합성 다이아몬드의 감별과 유통 실태

주최: (사)한국귀금속중앙회 주관: 주얼리신문사

일시: 2016년 10월 25일

GIG ㈜한미보석감정원 · 첨단보석분석연구소www.hanmilab.co.kr hmcgem@hanmail.net

연구팀장 최현민 공학박사

장소: MJC보석직업전문학교

(사)한국주얼리산업연합회 GIG한미보석감정원(사)한국보석협회

합성 다이아몬드 언론 보도 (2016.10.14)

합성 다이아몬드 최신 동향

• 2016년, 10월 해외 감정원, 최대 크기 합성 다이아몬드 감정

HPHT 방법 CVD방법

2015년 4월

10.02ct (E-VS1)New Diamond Technology

2016년 10월

5.19ct (J-VS2)Washington Diamond (?)

© IGI © GIA

세계적인 이슈 ‘합성 다이아몬드’

세계적인 이슈 ‘합성 다이아몬드’

목 차

1. 합성은 무엇이, 왜 문제이고

2. 합성 다이아몬드의 특징 및 감별

3. 합성 다이아몬드 성장 방법

4. 중국의 합성 다이아몬드 생산

5. 국내 합성의 유통 실태 및 미래

6. 다이아몬드 구매자를 위한 제안

어떻게 대응해야 하는가?

!What

• 다이아몬드는 전 세계적으로 여전히 높은 수요

• 하지만 천연 다이아몬드 공급은지난 10년 동안 계속해서 감소

• 주요 다이아몬드 광산들의 생산량이 정점에 이르 다가하향하고 있기 때문

• 현재의 추세가 계속된다면 세계 천연 다이아몬드의공급은 2014년 1억3,300만 캐럿에서,2050년에는 1,300만 캐럿으로 감소할 것으로 예상

합성 다이아몬드, 무엇이 문제인가?

(Rapaport)

!

• 미국, 인도, 중국 등 다양한 시장의 수요가 증가하고있음을 고려할 때 수요와 공급간의 격차는 점점커질 것으로 예측

• 합성 다이아몬드는 주얼리산업 뿐만 아니라여러 산업에 다양한 원자재로서의 역할(첨단 응용기술분야, 건설분야 등)

What

합성 다이아몬드, 무엇이 문제인가?

?Why

• 명시되지 않은 합성 다이아몬드 문제가 전 세계적으로천연 다이아몬드 이미지를 훼손할 가능성이 높기 때문

• 근래에 해외에서 합성임을 명시하지 않고 천연으로거래하거나 감정 의뢰하는 사례들이 지속적으로 발생

• 최근 인도에서 합성 다이아몬드 원석 수입이 급증→ 2014년 4월 기준 81만 달러였으나

2015년 4월 기준 1,000만 달러로 급증함(12.3배)(Rapaport )

• 천연 다이아몬드에 합성 다이아몬드를 섞어 유통 (멜리)

합성 다이아몬드의 시장 출현에 왜 경각심을 갖는가?

합성 다이아몬드, 어떻게 대응할 것인가?

?How

• 천연 및 합성 다이아몬드의 차이를 육안으로식별한다는 것은 대단히 어려운 일

• 감별하기 위해서는 기술적인 노하우와전문적인 지식을 갖추어야 함

• 쉽게 사용할 수 있고 빠른 확인이 가능한 간이 선별기구를 이용한 검사→ 자외선 단파장 투과에 의한 선별 ⇒ 타입Ⅱ→ 자외선 인광 반응에 의한 선별

합성 다이아몬드 역사 (1)

• 1955년, GE에서 처음으로 흑연을 다이아몬드로 합성

• 1970년, GE에서 1ct 이상의 보석 품질 다이아몬드 합성

• 1985년, Sumitomo 합성 다이아몬드 판매 시작 (공업용)

• 1988년, ILJIN Diamond 다이아몬드 합성 (공업용)

• 1993년, Chatham 보석용 합성 다이아몬드 판매 시작

• 2002년, Gemesis 합성 다이아몬드 판매 시작

• 2003년, Apollo Diamond에서 CVD 다이아몬드 판매 발표

• 2004년, Gemesis, Chatham에서 컬러 다이아몬드 판매 시작

• 2006년, AOTC 합성 다이아몬드 판매 시작

• 2010년, Gemesis에서 CVD 다이아몬드 판매 발표

• 2013년, SCIO Diamond(구 Apollo)가 중국 기업과 합병

• 2015년, 일본, 화이트 멜리 합성 다이아몬드 주얼리에 혼입

• 2016년, 국내, 화이트 멜리 합성 다이아몬드 대량 발견

합성 다이아몬드 역사 (2)

온도와 압력에 따른 다이아몬드 생성 조건

Diamond

LiquidCarbon

Graphite5

10

15

20

25

30

00 1000 2000 3000 4000 5000

120Bundy (1980)

HPHTannealing

Diamondformation

Pres

sure

/ G

Pa

Temperature / K

CVD

다이아몬드 타입이란 무엇인가?

