관련 자료 >>> 원석 >>> 19. 홍옥과 청옥 (Rubies & Sapphires , 紅玉 靑玉)

 

5) 합성강옥과 유사들 (Synthetic Corundum and Simulants)


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Chatham Created Gems의 John Chatham은 최근에 2,134 캐럿의 세계에서 가장 큰 보석품질의 합성 홍옥결정을 성장시켰다.

자주 열리는 나의 어떤 보석대담(gem talk) 중에서 제일 앞줄에 앉아있던 그 남자는 점점 더 격렬해졌다. 그는 천연(natural)과 합성(synthetic)홍옥(ruby)들과 청옥(sapphire)들 중에서 선택해야 함을 깨닫게 되면서 흥분하고 있다는 것을 나는 느꼈다. 나는 보석류, 시계들, 레이저(laser)들, 마이크로칩(microchip)들과 그 밖의 산업적 응용에서의 합성들에 대해서 설명하는 슬라이드(slide)들의 발췌물을 계속해서 비추었다.

성장된 홍옥들은 천연 홍옥들과 화학적으로 완전히 같다고 말하려고 하시는 것이지요? 그가 물었다.

예, 그렇습니다. 내가 확실하게 대답했다.

그리고, 그것들은 흠(flaw)이 없지만 캐럿(carat)당 몇 불에 불과하다고요?

맞습니다. 나는 반복했다. 그리고 당신은 거의 모든 형상(shape), 크기와 색을 구할 수 있습니다.

그러면, 그의 의아해서 크게 말했다, 불과 몇 불이면 완벽한 합성 하나를 구할 수 있는데, 사람들은 왜 천연 홍옥에 수천 불씩 허비합니까?

당신의 의지에 달렸습니다. 나는 대답했다, 그리고 여기 내가 그에게 말한 것이 있다.

홍옥의 가격변동 폭이 큰 것에는 합법적인 이유들이 있다. 가격이 어떻게 결정되는 지를 이해한다면 당신은 더 눈치 빠른 구매자가 될 것이다. 4 형태의 홍옥들이 판매되는데 - 천연과 적어도 3 가지의 다른 형태의 합성들이다. 먼저, 보석들에 대한 3가지의 전통적인 기준들 - 미(beauty)(훌륭한 색을 지닌 유색보석(colored stone)들을 의미한다), 내구성(durability)와 희소성(rarity) - 을 적용해 보자. 보석거래에 있어서 4번째의 기준 - 천연성(naturalness) - 추가하기를 나는 제안한다. 인간들은 천연과 천연적인 것에 할증액(premium)을 더한다. 만들어진 물질들은 단단하고 아름다울 수도 있지만, 희소성과 지구에서 형성되는 특별한 면이 부족하다. 그러므로, 이 천연적인 요소, 인지된 가치, 공급과 수요 모두가 가격을 결정한다.

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Switzerland Monthey에 있는 세계에서 가장 큰 합성생산업체인 H.Djévahirdjian S.A.는 1800 년대 이후로 크게 변하지 않은 공정으로 대량의 화염용융(flame-fusion) 홍옥들과 청옥들을 만들고 있다. 시계 결정들, 베어링(bearing)들과 비싸지 않은 보석류에 사용될 강옥(corundum)을 성장시키기 위하여 2 천개의 노(furnace)들이 24시간내내 불타고 있다. 투명한 청옥결정들과 아주 비싼(high-ticket) 시계들의 홍옥 베어링으로 일년에 40 톤 이상의 합성강옥들이 사용된다. Century Time은 유일하게 모두 청옥으로된 자신의 시계를 "귀보석인 시계"라고 한다(아래 왼쪽). Saphikon은 이 똘똘 감은 응축기와 같은 믿기지 않은 청옥제품들을 만드는데, 그것은 혈액견본들을 냉각하는 데에 사용된다(아래).
화염용융 결정들은 빠르게 형성된다. 하나의 합성강옥 결정(위)은 5 에서 16 시간내에 성장한다. 공정은 믿기지 않을 정도로 간단하다. 질 좋은 aluminum oxide 분말(색을 위한 산화금속과 함께)를 불꽃에 부어 녹인 다음, 받침대에 떨어뜨려 부울(boule)로 결정화시킨다. 첨가재에 따라서 어떠한 색도 가능하다.
작은 도넛(doughnut)모양의 적색강옥(아래)은 Swiss시계들의 마찰과 마모를 줄여준다. 합성홍옥 베어링들은 그들을 붙잡고 있는 강철회전축들보다 더 단단하다. 기계제작들은 한때 손으로 천공을 했다. 지금은 나침의들, 전기측정기들과 신세대 전자제품들을 위한 정확한 원형들을 극히 미세한 원판들을 통하여 강력한 레이저(laser)들로 데워서 만든다.

