보석용 무색 합성 다이아몬드의 특징과 대응방안

Characteristics and Countermeasure of Gem-quality Colorless Synthetic Diamonds

1954년 GE에서 처음으로 HPHT 방법으로 합성 다이아몬드 제조에 성공하였지만 보석용으로 사용하기에는 품질이 낮았다. 이후 합성 다이아몬드 기술이 점차 발전되어서 1990년대에 이르러 합성 다이아몬드가 보석용으로 사용되기 시작했다. CVD 방법으로 제조된 합성 다이아몬드는 이보다 더 늦은 2003년에 보석용 합성 다이아몬드가 등장하였고, 2012년에 본격적으로 상용화되기 시작했다. 근래 10여 년 동안 합성 기술은 비약적인 발전을 이루었고, 합성 기술의 발달은 고품질의 무색 합성 다이아몬드를 대량 생산할 수 있게 하였다. 무색 합성 다이아몬드에는 특징적인 형광 및 인광 반응이 존재한다. 천연 다이아몬드는 자외선 단파장보다 장파장에서 형광 반응이 더 강하다. 그러나 HPHT 합성 무색 다이아몬드의 형광 반응은 자외선 장파장보다 단파장에서 더 강하게 나타난다. HPHT 합성 무색 다이아몬드는 자외선 단파장에서 극미량의 붕소로 인해 인광 반응을 갖는 반면에 천연 다이아몬드는 인광 반응이 극히 드물다. HPHT, CVD 무색 합성 다이아몬드는 각각 극미량(<1ppb)의 붕소를 함유하거나 탄소 원자만 존재하는 타입Ⅱa가 대부분이며, 반면에 천연 무색 다이아몬드의 대부분은 미량의 질소를 함유하고 있는 타입Ⅰa이다. 다이아몬드 시장에서 합성 다이아몬드와 천연 다이아몬드가 섞여서 판매가 이루어진다면 다이아몬드 시장을 혼란에 빠뜨리는 위험이 발생한다. 본 논문에서는 이러한 문제점에 대해 유통과정에서 대응할 수 있는 세 가지 방법을 제시하였다. 첫째, 가시광선 영역에서 볼 수 있는 케이프라인(cape line, N3)이 있는지 검사한다. 둘째, 자외선 단파장의 투과 반응을 검사한다. 셋째, 자외선 인광 반응을 검사한다. 다이아몬드 유통 현장에서 위의 세 가지 방법을 복합적으로 활용한다면 합성 다이아몬드와 천연 다이아몬드를 선별하는데 도움이 될 것이다.

The first synthetic diamond, in 1954, was manufactured by GE Company with the high pressure and high temperature (HPHT) method, but the quality of synthetic diamond was not enough to be available for jewelery at that time, Since then, the synthetic diamond technology has gradually been developed and synthetic diamonds have been available for jewelry in the 1990s. Synthetic diamonds manufactured by CVD (Chemical Vapor Deposition) appeared in 2003 and showed to be commercialized in the market in 2012. In recent 10 years, synthetic diamond technology has been remarkable developed, and the development of synthetic diamond technology has enabled mass production of synthetic colorless diamonds which have a high quality. Colorless synthetic diamond has a characteristic fluorescence and phosphorescence. Natural diamond has a stronger fluorescence to long-wave UV than to short-wave UV. However, the fluorescence reaction of HPHT colorless synthetic diamonds show stronger to short-wave UV than to long-wave UV. HPHT and CVD colorless synthetic diamonds are mostly Type IIa, which contain trace amounts (<1 ppb) of boron or only carbon atoms, whereas most of the natural colorless diamonds are Type Ia containing trace amounts of nitrogen. However, if the synthetic diamond and natural diamond would be mixed during a distribution process in the diamond market, there will be happened a risk of confusion in the diamond market. In this paper, we propose three kind of detection method to cope with this problem in distribution process in the diamond market. First, check whether there is a cape line(N3) or not in the visible range. Second, Check detectable fluorescence to short-wave UV. Third, examine to show light blue phosphorescence. Combining the above three kind of detection method will be able to help to select synthetic diamonds and natural diamonds in the market.