ⅠaA Ⅰb

Ⅱa Ⅱb

C=탄소

N=질소

B=붕소

7800.0 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1500 1000 450.00.080

0.09

0.10

0.11

0.12

0.13

0.14

0.15

0.16

0.17

0.18

0.19

0.20

0.21

0.22

0.23

0.24

0.25

0.26

0.27

0.280.287

cm-1

(1/R)

2800

화이트 멜리 합성 다이아몬드

타입 Type Ⅱa

적외선 분광분석

타입 Ⅱa+Ⅱb

5000.0 4000 3000 2000 1500 1000 450.00.11

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

2.2

2.46

cm-1

g(1/R)

1130

1344

Synthetic diamond (yellow)

Type Іb합성 다이아몬드

© Hanmi Lab.

© Hanmi Lab.

적외선 분광분석

화이트(무색) 다이아몬드의 타입 분포

타입 천연 HPHT 합성 CVD 합성

Ⅰa 대부분 - -

Ⅰb - 드물다 드물다

Ⅱa 드물다 대부분 대부분

Ⅱb 드물다 일부분 일부분

400 500 600 700 800

Abso

rban

ce (%

)

Wavelength (nm)

400 500 600 700 800

Abso

rptio

n (%

)

Wavelength (nm)

HPHT 합성 다이아몬드

천연 다이아몬드

400 500 600 700 800Ab

sorb

ance

Wavelength (nm)

HPHT 합성 다이아몬드

N3, 415nm

자외선-가시광선 분광분석

Fe

Fe

Fe

Fe

Ni

Ni

합성 다이아몬드

© Hanmi Lab.

X-선 형광 분석

© Hanmi Lab.

화이트(무색) HPHT 합성 다이아몬드의감별 포인트

• 타입: Ⅱa / Ⅱa + Ⅱb(약함)

• 컬러: Colorless ~ Near colorless

• 클래리티: 거의 모든 등급(주로 VS ~ Included)

• 자성: HPHT-25~80% 있음, CVD-없음

• N3 line (415nm): 없음

• 자외선 단파: 투과

• 자외선 인광: 있음 (천연 다이아몬드에서는 극히 드물게 존재)

• 확대 검사(내포물): 다양한 금속성 내포물, 네거티브 크리스털이나

둥근 막대 형태의 금속 내포물 등

• 검출 성분: Fe, Ni, Co… (Flux)

NIMS in Tsukuba © Hanmi Lab.

21

HPHT 합성 장비

벨트 타입 프레스 Bars 타입 프레스

SumitomoElement6General Electric…

GemesisAOTCRussia…

HPHT 합성 장비

Cubic 타입 프레스

중국러시아

HPHT 합성 다이아몬드의 성장

© DTC

벨트 타입

CVD 합성 다이아몬드의 성장

© Martineau et al. (2004)

HPHT 합성 장비의 비교

ⓒBranko Deljanin (CGL-GRS)

Cubic Hinge Press

• 중국이 자체 개발한 최초의 HPHT 합성 다이아몬드 장비

• 2015년까지 7,400여대의 Cubic Hinge Press가 설치

가장 큰 공장에는 심지어 3,000대까지 설치되어 생산

• 현재 대부분의 중국 전역에서 Cubic Hinge Press를 사용

• 세계 각지에서 Cubic Hinge Press를 수입

(Luo Xi-yu, Xu-jun, Liu yi-bo, 2016)

Cubic Hinge Press

• 세계에서 가장 우수한 품질의 합성 다이아몬드를 생산하는

Element Six도 큰 Cubic Hinge press를 구입하여 남아프리

카로 보냈고, 일부는 Suzhou Jiangsu에 있는 공장에 설치

• 2015년, 빅 사이즈의 다이아몬드를 생산한 러시아의 NDT

에서도 중국의 Cubic press 기술을 사용

중국의 합성 다이아몬드 생산량

• 2000년, 12억 ct

• 2001년, 13.9억 ct

…

• 2012년, 124억 ct

• 2013년, 150억 ct

• 2014년, 168억 ct

• 중국산 합성 다이아몬드의 양은 15년 연속 최고를 기록

• 중국산 합성 다이아몬드 원석 (보석용): 15만~30만 ct/월

(멜리 약 450만~1,000만개/월)