"천연(natural)"이란 말 그대로를 의미한다. 거래에 있어서는 자연적으로 형성된 보석이라고 특별히 정의하고 있다. 가장 엄격한 의미에서, 천연은 또한 높은 가격에서조차 또 하나의 세련된 정의를 갖는다; 열처리(heat treatment), 조사 처리(irradiation treatment) 또는 강화(enhancement)되지 않은 돌이다. (홍옥들은 취옥(emerald)들 같이, 내포물(inclusion)을 감추기 위하여 때때로 기름질(oiling) 또는 심지어 유리충전(glass filling)된다.) 천연적으로 형성된 보석원석들은 모든 것들 - 미, 희소성과 내구성 - 을 지니고 있으므로, 그들은 언제나 많은 수요가 있었으며 그것이 높은 가격으로 변형되었다. 천연 홍옥들의 가격은 상용등급에 대하여 캐럿(carat)당 2,000 불에서 질 좋은 귀보석용으로 25,000 불까지, page 46 에 있는 보석에 대해서는 숨막히는 캐럿당 225,000 불까지 폭등한다.

관련 자료 >>> 원석  >>> 7. 합성 및 유사 원석 (Synthetic & Simulant Gemstones)
관련 자료 >>> 기기 사용 >>> 3. 손쉬운 보석 판별 >>> 합성 원석들과 인조 모조들 - 도표. 합성 형태들(Synthetic types)

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세계에서 중요한 두 합성보석 홍옥결정 제조업체들이 녹은 지구의 매그마(magma)를 흉내된 용제(flux)를 창조하기 위하여 금속분말을 녹이고 있다. 결정화하기 위하여 홍옥들의 재료, aluminum oxide와 chromium을 더한다. John Chatham(왼쪽)이 Chatham Created Gems에서 경화된 용제로부터 홍옥결정들을 꺼내고 있다.
수개월에 걸친 결정화과정 후에, Judith Osmer(오른쪽)은 백금(platinum) 잔들의 안에서 자란 아래의 것과 같은 홍옥들을 수확하기 위하여 아직 자라고 있는 녹은 용제를 비우고 있다.

관련 자료 >>> 원석  >>> 20. 용제성장 합성홍옥(Flux-Grown Synthetic Ruby)의 인출 과정 

합성(synthetic)들은 천연결정들과 같은 화학성분과 특성들을 지닌 연구소성장의 복제물들이다. 보석학에서는 과학적으로 "합성"을 차용했다고 하는데, 합성물질은 사람이 만든 복제물이다. 3 형태의 강옥합성들이 팔리고 있다. 화염용융(flame-fusion) 홍옥들과 청옥들, 캐럿당 가격에서 가장 저렴한 합성들로, 보석류와 산업용 모두에 널리 사용되고 있다. 용제성장(flux-grown) 홍옥들은 보석들로서만 판매되는데, 가격이 캐럿당 수백 불에 달한다. 그리고 마지막 합성으로, Czochralski - 용해(melting) 또는 - 인출(pulled) 홍옥들과 청옥들인데, 첨단기술 응용에 있어서 없어서는 안된다.

유사석(simulant)들은 합성이 아니고 비싸지 않은 유사(look-alike)들이다. 다이어먼드(diamond)들 또는 강옥(corundum)들을 모조할 때 사용하는 큐빅 저코니아(cubic zirconia, cz)들이 유사석들이다.

한때 합성보석들이 천연시장을 붕괴시킨 적이 있었다. 사람이 장식품들을 소지했던 아주 오래 전부터, 그들은 보석들을 창조하고자 하는 꿈을 가졌다. 19 세기 말까지, 그들의 환상은 납 또는 짚을 금(gold)으로 변형시키는 것과 같은 성공을 대충 경험해 보는 것이었다. 1891-92년 당시에 Paris Academy of Science에 보내진 밀봉된 편지들에 현대판 Rumpelstiltskin인 Auguste Verneuil는 새로운 결정성장 공정에 대해서 설명하였다. 1902년 Verneuil가 그의 새로운 홍옥들을 소개하자, 큰 물의가 일어났다. 그는 귀 보석(precious gem)들을 처음 합성한 사람이 되었는데, "질 좋은 천연과 같다"라고 말했다. 보석업자들과 고객들은 합성으로부터 천연을 구별할 수 있는 방법이 없었으므로, 천연의 가격은 곤두박질쳤다. 1907년까지 생산량은 매년 5백만 캐럿까지 폭발적으로 증가했다. 그런 갑자스러운 유입으로 인해서 합성들은 저가의 상품으로 내몰렸으며, 천연들에 대해서는, 그들의 희소성을 정확하게 반영한 가격으로 되돌아오기 까지 수년이 걸렸다.

