큐빅 지르코니아

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배경

보석 또는 보석은 보석 또는 준보석으로 정의할 수 있으며 개인 장식품을 위해 자르고 광택을 냅니다. 미국 및 기타 생산 국가에서 생산되는 보석은 세 가지 유형이 있습니다. 천연, 합성 및 모의. 천연 보석은 베릴, 커런덤 및 석영과 같은 결정 형태의 광물에서 절단됩니다. (다이아몬드는 순수한 탄소의 결정체입니다.) 호박, 산호, 화석, 상아, 마더 오브 펄, 천연 및 양식 담수 진주, 천연 바닷물 진주와 같은 유기 물질도 천연 보석으로 간주됩니다.

실험실에서 재배한 합성 원석은 본질적으로 이들이 나타내는 천연 재료와 동일한 외관, 광학적, 물리적, 화학적 특성을 가지고 있습니다. 미국에서 생산되는 합성 보석에는 알렉산드라이트, 산호, 다이아몬드, 에메랄드, 석류석, 석영, 루비, 사파이어, 스피넬, 청록색이 있습니다. 천연석이 없는 합성석도 있습니다.

Simulants는 천연 보석 재료와 모양이 비슷하지만 광학적, 물리적, 화학적 특성이 다른 실험실에서 재배한 보석 재료입니다. 다이아몬드를 대체하는 큐빅 지르코니아(CZ)가 이 범주에 속하며 1976년 보석석 생산에 처음 사용되었습니다. 보석의 경도 척도에서 진짜 다이아몬드는 8.5-9 범위의 경도에 비해 10입니다. CZ용. CZ의 굴절률(광선을 빨간색, 주황색, 녹색, 노란색, 보라색 및 파란색으로 굴절시키는 능력)은 2.15-2.18이며, 정품 다이아몬드는 2.42입니다.

다이아몬드 모조품으로서 큐빅 지르코니아의 선행 물질에는 스트론튬 티타네이트(1955년 도입) 및 이트륨 알루미늄 석류석이 포함됩니다. 그러나 스트론튬 티타네이트는 특정 유형의 보석에는 너무 부드러웠습니다. 큐빅 지르코니아는 그 모양이 컷 보석으로서 다이아몬드에 매우 가깝기 때문에 더 유명해졌습니다.

미국에서 생산되는 보석 모조물에는 산호, 큐빅 지르코니아, 청금석, 공작석 및 청록색이 포함됩니다. 또한 다른 보석을 나타내는 데 사용되는 합성 사파이어와 스피넬의 특정 색상은 모조품으로 분류됩니다. CZ의 유색 및 무색 품종은 생산된 주요 유형의 모사이며 30년 이상 시장에 출시되었습니다. 정품 다이아몬드와 마찬가지로 CZ는 캐럿당 수십 달러에서 고급 등급의 경우 캐럿당 100달러에 이르기까지 고급 및 저급으로 제공됩니다.

지난 10년 동안 합성 및 모조 보석의 사용과 소비자 수용이 증가했습니다. 이러한 성장의 대부분은 천연 보석에 대한 값싼 대용품이 아니라 고유한 장점으로 이러한 보석을 인식한 직접적인 결과입니다. 미국 합성 및 모조 보석의 연간 생산량은 현재 약 2천만 달러로 평가되며 천연 보석의 생산량은 약 2.5배입니다.

원자재

큐빅 지르코니아는 마그네슘과 칼슘으로 안정화된 고순도 산화지르코늄 분말의 혼합물로 만들어집니다. 각 성분의 양은 세심하게 조절되며, 때때로 특정 첨가제를 사용하여 진짜 다이아몬드와 비슷한 모양을 냅니다.

제조
프로세스

합성 및 모조 원석 생산자는 다양한 생산 방법을 사용하지만 용융 성장, 용액 성장 또는 초고온, 고압 성장의 세 가지 프로세스 유형 중 하나로 그룹화할 수 있습니다. 합성 보석을 만들기 위한 솔루션 기술에는 에메랄드, 루비, 사파이어, 스피넬 및 알렉산드라이트에 대한 플럭스 방법이 포함됩니다. 다른 솔루션 방법은 베릴(에메랄드, 아쿠아마린, 모거나이트) 및 석영을 재배하는 데 자주 사용되는 열수 방법입니다. 이 방법은 오토클레이브라고 하는 큰 압력 용기를 사용합니다.

