귀금속 보석공예사, 보석디자인 전공 등 보석 감정사 요점 정리 80. 플럭스법

80. 플럭스법

 

제조하려는 물질의 화학 성분을 백금 등과 같이 부식에 강하고 고온에 견딜 수 있는
도가니에 넣고 거기에 다시 플럭스(flux : 융제, 融劑)라고 하는 물질을 추가시킨 다음
높은 온도에서 단결정을 성장시키는 방법을 플럭스법(flux method) 또는 융제 용융법
(融劑熔融法, flux-melt method)이라고 한다.

플럭스법을 이용한 결정 육성 장치 모식도

1930년대에 미국의 캐롤 채텀(Carroll Chatham)이 성장시킨 에메랄드가 플럭스법으
로 합성된 최초의 보석이었다. 오늘날은 에메랄드뿐만 아니라 루비, 사파이어, 알렉산
드라이트, 스피넬 등도 만들어진다. 채텀에 의해 플럭스법으로 만들어진 에메랄드는 베릴(Be3Al2Si6O18) 원료 물질로서 베릴의 결정 파편을 사용하는 대신 베릴을 구성하는 산
화염인 산화베릴륨(BeO), 알루미나(Al2O3), 산화규소(SiO2)를 각각 3 : 1 : 6의 비율로
섞었으며 녹색을 내기 위한 발색 원소로 산화크롬(Cr2O3)을 사용하였다. 융제로는 산화
리튬(Li2O)-산화몰리브덴(MoO3) 혼합물을 사용하였으며, 융제의 비중을 2.9로 유지시
키기 위해서 MoO3를 더 많이 첨가하였다. 백금 도가니에 융제를 먼저 넣고 튜브를 통
하여 원료 물질인 BeO, Al2O3, Cr2O3 을 도가니 바닥으로 주입시킨 후 전기로의 온도를
약 800℃로 가열하면 원료 물질들은 녹아 확산되고 종결정 위에서 에메랄드 결정이 성
장하게 된다.
루비를 육성시키기 위해서는 원료 물질인 Al2O3 분말과 소량의 발색 원소 Cr2O3를 융
제와 혼합시킨 후 이를 백금 도가니 속에 넣고 전기로 내에서 가열시킨다. 융제로는 루
비를 합성하는 제조사마다 차이가 있으며, 산화납(PbO2) 혹은 불화납(PbF2)에 Li2O와
MoO3을 소량 첨가한 혼합물이나 PbO2 혹은 PbF2에 Li2O와 산화텅스텐(WO3), 산화비
스무트(Bi2O3)와 산화란탄(La2O3)을 섞은 혼합물을 사용한다. 전기로의 온도를 1,300℃
로 가열한 후 시간당 2℃씩 냉각시키면 915℃에서 루비 결정이 만들어진다. 한편, 계속
냉각시키게 되면 융제는 루비 결정을 두껍게 감싸게 된다. 나중에 이것을 제거하기 위
해서는 질산과 같은 산성 용액에 넣고 며칠 동안 끓여야 하므로 루비 결정이 만들어진
후 도가니 밑에 구멍을 내어 액체 상태의 융제가 흘러 내리도록 만들거나 집게로 도가니
를 기울여서 부어 내리기도 한다.
플럭스법으로 만든 합성 루비 또는 에메랄드 내에는 융제 물질이 미세하게 분산되어
있을 수 있는데, 그것은 융제법으로 만든 합성석임을 지시하는 증거가 된다. 플럭스법
으로 합성된 루비를 X-선 형광을 이용하여 분석하면 융제로 사용된 납(Pb)과 비스무트
(Bi), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 등이 검출되기도 한다. 플럭스법으로 루비를 제조하려
면 백금 도가니 사용에 따르는 막대한 비용이 소요되므로 플레임 퓨전 방법으로 제조된
합성석에 비하여 경제성이 떨어진다. 플럭스법으로 만든 루비에는 채텀(Chatham), 카
산(Kashan), 라마우라(Ramaura), 두오스(Douros), 니스치카(Knischka) 합성 루비 등
이 있다.