비싸지 않고, 균일한 재료의 유용성은 오늘날 합성홍옥 생산의 중심지으로 남아있는 Swiss관련산업이 만들어졌다. 마모와 마찰을 줄이기 위한 귀보석 시계베어링에 대한 착상은 1704년 영국에서 시작했다. 1830년 Swiss는 천연홍옥 베어링공장을 개설했으며, 1850년까지 대부분의 Swiss 시계 기계장치들은 자그마한 홍옥 도넛(doughnut)위에서 회전하였다. Verneuil은 비싸지 않고 더욱 균등한 합성들로 산업을 바꾸었다. Verneuil은 원래 자신이 만든 재질이 보석이기를 상상했지만, 산업용이 더 큰 시장이 되었다. 오늘날 Switzerland Monthey에 있는 유일한 공장인 H.Djévahirdjian S.A.는 매년 80 톤의 합성홍옥들과 청옥들을 성장시키고 있다. 그중에 40 톤은 단일생산품인 시계결정(watch crystal)들로 나간다. 400 불 이상으로 팔리는 대부분 시계들의 결정들은 무색 합성청옥의 얇은 판들이다. 투명하고 강하며 화학품들과 긁힘에 영향을 받지 않는 (다이어먼드들을 제외한) 청옥은 그 임무에 완벽하다.

시장의 바닥에 있는 화염용융 합성들은 지금 캐럿당 대략 1불의 가격이다. 탄생석과 모조보석류(costume jewelry), 졸업과 친목회 반지들에 사용되는 이 유색 보석들은 유색의 큐빅 저코니아(cubic zirconia, cz), 라인스톤(rhinestone), 해외로부터 들어오는 비싸지 않은 유색결정들과 유리 또는 플래스틱 모조(imitation)들과 경쟁하고 있다.

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의학용 레이저들에 사용되는 합성홍옥 봉(rod)들(왼쪽)은 Union Carbide의 엄격한 최종검사를 통과한다.
기술자들은 위성들과 군사장비에 사용되는 마이크로칩 용으로 잘못된 방사를 자연스럽게 억제하는 청옥기판을 명시하고 있다(위).
식품점 계산대들에 설치된 청옥 판(plate)들(오른쪽)은 레이저 판독기를 긁힘으로부터 보호하고 있다.

완전히 다른 방법으로 만든 합성 홍옥들과 청옥들에는 가격과 희소성에 있어서 커다란 도약이 있었다. 용제성장 합성들은 비용과 외관에서 사람이 만든 최상의 보석들이다. San Francisco에 있는 Chatham 형제들이 운영하는 그리고 Los Angeles에 있는 Judith Osmer가 운영하는 미국의 두 회사들이 전세계에 있는 거의 모든 용제성장 홍옥들을 만든다. 합성청옥들의 가격은 산란처리(diffusion treatment)된 청옥들에 너무 가깝기 때문에 그것들을 합성하는 것은 보람없는 일이며, 홍옥들은 벌이가 조금 더 낫다. Chatham 형제의 아버지인 Carroll은 1930 년대에 세계최초로 용제성장 보석들을 키웠으며 John Chatham의 연구로 1978년 성공적인 홍옥생산을 이끌었다.

용제에 의한 보석성장은 비용이 많이 들고 시간소비의 사업이다. Chatham 설비의 내부를 본 첫번째의 외부인으로서 나는 보석성장이 비용이 많이 들고 위험한 사업이라는 것을 증명할 수 있다. John Chatham은 우선, 1,200 °C까지의 온도에서 순수한 백금 도가니들 안에서 금속분말들을 녹인다. 이 용제는 천연 보석들이 형성되는 지구의 용융된 매그마(magma)를 복제한 것이다. 여기에다 그는 작은 홍옥종자결정(ruby seed crystal)들과 홍옥들의 재료들, aluminum oxide와 chromium을 넣는다. 만약에 모든 일이 제대로 이루어지면, 9 에서 12 개월 후에 그는 노를 냉각시키고 경화된 용제구슬들을 망치로 떼어낸다. 이 새로운 홍옥 결정들이 탁자 위로 떨어진다.