다른 기술에는 옥과 청금석에 대한 고체 또는 액체 상태 반응 및 상 변형이 포함됩니다. 루비와 사파이어를 위한 기상 증착; 청록색, 청금석 및 산호용 도자기; 및 기타 오팔, 유리 및 플라스틱 모조품 또는 모조품. Vemeuil, Czochralski 및 두개골 용융 공정은 보석 재료에 가장 자주 사용되는 용융 기술입니다.

프랑스 화학자 Edmond Fremy는 용융 성장법에 의해 1877년 최초의 상업용 합성 보석을 생산했습니다. 이들은 작은 루비 결정이었고 산화알루미늄을 함유한 혼합물을 점토 도가니에 함께 융합하여 성장시켰으며, 그 과정은 약 8일이 소요되었습니다. 이것을 재건된 루비라고 불렀습니다. 1885년에 화염 융합 공정과 알루미나 분말을 사용하여 더 큰 합성 루비가 등장했습니다. 나중에, 사파이어, 스피넬, 루틸 및 스트론튬 티타네이트가 이 기술로 재배되었으며, 이는 Vemeuil 방법으로도 알려져 있습니다.

1917년경 같은 이름의 과학자가 개발한 초크랄스키 끌어당기는 방법은 루비, 사파이어, 스피넬, 이트륨-알루미늄-가멧(YAG), 가돌리늄-갈륨-가넷(GGG) 및 알렉산드라이트에 사용됩니다. Czochralski 방법에서는 분말 성분을 백금, 이리듐, 흑연 또는 세라믹 도가니에서 녹입니다. 회전하는 막대의 한쪽 끝에 종자 결정을 부착하고 종자가 용융물에 닿을 때까지 막대를 도가니 속으로 내린 다음 막대를 천천히 빼냅니다. 결정은 종자가 용융물에서 재료를 끌어당기면서 성장하고 재료가 냉각되고 응고됩니다. 그러나 용융물의 표면 장력 때문에 성장하는 결정은 용융물과 접촉을 유지하고 용융물이 고갈될 때까지 계속 성장합니다.

일반적으로 종자는 시간당 0.0394-3.94인치(1-100mm)의 속도로 용융물에서 빼냅니다. 이 방법을 사용하여 성장한 결정은 직경이 50mm(1.97인치), 길이가 1m(3.281피트) 이상인 매우 크고 순도가 매우 높을 수 있습니다. 매년 이 방법을 사용하는 생산자는 수백만 캐럿의 수정을 재배합니다. 큐빅 지르코니아는 스컬멜트 공법을 사용하며, 아래에서 자세히 설명합니다.

특정 보석은 성장시키려는 시도가 있을 때 고유한 문제를 야기합니다. 특정 물질은 반응성이 너무 커서 미반응 백금 및 이리듐 도가니에서도 녹을 수 없거나 도가니 물질이 견딜 수 있는 것보다 높은 온도에서 녹기 때문에 문제가 발생합니다. 따라서 두개골 용융 시스템이라고 하는 다른 용융 시스템을 사용해야 합니다. 큐빅 지르코니아는 녹는점이 높기 때문에 반드시 이 방법으로 재배해야 합니다.

용융

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1 "해골"은 속이 빈 구리 컵입니다. 물은 속이 빈 벽을 통해 순환하여 두개골의 내벽을 냉각시킵니다. 컵에 분말 재료를 채우고 분말이 녹을 때까지 고주파 유도로 가열합니다. 물은 두개골의 벽을 식히기 때문에 벽 옆에 있는 가루 재료는 녹지 않고 용융된 재료는 녹지 않은 재료의 껍질 안에 들어 있습니다. 따라서 반응성 또는 고온 용융물이 그 자체에 포함됩니다.

2 열원이 제거되고 시스템이 냉각되면 핵 생성에 의해 결정이 형성되고 전체 용융물이 응고될 때까지 성장합니다. 이 시스템을 사용하여 성장한 결정은 핵 생성 수에 따라 크기가 다양합니다. 성장하는 큐빅 지르코니아에서 단일 두개골은 사이클당 약 2.205파운드(1kg)의 재료를 생산합니다.

자르기

천연석이든 모조석이든 모든 석재의 절단은 석재 절단기의 기술에 달려 있습니다. 절단기는 보석 수정을 주의 깊게 평가하여 좋은 투명도의 석재를 생산하기 위해 얼마나 많은 수정을 잘라야 하는지 결정해야 합니다. 커터는 또한 크리스탈을 최대한 활용할 수 있는 석재 모양을 결정해야 합니다. 다이아몬드는 낭비하기에는 너무 가치가 있으므로 커터는 크리스탈을 최대한 많이 사용해야 합니다.