(Li Zhihong, Zhao Bo, Sun Zhaoda, 2015)

(CGL News, 2016)

2015년 중국 합성 다이아몬드 10대 브랜드

• Henan, Shandong, Hunan, Hubei, Hebei, Zhejiang 등• 합성 다이아몬드 제조 600 업체 이상

浙江蓝龙科技有限公司

합성 다이아몬드의 가격

• 2015년, 천연 다이아몬드 원석 – $71/ct (공업용과 보석용

다이아몬드 원석 총 채굴 양과 가치를 계산)

• 2015년, 합성 다이아몬드 원석 – $30~100/ct (white 기준)

• 화이트 합성 다이아몬드 가격은

같은 등급 천연 다이아몬드 가격의 1/3~2/3 정도

• 최근 5년 동안 천연 다이아몬드 가격은 조금씩 상승했으나

합성 다이아몬드 가격은 급격히 하락

중국 합성 다이아몬드의 Key Point

• 화이트 합성 다이아몬드 원석의 크기 – 0.05 ~ 2mm

• 화이트 합성 다이아몬드 연마 후(나석) – 0.001 ~ 0.05ct

• 큰 원석은 일부 제조사에서 소량만 생산

• 큰 나석은 0.05 ~ 3ct

• 컬러는 D ~ I 이며(주로 F ~ I 컬러)

• 투명도 – 모든 등급이 생산. 주로 네거티브 크리스털이나

둥근 막대 형태의 금속 내포물이 존재

국내 화이트 멜리 합성 다이아몬드검출 현황

0

2

4

6

8

10

A B C D E F G H

화이트 멜리 다이아몬드 1차

모니터링(2016년 6월)

Total 천연 합성

모니터링 대상: 국내 도매업체

0.008~0.013ct: 화이트 멜리 다이아몬드

0

2

4

6

8

10

A B C D E F G H

화이트 멜리 다이아몬드 2차

모니터링(2016년 10월)

Total 천연 합성

국내 화이트 멜리 합성 다이아몬드검출 현황

감 별

• 확대검사 (내포물)

• 성장선 (컬러 조닝 등)

• 자성 검사

• 스트레인

• 형광과 인광

보석학적 검사

• 적외선 분광기

• 자외선-가시광선 분광기

• PL 분광기

• X-선 형광 분광기

• CL 이미지

• 형광 이미지

• 전자스핀공명

분석학적 검사

Hanmi Gemological Institute & Laboratory

UV-Vis-NIR FT-IR ED-XRF

DiaMension Diascribe.DiaVision

PL & Raman

DiamondSure

Closed Cycle Refrigerator system (Liquid Helium)

UV-Visible

PhosView

간이 선별기구를 이용한 검사

• 쉽게 사용할 수 있고 빠른 확인이 가능한

간이 선별기구를 이용한 검사 (원리)

→ 자외선 단파장 투과에 의한 선별 ⇒ 타입Ⅱ

→ 자외선 인광 반응에 의한 선별

화이트 멜리 합성 다이아몬드 자동 선별기(Colorless~near colorless, 0.01~0.20ct, Round Brilliant cut)

• 측정능력• 1회 최대 500ct 까지 작동• 약 360개/시간

De Beers (DTC AMS)

• 측정능력• 7,200 ~ 12,000개/시간• 2016년 10월 출시(M-Screen+

• 0.05~0.20ct, 약 15,000개 /시간)

HRD (M-Screen)

• 측정능력• 약 4,000개/시간

SSEF (ASDI)

자외선 인광 이미지 선별장비(Colorless~near colorless, Loose / Simple setting)

• 검사대상• 0.001 ~ 2.0ct

QSPECGLIS-3000

• 검사대상• 0.003 ~ 1.0ct

OGIDiaTrue

• 검사대상• 0.003 ~ 1.0ct

De BeersPhosView (한미감정원 구매)

화이트 합성 다이아몬드 간이 선별기구

Diamond Kensa

• 검사대상• Colorless ~ near colorless • Loose• 0.01 ~ 0.20ct

• 검사대상• Colorless ~ near colorless• D ~ H color loose• Loose• 0.2 ~ 12.0ct

• 가격• 약 $470

• 검사대상• Colorless ~ near colorless• D ~ M color • Loose/ Ring• 0.01 ~ 12.0ct

• 가격• 약 $545

• 검사대상• Colorless ~ near colorless• ? ct• Loose/ Ring

• 가격• 약 $595

Gemlogis TAUPE

SmarPro ScreenⅠ SDS (Presidium SDS)

SSEF Diamond Spotter

구매자를 위한 제안

• 비록 거래 상대방이 신뢰가 있더라도, 천연과 합성 다이

아몬드가 섞여 있을 수 있으니 과학적인 정밀분석 장비

또는 간이 기구로 반드시 검사해야 합니다.