모든 합성들 중에서 용제성장 보석들이 가장 천연같이 보인다. 그들은 심지어 내포물(inclusion)들도 갖고 있는데, Tom Chatham이 말했듯이 "성장과정의 일부같이 보인다. 만약에 흠(flaw)이 없는 보석을 만들 줄 안다면, 그렇게 할 것이다. 내포물로 인해서, 만드는 과정에서 재료의 많은 손실이 있으며 연마가공시에는 더 많은 손실이 있다. 우리의 결정들은 천연들과 같은 응력들과 성장과정들을 걸친다." 이것은 압력과 운동이 없다는 것을 제외하곤 진실이다.

완전히 전혀 다른 공정에 의해서 성장한 합성결정들이 보석류 보관상자보다는 연구소내의 가정에 더 많이 있다. 산업에 있어서는 매우 귀중한 Czochralski 용해(melting) 또는 인출(pulled) 공정으로 만들어진 홍옥들과 청옥들이 기술의 경계를 확장하고 있다. 첫 레이저를 창조할 때, Union Carbide는 다양한 재질들을 고려했었다. 홍옥을 적색으로 만드는 요소인 chromium은 또한 형광(fluorescence)도 일으키는데, 레이저작업을 하는 데에 있어서 절대 필요한 특질이다. 흠이 없는, chromium을 도포한 합성홍옥 봉(rod)가 세계최초의 레이저의 심장이었다. 

합성청옥들도 역시 통신위성들과 핵 방위체계에 필요한 해법을 제공하고 있다. 태양이나 원자폭발에 의해서 발생하는 방사(radiation)은 때때로 마이크로칩(microchip)들에 오류들을 일으킨다. 탈선한 전하입자들이 회로들을 통과할 때, 그것들은 전통적인 규소기판(silicon substrate)들을 빠져 나가, 정상적인 판독기들을 망쳐 놓는다. 거의 완벽한 절연체인 청옥은 자연스럽게 회로를 방사경화(radiation harden)시킨다. 지난 몇 년간에 걸쳐서, 제조업체들은 군사 및 통신 위성들과 유도탄(missile)들, 전투기들, 탱크들과 전장장비들에 있는 미세회로들에 있는 규소 칩(silicon chip)들에 있는 전통적인 규소를 청옥 위에 놓인 규소(Silicon on Sapphire, SOS)로 바꾸었다.

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합성들, 유사석들과 모조들로부터 천연보석들을 구별하는 것은 전문가들의 일이다. 그리고 때때로 그들조차도 바보가 된다. 쿠션 연마가공(cushion cut) 보석(먼 왼쪽)은 천연이다; 그 유사는 미국제의 합성이다.
가운데 그림에서, 뒤에 있는 세 홍옥들은 이중 붙임돌(doublet)로, 색이 좋지 않은 청옥 관부(crown)들을 합성홍옥의 퍼빌리언(pavilion)들의 상부에 접착한 것이다. 바닥에 있는 줄에서, 첫 4 개의 모조들은 큐빅 저코니아(cubic zirconia, cz)이다; 오른쪽 모조는 합성 금홍석(synthetic rutile)이다.
(아래) 왼쪽 6 개의 홍옥들은 흠(flaw)가 없어서, 너무 깨끗하기 때문에 그것들은 사람이 만든 화염용융 합성이 틀림없는데, 캐럿(carat)당 몇 불에 불과하다. 커다란 Chatham 캐버션(cabochon)의 용제성장 합성(중앙 근처)은 캐럿당 수백 불에 팔린다. 4 개의 중앙 돌들은 모두 천연으로, Tanzania와 Burma산이다. 오른쪽에 있는 6 개의 돌 모두 Czochralski 인출합성들로, 용제성장의 약 1/7 가격으로 팔린다.

전혀 인식하지 못하고 있지만, 당신은 여왕의 관(tiara)보다 더 큰 청옥조각을 매주 접하고 있다. 슈퍼마켓(supermarket) 계산대는 레이저가 상품의 막대부호(bar code)를 정확하게 읽기 위한 단단하고 투명한 창들이 필요하다. 초기의 유리로 된 창들에 깡통들이 며칠 동안 질질 끌린 후에, 상점의 관리인들은 긁힌 자국들이 정확한 레이저 판독을 방해한다는 것을 알았다. New Hampshire에 있는 Saphikon에 의해서 만들어진 상부가 1/32 인치인 새로운 창은 순수한 청옥이다. 비록 다소 덜 단단한 스테인리스 강의 테두리를 교체할 필요가 있었지만, 청옥장비는 8 년간의 사용에도 불구하고 마모된 흔적이 전혀 없었다.

