 갈색 다이아몬드에 CVD 합성법에 의해 붕소의 다결정 층을 과성장 시킨 것이었다. 다행스럽게도 보석학적인 방법과 실험실의 기계적인 방법에 의하여 모두 알아낼 수 있었다. 당시에는 균일한 얇은 단층의 과성장이 어려웠으나, 현재는 단결정 CVD 기술의 발달로 하이테크한 코팅이 가능해졌을 뿐만 아니라 돌의 중량도 증가시킬 수 있는 잠재력의 충격이 증가하고 있다.