• 천연 화이트 다이아몬드 구매자는 케이프 라인(415nm)

을 확인할 수 있거나, 자외선 단파장의 투과 여부를 확인,

자외선 인광 이미지를 확인 할 수 있는 간이 선별 기구를

사용할 것을 권고합니다.

• 화이트 멜리 다이아몬드는 자외선 인광 이미지 시스템을

활용하면 효과적이고 결과의 신뢰도도 높습니다.

!

Future

합성 다이아몬드 시장의 미래

• 합성 기술의 발전은 생산 단가의 하락

• 위협 속의 희망 : 슈퍼 다이아몬드→ 휴대폰용 마이크로 칩에서부터 우주 탐사 장비에까지 활용하는 등 기술적 혁명이 가능

• 합성이 천연 다이아몬드와 구분되어 거래된다면,천연 다이아몬드는 언제까지나 천연이고, 희귀한 상품일 것 → 합성 다이아몬드는 시장의 틈새를 찾아패션 상품으로 자리매김이 예상

• 천연 다이아몬드에 합성 다이아몬드가 섞여서 유통 (멜리)

• 국내 시장, 합성 다이아몬드 심각성 증가

• 간이 선별기구의 효율성

• 정밀 분석검사의 필요성

• 건전한 다이아몬드 유통 문화 형성 (구분, 고지)

결 론

참고 문헌

1. Gems & Gemology(2016), ‘Large Blue and Colorless HPHT Synthetic Diamonds’, Wuyi Wang and Terry Poon

5. Gems & Gemology(2016), ‘Blue HPHT Synthetic Diamond Over 10 Carat’, Terry ”Ping Yu” Poon and Wuyi Wang

7. Gems & Gemology(2016), ‘CVD Synthetic Diamond Over 5 Carat Identified by GIA’,Billie “Pui Lai” Law and Wuyi Wang

8. Gems & Gemology(2016), ‘Large Colorless HPHT Synthetic Gem Diamonds from China’, Wuyi Wang and Thomas Moses

2. Hong Kong Jewellery(2016), ‘Made-in-China Synthetic Diamond’

3. AGIL International Gemmological Conference(2016), ‘brief Talk on the Founding, recent Develop-ment and Identification of Synthetic Diamond in China’, Li Jianjun

4. SJC와 함께하는 선진사례 도입을 위한 초청 세미나(2016), ‘합성 다이아몬드의 최신 현황’, Kitawaki Hiroshi. ‘Screening of white of white melee diamond’, Shoko Odake

9. 한국결정성장학회(2015), ‘Characteristics of gem-quality synthetic diamond from New Diamond Technology in Russia’, Hyunmin Choi and Youngchool Kim

6. Powder Metallurgy Industry(2016), ‘The development and key technological improvement of synthetic diamond in China’, LUO Xi-yu, XU Yan-jun and LIU Yi-bo

11. 한국결정성장학회(2012), ‘Spectroscopic Properties of CVD Synthetic Diamond’, Hyun-Min Choi, Bo-Hyun Lee and Young-Chool Kim

8. 한국결정성장학회(2015), ‘Characteristics of gem-quality synthetic diamond from New Diamond Technology in Russia’, Hyunmin Choi and Youngchool Kim

12. 한국결정성장학회(2010), ‘Identification of Melee-Size Synthetic Diamonds’, Young-Chool Kim and Hyun Min Choi

13. Diamond & Related Materials(2010), ‘Discrimination between natural and HPHT treated type IIa diamonds using photoluminescence spectroscopy’, Hyunjin Lim, Sooyoun park, Hyeonsik Cheong, Hyunmin Choi and Youngchool Kim

14. 한국결정성장학회(2010), ‘Gem-quality CVD synthetic diamonds’, Y.C Kim and H.M. Choi

참고 문헌

9. Gems & Gemology(2015), ‘Near-Colorless Melee-Sized HPHT Synthetic Diamonds Identifiedin GIA Laboratory’, Wasura Soonthorntantikul and Piradee Siritheerakul

10. Diamond & Abrasives Engineering(2014), ‘Analysis on economic situation of China’s superabrasives industry in 2014’, LI Zhihong, Zhao Bo, Sun Zhaoda

15. China Gems(2016), ‘HPHT Diamond From ShangDong Province’, Li Jianjun and others