슈퍼마켓의 레이저 창들과 같이 유효하게 작동하기 위하여, 유도탄의 감지장치들은 투명상태를 유지해야 한다. Saphikon의 가장 혁신적인 창조물인 인출 단결정 청옥 반구(dome)는 열 추적 유도탄의 코(nose)에 있는 감지장치들을 보호한다. 수 개월에 걸친 훈련비행동안, 공기 중의 모래와 그 밖의 부스러기가 전통적인 결정의 유도탄 창을 닳게 했다. 3 천만 불의 비행기 또는 10 억 불의 항공모함을 코 끝(nose cone)에 생긴 긁힌 자국들로 인해서 보이지 않는 백만 불의 유도탄으로 격퇴시킨다는 것은 전술적으로 신뢰할 수 없는 일이다. 미 해군은 청옥 반구들로 실험을 하고 있는데, 개당 수천 불에 지나지 않는다. Saphikon의 비밀 생산라인(product line)에는 초음속 우주항공기용의 머리카락 굵기의 청옥 강화 섬유들, 자동 혈액채취기에 사용될 자그마한 청옥 관(tube)들(혈액은 단결정 청옥에는 응고되지 않기 때문이다)과 의학용 레이저들에 사용될 외과용 첨단(surgical tip)들도 역시 포함되어 있다.

유사석(simulant)들은 보석 구매자들을 끊임없이 위협하고 있으며, 오늘날의 다양한 위조(fake)들로 흔들거리고 있다. 이 모조(imitation)들은 정직하게 표현되고 정직한 가격으로 팔려야 비싸지 않는 보석류의 또다른 대체물이 될 수 있을 것이다. 그러나 비도덕적인 업체들이 조심성 없는 사람을 너무 지나치게 속이고 있다. 전기 로움(Rome)의 기원으로부터, 유리는 가장 일반적인 모조 보석원석으로 지속되어 왔다. 경쟁력이 있는 재료들을 섞어 만든 전혀 새로운 화학성분은 우발적인 구매자로 하여금 모조들을 구별하기 어렵게 만든다. 

만연하는 또다른 모조는 둘 또는 세 개의 재료들을 끼워 넣은 것으로, 부착되어 있는 경우, 당신은 탐지하기가 거의 불가능할 수도 있다. 돌의 상부는 종종 진짜이지만, 색이 좋지 않은 홍옥이나 청옥이다. 바닥은 아마도 유리, 합성홍옥이나 청옥 또는 청색 또는 적색의 합성 첨정석(spinel)일 수도 있다. 10 불이면 충분한 것을 캐럿(carat)당 천 불을 요구한다. 강도질이다. Bangkok에서 내가 얻은 새로운 모조는 천연 홍옥의 내포물들을 모조하기 위하여 만들어졌다. 누군가가 패시팅(faceting)된 무색의 석영(quartz)를 가열한 뒤에, 냉수에 넣어서 수 많은 극히 미세한 균열들이 나타나는 소냉 세열(quench crackling)이 일어나게 하였다. 적색의 염료에 담그면, 감쪽같이 가짜 "홍옥"이 된다.

계속 말하고자 하는 최선의 충고는 당신이 알고 있고 자신의 제품들에 책임을 지는 믿을 수 있는 판매업자들로부터 구매하라는 것이다. 알지 못하는 상점들에서 살 때는 세심해야 한다. 보석교육을 받지 않은 관광객에게는 제3 세계국가들의 노점들이 적격이다. 당신을 위한 나의 사례는 확대경(magnifier)(역주=>루우프(loupe))을 지니라는 것이다. 내포물(inclusion)을 살펴본다. 천연보석들은 내포물들을 판별하는 특성들을 일반적으로 지니고 있는 반면에, 유리는 작은 거품들을 제외하곤 전형적으로 내부가 깨끗하다. 만약에 진짜로 보기에는 너무 좋아 보이면, 아마도 진짜가 아닐 것이다.
 

5) 합성강옥과 유사들 (Synthetic Corundum and Simulants)

 관련 자료 >>> 원석 >>> 19. 홍옥과 청옥 (Rubies & Sapphires , 紅玉 靑玉)

1) 역사와 전승적 지식 (History and Lore)
2) 보물 탐색 (The hunt for treasure)
3) 돌에 대한 감상적 구애 (Romancing the stone)

4) 귀보석과 예술품 (Jewels and artifacts)
5) 합성강옥과 유사들 (Synthetic Corundum and Simulants)
6) 홍옥과 청옥의 구매와 관리 (Buying and Caring for Rubies & Sapphires)

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