비율은 다이아몬드 컷에서 중요한 역할을 합니다. 이상적인 석재는 수학적 사양으로 절단되어 최대량의 빛이 석재를 통해 반사될 수 있습니다. 이러한 유형의 컷을 브릴리언트 컷이라고 합니다. 이러한 설정 비율의 변화는 스톤의 광택을 감소시킬 수 있습니다. 다이아몬드로 작업할 때 커터는 결함이나 내포물을 제거하면서도 최대 캐럿 중량을 유지하기 위해 이러한 각도에서 변경하는 것이 더 비용 현명하다는 것을 알 수 있습니다. 위조 다이아몬드 결정은 비용이 더 적당하고 투명도가 거의 완벽하기 때문에 더 큰 돌은 정확한 비율로 절단할 수 있습니다.

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3 절단에는 여러 단계가 있습니다. 먼저, 돌에 벽개면을 표시하도록 표시한 다음 돌에 초기 모양을 주기 위해 절단합니다. 큐빅 지르코니아는 팔면체 결정면과 평행한 방향으로 쉽게 쪼개지기 때문에 다이아몬드 분말을 함침시킨 특수 도구를 사용하여 쪼개질 수 있습니다. 절단에 대한 대안은 가장자리에 다이아몬드가 함침된 인청동의 작은 디스크를 사용하여 결함이 있는 영역(모조석에는 많지 않음)을 제거하는 데 사용되는 톱질입니다. 정밀 프로그램 가능 기계는 이제 모든 돌이 동일한 크기, 모양 및 깊이로 생산될 수 있도록 미리 결정된 측정(보정이라고 함)으로 돌을 절단하는 데 사용됩니다.

4 브루팅 또는 라운딩이라고 하는 다음 단계는 절단된 모서리의 모서리를 라운딩하는 것으로 구성됩니다. 이것은 샤프라고 하는 다이아몬드 도구가 장착된 기계를 사용하여 수행됩니다.

5 돌을 깎거나 둥글게 한 후 주철로 만든 숫돌로 깎는다. 연마는 2차 패싯 작업을 따릅니다.

6 마지막 단계는 산에 삶아 기름, 먼지, 다이아몬드 가루의 흔적을 모두 제거하는 철저한 세척입니다. 스톤은 현미경으로 검사한 후 폼 패키지에 포장됩니다.

품질 관리

실제 또는 모조 석재의 품질은 캐럿, 색상, 투명도 및 컷의 4가지 C에 의해 결정됩니다. 네 가지 등급의 조합이 최종 품질을 결정하고 진품과 모조 다이아몬드의 가치를 결정합니다. 진짜 다이아몬드 0.0175온스(0.5g)는 돌의 무게(캐럿)입니다. 합성석은 재료의 밀도가 더 높기 때문에 천연 다이아몬드보다 캐럿 중량이 항상 더 무겁습니다.

다이아몬드의 색상은 그 가치에 영향을 미칠 수 있습니다. 색상이 전혀 없는 것은 비늘의 상한을 나타내고, 창백하고 균일하지 않은 색조의 돌이 하한을 구성합니다. 색도가 비정상적으로 높은 다이아몬드를 팬시라고 하며 색의 균일성, 희소성 및 색조에 따라 등급이 매겨집니다. 정품 및 큐빅 지르코니아 다이아몬드는 모두 옅은 노란색에서 밝은 빨간색까지 다양한 색상으로 제공됩니다.

투명도는 돌의 투명도 또는 투명도입니다. 진짜 다이아몬드에서 투명도는 자연, 미세한 미네랄 흔적, 그리고 돌을 흐리게 할 수 있는 불완전한 작은 결정에 의해 결정됩니다. 돌은 투명할수록 가치가 높아집니다. 위조 다이아몬드의 투명도는 실험실에서 제어할 수 있습니다. 그러나 나쁜 용융물은 작은 내포물이 있는 돌을 생성할 수 있습니다. 금속 산화물 혼합물의 변화는 돌의 색상을 변경할 수 있습니다. 균일하지 않은 착색은 진짜 다이아몬드와 마찬가지로 위조 다이아몬드에서도 바람직하지 않습니다.

네 개의 C 중 컷은 다이아몬드의 광도를 결정하는 가장 중요한 요소입니다. 1919년, 앤트워프 태생의 3대 다이아몬드 절단기이자 기계 공학 학생인 Marcel Tolkowsky는 최대의 화염과 광채를 얻기 위해 다이아몬드를 절단해야 하는 적절한 비율을 결정했습니다. Brilliant Cut으로 알려진 이 이상은 객관적으로 측정 가능한 표준입니다. 각 브릴리언트 컷 다이아몬드는 최대 광선을 반사 및 굴절시키기 위해 수학적으로 결정된 정확한 각도로 절단된 58개의 면을 가지고 있습니다. 이것은 단순히 최대 캐럿 중량을 유지하기 위한 것이 아니라 최적의 아름다움을 위해 다이아몬드가 가능한 최고의 비율로 절단되었음을 보장합니다. 실제로 다이아몬드 비율과 마감 등급은 이 표준에서 벗어난 정도에 따라 정의됩니다. 큐빅 지르코니아를 성장시키는 해골 용융법은 속이 빈 구리 컵에 분말 재료를 채우고 가열 분말이 녹을 때까지 고주파 유도에 의해. 속이 빈 벽 내부의 순환하는 물은 두개골의 내부 벽을 냉각시킵니다. 물은 두개골의 벽을 식히기 때문에 벽 옆에 있는 가루 재료는 녹지 않고 용융된 재료는 녹지 않은 재료의 껍질 안에 들어 있습니다. 따라서 반응성 또는 고온 용융물이 그 자체에 포함됩니다. 열원이 제거되고 시스템이 냉각되면 핵 생성에 의해 결정이 형성되고 전체 용융물이 응고될 때까지 성장합니다. 단일 두개골은 주기당 약 2.205파운드(1kg)의 입방 지르코니아를 생성합니다. 이 표준은 큐빅 지르코니아로 만든 모조 다이아몬드에도 적용됩니다.

58면 브릴리언트 컷은 절단 산업에서 품질의 표준 측정으로 알려져 있지만 편차가 필요한 특별한 경우가 있습니다. 작은 영역에서 빛의 굴절이 너무 많으면 선명도가 떨어지므로 매우 작은 돌은 더 적은 면으로 절단될 수 있습니다. 반대의 이유로 더 큰 돌은 더 많은 면으로 절단될 수 있습니다. 스톤의 크기는 면의 폭을 증가시켜 광채가 손실될 수 있습니다. 이런 식으로 1캐럿 이상 컷된 다이아몬드를 찾는 것은 드문 일이 아닙니다. 래디언트, 프린세스, 조와 같은 새로운 컷이 도입되면서 다면적 스톤에 대한 수요가 증가했습니다.

절단할 수 있는 다양한 모양이 있습니다. 라운드는 최대의 광채, 분산, 불을 제공하며 모든 정품 및 모조 다이아몬드 모양 중에서 가장 인기가 있습니다. 타원형은 장방형이며 약간 길쭉한 형태입니다. 돌의 상단 부분 주위의 패싯은 둥근 돌의 패싯 배열과 매우 유사합니다. 이러한 이유로 잘 절단된 타원형 다이아몬드는 모든 방향에서 빛을 받아 반사하여 반짝이는 외관을 냅니다. 타원형을 자르는 데 필요한 시간(1캐럿에 8~10시간)은 1차 성형을 하는 데 더 많은 시간이 걸리기 때문에 둥근 돌을 자르는 데 필요한 시간의 약 2배입니다.

다른 테스트 방법은 광학 및 물리적 특성을 측정하는 데 사용됩니다. 내포물과 같은 결함을 찾기 위해 쌍안 현미경이 사용됩니다. 굴절률은 굴절계를 사용하여 측정됩니다. 돌의 비중은 비중이 알려진 액체에서 가라앉거나, 뜨거나, 정지 상태를 유지하는지 확인하여 결정됩니다.

미래

업계 전문가들에 따르면, 큐빅 지르코니아 주얼리 시장은 대중 시장 소매업체들이 계속해서 고객에게 제공하고 가격이 계속 하락함에 따라 안정적인 위치를 유지할 것으로 예상됩니다. 큐빅 지르코니아는 또한 스터드 귀걸이, 다이아몬드 솔리테어 및 테니스 팔찌에서 정품 다이아몬드의 대용품으로 점점 더 수익성이 높아지고 있습니다. 다시 말해서, 특히 밝기와 반사가 개선되어 더 이상 값싼 모조품으로 간주되지 않습니다. 따라서 시장의 전체 성장률은 약 10%로 예상됩니다. 최근에 합성 모이사나이트(결정화된 탄화규소)라고 하는 새로운 다이아몬드 모사체가 도입되었지만 이 재료의 더 높은 가격과 더 어려운 공정으로 인해 큐빅 지르코니아와의 경쟁이 제한될 것입니다.